一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法与流程

1.本技术涉及流体参数检测技术领域，具体涉及一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法。


背景技术：

2.随着工业智能化的发展，越来越多的工程机械以遥控或自动化等形式进入工程现场。通常情况下，工程现场的环境比较恶劣，各类工程机械的液压系统易出现故障，在诊断液压系统故障的现有技术中，通常仅是检测液压系统的温度、压力和流速中的一个，因此很难诊断出液压系统的故障,为了对这些参数能够同时检测出，并保证不占用过多的空间，人们利用光纤光栅技术对这些参数进行复合测量，发明了许多光纤光栅复合传感器，将光纤光栅串联或并联在一个传感器内，利用激光光源给予光信号，并通过光谱仪对反射或透射的光信号进行采集，由处理器按光谱与液压系统的温度、压力和流速等参数间的线性关系完成计算，从而得到具体的液压系统的温度、压力和流速等参数。因此，这种通常的方法，由于光栅对温度的灵敏度不高，对应力的灵敏度较高，通常难以满足工程需要，为此，光栅通常需要封装，但是，封装后数据的读取通常采用的是光谱与参数之间的狭小的一段线性对应关系，造成大部分光信号携带的参数信息被屏蔽，读取范围过小，也难以满足工程需要；同时，实验室用的光谱仪存在体积大、成本高，光谱仪内部元件之间位置关系要求严格，抗击工程震动的能力较差的问题。
3.结合工程机械体积不大，传输距离一般不超过1公里，目前用于传感器的单模光纤传输损耗可以降低到0.0.154db/km，所以可以实现非激光光源的其它光源作为光学器件的输入能源；另外，随着计算机技术的发展，为大数据的快速存储和处理带来了可通过软件处理的方式解决震动问题，以及抗震工作台的发展，光纤光栅解调仪的发展，在fbg的快速测量中的解调已可实现40nm范围内高达1khz的快速扫描，且通道扩展简单，这些都给光纤光栅传感器应用于工程机械带来了机遇，因此，结合前期公开了的一种能够同时检测液压管内的例如温度、压力、流速、压力脉动等流体参数的六路光纤光栅复合传感器，实现一种具有在工程机械上抗击振动和体积小巧的测试读取系统的仪器，就成为了工程应用所要亟待解决的问题。
4.因此，研究一种能够满足工程体积小以及抗震能力强、检测速度快的测试仪，尤为急迫和重要。


技术实现要素：

5.为了解决现有技术中的上述问题，即为了解决现用技术中检测流体参数的测试仪体积大、抗震能力低，难以应用到工程领域的问题，本技术提出了一种用于检测流体复合参数的测试仪及数据处理方法，包括：
6.一方面，本技术提出了一种用于检测流体复合参数的测试仪，包括：光源模块、第一光开关组、第二光开关组、传感器接口模块、光谱仪、处理模块、显示模块；其中，所述光源
模块包括电源、激发光源、分光器，所述电源用于为所述激发光源提供激发电能，所述激发光源用于发出包含所述复合光纤光栅传感器特征频率的多频复合光束，所述分光器用于将所述激发光源发出的所述多频复合光束分成进入所述传感器接口模块的多路并行光信号和一路进入所述光谱仪的比对用参考光信号；所述第一光开关组包括多个光开关，所述光开关按特定要求设置在所述分光器的光路中，用于接通或关闭所述光源模块到所述传感器接口模块的光路；所述传感器接口模块用于给多个所述复合光纤光栅传感器内的光纤提供设定强度的多频光信号，并接受所述复合光纤光栅传感器内的光纤上的光栅反射回的特定波长的反射光信号；所述第二光开关组包括多个光开关，用于接通或关闭所述传感器接口模块到所述光谱仪之间的光路；所述光谱仪用于接收由所述第二光开关组来的反射光信号和所述比对用参考光信号，并将所述反射光信号或/和所述比对用参考光信号经衍射后形成的包含光谱间距信息的光谱信号转化为调制电信号；所述处理模块用于向所述第一光开关组和所述第二光开关组发送控制信号，以控制进入所述光谱仪的所述反射光信号以及所述比对用参考光信号为可比对的两组光信号，并接受所述光谱仪发来的所述调制电信号，计算相邻调制电信号之间的中心间隔以及所述中心间隔之间的变动量，以根据预存数据和修正系数，得到所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关参数；所述显示模块，用于显示输入的参数以及经所述处理模块控制而检测出的所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关数据和单位。
7.在一个示例中，所述分光器用于将所述多频复合光束分成八路光信号，包括：第一路光信号、第二路光信号、第三路光信号、第四路光信号、第五路光信号、第六路光信号、第七路光信号、第八路光信号，所述传感器接口模块包括：第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤；所述第一路光信号用于作为所述光谱仪的比对用参考光信号；所述第二路光信号与所述第三路光信号进行复合，得到复合后的光信号，用于射入所述第一光纤；所述第四路光信号用于射入所述第二光纤；所述第五路光信号用于射入所述第三光纤；所述第六路光信号用于射入所述第四光纤；所述第七路光信号用于射入所述第五光纤；所述第八路光信号用于射入所述第六光纤。
