技术领域本发明属于湿度测量技术，特别涉及一种用于文物保护环境湿度监测方法及其系统。
背景技术：
目前温度测量较为准确，但是湿度测量，尤其是特殊环境下的湿度测量是文物领域环境监测的难题。特殊环境主要指的是地下墓室、水环境、封闭空间中含水的情况，文物包括木材、纸张、丝织品等，在文物中占有较大比例，因此需要解决该类方面的湿度测量。传统的湿度传感器采用湿敏电容、高分子聚合的电容等方式，该类方式由于采用吸附方式进行湿度测量，在高湿情况下无法进行准确测量，无法满足环境监测及控制的目的。
技术实现要素：
本发明的目的是提出一种用于文物保护环境湿度监测方法及其系统，是一种基于TDLAS技术的分布式光纤传感器的监测方法及其系统，采用高湿处理方法及多点监测方式，满足了文物高湿应用。为了实现上述目的，本发明的技术方案是：一种用于文物保护环境湿度监测方法，监测系统利用TDLAS技术通过光纤气体湿度传感器对文物保护环境湿度进行监测，通过对传感器扫描的方式进行湿度测量采样，其中，所述方法是：将光纤气体湿度传感器的湿度测量划分为跟随湿度变化的多个波长进行的湿度测量，其过程是：在监测启动之前，首先对光纤气体湿度传感器对应多个波长分别进行线性标定，监测时，随环境湿度变化自动切换光纤气体湿度传感器的不同波长进行湿度测量。方案进一步是：所述对应多个波长进行的湿度测量是对应两个波长进行的湿度测量，即是对应第一波长和第二波长进行的湿度测量，其中，第二波长测量的湿度高于第一波长测量的湿度，两个波长随两个湿度阶梯变化自动切换测量湿度。方案进一步是：所述的线性标定是在两个温度下进行的，分别是20摄氏度进行20%~90%相对湿度的线性标定；和40摄氏度进行20%~90%相对湿度的线性标定。方案进一步是：所述的自动切换是按照确定的应对多个波长湿度测量切换的方式进行的自动切换，其方法是：首先确定一个绝对湿度切换区间，当湿度大于切换区间上限时，切换至对应的高湿度测量波长，当湿度小于切换区间下限时，切换至对应的低湿度测量波长。方案进一步是：所述方法进一步包括通过温度控制模块调节激光器波长偏移，以减少多个波长之间相对湿度测量的线性对接误差。方案进一步是：所述方法进一步包括当进入第二波长进行湿度测量时，测量的扫描测量频率大于第一波对湿度测量的扫描频率至少一倍。一种用于文物保护环境湿度监测系统，包括监测主机和与主机相连接的光环形器，以及在文物保护环境中设置的多个光纤气体湿度传感器，监测主机包括数据处理器和激光器；其中，所述光环形器通过连接一个分光器和多路开关分别与多个光纤气体湿度传感器选择性连接。方案进一步是：所述激光器与一个激光器波长调谐模块和激光器温度控制模块连接控制。方案进一步是：所述光纤气体湿度传感器包括光光耦合气室，光光耦合气室通过固定架固定在光纤保护罩一端，光纤在保护罩内盘绕并从与光光耦合气室的连接端伸入到光光耦合气室中，在光纤保护罩另一端设置有光纤连接法兰，光光耦合气室的室壁是一个镂空柱壳体，被测气体通过镂空孔进入光光耦合气室，在镂空柱壳体的外侧设置有透气防尘罩。方案进一步是：所述透气防尘罩是1000幕尼龙防尘网。本发明提出双波长监测方式，高湿切换吸收峰弱的波长，并针对双波长系数进行两次分别标定，在两种系数切换中提供过渡。针对高湿情况下吸收峰较平时峰值高的特点，为了精确表示峰值，在吸收峰区域采用加密采样，在吸收区域外为缩短扫描时间，减少采样方式，更加精确的保证峰值采样和测量，降低了因固定步长扫描，变化剧烈的吸收峰区域采样不够带来的计算误差。下面结合附图和实施例对发明作一详细描述。附图说明图1为正常湿度吸收峰情况波形图；图2为超高湿度吸收峰情况波形图；图3为温度上升双波长曲线切换交点示意图；图4为温度下降双波长曲线切换交点示意图；图5为系统结构示意图；图6为控制模块示意图；图7为光纤气体湿度传感器结构示意图；图8为光光耦合气室结构示意图。具体实施方式实施例1：一种用于文物保护环境湿度监测方法，监测系统利用TDLAS（TunableDiodeLaserAbsorptionSpectroscopy）技术通过光纤气体湿度传感器对文物保护环境湿度进行监测，通过对传感器扫描的方式进行湿度测量采样，光纤气体湿度传感器具有不同波长对不同湿度的敏感性，其中，所述方法是：依据光纤气体湿度传感器的不同波长对不同湿度的敏感性，将光纤气体湿度传感器的湿度测量划分为跟随湿度变化的多个波长进行的湿度测量，其过程是：在监测启动之前，首先对光纤气体湿度传感器对应多个波长分别进行线性标定，监测时，随环境湿度变化自动切换光纤气体湿度传感器的不同波长进行湿度测量。