[發明專利]用于紅光激發熒光壽命解調溫度的信號處理方法及系統

有效

• 申請號: 202010318326.4
• 申請日: 2020-04-21
• 公開（公告）號: CN111307327B
• 公開（公告）日: 2021-02-23
• 發明（設計）人: 張文松;周航
• 申請（專利權）人: 西安和其光電科技股份有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32
• 代理公司: 西安智邦專利商標代理有限公司 61211
• 代理人: 汪海艷

本發明涉及熒光光纖溫度傳感檢測技術，涉及一種用于紅光激發熒光壽命解調溫度的信號處理方法及系統，克服利用傳統的方法解析紅光激發熒光壽命，存在解析精度低、誤差大的問題，包括采集數據、截取單個周期的紅光激發熒光壽命信號、建立紅光激發熒光壽命信號模型、獲得消除紅光激發熒光壽命背景信號及直流分量的紅光激發熒光壽命信號強度I_m、獲得最佳擬合段、求取熒光壽命及查表的過程，本發明能夠降低紅光激發熒光壽命背景信號對熒光壽命及溫度解調精度的影響，并消除了直流分量對解調精度的影響，同時減小了非指數的影響。

技術領域

本發明涉及熒光光纖溫度傳感檢測技術，具體涉及一種用于紅光激發熒光壽命解調溫度的信號處理方法及系統。

背景技術

熒光測溫的基本原理是熒光物質在某一段溫度范圍內，它們的熒光壽命與溫度表現出一定的相關性，因此可以通過測量計算不同溫度下的熒光壽命來實現測量溫度。根據電子躍遷原理，當光照射在熒光物質上時，其內部的電子獲得能量從而從基態到激發態，從激發態返回基態放出的輻射能使熒光物質發出熒光，在激發光被移除后，熒光持續發射時間取決于激發態的壽命，最后的衰減曲線類似于指數衰減方式，衰減的時間常數即熒光壽命是溫度的單值函數，通過對激發后產生的熒光的壽命進行檢測，從而計算出相應的溫度。

目前已有的激發光多為紫光激發，紫光激發通過光纖時能量衰減較大，而紅光激發通過光纖時能量衰減較小。相同能量激發下，紅光激發的熒光信號比紫光激發的熒光信號強。但是，紅光激發也存在一定劣勢，紅光激發的熒光壽命短，不容易被檢測到，一般只能達到微秒量級，而紫光激發的熒光壽命較長，一般可以達到毫秒量級。這樣就造成紅光激發熒光壽命波動較大，對應溫度波動較大。因此對紅光激發熒光壽命解析精度有著更高的要求。

同時，紅光激發熒光壽命信號通過光電探測器得到，由于光電探測器存在一定的靈敏度，即紅光激發熒光壽命信號存在一定的非指數化傾向。用傳統的單指數1/e的方法解析紅光激發熒光壽命，會造成很大的誤差，從而影響測溫精度。

發明內容

本發明涉及一種用于紅光激發熒光壽命解調溫度的信號處理方法，克服利用傳統的方法解析紅光激發熒光壽命，存在解析精度低、誤差大的問題。

本發明的技術解決方案是提供用于紅光激發熒光壽命解調溫度的信號處理方法，包含以下步驟：

步驟一：采集連續紅光激發熒光壽命信號與紅光激發熒光壽命背景信號；

步驟二：對采集的連續紅光激發熒光壽命信號求一階導數，判斷單個周期波形的起始點與最終點；截取單個周期的紅光激發熒光壽命信號波形；

步驟三：建立單個周期的紅光激發熒光壽命信號模型；

I(t)＝a×exp(-t/τ)+b+c (1)

其中，I為紅光激發熒光壽命強度，t為連續采樣時間，a、τ分別為紅光激發熒光壽命的熒光強度系數、熒光壽命值，b為直流分量，c為紅光激發熒光壽命背景信號；

步驟四：獲得消除紅光激發熒光壽命背景信號的紅光激發熒光壽命強度I^*；

I^*(t)＝I(t)-c＝a×exp(-t/τ)+b (2)

使紅光激發熒光壽命信號減去紅光激發熒光壽命背景信號，能夠降低紅光激發熒光壽命背景信號對紅光激發熒光壽命及溫度解調精度的影響；

步驟五：獲得離散化后消除紅光激發熒光壽命背景信號及直流分量的紅光激發熒光壽命信號強度I_m；

其中Δt為采樣間隔，m為采樣序號；