光纤传感器的标定装置及标定方法、装置、设备、介质与流程

本技术涉及但不限于光纤传感，尤其涉及一种光纤传感器的标定装置及标定方法、设备、介质。

背景技术：

1、光纤传感器（例如fbg传感器），对应变和温度存在固有的交叉敏感特性，无法区分所测量到的单一中心波长漂移量是由机械应变还是温度变化所引起。因此，精确标定光纤传感器的应变灵敏度系数和温度灵敏度系数，是保证其在实际复杂工况下测量精度的关键前提。

2、现有针对光纤传感器的标定方式为串行分立标定方式，即先在恒温水槽中单独标定温度灵敏度系数，再在万能试验机上单独标定应变灵敏度系数，但是，忽略了应变场与温度场对fbg响应的交叉耦合影响，导致所标定的系数在实际"温度-应变"共存工况下产生不可忽视的偏差，导致标定系数可靠性欠佳。

技术实现思路

1、本技术实施例提供了一种光纤传感器的标定装置及标定方法、设备、介质，能够有效提升光纤传感器的标定系数的可靠性，从而提升光纤传感器的测量精度。

2、第一方面，本技术实施例提供了一种光纤传感器的标定装置，包括：

3、温度应变控制箱，承载有光纤传感器的目标光纤穿设于所述温度应变控制箱，所述温度应变控制箱设置有观察窗口，所述目标光纤和所述光纤传感器的感测部均位于所述观察窗口的视场范围内；

4、温控执行装置，所述温控执行装置与所述温度应变控制箱相连接，用于调节所述目标光纤所处环境的温度；

5、第一温度检测装置，设置于所述温度应变控制箱内，且靠近所述感测部；

6、应变施加装置，与所述目标光纤可拆卸连接；

7、图像传感器，所述图像传感器的感光面朝向所述观察窗口，所述图像传感器用于采集所述目标光纤表面的光学特征图像，所述光学特征图像经处理得到所述目标光纤的实际应变值；

8、光纤解调仪，所述光纤解调仪与所述目标光纤的尾纤相连接；

9、控制装置，分别与所述温控执行装置、所述第一温度检测装置、所述图像传感器和所述光纤解调仪通信连接；

10、其中，所述控制装置向所述温控执行装置下发控温指令，通过应变施加装置对所述目标光纤进行应变加载操作后，当达到预设条件，所述控制装置接收所述第一温度检测装置发送的目标温度、所述图像传感器发送的所述目标光纤表面的光学特征图像和所述光纤解调仪发送的所述光纤传感器的中心波长值，并基于所述目标温度、所述光学特征图像和所述中心波长值计算所述光纤传感器的目标温度灵敏度系数和目标应变灵敏度系数。

11、在一些实施例中，所述温度应变控制箱设置有导热板，所述温控执行装置包括tec模块和水冷循环模块，所述tec模块与所述水冷循环模块相连接，所述tec模块固定在所述导热板上，所述tec模块连接有第二温度检测装置，所述控制装置分别与所述第二温度检测装置和所述tec模块电连接。

12、在一些实施例中，所述应变施加装置包括第一轴向位移调整装置和第二轴向位移调整装置，所述第一轴向位移调整装置上设置有第一夹紧结构，所述第二轴向位移调整装置设置有第二夹紧结构，所述第一夹紧结构与所述目标光纤的一端可拆卸连接，所述第二夹紧结构与所述目标光纤的另一端可拆卸连接，所述目标光纤穿出所述第二夹紧结构一端的尾纤与所述光纤解调仪相连接。

13、在一些实施例中，所述温度应变控制箱相对两侧的侧壁分别开设有第一通孔和第二通孔，所述目标光纤穿过所述第一通孔和所述第二通孔，所述第一夹紧结构和所述第二夹紧结构均包括底座和盖板，所述底座的上表面设置有与所述目标光纤相匹配的安装槽，所述盖板通过连接件与所述底座可拆卸连接，所述安装槽与所述第一通孔和所述第二通孔同轴设置；当所述盖板与所述底座锁紧，能够将所述目标光纤的两端夹持在对应的所述安装槽内。