图1是正常情况下吸收峰的状态，图2是当水汽浓度高时会出现即吸收峰位置在坐标系里为负值，体现在采样后系统上时即吸收峰被截断，被截断后，无法测量正确的湿度值。因此本实施例根据不同的波长具有应对不同湿度的吸收峰位置，根据这样的特点可以针对不同波长应对不同湿度的敏感性，分段检测湿度，以提高湿度监控的范围及其准确性。在本实施例中，作为一个优选方案：所述对应多个波长进行的湿度测量是对应两个波长进行的湿度测量，即是对应第一波长和第二波长进行的湿度测量，其中，第二波长测量的湿度高于第一波长测量的湿度，两个波长随两个湿度阶梯变化自动切换测量湿度。因此根据水汽吸收峰，如图1选取波长在13680-13690nm的水汽吸收峰，图2选取波长在1368-1369nm的水汽吸收峰，并以此选择了对应波长的激光器。选取两个波长范围测量的好处是，两个吸收系数不同的吸收峰彼此靠近，可以通过温度控制模块调节激光器波长偏移，偏移量满足在2个吸收峰范围里，约1nm，可以实现不同吸收系数的吸收峰选取，即双波长计算。两个波长随两个环境湿度阶梯变化自动切换测量湿度；在使用时，首先进行系数标定，在标准湿度发生装置下对两个波长下的计算系数分别标定。同时规定了切换方式，避免切换时出现两个测量系统之间的偏差。因此，所述线性标定是在标准湿度发生装置下分别对两个波长进行20%-90%相对湿度进行的线性标定，其所述的线性标定是在两个温度下进行的，分别是20摄氏度进行20%-90%相对湿度的线性标定；和40摄氏度进行20%-90%相对湿度的线性标定。，其方法是：采用双压法湿度发生器一台、露点仪一台，其中湿度发生器提供稳定湿度环境，露点仪进行湿度环境测量，提供标准湿度。按照表1所示进行从20%-90%相对湿度标定：表1：温度升至20℃，稳定时间40min；温度20℃，按照表1所示进行从20%-90%相对湿度标定：数据记录，达到所需温度、湿度，并满足稳定时间后进行。记录设备输出值，然后依据标准值进行线性修正，即完成设备的系数标定。完成该波长的标定后，调制第二波长，按照此方法，但是湿度发生器温度控制在40℃情况下，因为第二波长吸收较弱，因此适用于测量高温高湿情况，所以在40℃下进行该试验，确定第二波长系数。实施例中：所述的自动切换是按照确定的应对多个波长湿度测量切换的方式进行的自动切换，其方法是：首先确定一个绝对湿度切换区间，当湿度大于切换区间上限时，切换至对应的高湿度测量波长，当湿度小于切换区间下限时，切换至对应的低湿度测量波长。因为系统实际为两套独立的系数计算体系，因此应避免当湿度在交点附近变化时系统在两套参数间不断切换，因此切换点设置在两套线性标定系数的交点，并在交点处设置1%RH的切换区间。湿度上升和湿度下降时按照图3和图4示方式切换不同的系数。除此之外，实际上交点处系统误差最大，尤其是在两套系数之间不断“摇摆”，因此通过该方式降低了交点处的测量误差。一个实际例子是：作为本实施例第一波长和第二波长测量绝对湿度范围是确定的，基本上从绝对湿度看，在波长1369.25nm测量范围从0-60000ppm，第二波长从60000-590000ppm,因此1%RH即从59400ppm-60600ppm为切换区间，对应湿度上升、下降方式，比如上升方向从0-60600ppm为1369.25nm波长，60601ppm-590000ppm为第二波长，下降方向0-59400ppm为1369.25nm波长，59401ppm-590000ppm为第二波长测量。根据半导体激光器出光波长特性，激光器在不同温度下输出波长会有一定量偏差，大概常温范围内波长变化范围≤1nm。系统选定的双波长的波长差为0.71nm，满足常温范围内波长调节变化范围，因此选定的波长可以通过温度调节。激光器波长调节温控模块通过调节激光器内部制冷器电流,达到调整激光器芯片温度的效果，进而实现调制激光器波长变化。因此，实施例中：所述方法进一步包括通过温度控制模块调节激光器波长偏移，以减少多个波长之间相对湿度测量的线性对接误差。