[发明专利]低温环境中光纤光栅温度传感器温度标定装置和标定方法

说明书

低温环境中光纤光栅温度传感器温度标定装置和标定方法，标定装置包括筒体、盖板、等温块、引线管、加热块和标定模块，筒体上端开口、下端封闭，在筒体内有低温介质；盖板安装在筒体的上端，在盖板上有用于充入低温介质的进液口，在盖板上还有排气口和抽真空口；等温块浸没在低温介质内，在等温块上的等温线上设置有铂电阻和多个光纤光栅，各光纤光栅通过光纤串接在一起；引线管穿透盖板延伸入筒体内，光纤光栅通过光纤经引线管穿出到筒体外，铂电阻通过信号线经引线管穿出到筒体外；加热块设置在引线管的外壁上，在引线管内还有加热块电源线；标定模块与筒体外的光纤、铂电阻的信号线连接，并根据获取信号得到铂电阻温度和各光纤光栅的温度。

技术领域

本发明涉及光纤技术领域，具体地说，涉及一种低温环境中光纤光栅温度传感器温度标定装置和标定方法。

背景技术

在高温超导电力领域，由于强力的电磁干扰，Pt铂电阻和热电偶等温度传感器测量液氮温度存在测量精度不足问题，光纤光栅传感器作为无源传感器，通过光传输温度信号，不受电磁干扰，同时具有耐腐蚀、体积小、重量轻、测量精度高等特点，在常温环境下广泛使用，而在低温液氮环境下，由于热光系数、热膨胀系数与温度变化为非线性关系，因此对光纤光栅传感器进行温度的精准和高效标定，对其在高温超导液氮温度测量领域应用尤为重要。

现有技术中光纤光栅温度传感器标定过程中，有如下缺点：

(1)敏化处理后的光纤光栅，若直接以理论公式推导温度值，未经参考标定，导致在实际使用中误差较大；

(2)在光纤光栅标定过程中，需要经历多次在液氮温区下的升温和降温，一次只标定一个光纤光栅传感器，效率较低。

发明内容

为解决以上问题，本发明提供一种低温环境中光纤光栅温度传感器标定装置，包括：筒体，为上端开口、下端封闭的形式，在所述筒体内填充有低温介质；盖板，安装在所述筒体的上端，以封堵筒体的开口，在盖板上设置有用于充入低温介质的进液口，并且，在盖板上还设置有排气口和对筒体内抽真空的抽真空口；等温块，浸没在所述低温介质内，在所述等温块上设置有铂电阻和多个光纤光栅，其中，铂电阻和各光纤光栅设置在等温线上，各光纤光栅通过光纤串接在一起；引线管，穿透盖板延伸入筒体内，端部的光纤光栅通过光信号输入反射光纤经引线管穿出到筒体外，铂电阻通过铂电阻温度信号线经引线管穿出到筒体外；加热块，设置在所述引线管的外壁上，在引线管内还穿设有为加热块提供电能的加热块电源线；标定模块，标定模块与筒体外的光信号输入反射光纤、铂电阻温度信号线连接，并根据获取信号得到铂电阻温度和各光纤光栅的温度。

优选地，标定模块采用以下公式来计算温度变化量，

λ_B＝2n_eff·Λ

其中，波长λ_B是入射光通过光纤光栅时反射峰值波长；

n_eff为纤芯有效折射率；

Λ为光栅周期，

波长漂移量与温度变化的关系式为：

Δλ_B/λ_B＝(X+Y)·ΔT

其中，λ_B为反射峰值波长；

X为光纤热光系数；

Y为光纤热膨胀系数；

ΔT为温度变化量。

优选地，所述筒体的筒壁和底面由双层不锈钢恒温器构成。

优选地，所述等温块设置在由绝热材料构成的支撑架上。

优选地，加热块与等温块均与筒体同轴设置。