高温传感装置及高温传感装置的标定方法制造方法及图纸

本申请实施例提供一种高温传感装置及高温传感装置的标定方法，高温传感装置包括激光发射模块、单晶光纤模块、光学探测模块和数据处理模块；单晶光纤模块包括单晶光纤，单晶光纤用于激光的传输和激发背向散射信号；光学探测模块包括Stokes模块和反Stokes模块。本申请的高温传感装置的标定方法包括：获取单晶光纤在多个温度下的Stokes数据和反Stokes数据；对多个温度下的Stokes数据和反Stokes数据进行降噪处理；计算在多个温度下的反Stokes降噪数据与Stokes降噪数据的AS/S比值，确定温度和AS/S比值关系曲线。本申请的高温传感装置准确性高。性高。性高。

【技术实现步骤摘要】
高温传感装置及高温传感装置的标定方法


[0001]本申请实施例涉及传感器领域，尤其涉及一种高温传感装置及高温传感装置的标定方法。

技术介绍

[0002]高温传感，尤其是对超过1000℃以上的高温传感在航空航天等领域有着重要应用价值和作用。比如航空发动机中的热端部件(燃烧室、涡轮)高温燃气与壁面的温度是确定热端部件性能和工作状态的最关键参数，也是发动机温度测试中难度较大的关键技术。随着发动机推重比的提高，对热端部件的高温监测提出了更高的挑战。光纤传感器具有轻量化、抗电磁干扰，耐腐蚀等独特优点，在温度传感领域也得到了快速地发展。现有的光纤高温传感器主要为基于超高熔点(2054℃)的蓝宝石光纤构建光学F
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P腔传感器、刻写蓝宝石光纤FBG进行高温的检测。但是以上技术方案存在温度、震动和应变的交叉敏感。在复杂恶劣环境下，需进行温度补偿和复杂的信号交叉解调。此外，高温传感在很多情况下需要对热端部件的一定区域范围的温度进行监测，单点式光纤高温传感器在网络化布置及信号解调上存在困难。在蓝宝光纤上刻写多个FBG构建准分布式的高温传感器也存在空间分辨率的限制。

