光纤Bragg光栅传感器温度标定算法研究与应用

"本文主要研究了光纤Bragg光栅（FBG）传感器的温度灵敏系数标定算法，旨在提高光栅阵列测温仪表的测量精度，满足大容量、长距离、高精度的测量需求。通过在恒定湿度、无应力环境下使用高低温交变湿热试验箱，研究了FBG传感器在-20℃至80℃温度范围内的传感特性。实验发现，FBG传感器的中心波长与温度之间的线性相关系数不足0.999，而采用二阶拟合曲线可以得到更优的相关性。由于每个FBG传感器的二阶拟合曲线系数存在差异，无法统一标定，于是提出了一种新的精确到点的温度灵敏系数标定算法，经过验证，该算法能显著提升光栅阵列测温仪表的精度，对于实际工程应用具有重要的价值。" 本文详细探讨了光纤Bragg光栅传感器在温度测量中的应用和优化方法。光纤Bragg光栅（FBG）是一种利用光的布拉格反射原理，通过检测光波长的变化来感知温度变化的传感器。在实际应用中，为了确保测量精度，尤其是在大范围、长距离、高精度的测量场景下，需要对FBG传感器的温度响应进行精确标定。 实验部分，研究者使用高低温交变湿热试验箱，在恒定湿度且无应力的条件下，对FBG传感器进行了-20℃至80℃的温度范围内的实验。实验结果显示，各个FBG传感器的中心波长λB与温度T的线性关系并不理想，线性相关系数低于0.999，这意味着简单的线性模型不足以准确描述这种关系。然而，当采用二阶拟合曲线来描述λB与T的关系时，相关系数可以提升到大于0.9998，表明二阶曲线能更好地反映两者间的关联。 进一步分析发现，每个FBG传感器的二阶拟合曲线的系数a、b和c都有所不同，这意味着不能使用一组通用的固定系数来标定所有的FBG传感器。为解决这个问题，作者提出了一个创新的精确到点的温度灵敏系数标定算法。这个算法能够针对每个传感器的独特特性进行个体化的标定，从而提高整个光栅阵列测温仪表的精度。 通过实验验证，该精确到点的标定算法表现出色，显著提高了光栅阵列测温仪表的测量准确性，这对于实际的工程应用，如远程监控、环境监测和工业过程控制等，具有重大的实践意义。该算法的实施为优化FBG传感器的温度测量性能提供了一个有效的方法，有助于推动光纤传感技术在各种复杂环境下的广泛应用。