一种衍射光栅式光纤光栅解调仪表的温度补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于光纤传感解调技术领域，具体设及一种衍射光栅式光纤光栅解调仪表 的温度补偿方法。
【背景技术】
[0002] 由于光纤光栅（FBG)传感技术具有抗电磁干扰、体积小、寿命长等诸多优点，因而 得到了越来越广泛的重视，在结构健康监测、航空航天工业、石油工业、电力工业、医学及化 学等领域具有重要的应用。FBG传感器为波长调制型传感器，因此，波长解调是光纤光栅传 感系统的关键技术之一。基于衍射光栅的波长解调方法是利用衍射光栅的分光特性，将FBG 传感器的包含不同波长光束的信号在空间展开后通过安装在固定位置的光电探测器（CCD) 进行探测。该方法可W达到Ipm的波长分辨率，同时具有较高的环境适应性，在航空航天等 前沿领域具有重要的应用前景。
[0003] 由于该解调方法是通过光学元件将不同波长的光束展开后在光电探测器CCD上 进行探测，当光路结构确定之后，不同波长与光电探测器CCD上的像素之间存在一一对应 的线性关系。当解调仪表工作在温度大幅度变化的环境时，由热胀冷缩引起仪表机械结构 和光学元件变形，使得不同波长在光电探测器CCD上的成像位置发生改变，从而影响解调 结果的准确性，并限制了解调仪表的工作温度范围。因此，需要对基于衍射光栅的光纤光栅 解调仪表进行温度补偿，从而改进光纤光栅解调仪表的温度适应性，提高仪表的解调准确 性，并扩大其工作温度范围。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是为了改进衍射光栅式光纤光栅解调仪表的温度适应性，拓宽工作 温度范围，提高仪表的解调准确度，提出了一种衍射光栅式光纤光栅解调仪表温度补偿方 法。
[0005] 本发明的目的是为了克服已有光纤光栅解调仪表存在的准确性不高、工作温度范 围受限制的问题，提出一种衍射光栅式光纤光栅解调仪表的温度补偿方法。
[0006] 本发明的目的是通过下述技术方案实现的。
[0007] 本发明的一种衍射光栅式光纤光栅解调仪表温度补偿方法，所述衍射光栅式光纤 光栅解调仪表中包含光电探测器CCD ;其特征在于；其操作步骤为：
[000引步骤一、获取不同温度下温度补偿关系式。
[0009] 步骤1. 0 ;在衍射光栅式光纤光栅解调仪表中安装温度传感器。
[0010] 步骤1.1 at为温度间隔将所述衍射光栅式光纤光栅解调仪表的工作环境温 度范围〇Y，Th)分为化1个温度点，每个温度点用Ti表示。其中，1\表示衍射光栅式光纤光 栅解调仪表的最低工作环境温度；Th表示衍射光栅式光纤光栅解调仪表的最高工作环境温 度；i G 化 N]，且 i 为整数；w =「(r"-7；)/A；r]。
[ocm] 步骤1. 2 ;针对每一个温度点Ti，进行步骤1. 2. 1至步骤1. 2. 3的操作，得到在每 一温度点Ti下，所述衍射光栅式光纤光栅解调仪表测得的标准具的每一个输出峰所对应的 像素位置；具体操作为：
[0012] 步骤1. 2. 1 ;将温箱温度设置为Ti，将所述衍射光栅式光纤光栅解调仪表放置入温 箱中。
[0013] 步骤1.2.2 ;利用一个输出峰的峰值波长经过标定的标准具，其输出峰的峰值 个数用符号M表示，其M个输出峰的峰值波长记为（Abi，Ab2,……，AJ。将所述标准 具置于温箱外，并通过光纤将其连接至温箱中的衍射光栅式光纤光栅解调仪表。其中， MG [10, 100]，且M为正整数。
[0014] 步骤1. 2. 3 ;打开所述衍射光栅式光纤光栅解调仪表，待温箱在Ti温度稳定之后， 记录衍射光栅式光纤光栅解调仪表所测的标准具每一个输出峰在光电探测器CCD上所对 应的像素位置，记为化1，Pi2,......，PiM)。
[00巧]步骤1. 3 ;针对每一个温度点Ti，W Ubi，^b2,……，人J为纵坐标，W化i，P。，… …，P")为横坐标，进行m阶多项式拟合，得到不同温度情况下所述衍射光栅式光纤光栅解 调仪表波长（用符号A i表示）与光电探测器CCD上像素（用符号P i表示）一一对应的温 度补偿关系式，如公式（1)所示。
[0016] 义,.=。,。+",1巧+。。/^+……+ Am 巧 m (1)
[0017] 其中，aw、aii、……、aim为m阶多项式拟合系数；me [4, 9]，且m为正整数。
[0018] 经过步骤一的操作，得到不同温度下的温度补偿关系式。
[0019] 步骤二、使用温度补偿关系式进行温度补偿，得到被测光纤光栅传感器的中屯、波 长（用符号A ,表示）。具体操作步骤为：
[0020] 步骤2. 0 ;将步骤一得到温度补偿关系式存储于所述衍射光栅式光纤光栅解调仪 表中。
[0021] 步骤2. 1 ;使用所述衍射光栅式光纤光栅解调仪表测量得到被测光纤光栅传感器 反射信号的波长峰值在光电探测器CCD上对应的像素（用符号P,表示），衍射光栅式光纤 光栅解调仪表中的温度传感器反馈的环境温度（用符号T表示）。
[002引步骤2.2 ;根据步骤2. 1得到的环境温度为T的所在范围[Ti-AT/2，Ti+AT/2)，现J 调用温度点Ti对应的温度补偿关系式，并将P 1= P ,代入，得到被测光纤光栅传感器的中屯、 波长入S=入i。
[0023] 本发明提出的衍射光栅式光纤光栅解调仪表的温度补偿方法，还可W对所述衍射 光栅式光纤光栅解调仪表的工作环境温度范围进行分段，针对不同分段设置不同的温度间 隔。
[0024] 优选的，在低温分段区间和高温分段区间设置小温度间隔，在常温区间设置大温 度间隔。
[0025] 有益效果
[0026] 本发明提出的衍射光栅式光纤光栅解调仪表的温度补偿方法与已有技术相比较， 具有如下优点：
[0027] ①本发明所设及的温度补偿方法利用温度稳定性好、适应性好的标准具作为标定 时的标准源，保证本发明相关数据的可溯源性和一致性；
[002引②本发明所设及的温度补偿方法由于采用先行补偿的方法，可灵活设置补偿的温 度范围和温度间隔，W最大限度的拓宽解调仪表的温度使用范围，提高解调准确性。
[0029] ⑨本发明所设及的温度补偿方法在硬件上只需要在解调仪表中增加一个温度传 感器，其余的补偿工作都由软件