8.在一个示例中，所述第一光开关组包括第一光开关、第二光开关、第三光开关；所述第一光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述第八路光信号或第七路光信号；所述第二光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述第五路光信号或第六路光信号；所述第三光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述复合后的光信号或第四路光信号。
9.在一个示例中，所述第一光纤上刻有光栅的部分封装于所述复合光纤光栅传感器内部，所述光栅还通过与所述光栅连接的增敏金属感知所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度变化而改变自身的栅距，从而反射出携带温度变化信息的第一反射光信号；所述第二光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器外部，用于在所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度和流体压力产生变化时，所述第二光纤上的光栅栅距产生变化，并反射出携带流体温度和流体压力变化信息的第二反射光信号；所述第三光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器上设置的弹性膜片的外侧或内侧，所述第四光纤上刻有光栅的部分安装于所述弹性膜片的另一侧，与第三光纤上刻有的光栅相对应，并保证所述弹性膜片两侧温度一致，以便用于在所述弹性膜片产生形变时，所述第三光纤上光栅的
栅距和所述第四光纤上光栅的栅距随所述流体温度变化的变化量相同，随所述弹性膜片的形变的栅距变化量相反，从而反射出携带膜片压应力或拉应力相关信息的第三反射光信号和第四反射光信号；所述第五光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器的外部；所述第六光纤上刻有光栅的部分安装于所述复合光纤光栅传感器的与第五光纤上刻有光栅的部分相对应的外部，保证两个光栅与流体的流速方向相垂直，用于在所述复合光纤光栅传感器外部的流体温度以及流体流速产生变化时，所述第五光纤上光栅的光栅栅距和所述第六光纤上光栅的光栅栅距随所述流体温度变化的变化量相同，随所述流体流速变化的变化量不同，从而反射出携带来流或去流方向上的流体压力相关信息的第五反射光信号和第六反射光信号；所述第一光纤上刻有光栅的部分用于检测所述流体温度；所述第二光纤上刻有光栅的部分用于检测所述流体温度与流体压力的共同信息；所述第三光纤和第四光纤上刻有光栅的部分用于配合检测所述流体压力脉动；所述第五光纤和第六光纤上刻有光栅的部分用于配合检测所述流体流速和流动方向。
10.在一个示例中，所述第二光开关组包括：第四光开关、第五光开关、第六光开关、第七光开关、第八光开关；所述第四光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通所述比对用参考光信号；所述第五光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通流体流速光信号，其中，所述流体流速光信号由所述第五反射光信号与第六反射光信号复合得到；所述第六光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通流体压力脉动光信号，其中，所述流体压力脉动光信号由所述第三反射光信号与第四反射光信号复合得到；所述第七光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通流体压力光信号，其中，所述流体压力光信号由所述第一反射光信号与第二反射光信号复合得到；所述第八光开关用于根据所述处理模块发送的控制信号，控制是否接通流体温度光信号，其中，所述流体温度光信号由所述第一反射光信号分离得到。
11.在一个示例中，所述光谱仪包括：汇聚光信号的凹面镜、汇聚光信号的聚焦凸透镜，入射狭缝、透光基体、准直凹面镜、光栅、聚焦凹面镜、电荷耦合器件，其中，所述透光基体包括第一平面、第二平面、第三平面，第一曲面、第二曲面；所述汇聚光信号的凹面镜用于将所述反射光信号汇聚并反射成平行于所述聚焦凸透镜光轴轴线的平行光形式的入射光信号；所述聚焦凸透镜用于将所述平行光形式的入射光信号进行透射，并将所述入射光信号汇聚到所述入射狭缝上；所述入射狭缝设置在所述透光基体的所述第一平面上，用于使汇聚后的所述入射光信号改善为所需带宽的光信号以射入所述透光基体中，并屏蔽不必要的杂光从中穿过；所述准直凹面镜设置在所述透光基体的所述第一曲面上，用于将射入所述透光基体中的入射光信号进行准直；所述光栅设置在所述透光基体的所述第二平面上，用于将经过所述准直凹面镜准直后的入射光信号进行衍射；所述聚焦凹面镜设置在所述透光基体的所述第二曲面上，用于将所述入射光信号经过衍射后形成的光谱进行汇聚；所述电荷耦合器件设置在所述透光基体的所述第三平面上，用于获取由所述处理模块经所述第一光开关组和所述第二光开关组调制过的两两合成的入射光信号经衍射后形成的光谱信号，并转化为包含所述复合传感器内光栅调制信息和所述处理模块调制信息的调制电信号。
12.在一个示例中，所述传感器接口模块中的若干个复合光纤光栅传感器之间的光栅具有不同的特征频率，每个所述复合光纤光栅传感器内部的光栅具有相同的特征频率，每
个所述复合光纤光栅传感器内部的光栅都各自反射其特征频率的光信号并透过非其特征频率的光信号，以使所述若干个复合光纤光栅传感器之间串联设置，均接收到所述光源发来的其各自特征频率的所述光信号。