技术实现思路

[0003]为了克服以上技术的不足，本申请提供了一种高温传感装置及高温传感装置的标定方法，准确性高。
[0004]本申请实施例的一个方面提供一种高温传感装置，所述高温传感装置包括：激光发射模块、单晶光纤模块、光学探测模块和数据处理模块；
[0005]所述单晶光纤模块包括单晶光纤，所述单晶光纤沿设于所述激光发射模块发出的激光的光路设置，所述单晶光纤用于激光的传输和激发背向散射信号；
[0006]所述光学探测模块设于所述背向散射信号的光路上，包括用于获得所述背向散射信号的Stokes数据的Stokes模块和用于获得所述背向散射信号的反Stokes数据的反Stokes模块，所述数据处理模块与所述光学探测模块电连接，用于根据所述Stokes数据和反Stokes数据得到温度。
[0007]可选地，所述单晶光纤模块还包括聚焦透镜，设于所述激光发射模块发出的激光的光路上，所述单晶光纤的一端设于所述聚焦透镜聚焦所述激光形成的焦点处。
[0008]可选地，所述光学探测模块包括分束镜，所述分束镜设于所述激光发射模块发出的激光和所述背向散射信号重合的光路上，用于改变所述背向散射信号的光路方向以使所述背向散射信号进入所述光学探测模块。
[0009]可选地，所述高温传感装置还包括与所述数据处理模块连接的光电探测器，设于经所述分束镜反射后的所述激光发射模块发出的激光的光路上。
[0010]可选地，所述高温传感装置还包括与所述数据处理模块连接的光电探测器或消光
模块，设于经所述分束镜反射后的所述激光发射模块发出的激光的光路上。
[0011]可选地，所述光学探测模块还包括陷波滤光片，所述陷波滤光片设于所述背向散射信号的光路上、所述二向色镜之前。
[0012]可选地，所述Stokes模块包括设于所述第一光束的光路上的所述第一雪崩光电二极管探测器，与所述数据处理模块电连接；及
[0013]所述反Stokes模块包括设于所述第二光束的光路上的第二雪崩光电二极管探测器，与所述数据处理模块电连接。
[0014]可选地，所述第一雪崩光电二极管探测器和/或所述第二雪崩光电二极管探测器的带宽为1GHz。
[0015]可选地，所述光学探测模块包括设于所述第一光束的光路上、所述二向色镜与所述第一雪崩光电二极管探测器之间的Stokes透镜；及
[0016]所述光学探测模块包括设于所述第二光束的光路上、所述二向色镜与所述第二雪崩光电二极管探测器之间的反Stokes透镜。
[0017]可选地，所述光学探测模块包括设于所述第一光束的光路上、所述二向色镜与所述Stokes透镜之间的第一滤光片；及
[0018]所述光学探测模块包括设于所述第二光束的光路上、所述二向色镜与所述反Stokes透镜之间的第二滤光片。
[0019]可选地，所述高温传感装置包括Stokes衰减片，设于所述第一光束的光路上、所述二向色镜与所述Stokes模块之间。
[0020]可选地，所述高温传感装置还包括一面或多面反射镜，设于所述激光发射模块发出的激光的光路上和/或设于所述单晶光纤发出的所述背向散射信号的光路上和/或设于所述第一光束的光路上和/或所述第二光束的光路上。
[0021]可选地，所述高温传感装置包括激光衰减片，设于所述激光发射模块发出的激光的光路上、所述激光发射模块与所述单晶光纤模块之间。
[0022]可选地，所述激光发射模块包括高能皮秒脉冲激光器，半高全宽范围为5ps
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1000ps。
[0023]可选地，所述激光发射模块发出的激光的中心波长范围为300nm
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1550nm。
[0024]可选地，所述单晶光纤为蓝宝石光纤或YAG光纤。
[0025]可选地，所述单晶光纤为蓝宝石光纤，熔点为2054℃；或
[0026]所述单晶光纤为YAG光纤，熔点为1950℃。
[0027]可选地，所述陷波滤光片和/或所述第一滤光片和/或所述第二滤光片的光密度大于6。
[0028]本申请另一方面提供一种高温传感装置的标定方法，所述高温传感装置包括：激光发射模块、单晶光纤模块、光学探测模块和数据处理模块；
[0029]所述单晶光纤模块包括单晶光纤，所述单晶光纤沿设于所述激光发射模块发出的激光的光路设置，所述单晶光纤用于单晶光纤用于激光的传输和激发背向散射信号；
[0030]所述光学探测模块设于所述背向散射信号的光路上，包括用于获得所述背向散射信号的Stokes数据的Stokes模块和用于获得所述背向散射信号的反Stokes数据的反Stokes模块，所述数据处理模块与所述光学探测模块电连接，用于根据所述Stokes数据和
反Stokes数据得到温度，所述标定方法包括：
[0031]获取所述单晶光纤在多个温度下的Stokes数据和反Stokes数据；
[0032]对多个温度下的所述Stokes数据和所述反Stokes数据进行降噪处理，确定Stokes降噪数据和反Stokes降噪数据；
[0033]计算在多个温度下的所述反Stokes降噪数据与所述Stokes降噪数据的AS/S比值，确定温度和AS/S比值关系曲线。
[0034]可选地，所述对多个温度下的所述Stokes数据和所述反Stokes数据进行降噪处理，确定Stokes降噪数据和反Stokes数据包括：
[0035]对多帧的所述单晶光纤在多个温度下Stokes数据和反Stokes数据进行直接平均，将直接平均后的Stokes数据和反Stokes数据作为Stokes降噪数据和反Stokes数据。
