技术领域
[0001] 本
发明涉及温度测量技术，尤其涉及一种温度测量系统及方法。
背景技术
[0002] 在现代工业生产过程中，如燃
煤发电、
高炉炼
钢等，都需要进行现场温度测量，以知晓生产状态，才能提高资源利用率。由于现场温度非常高，通常能达到1200℃左右，对于如此高温的现场环境，只能采用非
接触式测量技术，目前应用最多的是采用高温
热电偶或红外测温仪进行远距离测温。上述高温热电偶的测量
精度较高，价格较高，但抗
腐蚀能
力和抗干扰能力较差，而红外测距仪较容易受环境中的杂散光所干扰，抗干扰能力同样较差，因此，设计出一种抗腐蚀能力和抗干扰能力较强，且价格较低的测量方式显得尤为重要。
发明内容
[0003] 本发明提供一种温度测量系统及方法，具有较强的抗腐蚀和抗干扰能力，且价格较低。
[0004] 本发明
实施例提供一种温度测量系统，包括：
光源、光纤组件、相
角延迟装置、
光谱仪和
温度计算装置；其中，
[0005] 所述光源发射的源光线经过光纤组件传输后照射在相角延迟装置上；所述相角延迟装置将所述源光线转换为两束相干光线，所述两束相干光线之间的光程差与所述相角延迟装置所处的
环境温度相对应；
[0006] 两束相干光线再经过所述光纤组件传输给所述光谱仪；所述光谱仪将两束相干光线转换为离散光谱
信号，并提供给温度计算装置，所述离散光谱信号的特征与所述两束相干光线的干涉光线的特征相对应；
[0007] 所述温度计算装置用于根据所述离散光谱信号计算得到所述环境温度。
[0008] 如上所述的温度测量系统，所述相角延迟装置为蓝
宝石晶体。
[0009] 如上所述的温度测量系统，温度计算装置用于根据所述离散光谱信号计算得到所述环境温度，包括：
[0010] 温度计算装置根据所述离散光谱信号计算得到光程差；
[0011] 温度计算装置根据所述光程差计算得到所述环境温度。
[0012] 如上所述的温度测量系统，所述温度计算装置根据所述光程差计算得到所述环境温度，包括：
[0013] 所述温度计算装置根据如下公式计算环境温度：
[0014] T＝-1.3075G3+134.9647G2-4752.25G+58039.148，
[0015] 其中，T为环境温度，G为光程差。
[0016] 如上所述的温度测量系统，温度计算装置根据所述离散光谱信号计算得到光程差，包括：
[0017] 所述温度计算装置对如下公式进行高斯窗离散腔长变换：
[0018]
[0019] 其中，In(λ)为两束相干光线的干涉光线的光强，γ为干涉光线的干涉条纹的
对比度，λ为所述离散光谱信号的
波长，G为光程差；
[0020] 之后，得到如下公式，并根据如下公式计算得到光程差G：
[0021]
[0022] 其中，I(gm)为变换后的干涉光线的光强，N为
采样点数，x(n)为所述离散光谱信号的幅值，λ为所述离散光谱信号的波长，gm为变换腔长，光程差G等于变换腔长gm。
[0023] 如上所述的温度测量系统，所述光纤组件包括：光纤
耦合器及光纤。
[0024] 如上所述的温度测量系统，所述光源为白光光源。
[0025] 如上所述的温度测量系统，还包括起偏器，所述起偏器用于使所述白光光源发出的光线穿过起偏器之后产生偏振光，所述偏振光用于照射在相角延迟装置上。
[0026] 本发明实施例提供的技术方案通过采用相角延迟装置接收光源发出的光线，并转化为两束相干光线，两束相干光线之间的光程差与相角延迟装置所处的环境温度具有一定的对应关系，并且采用光谱仪接收相干光线，并将相干光线转化为离散光谱信号再通过温度计算装置对离散光谱信号的特征进行分析和计算之后，得到相角延迟装置所处的环境温度，实现了采用相角延迟装置进行非接触式测温，而且相角延迟装置的抗腐蚀能力较强。另外，通过光纤组件对相角延迟装置的光线进行传输，还实现了远距离测温，且不容易受环境杂散光线的影响，具有较强的抗干扰能力，且价格较低。
附图说明
[0027] 图1为本发明实施例提供的温度测量系统的结构示意图；
[0028] 图2为本发明实施例提供的白光经过偏振的光路示意图。
[0029] 附图标记：
[0030] 1-光源； 21-光纤耦合器； 22-光纤；
[0031] 3-相角延迟装置； 4-光谱仪； 5-温度计算装置；
[0032] 61-第一起偏器； 62-第二起偏器。
具体实施方式
[0033] 图1为本发明实施例提供的温度测量系统的结构示意图。如图1所示，本实施例提供一种温度测量系统，包括：光源1、光纤组件、相角延迟装置3、光谱仪4和温度计算装置5。
[0034] 其中，光源1发射的源光线经过光纤组件传输后照射在相角延迟装置3上。相角延迟装置3将源光线转换为两束相干光线，该两束相干光线之间的光程差与相角延迟装置所处的环境温度相对应。两束相干光线再经过光纤组件传输给光谱仪4，光谱仪4将两束相干光线转换为离散光谱信号，并提供给温度计算装置5，离散光谱信号的特征与两束相干光线的干涉光线的特征相对应。温度计算装置5用于根据离散光谱信号计算得到环境温度。