13.在一个示例中，所述处理模块包括：输入器、过滤器、放大器、读写器、存储器、处理器；所述输入器用于向所述处理模块输入数据或输入/修订程序，所述数据包括以下至少一种：所述调制电信号与所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间的对应关系之间的修正系数、所述第一光开关组和所述第二光开关组中的若干个光开关的开启或关闭的顺序和/或时间间隔；所述过滤器用于将所述光谱仪中包含所述复合传感器内光栅调制信息和所述处理模块调制信息的所述调制电信号中不是由所述处理模块调制的电信号进行过滤剔除；所述放大器用于将所述过滤后的包含所述复合传感器内光栅调制信息的电信号进行放大，或者将所述光谱仪传来的包含所述复合传感器内光栅调制信息和所述处理模块调制信息的所述调制电信号进行放大，然后，再经过所述过滤器；所述读写器用于从所述存储器中读取由所述输入器写入所述存储器中的修正系数等数据或程序，还用于将所述预存在存储芯片内的经过标定的所述光谱仪内电信号与所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间的对应关系的数据发送给所述处理器；所述存储器用于存储数据和/或程序，所述数据包括：所述放大器处理过的电信号；所述过滤器处理过的电信号；以及预存在存储芯片内的经过标定的所述光谱仪内电信号与所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间的对应关系；所述第一光开关组和所述第二光开关组中的若干个光开关的开启或关闭的顺序和/或时间间隔；以及所述输入器写入的数据或程序；所述处理器用于根据所述读写器读取的数据或程序将所述电信号进行处理后与所述对应关系进行比较，并将比较结果校验和存储，并发送至显示器，还用于向所述第一光开关组和/或第二光开关组发送控制信号；所述显示器，用于显示输入数据和/或调取所述存储器内的数据或程序，还用于显示所述处理器发来的所述比较结果。
14.在一个示例中，还包括：网络传输模块；所述网络传输模块用于将所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关参数通过网络进行远程上传，或者通过网络接受网络指令，修订相关参数或者标定参数，所述相关参数包括所述第一光开关组和所述第二光开关组中的若干个光开关的开启或关闭的顺序和/或时间间隔，所述标定参数包括所述光谱仪的所述调制电信号与所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间建立的对应标定关系以及修正系数。
15.另一方面，本技术提供了一种用于检测流体复合参数的数据处理方法，所述方法包括：处理模块通过第一光开关和第二光开关对进入光谱仪的光信号进行两两比对用输入控制，以及通过所述第一光开关和所述第二光开关的开关频率进行调制；所述处理模块通过控制所述开关频率对所述处理模块内的过滤器参数进行调制，以将所述光谱仪中包含复合传感器内光栅调制信息和所述处理模块调制信息的所述调制电信号中，不是由所述处理模块调制的电信号进行过滤剔除；所述处理模块通过所述两两比对用输入控制将环境中对光学系统中的震动信号进行差减剔除。
16.通过本技术提出的用于检测流体复合参数的测试仪能够带来如下有益效果：
17.用于检测流体复合参数的测试仪通过内部光路一体化的设计，不仅体积减小、光学镜片之间光路的抗震能力增强，有利于利用抗震设备减少外界震动对光学仪器的干扰，
另外，通过比对光路的设计控制以及采集数据后对比对数据根据光路控制的调制频率进行数字滤波的方法，增加了对不同工况滤波的针对性，而且可以有效滤出外界或光路震动造成的干扰信号，保证可靠提取到待测信号，从而实现工程领域同时对多个复合光纤光栅传感器中的流体参数进行检测，提高了测试仪的实用性。
附图说明
18.此处所说明的附图用来提供对本技术的进一步理解，构成本技术的一部分，本技术的示意性实施例及其说明用于解释本技术，并不构成对本技术的不当限定。在附图中：
19.图1为本技术实施例中一种用于检测流体复合参数的测试仪示意图的一部分；
20.图2为本技术实施例中一种用于检测流体复合参数的测试仪示意图的另一部分；
21.图3为图1所示的一种用于检测流体复合参数的测试仪的局部放大图；
22.图4为图2所示的一种用于检测流体复合参数的测试仪的局部放大图；
23.图5为本技术实施例中复合光纤光栅传感器结构示意图。
24.附图标记：
25.10
‑
光源模块；11
‑
激发光源；12
‑
分光器；13
‑
电源；20
‑
传感器接口模块；21
‑
复合光纤光栅传感器；22
‑
复合光纤光栅传感器；23
‑
复合光纤光栅传感器；30
‑
第一光开关组；31
‑
第一光开关；32
‑
第二光开关；33
‑
第三光开关；40
‑
第二光开关组；41
‑
第四光开关；42
‑
第五光开关；43
‑
第六光开关；44
‑
第七光开关；45
‑
第八光开关；50
‑
光谱仪；51
‑
汇聚光信号的凹面镜；52
‑
汇聚光信号的聚焦凸透镜；53
‑
透光基体；54
‑
聚焦凹面镜；55
‑
准直凹面镜；56
‑
光栅；57
‑
电荷耦合器件；58
‑
入射狭缝；60
‑
处理模块；61
‑
处理器；62
‑
比较器；63
‑
读写器；64
‑
存储器；65
‑
放大器；66
‑
过滤器；67
‑
输入器；70
‑