根据正常情况下吸收峰曲线特点，发现作为背景的直线部分几乎无变化，而高湿情况下吸收峰变化较大，因此对于吸收峰采用更高的采样速率，对于直线降低采样速率，但是扫描点基本不变，没有延长扫描时间，增加系统响应时间。这是针对高湿情况下吸收峰较平时峰值高的特点，为了精确表示峰值，在吸收峰区域采用加密采样，在吸收区域外为缩短扫描时间，减少采样方式，更加精确的保证峰值采样和测量，降低了因固定步长扫描，变化剧烈的吸收峰区域采样不够带来的计算误差。普通的扫描采用的是固定步长的扫描方式，用数学表示为：Y=2n数组，n=1,2,3…99加密扫描的数学表示用分段函数表示为：Y=4n，1≤n≤16；Y=n+66，1≤n≤66；Y=4n+132，1≤n≤16；该算法保证了扫描时间基本不变，因为扫描点数没有变化，但是对于信号中变化大的部分进行了加密采样，对于作为背景的直线采用了减少采样。因此，实施例中的所述方法进一步包括当进入第二波长进行湿度测量时，测量的扫描测量频率大于第一波对湿度测量的扫描频率至少一倍。实施例2：一种用于文物保护环境湿度监测系统，本系统是实现上述方法测量监控的系统，如图5所示：所述系统包括监测主机和与主机相连接的光环形器，以及在文物保护环境中设置的多个光纤气体湿度传感器，监测主机包括数据处理器和激光器；其中，所述光环形器通过连接一个分光器和多路开关分别与多个光纤气体湿度传感器选择性连接。此结构平摊激光器较高的成本，系统的多点测量，首先从主机处连接光环形器，然后使用均分光分路器将光路一分为四，每路光源接入4X16或者4X32路多路光开关，每路光开关采用时分复用的切换轮询方式。通过多路光开关，使用软件控制切换不同的通道，每个通道连接一个湿度传感器探头，探头使用光光耦合方式。达到了户外部分全光路无供电工作，本质安全的探测方式避免对测量区域带来安全隐患。实施例中：如图6所示：所述激光器与一个激光器波长调谐模块和激光器温度控制模块连接控制。监测主机还包括供电模块，通过改变温度和驱动电流值实现激光器控制及调制功能，即从1个波长通过温度和波长调谐调整至另1个波长。在使用前，首先进行系数标定，在标准湿度发生装置下对两个波长下的计算系数分别标定。同时规定了切换方式，避免切换时出现两个测量系统之间的偏差。正常湿度时选取吸收较大的吸收峰，湿度超高时，调节温控模块，调制激光器波长至吸收系数较小的吸收峰，满足高湿时的正确测量。激光器发射激光通过光缆传输至探测气室，气室由光光耦合方式实现，然后反射回信号至光纤缆再回到主机的吸收模块，主机通过激光器波长筛选算法进行浓度计算；在波长筛选算法中通过软件设定变步长扫描模式，在设备扫描时间固定的情况下，对吸收峰区域采用加密采样，在吸收区域外为缩短扫描时间，更加精确的保证高湿情况下的峰值采样和测量。实施例中：如图7所示，所述光纤气体湿度传感器包括光光耦合气室1，气室壁上有透气孔1-1，光光耦合气室通过固定架固定在光纤保护罩2一端，光纤3在保护罩内盘绕并从与光光耦合气室的连接端伸入到光光耦合气室中，在光纤保护罩另一端设置有光纤连接法兰4，保护罩盖5固定在保护罩另一端；如图8所示，所述光光耦合气室的室壁是一个镂空柱壳体6，被测气体通过镂空孔6-1进入光光耦合气室，在镂空柱壳体的外侧设置有透气防尘罩；所述透气防尘罩是1000幕尼龙防尘网。为进行实用化，降低系统每个测量点成本，本系统提出了一种多路光开关结合光分路器的多点时分复用形式的监测系统，为简化系统结构，方便施工，前端气室使用光光耦合气室系统，仅通过一根光缆连接每个监测点，无需传统的方式电源供电。同时在高湿环境，避免水滴、尘土等进入光路，遮挡光学气室的镜头，采用防尘罩设计，在设计防尘罩时，避免不锈钢、铁的材料腐蚀后形成对文物有害的盐及其他有害成分，采用铜和尼龙组成的防尘罩。为进行实用化，降低系统每个测量点成本，本系统提出了一种多路光开关结合光分路器的多点时分复用形式的监测系统，为简化系统结构，方便施工，前端气室使用光光耦合气室系统，仅通过一根光缆连接每个监测点，无需传统的方式电源供电。同时在高湿环境，避免水滴、尘土等进入光路，遮挡光学气室的镜头，采用防尘罩设计，在设计防尘罩时，避免不锈钢、铁的材料腐蚀后形成对文物有害的盐及其他有害成分，采用铜和尼龙组成的防尘罩。