一种线性温度传感器阵列的标定装置的制作方法

本实用新型涉及光纤温度传感领域，具体涉及一种线性温度传感器阵列的标定装置。

背景技术：

光纤光栅传感器阵列由于其具有高灵敏度、抗电磁干扰、大空间分布式测量以及便于组网等显著优点，在高精度温度传感领域应用潜力巨大。但由于光纤光栅传感器直接测量的是波长的变化，无法对温度进行直接的反映。光纤光栅布拉格波长的变化与温度的变化在一定条件下呈线性关系，通过对线性的光纤光栅传感器进行温度标定，确定光纤光栅波长变化量与环境温度变化量的关系，即可通过波长准确计算出温度值，实现光纤光栅对温度测量。

常规的光纤光栅温度传感器的标定方法是直接将传感器本身置于恒温气体箱或恒温液体浴槽内，由恒温气体箱或恒温液体浴槽自带的加热源来改变环境温度。实践中发现，采用直接加热方式来改变气体或液体的温度，受热源工作方式及安装位置的影响，以及介质本身热传导特性的限制，恒温气体箱或恒温液体浴槽内的温度分布并不均匀，尽管诸多恒温装置采用风扇或搅拌器辅助热扩散，但装置内不同位置的温度差异仍然很大，如某品牌恒温气体箱显示的温度精度0.1℃，但实际的箱内温度的不均衡性大于0.5℃，恒温油浴锅加热源附近和远离区域的温差大于0.5℃。而且一般恒温气体箱或恒温液体浴槽体积较小，光纤光栅温度传感器阵列大多采用卷绕成盘的方式置于恒温气体箱或恒温液体浴槽中进行标定。实验中发现光纤光栅温度传感器成缆后缠绕在直径为25cm的圆盘上与伸直状态下的光纤光栅中心波长相差约10pm，说明光纤光栅温度传感器阵列在弯曲的情况下受到了应力作用。当弯曲盘绕的光纤光栅置于恒温气体箱或恒温液体浴槽中进行温度标定时，由于光纤光栅传感器受到应力影响，标定出来的光纤光栅的中心波长与温度会因此而呈现非线性关系，因此会对光纤光栅温度标定的准确性。受上述标定条件的限制，传统的光纤光栅传感器温度精度一般标称为0.5℃。这种精度已经能满足火灾等一般温度监测的需求，但在诸如大坝温度场、水环境、土壤含水率监测等高精度的温度场监测中，已经很难满足现场温度监测的要求，例如对水环境的温度梯度进行监测时，需要光纤光栅传感器的温度测量精度要求优于0.1℃，采用传统的标定装置及方法已经很难满足高精度光纤光栅温度传感器的标定需求。

技术实现要素：

本实用新型为克服现有线性温度传感器标定方法精度低，一致性差，易受弯曲应力影响等问题，提供了一种线性温度传感器阵列的标定装置及方法。

本实用新型采取的技术方案为：

一种线性温度传感器阵列的标定装置，包括硬质管、线性温度传感器阵列、温度计、解调仪、固定架。

所述硬质管底端封口并留有阀门，顶端开口；固定架将硬质管垂直固定；

所述硬质管中充满液态导热介质；

所述线性温度传感器阵列的一端沿硬质管顶端的开口向下自由放置，线性温度传感器阵列的另一端接入解调仪；

所述温度计与线性温度传感器阵列上的传感点并联固定。

所述液态导热介质为水或油。

所述线性温度传感器阵列为光纤光栅阵列。

该装置还包括牵引绳，牵引绳与所述线性温度传感器阵列之间进行固定，牵引绳的自由端还挂有配重块，用于保持牵引绳的铅锤状态。

所述牵引绳与所述的线性温度传感器阵列之间用固定扎带进行分段固定，用于引导待标定的线性温度传感器阵列竖直的置于硬质管中

所述温度计为铂金电子温度计，采用一体式密闭封装，用于设置采样时间间隔，绝对测量精度为0.01℃，反应时间优于0.1秒。

所述解调仪为光纤光栅解调仪，扫描波长步距小于4 pm，波长稳定度优于0.1 pm，光栅阵列的解调时间小于0.1秒。

所述硬质管采用塑料管。

一种线性温度传感器的温度标定方法，包括以下步骤：

S1：将硬质管固定在固定架上，使硬质管与地面保持仟直装填，关闭底端阀门，注入液态导热介质，将牵引绳的一端栓上配重块，将待标定的线性传感器阵列与牵引绳固定；

S2：将若干个高精度温度计与电脑连接，设置温度采样时间与间隔，设置完毕后将温度计固定在牵引绳上，并确保温度计的探头与待标定的线性传感器阵列上的光栅位置相同；

S3：将牵引绳连同待标定的线性传感器和温度计一同放入硬质管中，直至牵引绳上的配重块接近硬质管底部，便将牵引绳固定在硬质管顶部；

S4：将线性温度传感器阵列的另一端接上光纤光栅解调仪，设置解调仪的采样时间和间隔与温度计的一致，并将数据自动存入数据库中；

S5：连续测量一段时间后，从硬质管中取出牵引绳、线性温度传感器阵列以及温度计，分别从温度计和解调仪的数据库中导出温度数据和对应的波长数据；

S6：采用Origin软件对温度-波长数据进行拟合，获得线性温度传感器阵列各个光栅对应的温度特性曲线。

本实用新型一种线性温度传感器阵列的标定装置及方法，具有以下有益效果：

1)、线性标定，精度高：

本装置通过牵引绳固定光纤光栅线性传感器，使其处于伸直状态且不受应力影响。同时将多个高精度铂金温度计与光纤光栅线性传感器的独立光栅匹配固定，用于测量待标定光栅处的水环境温度，标定环境与实际线性应用场合高度相似，标定精度高。