输入模块；80
‑
显示模块；200
‑
网络传输模块；91
‑2×
1合束器；92
‑1×
2分光器；93
‑1×
2分光器；94
‑1×
2分光器；95
‑1×
2分光器；96
‑1×
2分光器；97
‑1×
2分光器；98
‑2×
1合束器；99
‑2×
1合束器；100
‑2×
1合束器；101
‑1×
2分光器；102
‑4×
1合束器；103
‑2×
1合束器。
具体实施方式
26.为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本技术具体实施例及相应的附图对本技术技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。
27.以下结合附图，详细说明本技术各实施例提供的技术方案。
28.结合图1、图2、图3、图4，本技术实施例提供的用于检测流体复合参数的测试仪具体包括：光源模块10、传感器接口模块20、第一光开关组30、第二光开关组40、光谱仪50、处理模块60、输入模块70、显示模块80、网络传输模块200、五个2
×
1合束器、一个4
×
1合束器、七个1
×
2分光器。
29.光源模块10可以包括激发光源11、分光器12、电源13，激发光源11可以发射发出包含所述复合光纤光栅传感器特征频率的多频复合光束，分光器12可以接收由激发光源11发射的多频复合光束或连续宽频光束，并将该种光束通过分光器12分成若干路光信号，包括进入传感器接口模块20的多路并行光信号和一路进入光谱仪50的比对用参考光信号。电源
13用于为激发光源11提供激发电能，其中，电源13上设有可伸缩电源插头，该插头可以选用任意国家标准的型号，优选为中国标准的型号。激发光源11可以包括等离子光源、高功率石英卤钨灯、x
‑
cite灯等，在本技术实施例中以高功率稳定型钨光灯为例进行解释说明，选用的高功率稳定型钨光灯能够满足成本低、稳定性强的要求，同时，高功率稳定型钨光灯可以发出发出包含所述复合光纤光栅传感器特征频率的多频复合光束或连续宽频光束。分光器12可以选用1
×
8型号，能够将上述高功率稳定型钨光灯发出的光信号分为八路，分别为：第一路光信号0、第二路光信号01、第三路光信号1、第四路光信号2、第五路光信号3、第六路光信号4、第七路光信号5、第八路光信号6。
30.经过分光器12分出来的八路光信号通过光纤向前传输，其中，第一路光信号0可以作为比对用参考光信号射入光谱仪50，第二路光信号01和第三路光信号1可以通过2
×
1合束器91进行合束后形成增强光信号011向前传输，增强光信号011与第四路光信号2、第五路光信号3、第六路光信号4、第七路光信号5、第八路光信号6分别沿并行的各自的光纤向前传输，经过第一开关组30射入传感器接口模块20。其中，第一开关组30可以包括第一光开关31、第二光开关32、第三光开关33，光开关的类型包括但不限于：机械式、液晶式、电光式、热光式等，优先选择光功率损耗小的开关，如光电式。第一光开关组30可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制第一光开关31、第二光开关32、第三光开关33的接通与关断，具体地，第一光开关31可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通第八路光信号6的传输；第二光开关32可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通第五路光信号3的传输；第三光开关33可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通经过合束器91复合后光信号的传输。这些光开关其控制目的是为了光谱仪50能够读取两两比对光信号的相对位置信息，以便由处理模块60判断压力波动的正负或者流体流动方向。
31.传感器接口模块20用于接受若干个复合光纤光栅传感器反射的光信号，如图1所示，在本技术实施例中，以三个复合光纤光栅传感器为例进行解释说明：复合光纤光栅传感器21、复合光纤光栅传感器22、复合光纤光栅传感器23。复合光纤光栅传感器经过特殊设计，包含若干根光纤，能够同时实现对流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速进行检测，同时，复合光纤光栅传感器可以通过串联的形式进行连接，实现多个复合光纤光栅传感器在同一系统中协同工作，具体地，如图1所示，复合光纤光栅传感器内安装有六根光纤，从下到上分别是第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤，每根光纤上设置有光栅，同一个复合光纤光栅传感器内的所有光栅特征频率一致，其特征频率也是该复合光纤光栅传感器的特征标识。根据图1中的复合光纤光栅传感器21、复合光纤光栅传感器22、复合光纤光栅传感器23可以看出，同一个复合光纤光栅传感器中的六根光纤上的光栅栅距相同，能够反射相同特征频率的反射光信号，并保证非该光栅栅距特征频率的光束能够通过，使得其后的不同复合光纤光栅传感器之间的光纤能够得到自身光栅特征频率的光束和强度，保证后续的复合光纤光栅传感器不同的光栅特征频率的光束被反射回来后也能够正常通过，不受阻碍或受到的功率损耗极低，不影响光谱仪50不仅能够读取该传感器反射的自身光栅特征频率的光束，也能够读取与该传感器串联的后续的复合光纤光栅传感器反射的自身光栅特征频率的光束。保证了在某些特殊场景下，需要布置多个复合光纤光栅传感器时，不同的复合光纤光栅传感器可以反射不同频率的反射光信号，从而可以根据反射光信号的频率来分辩反射光信号是由哪个复合光纤光栅传感器发出的。
