一种大量程的温度绝对值测量方法及测量装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及光纤溫度传感技术领域，具体为一种大量程的溫度绝对值测量方法及 测量装置。
【背景技术】
[0002] 光纤溫度传感是传感领域一个重要的发展方向，有着非常广泛的应用，在高电磁 场、高腐蚀、易燃、易爆等区域有着独特的优势。从溫度传感原理来看，光纤溫度传感器有光 纤光栅型、光纤强度型和光纤干设型等，其中基于高双折射光纤正交偏振模模间干设原理 的光纤干设型溫度传感器溫度灵敏度可达到lnm/°C左右，远高于光纤光栅型溫度传感器， 展现出非常广阔的应用前景。
[0003] 中国专利公开号1553158的发明专利"基于SAGNAC干设仪的光纤溫度传感方法及 其传感器"和中国专利公开号101639387的发明专利"基于极值对应的波长检测的光纤溫度 传感器及其溫度传感方法"都属于光纤干设型溫度传感器的典型案例。
[0004] 中国专利公开号1553158的发明专利公开了一种基于SAGNAC干设仪的光纤溫度传 感方法，其特征在于:将保偏光纤传感头加入采用Y波导调制器和宽谱光源的全保偏SAGNAC 干设仪的闭合光路中，通过保偏光纤与保偏光纤延迟环和Y波导调制器连接，在连接点，相 连的保偏光纤的偏振主轴互相交成一设定角，当溫度场作用在保偏光纤传感头时，在其中 会产生的偏振非互易相移，运个相移与作用在保偏光纤传感头上的溫度成线性比例关系， 采用与光纤巧螺相同的相位检测电路测量运种由溫度引起的相移，从而实现溫度的测量。
[0005] 上述专利所采用的是传统的SAGNAC干设仪相位检测技术，实际测量溫度前，先测 量出相位差变化与溫度之间的线性表达式，标定相位差和溫度之间的系数，再检测实际相 位差的变化量，从而计算出溫度的变化量。该方法具有W下缺点：（1)采用传统SAGNAC干设 仪相位解调方法解调，该方法虽然可检测出相位差的变化量，但不能检测出相位差的绝对 值大小，因此只能建立相位差变化量和溫度变化量之间的关系，因此只能实现溫度的变化 量测量。（2)需要较长保偏光纤环(实施例中提到为100-500m)，成本较高，绕制时光纤环围 成的等效闭合面积为零，制作难度大。
[0006] 中国专利公开号101639387的发明专利公开了 一种基于极值对应的波长检测的光 纤溫度传感器的溫度传感方法，该光纤溫度传感器由光源、光纤禪合器、保偏光纤传感头、 光谱测量装置和计算处理单元构成，光纤禪合器的第一根光纤与光源的尾纤烙接，光纤禪 合器的第二根光纤和第Ξ根光纤烙接在保偏光纤传感头的两端，光纤禪合器的第四根光纤 与光谱测量装置连接，光谱测量装置通过导线与计算处理单元连接;其特征在于:通过检测 混合光纤Sagnac干设仪的透射端的透射光谱实现溫度的测量，在确定长度的保偏光纤传感 头的条件下，透射端的透射光谱具有单极值性，当保偏光纤传感头所处环境的溫度变化时， 混合光纤Sagnac干设仪的透射光谱的极值对应的波长会发生变化，且运个波长与作用在传 感头上的溫度成线性比例关系二~ 通过检测极值对应波长的变化，实现溫度 aL 强 的测量;所述的混合光纤Sagnac干设仪由光源、光纤禪合器和保偏光纤传感头构成;所述的
中，T表示保偏光纤传感头所处环境的溫度，L表示保偏光纤传感头的长度， m表示混合光纤Sagnac干设仪的透射光谱的极值所对应的级数，λη表示m级下对应的极值波 长，a, b表示待定的系数。
[0007]上述专利采用的测量方法为:依据极值波长λ。的表达式及溫度作用下的变化特征 写出溫度与极值波长之间的关系
