[发明专利]无线光子温度传感系统和方法

权利要求书

1.无线光子温度传感方法，其特征在于：其是基于无线光子温度传感系统进行温度信号的传感；

所述无线光子温度传感系统包括多个基站和一个中心站，各基站用于将各自采集到的温度信息转变为微波功率增益并通过无线电技术向空气信道发射带温度信息的传感信号，所述中心站用于发送振荡信号给各基站、接收来自各基站的传感信号并通过信号处理、校准与计算还原成温度值，所述中心站采用频分复用技术与各基站之间进行温度无线传感；所述中心站包括计算机、振荡器、3号放大器、4号滤波器、5号滤波器、2号环形器、功率计以及收发无线电磁波的2号天线；所述计算机通过控制线控制振荡器产生振荡信号，所述振荡器的输出端与2号环形器连接，所述3号放大器的输入端也与2号环形器连接，所述3号放大器的输出端与5号滤波器的输入端连接，所述5号滤波器的输出端与功率计的输入端连接，所述功率计的输出端与计算机连接，所述4号滤波器分别与2号环形器、2号天线连接；所述基站包括温度感应器、1号放大器、2号放大器、1号滤波器、2号滤波器、3号滤波器、1号环形器以及收发无线电磁波的1号天线；所述温度感应器的输入端与2号放大器的输入端连接，所述2号放大器的输出端与3号滤波器的输入端连接，所述3号滤波器的输出端与1号环形器连接，所述1号放大器的输入端也与1号环形器连接，所述1号放大器的输出端与2号滤波器的输入端连接，所述2号滤波器的输出端与温度感应器的输入端连接，所述1号滤波器分别与1号环形器及1号天线连接；所述温度感应器用于将温度信息转变为微波功率增益；所述温度感应器包括温度传感器、偏置器、激光器、电光相位调制器、光电探测器、1号耦合器、2号耦合器、1号光纤和2号光纤，所述温度传感器与偏置器的直流输入端连接，所述偏置器的输出端与电光相位调制器的偏置电压输入端连接，所述激光器与1号耦合器的输入端连接，所述1号耦合器的输出端分别与1号光纤的一端及电光相位调制器的光输入端连接，所述1号光纤的另一端、电光相位调制器的光输出端均与2号耦合器的输入端连接，所述2号耦合器的输出端与2号光纤的一端连接，所述2号光纤的另一端与光电探测器的光输入端连接，所述偏置器的交流输入端作为微波输入端，所述光电探测器的电输出端作为微波输出端；所述温度传感器与偏置器之间连接有放大并调整温度传感器输出信号的适配电路；所述温度传感器采用热电偶；所述激光器与1号耦合器之间还电连接有一个改变注入电光相位调制器光功率的可调光衰减器；

该无线光子温度传感方法包括以下步骤：

1)产生并传送振荡信号：

中心站的计算机通过控制线对振荡器下指令使其产生振荡信号，该振荡信号通过2号环形器传送至4号滤波器实现噪声与杂散抑制，然后通过2号天线发送至基站的1号天线，通过1号天线接收后再经过1号滤波器进行滤波到达1号环形器，1号环形器引导信号入射至1号放大器，放大信号通过2号滤波器入射至温度感应器的偏置器的交流输入端；

2)温度信息-微波功率增益的转变：

在温度感应器中，激光器发射光信号通过1号耦合器分成上下两支路，上支路光信号通过1号光纤与下支路通过电光相位调制器的光信号进入2号耦合器进行干涉，构成马赫-增德尔型干涉仪；热电偶探测温度信号并转换为其两端的电压信号，该电压信号通过适配电路的放大与调整后从偏置器的直流输入端输入至偏置器中，此时，偏置器直流输入端的信号和交流输入端的信号在偏置器内进行叠加处理后输出，作为电光相位调制器的偏置电压，电光相位调制器在偏置电压的作用下对光信号进行相位调制，2号耦合器将下支路已调相的光信号与上支路光信号进行干涉叠加，最终实现强度调制后通过2号光纤延时后进入光电探测器还原成电信号，最终实现微波输出；在该温度感应器中，链路增益与直流偏置电压相关，即与热电偶感应的温度信号相关，热电偶两端电压与温度的关系为：

U_t＝f(T)

其中，T为环境温度，热电偶两端电压与温度的关系比值依热电偶的具体型号而定；

通过偏置器加载在电光相位调制器的直流偏置电压为：

V_d(T)＝(U_t-U₀)g

其中，U_o为热电偶传感的最小电压，g为适配电路增益，U_o与g的取值应使得0≤V_d(T)≤0.5V_π，V_π为电光相位调制器的半波电压，该取值由具体型号的电光相位调制器决定；

温度感应器的输入-输出微波功率增益为：

其中，β为2号光纤的传输损耗，ρ为光电探测器的响应度，P_in为温度感应器中输入的光功率，Z_L与Z_in分别为链路负载阻抗与输入阻抗，均为50Ω；

3)信号处理与计算：

从温度感应器输出的微波信号通过2号放大器与3号滤波器到达1号环形器，1号环形器引导信号经过1号滤波器后通过1号天线发射至2号天线，中心站通过2号天线接收基站信号，然后通过4号滤波器、2号环形器到达3号放大器，信号放大后通过5号滤波器到达功率计实现功率探测，最终将功率数据传送至计算机，计算机通过分析振荡器的输出功率P_e与功率计的接收功率P_r来计算整个链路的增益G＝P_r/P_e，不计温度感应器，整个通信链路中其它器件所产生的总体增益为G_e,则有G＝G_oG_e，即有：

其中，G_e可通过系统校准获取，基于上式中链路增益G与V_d(T)的关系即可求解V_d(T)的值，然后求解感应温度T的值，从而实现温度传感。