14、第二方面，本技术实施例提供了一种光纤传感器的标定方法，应用于第一方面实施例的光纤传感器的标定装置的控制装置，所述温控执行装置包括tec模块，所述tec模块连接有第二温度检测装置，所述控制装置分别与所述第二温度检测装置和所述tec模块电连接，所述标定方法包括：

15、获取目标组合数据，其中，所述目标组合数据包括m×n组观测数据，任一组的所述观测数据对应处于稳定的温度-应变状态，所述观测数据包括基于所述图像传感器采集的光学特征图像处理得到的所述目标光纤的实际应变值、所述第一温度检测装置采集到的第一温度和光纤解调仪输出的所述光纤传感器的中心波长值，所述稳定的温度-应变状态表征所述第二温度检测装置采集到的第二温度达到预设的第i级目标温度，所述目标光纤的实际应变值达到预设的第j级目标应变，且所述第一温度和所述实际应变值均满足预设的稳定条件，1≤i≤m，1≤j≤n，n和m为大于1的正整数；

16、确定参考数据与每组所述观测数据之间的偏移量数据，将所述偏移量数据关联至对应组的观测数据，其中，所述参考数据包括未进行温控操作与应变加载操作状态下，所述目标光纤的初始应变值、所述第一温度检测装置采集到的初始温度和所述光纤传感器的初始中心波长值，所述偏移量数据包括温度偏移量、应变偏移量和中心波长偏移量；

17、从全部的所述偏移量数据中确定第一目标数据，基于所述第一目标数据中的第一温度偏移量和第一中心波长偏移量计算温度灵敏度系数，其中，所述第一目标数据中的第一应变偏移量小于第一阈值；

18、从全部的所述偏移量数据中确定第二目标数据，基于所述第二目标数据中的第二应变偏移量和第二中心波长偏移量计算应变灵敏度系数，其中，所述第二目标数据中的第二温度偏移量小于第二阈值；

19、针对任一组的所述观测数据对应的所述偏移量数据，基于所述温度灵敏度系数、所述应变灵敏度系数、所述温度偏移量和应变偏移量计算参考中心波长偏移量；

20、基于所述参考中心波长偏移量与对应组的所述偏移量数据中实测的中心波长偏移量计算有效性指标，当所述有效性指标满足预设条件，将所述温度灵敏度系数确定为所述目标温度灵敏度系数，将所述应变灵敏度系数确定为所述目标应变灵敏度系数，其中，所述有效性指标用于判断所述温度灵敏度系数和所述应变灵敏度系数的有效性。

21、在一些实施例中，所述控制装置对应有温度阶梯序列和应变加载级数序列 ，所述温度阶梯序列包括i个目标温度级别，所述应变加载级数序列包括j个目标应变级别，所述获取目标组合数据，包括：

22、基于所述温度阶梯序列，依次遍历各个所述目标温度级别，并将当前遍历到的目标温度级别作为目标温度生成控温指令下发至所述tec模块；

23、当所述第二温度达到当前对应的目标温度级别，且所述第一温度在第一预设时间段内的波动幅度小于第一波动阈值，确定所述第一温度满足所述稳定条件，基于所述应变加载级数序列，依次遍历各个目标应变级别，并通过所述应变施加装置对所述目标光纤进行应变加载操作，以使所述目标光纤的实际应变值达到当前遍历到的目标应变级别，其中，所述实际应变值基于预设的图像处理算法、当前的光学特征图像和参考图像计算得到，所述光学特征图像由所述图像传感器采集得到，所述参考图像为所述目标光纤未进行过应变加载操作状态下的光学特征图像；