式中a、b为待定系数。通过实验获得溫度 与极值波长之间的关系，标定两者之间的系数，然后通过测量极值波长的变化量，即可实现 溫度变化的测量。该方法具有W下缺点：（1)采用极值波长检测方法，初始溫度下，极值波长 的选择是随机的，不同的极值波长干设级数不同，因此表达式
的系数也会 变化，每次测量时需先在已知标定溫度下选择极值波长，然后通过极值波长的变化测量溫 度的变化，无法直接测量未知溫度值的绝对大小。（2)不能随意更换极值波长(不同极值波 长对应的系数不同），因此该方法的测量量程受到光源谱宽的限制，当选定的极值波长超过 光源谱宽时，就无法继续监测，限制了溫度的测量量程。
【发明内容】
[000引针对现有技术中的问题，本发明提供一种大量程的溫度绝对值测量方法。
[0009] 为实现W上技术目的，本发明的技术方案是:一种大量程的溫度绝对值测量方法， 其步骤如下：
[0010] A.选择一段高双折射光纤，建立该高双折射光纤的双折射和长度与外界溫度的关 系式r =曰觀+&，其中T表示外界溫度，a、b表示待定系数，转表示某参考波长λ〇经过高双折 射光纤快轴和慢轴时所产生的相位差且
，8表示高双折射光纤的双折射，L表示高 双折射光纤的长度；
[0011] Β.搭建W该高双折射光纤的快轴和慢轴构成干设光路相位差的干设仪，并W该高 双折射光纤作为溫度传感探头，将溫度传感探头植入一个已标定的溫度变化盒内，获取干 设仪在不同溫度下输出的干设光谱，在每个溫度Τ相对应的干设光谱中采集相邻两个极值 的波长，计算出任一极值波长λΝ所对应的干设级数Ν，从而获得多组相对应的Τ、λΝ、Ν值；
[0012] C.基于干设光谱中某参考波长λ〇所对应的相位差
，将获得的 多组Τ、λΝ、Ν值代入关系式y = a砖+&并通过计算机软件对数据进行拟合，从而标定关系式 Γ =保梦r +占中的系数a和b;
[0013] D.测量待测溫度，将溫度传感探头植入待测溫度环境中，获取干设仪输出的干设 光谱，采集相邻两个极值的波长，计算出任一极值波长λΝ所对应的干设级数N，将获得的λΝ、Ν 值代入已标定的关系式r = + A，计算出Τ值，Τ值即为待测溫度值。
[0014] 从W上描述可W看出，本发明具备W下优点：
[0015] 1.利用干设级数直接计算出参考波长所对应的相位差绝对值，根据相位差和溫度 之间的唯一关系式f =卿V+6计算出溫度值，可测量出待测溫度的绝对值大小；
[0016] 2.只需在制作测量装置时或者首次实际测量前标定一次即可，实际测量时无需再 从已知溫度中标定；
[0017] 3.参考波长所对应的相位差依据任意极值波长及其对应的干设级数进行计算，相 位差的获得不受限制，因此溫度测量范围不会受到光源谱宽等因素的限制，测量量程大；
[0018] 4.测量方法中，参考波长所对应的相位差的计算结果误差仅来源于极值波长读数 的误差，测量精度高。
[0019] 为了实现上述测量方法，本发明提供一种大量程的溫度绝对值测量装置，其技术 方案为:一种大量程的溫度绝对值测量装置，包括光源、W高双折射光纤的快轴和慢轴构成 干设光路相位差的干设仪和光谱仪，所述高双折射光纤作为溫度传感探头，所述干设仪的 输入端与光源相连，输出端与光谱仪相连。
[0020] 从W上描述可W看出，本发明具备W下优点：利用高双折射光纤快轴和慢轴构成 干设光路相位差，干设结构简单，易于实现。
[0021] 作为优选，所述干设仪为Sagnac环结构，所述Sagnac环结构包括高双折射光纤、禪 合器、第一单模光纤和第二单模光纤，所述禪合器的端口 A与光源相连，端口 B与光谱仪相 连，所述高双折射光纤的两端分别通过第一单模光纤和第二单模光纤与禪合器的端口 C和 端口D相连;干设结构构造简单，所需元器件少，制作容易，成本低。
[0022] 作为优选，所述