一种温度传感系统、温度传感方法及相关装置

技术领域

本申请涉及温度传感技术领域，特别是涉及一种温度传感系统、温度传感方法及相关装置。

背景技术

光纤光栅温度传感器是以石英材质制作的一种新型温度传感系统，它不仅具备体积小，抗电磁干扰，防燃防爆的特点，而且还具有高强度，耐热性，抗腐蚀性的优点。因此非常适用于一些极端苛刻环境，如是高温环境下的温度测量。目前，光纤光栅温度传感器在超高速飞行器、航空发动机以及核电安全等领域有着重要的应用价值。随着我国科技的迅猛发展，各领域对温度测量提出了更高的要求，如高精度，实时稳定监测等。但是目前光纤光栅温度传感器是解调光谱中心波长漂移来实现温度解调，此种解调方法还存在测量精度低，稳定性差，实时监测能力弱等缺限，故现在急需一种可以解决上述技术问题的方案。

发明内容

本申请主要解决的技术问题是提供一种温度传感系统、温度传感方法及相关装置，提高温度测量的精度和稳定性，实现对温度的高精度测量。

为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种温度传感系统，所述系统包括：

激光光源，用于发射锯齿波调制的激光光束；

光纤光栅微腔结构，设置于所述激光光源的光路下方，并置于待测温度区域中，用于基于所述激光光束获得拍频信号；

信号采集处理单元，用于采集所述拍频信号，并对所述拍频信号进行处理获得所述待测温度区域的温度值。

进一步地，所述光纤光栅微腔结构为两个高反射率的光纤光栅结构形成的微腔结构。

进一步地，所述系统还包括光路系统，所述光路系统设置于所述激光光源的光路下方和所述光纤光栅微腔结构之间，用于将所述激光光束导向至所述光纤光栅微腔结构中。

进一步地，所述激光光束为功率稳定、频率可调激光信号。

进一步地，所述信号采集处理单元包括采集单元和处理单元，所述采集单元用于采集所述拍频信号；

所述处理单元与所述采集单元连接，用于基于所述拍频信号计算获得所述待测温度区域的温度值。

更进一步地，所述处理单元通过零点相位算法计算获得所述待测温度区域的温度值。

更进一步地，所述系统还包括显示单元和调制电路；

所述显示单元与所述处理单元连接，用于显示所述温度值；

所述调制电路与所述处理单元和所述激光光源连接，所述调制电路受控于所述处理单元调制所述激光光源，使得所述激光光源发射锯齿波调制的激光光束。

为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种温度传感方法，所述方法是由如上述任意一项所述的温度传感系统执行，所述方法包括：

控制激光光源发射锯齿波调制的激光光束至光纤光栅微腔结构；

采样获得光纤光栅微腔结构输出的拍频信号，其中，所述光纤光栅微腔结构设置于待测温度区域中；

基于所述拍频信号计算获得待测温度区域的温度值。

进一步地，所述基于所述拍频信号计算获得待测温度区域的温度值，进一步包括：

基于所述拍频信号，利用零点相位算法计算获得所述待测温度区域的温度值。

为解决上述技术问题，本申请采用的又一个技术方案是：提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有能够被处理器运行的计算机程序，所述计算机程序用于实现如上任一项所述的方法。

本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请所提供的技术方案包括：激光光源，用于发射锯齿波调制的激光光束；光纤光栅微腔结构，设置于所述激光光源的光路下方，并置于待测温度区域中，用于基于所述激光光束获得拍频信号；信号采集处理单元，用于采集所述拍频信号，并对所述拍频信号进行处理获得所述待测温度区域的温度值。本申请所提供的技术方案可以通过设置于待测温度区域的光纤光散微腔结构，实现将光纤光栅技术和干涉技术结合，进而提高温度测量的精度和稳定性，实现对温度的高精度测量，起到了良好的技术效果。

附图说明

图1为本申请一种温度传感系统示意图；

图2为本申请一种温度传感方法一实施例中的流程示意图；

图3为本申请一种计算机可读存储介质一实施例结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅用于解释本申请，而非对本申请的限定。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例在不矛盾的情况下是可以与其它实施例相结合。

请参见图1，图1为本申请一种温度传感系统示意图。本申请提供了一种温度传感系统，该温度传感系统包括：激光光源1、光纤光栅微腔结构3和信号采集处理单元5。

其中，激光光源1用于发射锯齿波调制的激光光束。

进一步地，激光光束为功率稳定、频率可调激光信号。

更进一步地，激光光源1为受控的激光源，即激光源受控输出功率稳定、频率可调的调频连续波。具体在此对激光光源1的类型不做限定。

光纤光栅微腔结构3设置于激光光源1的光路下方，并置于待测温度区域中，用于基于激光光束获得拍频信号。其中，当激光光束输出至光纤光栅微腔结构3，通过光纤光栅微腔结构3反射波叠加干涉进而产生拍频信号。