24、当所述目标光纤的实际应变值在第二预设时间段内的波动幅度小于第二波动阈值，确定所述实际应变值满足所述稳定条件，触发所述光纤解调仪计算所述光纤传感器的中心波长值，所述第一温度检测装置重新采集新的第一温度，以及所述图像传感器重新采集所述目标光纤表面的新的光学特征图像，基于所述图像处理算法、所述新的光学特征图像和所述参考图像计算新的实际应变值；

25、将所述中心波长值、所述新的第一温度和所述新的实际应变值确定为一组所述观测数据，将遍历完成所述温度阶梯序列和所述应变加载级数序列所得到的全部的所述观测数据确定为所述目标组合数据。

26、在一些实施例中，所述有效性指标包括拟合优度，所述拟合优度表征任一组所述偏移量数据中，实测的中心波长偏移量与所述参考中心波长偏移量之间的贴合程度，基于所述参考中心波长偏移量与对应组的所述偏移量数据中实测的中心波长偏移量计算有效性指标，当所述有效性指标满足预设条件，将所述温度灵敏度系数确定为所述目标温度灵敏度系数，将所述应变灵敏度系数确定为所述目标应变灵敏度系数，包括：

27、计算所有组的所述观测数据中的所述中心波长偏移量的平均值；

28、针对任一组的所述偏移量数据，基于实测的所述中心波长偏移量、所述平均值和所述参考中心波长偏移量计算所述拟合优度；

29、当所述拟合优度大于或等于第三阈值，将所述温度灵敏度系数确定为所述目标温度灵敏度系数，将所述应变灵敏度系数确定为所述目标应变灵敏度系数。

30、第三方面，本技术实施例提供了一种控制装置，包括至少一个控制处理器和用于与所述至少一个控制处理器通信连接的存储器；所述存储器存储有可被所述至少一个控制处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个控制处理器执行，以使所述至少一个控制处理器能够执行如第一方面所述的光纤传感器的标定方法。

31、第四方面，本技术实施例还提供了一种电子设备，包括第二方面的控制装置。

32、第五方面，本技术实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行如第一方面所述的光纤传感器的标定方法。

33、本技术实施例提供了一种光纤传感器的标定装置及标定方法、装置、设备、介质，标定装置包括：温度应变控制箱，承载有光纤传感器的目标光纤穿设于所述温度应变控制箱，所述温度应变控制箱设置有观察窗口，所述目标光纤和所述光纤传感器的感测部均位于所述观察窗口的视场范围内；温控执行装置，所述温控执行装置与所述温度应变控制箱相连接，用于调节所述目标光纤所处环境的温度；第一温度检测装置，设置于所述温度应变控制箱内，且靠近所述感测部；应变施加装置，与所述目标光纤可拆卸连接；图像传感器，所述图像传感器的感光面朝向所述观察窗口，所述图像传感器用于采集所述目标光纤表面的光学特征图像，所述光学特征图像经处理得到所述目标光纤的实际应变值；光纤解调仪，所述光纤解调仪与所述目标光纤的尾纤相连接；控制装置，分别与所述温控执行装置、所述第一温度检测装置、所述图像传感器和所述光纤解调仪通信连接；其中，所述控制装置向所述温控执行装置下发控温指令，通过应变施加装置对所述目标光纤进行应变加载操作后，当达到预设条件，所述控制装置接收所述第一温度检测装置发送的目标温度、所述图像传感器发送的所述目标光纤表面的光学特征图像和所述光纤解调仪发送的所述光纤传感器的中心波长值，并基于所述目标温度、所述光学特征图像和所述中心波长值计算所述光纤传感器的目标温度灵敏度系数和目标应变灵敏度系数。根据本技术实施例提供的方案，光纤能够基于温控执行装置和应变施加装置在温度应变控制箱内实现温度加载和应变加载，并基于图像传感器、光纤解调仪、第一温度检测装置所采集的数据同时计算得到可靠的温度灵敏度系数和应变灵敏度系数，相较于现有串行分立的标定方案，能够有效提升光纤传感器的标定系数的可靠性。