32.增强光信号011、第四路光信号2、第五路光信号3、第六路光信号4、第七路光信号5、第八路光信号6经过复合光纤光栅传感器接口24后，按顺序分别射入第一光纤、第二光纤、第三光纤、第四光纤、第五光纤、第六光纤。结合图1和图5，复合光纤光栅传感器可以包括：第一接口201、第二接口202、外壳203、用于检测流体温度的第一光纤光栅204、用于检测流体温度及压力的第二光纤光栅205、用于检测流体流速的第五光纤光栅206、用于检测流体流速的第六光纤光栅207、导热片208、导热丝209、弹性膜片(图中未示出)、用于检测流体压力脉动的第三光纤光栅(图中未示出)、用于检测流体压力脉动的第四光纤光栅(图中未示出)。
33.光信号可以通过第一接口201或第二接口202射入，此外，第一接口201或第二接口202也可以用于连接其他复合光纤光栅传感器，以实现多个复合光纤光栅传感器串联在一起的同时又共用一套光信号，解决了在某些场景下，需要布置多个复合光纤光栅传感器时，占用空间过大的问题。复合光纤光栅传感器可以根据使用场景选择不同类型的外壳203，包括但不限于：塑料、金属。
34.导热片208设置于外壳203的内部，导热片208于导热丝209相连，导热丝209一部分置于外壳203的内部，一部分置于外壳203的外部，导热丝209可以将外壳203外部流体的热量传递给导热片208，导热片208可以是导热率高延伸变化率大的铝材，也可以是其它能够对光栅增敏的其它导热金属或非金属(如石墨烯)，但优先选用可以与导热丝209能够导热衔接的金属。增强光信号011射入用于检测流体温度的第一光纤光栅204。用于检测流体温度的第一光纤光栅204设置在导热片208上，导热片208对用于检测流体温度的第一光纤光栅204起到增敏的作用，使得用于检测流体温度的第一光纤光栅204能够随着导热片208的受热伸长而增大光栅的纵向形变量，并反射出第一反射光信号，该第一反射光信号携带有温度变化信息，具体地，通过计算此时第一反射光信号的中心波长与比对用光信号之间的偏移量，并根据处理模块60中的预存数据和修正系数，来获取复合光纤光栅传感器所处环境的精确温度数据，同时又避免了外壳203外部环境压力对用于检测流体温度的第一光纤光栅204检测结果的交叉影响。优选的，将用于检测流体温度的第一光纤光栅204的部分设置在导热片208上，提升了测量精度。
35.第四路光信号2射入用于检测流体温度及压力的第二光纤光栅205。用于检测流体温度及压力的第二光纤光栅205设置于外壳203上，此时，复合光纤光栅传感器外部的流体温度和压力的变化会引起用于检测流体温度及压力的第二光纤光栅205上的纵向形变量，使得第二光纤光栅205上的光栅栅距发生变化，并反射出第二反射光信号，该第二反射光信号携带有流体温度和流体压力的变化信息，具体地：通过计算此时第二反射光信号的中心波长与第一反射光信号的中心波长偏移量之间的差减比对，剔除了第一反射光信号与第二反射光信号之间共有的温度信息，仅留下了反映复合光纤光栅传感器所处环境的压力信息(两光信号同一级光谱之间的距离)，之后，通过处理模块60中的预存数据和修正系数，来获取复合光纤光栅传感器所处环境的精确压力数据，避免了现有技术中单独通过光纤光栅压力传感器用光栅中心波长漂移量测量流体的压力时，同时受流体温度的交叉影响，进而导致无法准确获取压力数据的情形。优选的，将用于检测流体温度及压力的第二光纤光栅205的部分设置在外壳203上，保证了测量精度。
36.第七路光信号5射入用于检测流体流速的第五光纤光栅206，第八路光信号6射入
用于检测流体流速的第六光纤光栅207。用于检测流体流速和流向的第五光纤光栅206和第六光纤光栅207分别设置于外壳203的前部和后部，两根光纤光栅同时受复合光纤光栅传感器所处环境中流体压力和温度的共同作用，当复合光纤光栅传感器所处环境中的流体流速或流向发生变化时，其流体所处的温度场基本相同，所以第五光纤光栅206和第六光纤光栅207的光栅栅距随温度变化也相同但受到流速或流向变化产生的应力变化不同，因此，也可以通过差减的方法读出第五光纤光栅206和第六光纤光栅207反射的光信号之间同一级光谱之间的差距，之后，通过处理模块60中的预存数据和修正系数，来获取复合光纤光栅传感器所处环境流体的流速信息。
37.通过处理模块60对第一光开关31的控制，使得第八路光信号6接通或关断，使得第六光纤光栅207反射的光信号与第五光纤光栅206反射的光信号之间同一级光谱与中心谱线之间的位置信息发生有或无的变化，例如，假设第五光纤光栅206反射的光信号的谱线较第六光纤光栅207反射的光信号谱线远离中心谱线，因第八路光信号6的关断导致的第六光纤光栅207反射的光信号谱线消失，即远离中心谱线的第五光纤光栅206反射的光信号的谱线仍保留，那么，就说明流体是从第五光纤光栅206流向第六光纤光栅207方向的，反之，说明流体是从第六光纤光栅207流向第五光纤光栅206方向的。
38.这些，都可以通过处理模块60中的预存数据和修正系数，来获取复合光纤光栅传感器所处环境的流体的这些流向信息。
