[发明专利]一种基于蓝宝石光纤光栅传感器的温度检测系统及方法

说明书

本发明提出了一种基于蓝宝石光纤光栅传感器的温度检测系统及方法。本发明系统包括：宽带光源、蓝宝石光纤光栅传感器、光纤环形器、F‑P滤波器、光电转换模块、A/D转换模块、采集控制模块、D/A转换模块、计算机模块。本发明方法为使用光谱仪检测每个温度下蓝宝石光纤光栅传感器的反射波长；根据最小二乘法得到反射光波长与温度之间的拟合模型；将蓝宝石光纤光栅传感器放置于待测目标上，宽带光源发射的光束经光纤环形器输出到F‑P滤波器；根据采集控制模块发送的驱动电压数字信号周期性地改变F‑P腔长度；得到F‑P滤波器透射光电压最大值存储于采集控制模块；根据反射光波长与温度之间的拟合模型得出温度信息并将结果进行显示输出。

技术领域

本发明涉及光纤传感领域，具体涉及一种基于蓝宝石光纤光栅传感器的温度检测系统及方法。

背景技术

随着飞机的航程和飞行速度的提高，对飞机的推力、推重比也越来越大，导致了航空发动机的进口温度、燃烧室温度大大提高，目前先进航空发动机涡轮进口温度已经达到1650℃以上，随着航空工业的不断发展，未来更为先进的航空发动机工作温度会进一步提高，使得对航空发动机温度的监测技术成为了急需解决的难题。

目前常见的高温测量方法有非接触式测量和接触式测量.非接触式测量仅限于探测光源能够覆盖到的结构表面的温度场测量，而对结构内部或者探测光源无法覆盖到的位置则无法进行温度测量，同时，容易受到环境背景辐射噪声的干扰而降低温度测试精度。接触式测量方法能够实现与被测热源的直接接触，可兼顾被测结构表面及内部的温度测量需要，但是由于受限于材料本身的高温不稳定性及较弱的抗电磁干扰性而无法长时间应用于复杂的电磁环境中进行高温测量。

长期以来，在实际应用中，高温测量是个技术性难题。现有技术并不能完全满足实际需求，开发一种精度高、可靠性高并适应各种不同环境的新型测量技术成为急需解决的问题。

本发明采用的光纤布拉格光栅材料为蓝宝石，是一种性能优异的近红外耐高温光学材料，单晶熔点达到2045℃，耐腐蚀，物理化学性能稳定，机械强度好，用其制作的光纤布拉格光栅温度传感器具有诸多优势，在高温监测领域有广阔的应用前景。

发明内容

针对现有技术存在的上述不足，提供一种基于蓝宝石光纤光栅传感器的温度检测系统及方法。本发明采用蓝宝石光纤光栅传感器，可在高温环境下稳定工作，具有接触式测量、高温极限耐受度达到1800℃、抗干扰能力强、高稳定性、高机械强度，高光学稳定性、可实时监测特点。

本发明系统的技术方案为一种基于蓝宝石光纤光栅传感器的温度检测系统，包括：宽带光源、蓝宝石光纤光栅传感器、光纤环形器、F-P滤波器、光电转换模块、A/D转换模块、采集控制模块、D/A转换模块、计算机模块；所述光纤环形器包含A、B、C三个接口；

所述宽带光源与所述光纤环形器的A接口通过光纤连接；所述蓝宝石光纤光栅传感器与所述光纤环形器的B接口通过光纤连接；所述光纤环形器的C接口与所述F-P滤波器通过光纤连接；所述F-P滤波器与所述光电转换模块通过光纤连接；所述光电转换模块与所述A/D转换模块通过导线连接；所述A/D转换模块与所述采集控制模块通过导线连接；所述采集控制模块与所述计算机模块通过导线连接；所述采集控制模块与所述D/A转换模块通过导线连接；所述D/A转换模块与所述F-P滤波器通过导线连接。

作为优选，所述宽带光源，光谱范围240mm-2400mm。

作为优选，所述蓝宝石光纤光栅传感器，内部采用蓝宝石光纤布拉格光栅，外部采用氮化硼陶瓷套筒进行封装，放置于待测目标上,蓝宝石光纤光栅传感器的反射光波长随外界的温度线性变化。

作为优选，所述宽带光源发出的光从所述光纤环形器的A接口输入所述光纤环形器，从所述光纤环形器的B接口输出进入所述蓝宝石光纤光栅传感器；所述蓝宝石光纤光栅传感器的反射光从所述光纤环形器的B接口输入所述光纤环形器，从所述光纤环形器的C接口进入所述F-P滤波器。