[发明专利]用于红光激发荧光寿命解调温度的信号处理方法及系统

说明书

本发明涉及荧光光纤温度传感检测技术，涉及一种用于红光激发荧光寿命解调温度的信号处理方法及系统，克服利用传统的方法解析红光激发荧光寿命，存在解析精度低、误差大的问题，包括采集数据、截取单个周期的红光激发荧光寿命信号、建立红光激发荧光寿命信号模型、获得消除红光激发荧光寿命背景信号及直流分量的红光激发荧光寿命信号强度I_m、获得最佳拟合段、求取荧光寿命及查表的过程，本发明能够降低红光激发荧光寿命背景信号对荧光寿命及温度解调精度的影响，并消除了直流分量对解调精度的影响，同时减小了非指数的影响。

技术领域

本发明涉及荧光光纤温度传感检测技术，具体涉及一种用于红光激发荧光寿命解调温度的信号处理方法及系统。

背景技术

荧光测温的基本原理是荧光物质在某一段温度范围内，它们的荧光寿命与温度表现出一定的相关性，因此可以通过测量计算不同温度下的荧光寿命来实现测量温度。根据电子跃迁原理，当光照射在荧光物质上时，其内部的电子获得能量从而从基态到激发态，从激发态返回基态放出的辐射能使荧光物质发出荧光，在激发光被移除后，荧光持续发射时间取决于激发态的寿命，最后的衰减曲线类似于指数衰减方式，衰减的时间常数即荧光寿命是温度的单值函数，通过对激发后产生的荧光的寿命进行检测，从而计算出相应的温度。

目前已有的激发光多为紫光激发，紫光激发通过光纤时能量衰减较大，而红光激发通过光纤时能量衰减较小。相同能量激发下，红光激发的荧光信号比紫光激发的荧光信号强。但是，红光激发也存在一定劣势，红光激发的荧光寿命短，不容易被检测到，一般只能达到微秒量级，而紫光激发的荧光寿命较长，一般可以达到毫秒量级。这样就造成红光激发荧光寿命波动较大，对应温度波动较大。因此对红光激发荧光寿命解析精度有着更高的要求。

同时，红光激发荧光寿命信号通过光电探测器得到，由于光电探测器存在一定的灵敏度，即红光激发荧光寿命信号存在一定的非指数化倾向。用传统的单指数1/e的方法解析红光激发荧光寿命，会造成很大的误差，从而影响测温精度。

发明内容

本发明涉及一种用于红光激发荧光寿命解调温度的信号处理方法，克服利用传统的方法解析红光激发荧光寿命，存在解析精度低、误差大的问题。

本发明的技术解决方案是提供用于红光激发荧光寿命解调温度的信号处理方法，包含以下步骤：

步骤一：采集连续红光激发荧光寿命信号与红光激发荧光寿命背景信号；

步骤二：对采集的连续红光激发荧光寿命信号求一阶导数，判断单个周期波形的起始点与最终点；截取单个周期的红光激发荧光寿命信号波形；

步骤三：建立单个周期的红光激发荧光寿命信号模型；

I(t)＝a×exp(-t/τ)+b+c (1)

其中，I为红光激发荧光寿命强度，t为连续采样时间，a、τ分别为红光激发荧光寿命的荧光强度系数、荧光寿命值，b为直流分量，c为红光激发荧光寿命背景信号；

步骤四：获得消除红光激发荧光寿命背景信号的红光激发荧光寿命强度I^*；

I^*(t)＝I(t)-c＝a×exp(-t/τ)+b (2)

使红光激发荧光寿命信号减去红光激发荧光寿命背景信号，能够降低红光激发荧光寿命背景信号对红光激发荧光寿命及温度解调精度的影响；

步骤五：获得离散化后消除红光激发荧光寿命背景信号及直流分量的红光激发荧光寿命信号强度I_m；

其中Δt为采样间隔，m为采样序号；