39.具体地，复合光纤光栅传感器外部的流体温度、流体压力、流体流速冲击的变化会引起于检测流体流速的第五光纤光栅206和用于检测流体流速的第六光纤光栅207上的光栅的纵向形变量，并分别反射出第五反射光信号和第六反射光信号，通过将第五反射光信号和第六反射光信号进行比对，并根据处理模块60中的预存数据和修正系数，来获取复合光纤光栅传感器所处环境的精确流速数据，避免了现有技术中单独通过光纤光栅流速传感器用光栅中心波长偏移量测量流体流速时，同时受流体温度和流体压力的交叉影响，进而导致无法准确获取流速数据的情形。优选地，将用于检测流体流速的第五光纤光栅206和用于检测流体流速的第六光纤光栅207中刻有光栅的部分，分别设置于外壳203的前部和后部，根据这些前后的方向的设置，保证了对管路中流体的流向的测量实现。
40.第五路光信号3射入用于检测压力脉动的第三光纤光栅，第六路光信号4射入用于检测压力脉动的第四光纤光栅。外壳203上设有弹性膜片，以便用于在弹性膜片产生形变时，第三光纤光栅上栅距和第四光纤光栅上栅距随所述流体温度变化的变化量相同，随所述弹性膜片的形变的栅距变化量相反，从而反射出携带膜片压应力或拉应力相关信息的第三反射光信号和第四反射光信号。
41.具体地，用于检测压力脉动的第三光纤光栅和用于检测压力脉动的第四光纤光栅分别设置于弹性膜片的内外两侧，两根光纤光栅同时受复合光纤光栅传感器所处环境中流体温度的作用，当复合光纤光栅传感器所处环境的流体产生周期性压力脉动(压力时刻变化)时，弹性膜片会随压力脉动产生周期性形变，同时，设置在弹性膜片内外两侧的两条光栅会随着弹性膜片的形变而引起两条光纤上的光栅相反的纵向形变量，并分别反射出第三反射光信号和第四反射光信号，通过将第三反射光信号和第四反射光信号进行比对δ，并根据处理模块60中的预存数据和修正系数，来获取复合光纤光栅传感器速出环境的精确压力数据，处理模块60再根据这些变动的压力数据之间的差值δδ，就可计算出精确的压力脉动
数据，充分利用了现有技术中利用膜片变形的方法检测精确小压力的技术，实现了精确的压力脉动的检测。
42.进一步地，通过处理模块60对第二光开关32的控制，使得第五路光信号3接通或关断，使得第三光纤光栅和第四光纤光栅反射的光信号之间同一级光谱之间的位置信息发生变化，从而通过处理模块60中的预存数据和修正系数，来获取复合光纤光栅传感器所处环境的压力方向的信息，从而得到脉动压力正负压的变化方向。
43.如图3所示，第一反射光信号、第二反射光信号、第三反射光信号、第四反射光信号、第五反射光信号、第六反射光信号分别借用正向传输的增强光信号011、第四路光信号2、第五路光信号3、第六路光信号4、第七路光信号5、第八路光信号6所在的传输光纤进行反向传输。第一反射光信号经过1
×
2分光器101进行分光后，改变为光谱仪测量流体温度的光信号而通向光谱仪的方向继续传输；第一反射光信号和第二反射光信号分别经过1
×
2分光器97和1
×
2分光器96，再经过2
×
1合束器100进行合束后，改变为光谱仪测量流体压力和温度的复合光信号而通向光谱仪的方向继续传输；第三反射光信号和第四反射光信号分别经过1
×
2分光器95和1
×
2分光器94，再经过2
×
1合束器进行合束，改变为光谱仪测量流体压力脉动的复合光信号而通向光谱仪的方向继续传输；第五反射光信号和第六反射光信号分别经过1
×
2分光器93和1
×
2分光器92，再经过2
×
1合束器进行合束后，改变为光谱仪测量流体流速流向的复合光信号而通向光谱仪的方向继续传输。
44.如图2所示，上述流体温度反射光信号、流体压力和温度的复合反射光信号、流体压力脉动反射光信号、流体流速反射光信号以及比对用参考光信号0，通过第二光开关组40继续向下传输，其中，第二光开关组40包括第四光开关41、第五光开关42、第六光开关43、第七光开关44、第八光开关45。第二光开关组40可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制第四光开关41、第五光开关42、第六光开关43、第七光开关44、第八光开关45的开通与关断，具体地，第四光开关41可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通比对用参考光信号0的传输，第五光开关42可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通流体流速光信号的传输，第六光开关43可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通流体压力脉动光信号的传输，第七光开关44可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通流体压力光信号的传输，第八光开关45可以用于根据处理模块60发送的控制信号，控制是否接通流体温度光信号，其中，流体温度光信号由第一反射光信号进行分离得到。
45.如图2所示，上述流体温度反射光信号、流体压力和温度的复合反射光信号、流体压力脉动反射光信号、流体流速反射光信号以及比对用参考光信号0，通过五路光纤向下传输，射入光谱仪50。具体地，流体温度反射光信号、流体压力和温度的复合反射光信号、流体压力脉动反射光信号、流体流速反射光信号所在的四路光纤经过4
×
1合束器102合束后，再与比对用参考光信号所在的光纤经过2
×
1合束器103进行合束，射入光谱仪50。