进一步地，光纤光栅微腔结构3为两个高反射率的光纤光栅结构形成的微腔结构。在此对于光纤光栅的反射率不做具体限定，具体以实际的需求进行选择设置。具体地，两个光纤光栅形成的光纤光栅微腔结构3可以是法布里-珀罗(F-P)腔。

信号采集处理单元5用于采集拍频信号，并对拍频信号进行处理获得待测温度区域的温度值。信号采集处理单元5用于采集光纤光栅微腔结构3产生的拍频信号，并利用设定的算法对拍频信号进行计算处理获得待测温度区域的温度值。

进一步地，在一实施例中，信号采集处理单元5包括采集单元51和处理单元52。其中，采集单元51用于采集光纤光栅微腔结构3产生的拍频信号。处理单元52与采集单元51连接，用于利用预设算法基于拍频信号计算获得待测温度区域的温度值。

其中，具体地，处理单元52通过零点相位算法计算获得待测温度区域的温度值。

本申请所提供的技术方案中，通过设置激光光源1用于发射锯齿波调制的激光光束，并在激光光源1的光路下方设置光纤光栅微腔结构3，并将光纤光栅微腔结构3置于待测温度区域中，用于基于激光光束获得拍频信号；并利用信号采集处理单元5采集拍频信号，并对拍频信号进行处理获得待测温度区域的温度值，整个技术方案实现将光纤光栅技术和干涉技术结合，进而提高温度测量的精度和稳定性，实现对温度的高精度测量。

进一步地，请继续参见图1，本申请所提供的系统还包括光路系统2。具体地，光路系统2设置于激光光源1的光路下方和光纤光栅微腔结构3之间，用于将激光光束导向至光纤光栅微腔结构3中。

其中，光路系统2可以包括由多种不同的物镜组成的光路系统2，也可以是由其他可以对光进行导向的介质组成，如光纤环行器，具体在此不做限定。

进一步地，系统还包括显示单元6和调制电路4。

其中，显示单元6与处理单元52连接，显示单元6用于显示温度值。

在其他实施例中，显示单元6还可以包括上位机显示单元6，具体地上位机显示单元6可以与上述处理单元52进行数据交互，进而将测量所得的待测温度区域的温度值进行显示。在其他实施例中，上位机显示单元6还可以用于对信号采集处理单元5进行控制和调试。

调制电路4与处理单元52和激光光源1连接，调制电路4受控于处理单元52，并用于调制激光光源1的功率和频率，使得激光光源1发射锯齿波调制的激光光束。

请参见图2，图2为本申请一种温度传感方法一实施例中的流程示意图。在当前实施例中，本申请所提供的方法包括步骤S210至步骤S230。首先需要说明的是，当前实施例中所提供的方法是由上述图1及其所对应的任意一个实施例中所述的温度传感系统执行。

S210：控制激光光源发射锯齿波调制的激光光束至光纤光栅微腔结构。

在利用上述温度传感系统对待测温度区域进行温度测量时，则首先会将光纤光栅微腔结构置于待测温度区域中，然后控制激光光源发射锯齿波调制的激光光束，使得激光光束传输至光纤光栅微腔结构中。

其中，可以是通过控制调制电路实现调整激光光源发射的激光光束的功率和频率，进而使得激光光源发射出符合测温需求的激光光束。

S220：采样获得光纤光栅微腔结构输出的拍频信号。其中，光纤光栅微腔结构设置于待测温度区域中。

控制激光光源发射锯齿波调制的激光光束至光纤光栅微腔结构，进而使得光纤光栅微腔结构叠加干涉产生拍频信号，利用采集单元采样获得拍频信号，并将采样所得的拍频信号输出至处理单元。

S230：基于拍频信号计算获得待测温度区域的温度值。

利用预设的算法，对采样所得的拍频信号进行计算，进而获得待测温度区域的的温度值。

进一步地，上述步骤S230基于拍频信号计算获得待测温度区域的温度值，进一步包括：

基于拍频信号，利用零点相位算法计算获得待测温度区域的温度值。可以理解的是，在其他实施例中，还可以是通过其他相关算法计算获得待测温度区域的温度值，在此不一一详细列举。

本发明提供的温度传感方法，通过控制激光光源发射锯齿波调制的激光光束至光纤光栅微腔结构，采样获得光纤光栅微腔结构输出的拍频信号，基于拍频信号计算获得待测温度区域的温度值，通过光纤光栅微腔结构实现将调频连续波激光干涉技术和光纤光栅结构相结合，实现对温度的高精度连续测量，使得温度测量的响应速度快，能够实时监测温度变化；且该方法还可以适用于不同温度范围的测量，具有较大的应用潜力。

参见图3，图3为本申请一种计算机可读存储介质一实施例结构示意图。该计算机可读存储介质300存储有能够被处理器运行的计算机程序301，该计算机程序301用于实现如上图2及其对应的任意一个实施例中所描述的方法。具体地，上述计算机可读存储介质300可以是存储器、个人计算机、服务器、网络设备，或者U盘等其中的一种，具体在此不做任何限定。

以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。