[0036]可选地，所述对多个温度下的所述Stokes数据和所述反Stokes数据进行降噪处理，确定Stoke本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高温传感装置，其特征在于，所述高温传感装置包括：激光发射模块、单晶光纤模块、光学探测模块和数据处理模块；所述单晶光纤模块包括单晶光纤，所述单晶光纤沿设于所述激光发射模块发出的激光的光路设置，所述单晶光纤用于激光的传输和激发背向散射信号；所述光学探测模块设于所述背向散射信号的光路上，包括用于获得所述背向散射信号的Stokes数据的Stokes模块和用于获得所述背向散射信号的反Stokes数据的反Stokes模块，所述数据处理模块与所述光学探测模块电连接，用于根据所述Stokes数据和反Stokes数据得到温度。2.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述单晶光纤模块还包括聚焦透镜，设于所述激光发射模块发出的激光的光路上，所述单晶光纤的一端设于所述聚焦透镜聚焦所述激光形成的焦点处。3.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述光学探测模块包括分束镜，所述分束镜设于所述激光发射模块发出的激光和所述背向散射信号重合的光路上，用于改变所述背向散射信号的光路方向以使所述背向散射信号进入所述光学探测模块。4.如权利要求3所述的高温传感装置，其特征在于，所述高温传感装置还包括与所述数据处理模块连接的光电探测器，设于经所述分束镜反射后的所述激光发射模块发出的激光的光路上。5.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述光学探测模块包括二向色镜，所述二向色镜将所述背向散射信号分为反射的第一光束和直射的第二光束，所述Stokes模块设于所述第一光束的光路上，所述反Stokes模块设于所述第二光束的光路上。6.如权利要求5所述的高温传感装置，其特征在于，所述光学探测模块还包括陷波滤光片，所述陷波滤光片设于所述背向散射信号的光路上、所述二向色镜之前。7.如权利要求6所述的高温传感装置，其特征在于，所述Stokes模块包括设于所述第一光束的光路上的所述第一雪崩光电二极管探测器，与所述数据处理模块电连接；及所述反Stokes模块包括设于所述第二光束的光路上的第二雪崩光电二极管探测器，与所述数据处理模块电连接。8.如权利要求7所述的高温传感装置，其特征在于，所述第一雪崩光电二极管探测器和/或所述第二雪崩光电二极管探测器的带宽为1GHz。9.如权利要求7所述的高温传感装置，其特征在于，所述光学探测模块包括设于所述第一光束的光路上、所述二向色镜与所述第一雪崩光电二极管探测器之间的Stokes透镜；及所述光学探测模块包括设于所述第二光束的光路上、所述二向色镜与所述第二雪崩光电二极管探测器之间的反Stokes透镜。10.如权利要求9所述的高温传感装置，其特征在于，所述光学探测模块包括设于所述第一光束的光路上、所述二向色镜与所述Stokes透镜之间的第一滤光片；及所述光学探测模块包括设于所述第二光束的光路上、所述二向色镜与所述反Stokes透镜之间的第二滤光片。11.如权利要求10所述的高温传感装置，其特征在于，所述陷波滤光片和/或所述第一滤光片和/或所述第二滤光片的光密度大于6。12.如权利要求5所述的高温传感装置，其特征在于，所述高温传感装置包括Stokes衰
减片，设于所述第一光束的光路上、所述二向色镜与所述Stokes模块之间。13.如权利要求5所述的高温传感装置，其特征在于，所述高温传感装置还包括一面或多面反射镜，设于所述激光发射模块发出的激光的光路上和/或设于所述单晶光纤发出的所述背向散射信号的光路上和/或设于所述第一光束的光路上和/或所述第二光束的光路上。14.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述高温传感装置包括激光衰减片，设于所述激光发射模块发出的激光的光路上、所述激光发射模块与所述单晶光纤模块之间。15.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述激光发射模块包括高能皮秒脉冲激光器，半高全宽范围为5ps
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1000ps。16.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述激光发射模块发出的激光的中心波长范围为300nm
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1550nm。17.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述单晶光纤为蓝宝石光纤或YAG光纤。18.如权利要求1所述的高温传感装置，其特征在于，所述单晶光纤为蓝宝石光纤，熔点为2054℃；或所述单晶光纤为YAG光纤，熔点为1950℃。19.一种高温传感装置的标定方法，其特征在于，所述高温传感装置包括：激光发射模块、单晶光纤模块、光学探测模块和数...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘波，刘旭，介瑞敏，
申请(专利权)人：之江实验室，
类型：发明
国别省市：