2) 、批量标定，无人值守：

利用多个高精度铂金温度计设定好温度的采样频率和采样时间与光纤光栅线性传感器的独立光栅匹配固定，得到对应光栅处的水环境温度。利用光纤光栅解调仪设置好光纤光栅的波长采样频率和采样时间与温度计的相同。便可以在标定时同时自动记录数据，只需在标定结束后导出数据进行处理即可，可以实现光纤光栅线性传感器上的多个光栅的批量标定，且无需人看守。

3) 、装置简单，无需加热装置：

采用塑料管蓄水来提供标定环境，通过外界环境如阳光照射来改变塑料管中的水环境温度，无需额外的加热装置来改变水温，使得整个标定装置更加简单。

附图说明

图1为本实用新型的一种线性温度传感器阵列的标定装置。

图1中：1为解调仪；2为线性温度传感器阵列；3为牵引绳；4为硬质管；5为固定扎带；6为传感器；7为温度计；8为液态导热介质；9为固定架；10为配重块。

具体实施方式

如图1所示，一种线性温度传感器阵列的标定装置，包括硬质管4、线性温度传感器阵列2、温度计7、解调仪1、固定架9。

所述硬质管4底端封口并留有阀门，顶端开口；固定架9将硬质管4垂直固定；

所述硬质管4中充满液态导热介质8；

所述线性温度传感器阵列2的一端沿硬质管4顶端的开口向下自由放置，线性温度传感器阵列2的另一端接入解调仪1；

所述温度计7与线性温度传感器阵列2上的传感点并联固定。

所述液态导热介质8为水或油，其温度通过硬质管4外的环境温度改变。

所述线性温度传感器阵列2为光纤光栅阵列。

该装置还包括牵引绳3，牵引绳3与所述线性温度传感器阵列2之间进行固定，牵引绳3的自由端还挂有配重块10，用于保持牵引绳3的铅锤状态。

牵引绳3与所述的线性温度传感器阵列2之间可以用固定扎带5进行分段固定，用于引导待标定的线性温度传感器阵列竖直的置于硬质管4中，保证线性温度传感器阵列2不受应力影响。

所述温度计7铂金电子温度计，采用一体式密闭封装，用于设置采样时间间隔，绝对测量精度为0.01℃，反应时间优于0.1秒。

所述解调仪1为光纤光栅解调仪，扫描波长步距小于4 pm，波长稳定度优于0.1 pm，光栅阵列的解调时间小于0.1秒。可以通过设置采样间隔后自动采集数据，并将数据存储于数据库中。

所述硬质管4采用塑料管。

一种线性温度传感器的温度标定方法，包括以下步骤：

S1：将塑料管固定在固定架上，关闭底端阀门，注入液态导热介质。将牵引绳的一端栓上配重块，将待标定的线性传感器阵列与牵引绳固定；

S2：将若干个高精度一体式铂金温度计打开防水盖后与电脑连接设置温度采样时间与间隔。设置完毕后将温度计固定在牵引绳上并确保温度计的探头与待标定的线性传感器阵列上的光栅位置相同；

S3：将牵引绳连同待标定的线性传感器和温度计一同放入塑料管中直至牵引绳上的重物接近塑料管底部，便将牵引绳固定在塑料管顶部。

S4：将光纤光栅线性传感器的另一端接上光纤光栅解调仪，设置光纤光栅解调仪的采样时间和间隔与铂金温度计的一致，并将数据自动存入数据库中。

S5：连续测量一段时间后，从塑料管中取出牵引绳、光纤阵列传感器以及铂金温度计。分别从铂金温度计和光纤光栅解调仪的数据库中导出温度数据和对应的波长数据。

S6：采用Origin软件对温度-波长数据进行拟合，获得光纤光栅线性传感器各个光栅对应的温度特性曲线。

针对现有传感器阵列标定的问题，本实用新型提出了一种线性温度传感器的温度标定方法，通过将光纤光栅线性传感器与牵引绳固定，使传感器不受应力影响。将多个高精度铂金温度计固定在牵引绳上使其和待标定的光纤光栅线性传感器的位置相同，保证传感器所测温度与温度计所处的环境温度一致。将塑料管竖直固定在固定架上，从管口塑料管注满水，模拟出实际静水中的测温环境。通过外界环境的温度来改变塑料管中的温度。将固定好的光纤光栅线性传感器和温度计连同牵引绳一同放入塑料管中，保证了光纤光栅线性传感器在标定的过程中处于伸直不受应力状态。可以实现光纤光栅线性传感器上光栅的批量标定。本实用新型公开的线性温度传感器阵列的标定装置及方法，克服了现有标定方法的精度低，一致性差，易受应力影响等问题，具有标定精度高、免应力标定、效率高等优点，在线性温度传感器阵列的标定中具有重要的应用价值。

综上所述，本实用新型公开的一种线性温度传感器阵列的标定装置，克服了现有标定方法的精度低、一致性差、易受弯曲应力影响等问题，在高精度光纤光栅温度传感器标定中具有重要的应用价值。