[發(fā)明專(zhuān)利]一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011005595.1
• 申請(qǐng)日: 2020-09-23
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111982839A
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-11-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 朱宇柔;祝靖濤;尹星聰;林子言
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 浙江理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): G01N21/27
• 分類(lèi)號(hào): G01N21/27;G01N21/01
• 代理公司: 紹興市寅越專(zhuān)利代理事務(wù)所(普通合伙) 33285
• 代理人: 焦亞如

1.一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)裝置，其特征在于，包括C波段ASE光源、光纖Bragg光柵濕度傳感器、三端口光纖環(huán)形器、光纖光柵解調(diào)儀和上位機(jī)，所述光纖光柵解調(diào)儀包括有可調(diào)諧F-P濾波器、PIN光電二極管、I/V轉(zhuǎn)化電路、信號(hào)調(diào)理電路、A/D轉(zhuǎn)換電路和掃描電壓電路；

所述C波段ASE光源發(fā)出恒定功率的光經(jīng)環(huán)形器一端口入射；

所述三端口光纖環(huán)形器中的二端口將光傳輸?shù)焦饫wBragg光柵濕度傳感器；

所述光纖Bragg光柵濕度傳感器具有聚酰亞胺涂覆層，聚酰亞胺涂覆層根據(jù)外界濕度的變化而產(chǎn)生形變，進(jìn)而帶動(dòng)光纖Bragg光柵柵區(qū)間隔的變化，根據(jù)光纖Bragg光柵耦合模理論，滿(mǎn)足光柵方程的中心波長(zhǎng)的光被反射回來(lái)，反射光經(jīng)過(guò)三端口光纖環(huán)形器中的三端口傳入可調(diào)諧F-P濾波器；

所述F-P濾波器是由上位機(jī)控制掃描電壓電路輸出的激勵(lì)信號(hào)，進(jìn)而控制壓電陶瓷，調(diào)節(jié)F-P腔長(zhǎng)，進(jìn)而控制F-P濾波器的通頻帶，當(dāng)F-P導(dǎo)通中心波長(zhǎng)與光纖光柵的中心波長(zhǎng)匹配時(shí)，F(xiàn)-P濾波器的透射光達(dá)到最大值，進(jìn)入到PIN光電二極管；

所述PIN光電二極管將反射光的光強(qiáng)轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，所得電流信號(hào)經(jīng)過(guò)I/V轉(zhuǎn)換之后轉(zhuǎn)換成微弱的電壓信號(hào)，微弱的電壓信號(hào)需要經(jīng)過(guò)信號(hào)調(diào)理電路即通過(guò)線(xiàn)性放大電路進(jìn)行放大之后再通過(guò)低通濾波器，進(jìn)行濾波處理，去除高頻信號(hào)干擾之后，進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換電路；

所述A/D轉(zhuǎn)換電路對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)反演計(jì)算得到濕度值。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述C波段ASE光源為功率恒定的ASE寬帶光源。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光纖Bragg光柵濕度傳感器上的聚酰亞胺涂覆層采用聚酰亞胺材料制備，改性的聚酰亞胺涂覆層其濕膨脹系數(shù)為(6～9)×10^-5/％，當(dāng)濕度變化時(shí)，由于涂層的形變，導(dǎo)致光纖Bragg光柵發(fā)生應(yīng)變，從而對(duì)濕度傳感。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述光纖Bragg光柵濕度傳感器根據(jù)道爾頓蒸發(fā)定律分別布置在烘干機(jī)深度0.2m、0.5m的內(nèi)壁上，每層三個(gè)，均勻分布。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述可調(diào)諧F-P濾波器與掃描電壓電路相連，通過(guò)電控壓電陶瓷改變所述可調(diào)諧F-P濾波器中F-P腔長(zhǎng)來(lái)改變其導(dǎo)通頻帶。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)裝置，其特征在于，所述信號(hào)調(diào)理電路包括線(xiàn)性放大電路和低通濾波電路，所述I/V轉(zhuǎn)化電路輸出的微弱電壓信號(hào)通過(guò)所述線(xiàn)性放大電路放大，再通過(guò)所述低通濾波電路。

7.一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)方法，其特征在于，使用了根據(jù)權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)裝置，包括以下步驟：

S1、具有聚酰亞胺涂覆層的光纖Bragg光柵濕度傳感器經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)得出其溫度敏感系數(shù)，經(jīng)過(guò)濕度標(biāo)定實(shí)驗(yàn)得出其濕度敏感系數(shù)；

S2、上位機(jī)根據(jù)烘干機(jī)內(nèi)環(huán)境溫度，對(duì)解調(diào)的中心波長(zhǎng)漂移量進(jìn)行溫度補(bǔ)償，烘干機(jī)自帶的溫度傳感器將讀取的溫度值T通過(guò)I/O口輸入STM32，根據(jù)熱應(yīng)變與光纖光柵中心波長(zhǎng)漂移量Δλ的函數(shù)關(guān)系式計(jì)算出溫度變化帶來(lái)的熱膨脹應(yīng)變對(duì)中心波長(zhǎng)的影響；

S3、通過(guò)溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)，從理論上已得出中心波長(zhǎng)的漂移量Δλ與光的相位角變化的函數(shù)關(guān)系，從而計(jì)算出由溫度變化引起的透射光強(qiáng)It；

S4、通過(guò)光強(qiáng)與電壓的函數(shù)關(guān)系，STM32計(jì)算得出溫度變化電壓Vt，A/D轉(zhuǎn)換得到的電壓數(shù)字信號(hào)V時(shí)溫度和濕度共同影響造成的，為消除溫度對(duì)濕度帶來(lái)的系統(tǒng)誤差，應(yīng)減去溫度變化電壓Vt，返回值即為所需的濕度變化電壓信號(hào)值；

S5、對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換之后傳輸給上位機(jī)，上位機(jī)通過(guò)采集光強(qiáng)最大時(shí)的激勵(lì)信號(hào)大小和F-P濾波器通頻帶的對(duì)應(yīng)關(guān)系，得出此時(shí)光纖光柵的中心波長(zhǎng)，根據(jù)烘干機(jī)內(nèi)環(huán)境溫度，對(duì)解調(diào)的中心波長(zhǎng)漂移量進(jìn)行溫度補(bǔ)償，減小由于溫度變化所產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差，再對(duì)其進(jìn)行反演計(jì)算，得出烘干機(jī)內(nèi)的環(huán)境濕度。

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種烘干機(jī)濕度檢測(cè)方法，其特征在于，所述溫度補(bǔ)償實(shí)驗(yàn)得出具有聚酰亞胺涂覆層的光纖Bragg光柵隨著溫度變化中心波長(zhǎng)的漂移量的關(guān)系。