[发明专利]间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法

说明书

本发明公开了一种间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法，包括下述步骤：获得测试数据，建立测量模型，评定光栅传感器工作直线不确定度，评定光纤压力测试系统的不确定度；本发明利用光栅传感器，采用间接方法对不可拆卸的波长调制型光纤压力检测系统的皮米量级的波长偏移量的测量精度进行不确定度评估，设计并构建了不确定度分析实验系统，对系统误差来源进行了分析，建立了理论测量模型和不确定度分析方法，获得了系统测量误差的不确定度值。

技术领域

本发明涉及测量和不确定度分析领域，尤其涉及一种间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法。

背景技术

光纤传感单元感受外界物理量变化，并将外界物理量信息通过光路转换成光谱信号，由计算机配套测量软件通过分析光谱信号最终可以自动获得外界物理量变化信息。光源、光路和光谱分析仪(或光电转换模块)集成于一体称为全光路光谱检测系统，联合计算机和测试软件一起实现光纤传感单元传输光谱信号的采集和分析。全光路光谱检测系统一般不可拆卸，必须集成于一体实现对光纤传感单元的检测。

此发明测量对象是光纤压力检测系统，它是配合光纤压力传感单元进行光谱信号采集和分析的装置，主要功能是采用波长调制的方法将光纤传感器感受到压力信号转换成光谱信号，通过压力检测系统配套测量软件检测出光谱信号特征峰的微小波长偏移量，即可反应出外界压力情况。

光纤压力检测系统主要由宽谱光源BLS、光谱分析仪OSA、单模光纤耦合器Coupler组成。其工作原理是当接入的传感单元受到外界压力时，输出干涉光谱的波峰(谷)发生偏移，其波长偏移量与压力变化成线性关系，因此通过检测此波长偏移量即可以反应出传感单元所受压力变化情况。

光纤压力传感器用于压力检测前，必须采用标校装置完成传感单元的压力标定。传感器的标定就是通过实验建立传感器输入量和输出量之间的对应关系。普通力传感器进行压力标定的常规方法是采用压力加载装置对传感器施加双向拉压力，其值作为标准压力值。但由于光纤压力传感单元直径一般小于250μm，通常计量部门采用的压力标校装置不适用于光纤传感单元，存在标校误差大的问题。

当将光纤压力传感单元接入光纤压力检测系统的输入通道后，构建成全系统，此时采用标校装置对传感单元施加标准压力，通过检测系统将压力信号转换成光谱信号，输出给计算机进行分析处理后还原成压力检测信号，通过此方法可以分析出全系统的测量精度和传感器的多种静态指标，因此全系统测量精度包含了传感器和检测系统两部分。由于检测系统的测量精度包含在全系统测量精度内，理论上应该高于等于全系统测量精度，从而实现对光纤压力检测系统的测量精度的分析。但是，针对光纤传感单元这种微型结构探头，采用全系统检测的方法对标校装置的要求很高，标校装置的标校误差将成为最大的误差来源，严重影响对检测系统的测量误差和不确定度评估结果，此误差由于是标校装置带来的并不能真实反应出检测系统的测量精度，因此采用全系统(含压力传感单元)检测的方式不适用于对光纤压力检测系统测量精度的评估。

此外，由于光纤压力检测系统由光源、光路、光谱分析等部分集成于一体不可拆卸，不能将各部件分别采用计量单位现有的光学检测装置和检测规程进行分部件的不确定度测量，再合成检测系统的整体不确定度，完成对检测系统的不确定度评估。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估方法。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

一种间接式全光路光谱检测系统的不确定度评估装置，包括恒温油槽、光纤压力检测系统、计算机、高精度铂电阻和光栅传感器，所述光栅传感器的信号输出端与所述光纤压力检测系统的信号输入端电连接，所述光纤压力检测系统的信号输出端与所述计算机的输入端电连接，所述高精度铂电阻和所述光栅传感器均设置在所述恒温油槽内。

优选地，所述高精度铂电阻和所述光栅传感器均设置在玻璃试管内，且两个所述玻璃试管位于所述恒温油槽内的同一水平高度。