46.结合图2与图4，光谱仪50可以包括：汇聚光信号的凹面镜51、汇聚光信号的聚焦凸透镜52、透光基体53、准直凹面镜55、光栅56、聚焦凹面镜54、电荷耦合器件57、入射狭缝58。其中，汇聚光信号的凹面镜51用于将反射光信号汇聚并反射成平行于所述聚焦凸透镜光轴轴线的平行光形式的入射光信号；聚焦凸透镜52用于将平行光形式的入射光信号进行透射，并将入射光信号汇聚到所述入射狭缝58上；入射狭缝58设置在所述透光基体53的第一
平面上，用于使汇聚后的所述入射光信号改善为所需带宽的光信号以射入所述透光基体53中，并屏蔽不必要的杂光从中穿过；准直凹面镜55设置在透光基体53的第一曲面上，用于将射入透光基体53中的入射光信号进行准直；光栅56设置在透光基体53的所述第二平面上，用于将经过准直凹面镜55准直后的入射光信号进行衍射；聚焦凹面镜54设置在透光基体53的所述第二曲面上，用于将入射光信号经过衍射后形成的光谱进行汇聚；
47.具体地，汇聚光信号的凹面镜用于将光纤传输过来的汇聚在凹面镜焦点的比对用参考光信号0以及其他四种反射光信号共同出口出来的光束反射成平行光的形式，并射入聚焦凸透镜52，聚焦凸透镜52用于对所述平行光进行汇聚，并射入入射狭缝58。入射狭缝58设置于透光基体53上，用于使汇聚后的光信号从中穿过，其中，透光基体53的材质包括但不限于：光学玻璃、树脂等，如图4所示，透光基体53上分别设有第一平面、第二平面、第一曲面、第二曲面，入射狭缝58设置于透光基体53的第一平面上，该入射狭缝58通常是一条细长狭缝，它可以在光信号的照射下形成光谱仪成像系统的物点。准直凹面镜55设置在透光基体53的第一曲面上，用于对经过入射狭缝58射入透光基体53的光信号进行准直，使其变成平行光，射向光栅56。光栅56设置在透光基体53的第二平面上，光栅56为色散原件，它可以使其接受到的光信号在空间上按波长分散成多条光束，具体地，经过准直凹面镜55反射后的平行光信号射到光栅56后，被光栅56衍射，由于不同波长的光纤具有不同的衍射角，从而将光信号除了中心谱线外按照波长分散为多条光谱线。经过光栅56衍射后的光谱线(一般选用一级或二级谱线，根据处理模块60预存信息要求进行选择)射到聚焦凹面镜54上，该聚焦凹面镜54设置在透光基体53的第二曲面上，用于将经过光栅56衍射后的光谱线进行汇聚，使这些光谱线汇聚在电荷耦合器件57上，由电荷耦合器件57上电荷耦合器的排列结构和位置距离，将谱线之间的距离转换为光电转换后电荷之间的空格，经设定脉冲的移位读取，就可将光谱之间的位置信息转换为电荷之间的数字信息，从而实现电荷耦合器件57获取经过聚焦凹面镜54进行汇聚后的光信号，并将该光信号转化成携带光谱信息的电信号，传输至处理模块60。其中，电荷耦合器件57可以是线阵ccd也可以是面阵ccd，用于把经过光栅56色散处理后的反射光谱投射到线阵光电探测器或面阵ccd感光面上，从而在线阵光电探测器不同像元上对反射光谱进行光电转换，将光谱信息转换为电信号，供后续解调使用。这种ccd因为其光谱检测速度快，而且可以对光栅刻线的误差起到消减作用从而可实现对光栅信号快速准确的测量的目的。
48.如图2所示，处理模块60可以包括：处理器61、比较器62、读写器63、存储器64、放大器65、过滤器66、输入器67。
49.具体地，输入器67用于向处理模块60输入数据，数据包括以下至少一种：所述调制电信号与所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间的对应关系之间的修正系数、第一光开关组和第二光开关组中的若干个光开关的开启或关闭的顺序和/或时间间隔；
50.过滤器66用于将光谱仪50中包含复合传感器内光栅调制信息和处理模块调制信息的调制电信号中不是由处理模块调制的电信号进行过滤剔除；
51.放大器65用于将过滤后的包含复合传感器内光栅调制信息的电信号进行放大，或者将光谱仪50传来的包含复合传感器内光栅调制信息和处理模块60调制信息的调制电信号先经过放大器65进行放大，然后，再经过过滤器66进行滤波；
52.读写器63用于从存储器中读取由所述输入器写入所述存储器中的修正系数等数
据或程序，，还用于将预存在存储芯片内的经过标定的光谱仪50内电信号与所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间的对应关系的数据发送给处理器61；
53.存储器64用于存储数据和/或程序，数据包括：放大器65处理过的电信号；过滤器66处理过的电信号；以及预存在存储芯片内的经过标定的光谱仪50内电信号与所述流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间的对应关系；第一光开关组和第二光开关组中的若干个光开关的开启或关闭的顺序和/或时间间隔；以及所述输入器67写入的数据或程序；
54.处理器61用于根据读写器63读取的数据或程序将所述电信号进行处理后与对应关系进行比较，并将比较结果校验和存储，并发送至显示模块80以及网络传输模块200，还用于向第一光开关组和/或第二光开关组发送控制信号；
