第34卷，第7期 2014年7月
光谱学与光谱分析 Spectroscopy and Spectral Analysis
FBG测温系统的光谱校正算法的研究
刘智超12，杨进华，王高
1.长春理工大学光电工程分院，吉林长春130022 2.长春理工大学光电信息学院，吉林长春130022
3.中北大学仪器科学与动态测试教育部重点实验室，山西太原030051
Vol. 34 ,No. 7 -pp1793-1796
July2014
摘要为了解决在大范围、多点位温度实时监测过程中温度传感器铺设工程复杂、维护成本高等问题，研究开发了基于光纤布拉格光栅结构的温度监测系统。利用光纤光栅衍射对波长的选择性，建立广温度与波长的函数关系，通过计算波长变化量反演被测位置的温度信息。由于环境、材料等因素，光谱分布与温度变化并不满足线性变化，所以设计了光谱校正算法完成波长与温度函数的曲线拟合，曲线拟合度大于99.7%。实验采用FB136L-IAC型防爆干燥箱、LPT-200型二极管，1550nm光纤等对20～280℃范围内温度进行多点位实时检测，实验结果显示，当防爆干燥箱中的温度每改变1℃时，对应的中心波长向长波方向偏移大约 0.04nm，与标准温度测试数据进行对比，误差低于士0.3℃。由于系统采用光纤传感网络，所以具有很强的抗电磁干扰能力，而光纤光栅衍射可实现精密测量，动态响应范围大、精度高。系统的新颖之处在保证高精
度测量的同时，仍满足大范围、多点位、高抗干扰能力的快速铺设，具有很强的实际应用价值。关键词温度测量：光谱校正算法：光纤布拉格光栅：光谱分辨率
中图分类号：TP274
文献标识码：A
引言
DOI: 10., 3964 /j. issn. 1000-0593 (2014 )07-1793-04
电势，从而求解温度。其优点是体积小、响应时间较短、测温范围大。但其测温非线性误差较大、易老化。随着光纤技术的成熟，光纤布拉格光栅[2-1]（fiberbragggrating+
在日常生产生活中环境温度的监测很重要，例如对楼宇、住房等大范围的防火监控，粮仓实时温度控制等1.2]。根据检测温度的方式不同分为直接式和间接式，常用的直接式测温计有玻璃管温度计、双金属温度计、压力式温度计、热电偶温度计、热电阻温度计等[3-6]。
玻璃管温度计利用热胀冷缩原理测量温度，结构非常简单，价格低廉，但测量精度受材料特性限制，且测温范围小，易碎，并不适合大范围实时监控？。压力式温度计利用封闭容器内液体受热后体积变化量与温度的函数关系检测温度。其优点是结构简单、抗干扰能力强，但响应慢，易受外界应力影响"]。双金属温度计利用膨胀系数不同的两种金属受热后几何位移变化量检测温度信号。其优点是结构简单、价格低、维护方便、抗震抗冲击，但精度低、量程小了。热电阻温度计利用金属导体电阻值与温度之间存在的函数关系检测。其优点是检测精度高、复现性好，响应时间快。但其热惯性大，对抵抗机械振动影响的能力弱。热电偶温度计是通过两种不同材料的导体构成，由于温度不同而在回路中产生热
收稿日期：2013-09-10，修订日期：2014-01-15
FBG)温度检测技术具有精度高、响应快、分布广、稳定性好的优点，采用光纤布拉格光栅完成大范围实时温度检测已经成为热点。本工作利用光纤布拉格光栅结构检测温度，搭建系统并完成广系统的整体测试，温度检测结果虽然满足探测要求，但由于光纤探测原理及光刻技术的限制，仍存在一定的非线性误差。故设计了针对光纤布拉格光栅测温系统的光谱校正算法，从而进一步提高温度检测的均匀性及准确度。
1基本原理 1.1系统设计
基于光纤布拉格光栅技术，对实验箱内任意位置进行温
度监测，测温系统原理如图1所示。当实验箱内产生温度变化时，对应位置上的光纤产生微小的形变。根据事先在光纤上设置的布拉格光栅系统，温度微弱的变化会使光栅产生变化，从而出射光发生频移。根据被测温度与光谱频移量之间的关系：可以获取精确的温度分布，但光谱频移的过程并不
基金项目：国家自然科学基金项目（60637010），总装国防科技基金项目（9140C120402120C12055)资助
作者简介：刘智超，1984年生，长春理工大学光电工程分院讲师
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