55.具体地，放大器65接收由上述电荷耦合器件57发送的调制电信号，并对该调制电信号进行放大，使其更易识别。存储器64可以用于存储和/或读取数据，存储器中预存有相应数据或程序，其中，该相应数据包括但不限于：流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速与电信号之间的对应关系，其中该对应关系可以由标定测试系统进行提前标定，并预存至该存储器64中、第一光开关组30和第二光开关组40中的若干个光开关的开启和/或关闭的顺序和/或时间间隔，具体地，第一光开关31的开启或关闭时间，通过设定第一光开光31的开启或关闭，可以用于判断流体流动的方向；第二光开关32的开启或关闭时间，通过设定第二光开关32的开启或关闭，可以用于判断流体压力脉动的正负压情况；第三光开关、第七光开关、第六光开关、第五光开关的开启和关闭的顺序以及时间间隔，具体地，在一个时间周期内，第三光开关打开并持续一定时间后再关闭，持续一段时间后，第七光开关打开并持续一定时间后再关闭，持续一段时间后，第六光开关打开并持续一定时间后再关闭，持续一定时间后，第五光开关打开并持续一段时间后再关闭，通过这样的设定，可以保证四个光开关在整个时间周期内按顺序打开或关闭，实现了流体温度反射光信号、流体压力反射光信号、流体压力脉动反射光信号、流体流速反射光信号可以按照一定顺序，顺次发射至光谱仪60中，避免了四路反射光信号同时发射到光谱仪60而导致多种光信号混杂在一起，因外界干扰信号造成的滤波频率无法控制而造成的信号无法识别的情况。基于光传播的速度以及电荷耦合器件57的灵敏度，四个光开关打开或关闭的时间周期可以设定的非常短，从而保证了测试仪能够实现对流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的依次快速的测量。存储器中还存有第四光开关41打开或关闭的时间，在测试仪对四种流速参数进行检测前，打开第四光开关41并持续一段时间后再关闭，使得比对用参考光信号0发射至光谱仪50中，由于比对用参考光信号0包括宽谱光源11发射光的所有波长，因此可以在进行测试之前获取该光信号未经复合光纤光栅传感器反射的原始光信号，以该原始光信号作为基准，方便准确获取原始光信号的中心波长的位置，方便对光谱仪和处理模块60之间数据的调整。需要说明的是，第四光开关41在测量温度信号时，以控制参考光信号0与温度光信号的比对，其它测量流速流向或压力或压力脉动时，第四光开关41保持常关闭。读写器63用于从存储器64中由所述输入器写入所述存储器中的修正系数等数据或程序，还用于将数据传送给比较器62和/或处理器61。经过放大器65放大后的电信号传送至比较器62，根据光开关在时间周期内打开和关闭的时间，可以根据预设关系获悉该电信号具体携带何种信息，读写器63从存储器64中读取流体温度或流体压力或流体压力脉动或流体流速与电信号的对应关
系，并将该对应关系传送至比较器62，比较器62将该电信号与该对应关系进行比较，并将比较结果发送至处理器61，处理器61根据比较结果获取流体温度或流体压力或流体压力脉动或流体流速的相关参数，在光开关的一个时间周期内，处理器61获取到所有四种流体参数后，根据存储在存储器64中的修正系数进行复合运算后，将该四种流体参数发送至显示模块80，显示模块80可以依次显示流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关参数，显示的间隔时间不超过0.2s，以提升用户的使用体验。
56.在一个实施例中，在当前时间点，该调制电信号携带流体温度的相应信息，此时读写器63从存储器64中读取流体温度与调制电信号的对应关系，并将该对应关系传送至比较器62，比较器62将该电信号与该对应关系进行比较，并将比较结果发送至处理器61，处理器61根据该比较结果获取流体温度的相关参数。
57.处理器61还用于，根据读写器63从存储器64中读取的相应信息，向第一光开关组30和/或第二光开关组40发送控制信号，以控制若干个光开关的打开和关闭的顺序和/或时间间隔。
58.在一个实施例中，如图2所示，还包括网络传输模块200，网络传输模块200用于将流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速的相关参数通过网络进行远程上传，或者通过网络接受网络指令，修订相关参数或者标定参数，相关参数包括所述第一光开关组和所述第二光开关组中的若干个光开关的开启或关闭的顺序和/或时间间隔，标定参数包括光谱仪的所述调制电信号与流体温度、流体压力、流体压力脉动、流体流速之间建立的对应标定关系以及修正系数。
59.在一个实施例中，本技术还提供了一种用于检测流体复合参数的数据处理方法，所述方法包括：
60.处理模块通过第一光开关和第二光开关对进入光谱仪的光信号进行两两比对用输入控制，以及通过所述第一光开关和所述第二光开关的开关频率进行调制；
61.所述处理模块通过控制所述开关频率对所述处理模块内的过滤器参数进行调制，以将所述光谱仪中包含复合传感器内光栅调制信息和所述处理模块调制信息的，所述调制电信号中不是由所述处理模块调制的电信号进行过滤剔除；
62.所述处理模块通过所述两两比对用输入控制将环境中对光学系统中的震动信号进行差减剔除。
63.所述处理模块也可简化所述测试仪中光开关的调制环节，即省去对第一光开关组30和/或第二光开关组40光开关频率的调制，仅用光开关控制两两比对信号，进而借助外部环境中同样的流体介质要求的应用温度、流量或压力的分级精确检测，达到对所述复合光纤光栅传感器进行标定的作用，并可将标定的结果通过读写器63写入存储器64中的存储芯片中，用于本测试仪数据的校订或精确读取。
64.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术。对于本领域技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的权利要求范围之内。