[0035] 具体的，光源1可采用白光光源，其光谱范围较宽，例如发光
二极管(Light-emitting diode，简称LED)、超
辐射发光二极管(Super radiation light-emitting diode，简称SLD)、普通
卤素灯等。
[0036] 相角延迟装置3采用具有双折射效应的晶体，其功能是将源光线转换为两束折射
频率相同、而传播速度和传播方向不同的折射光线。其中一条折射光线遵循折射定律，入射角的正弦与折射角的正弦之比为常数，称之为寻常光线。另一条折射光线的入射角的正弦与折射角的正弦之比不是常数，即不遵循折射定律，称之为非常光线。寻常光线和非常光线之间可作为相干光线，产生相干效应。寻常光线和非常光线之间的光程差，也即相干光线之间的光程差与相角延迟装置3所处的环境温度相对应，相干光线之间的光程差随着相角延迟装置3所处的环境温度升高而减小。
[0037] 两束相干光线再经过光纤组件传输给光谱仪4之后，光谱仪4按照一定的
采样频率将两束相干光线转换为离散光谱信号，离散光谱信号的特征与两束相干光线的干涉光线的特征相对应，例如波长等参数。因此，对离散光谱信号的特征进行分析和计算，就可以得到相干光线的光程差。
[0038] 光谱仪4输出离散光谱信号给温度计算装置5，温度计算装置5用于根据离散光谱信号的特征计算以及与干涉光线、环境温度的对应关系得到环境温度的数值。
[0039] 本实施例提供的技术方案通过采用相角延迟装置接收光源发出的光线，并转化为两束相干光线，两束相干光线之间的光程差与相角延迟装置所处的环境温度具有一定的对应关系，并且采用光谱仪接收相干光线，并将相干光线转化为离散光谱信号再通过温度计算装置对离散光谱信号的特征进行分析和计算之后，得到相角延迟装置所处的环境温度，实现了采用相角延迟装置进行非接触式测温，而且相角延迟装置的抗腐蚀能力较强。另外，通过光纤组件对相角延迟装置的光线进行传输，还实现了远距离测温，且不容易受环境杂散光线的影响，具有较强的抗干扰能力，且价格较低。
[0040] 进一步的，上述技术方案中的相角延迟装置3为具有双折射效应的晶体，例如金属
氧化物金属的晶体，本实施例采用蓝宝石晶体，
晶体结构为六方晶格结构，其化学成分为氧化
铝，化学性质较稳定，耐高温和
耐腐蚀性能较好。
[0041] 另外，上述光纤组件具体可包括光纤耦合器21和光纤22，其中，光纤耦合器21作为光纤22中光线的输入和输出
接口，分别与光源1、相角延迟装置3和光谱仪4相连。
[0042] 图2为本发明实施例提供的白光经过偏振的光路示意图。如图2所示，对于上述光源1，若采用白光光源，还可以通过第一起偏器61设置在光源1的光线输出端，使得白光光源发出的光线穿过第一起偏器61之后形成偏振光，该偏振光照射在相角延迟装置3上。
[0043] 优选的，还可以在相角延迟装置3与光谱仪4之间设置第二起偏器62，分别经过第二起偏器62与第一起偏器61之后的偏振光的偏振方向相同，用于滤除光谱仪4输入光线中的杂光。
[0044] 在上述技术方案的
基础上，本实施例还提供一种计算环境温度的实现方式，本领域技术人员可根据本实施例提供的方式进行适当的参数调整，得到其它的实现方式。
[0045] 具体的，温度计算装置5根据离散光谱信号计算得到环境温度，包括如下两个步骤：步骤一，温度计算装置5根据离散光谱信号计算得到光程差；步骤二，温度计算装置5根据光程差计算得到环境温度。
[0046] 其中，步骤一具体可采用如下方式：
[0047] 对如下光强计算公式进行高斯窗离散腔长变换：
[0048]
[0049] 其中，In(λ)为相角延迟装置3输出的两束相干光线的干涉光线的光强，γ为干涉光线的干涉条纹的对比度，λ为离散光谱信号的波长，G为光程差。高斯窗离散腔长变换是一种带有高斯窗滤波，基于傅里叶变换原理的光谱信号的解调
算法。
[0050] 经过高斯窗离散腔长变换之后，得到如下公式，并根据如下公式计算得到光程差G：
[0051]
[0052] 其中，I(gm)为变换后的干涉光线的光强，N为采样点数，x(n)为离散光谱信号的幅值，λ为离散光谱信号的波长，gm为变换腔长，当光程差G为一定值时，光程差G等于变换腔长gm，因此计算得到变换腔长gm，也就得到了光程差G。
[0053] 上述步骤二可采用如下方式来实现：
[0054] 温度计算装置5根据如下公式计算环境温度：
[0055] T＝-1.3075G3+134.9647G2-4752.25G+58039.148，
[0056] 其中，T为环境温度，G为光程差。根据步骤一得到的光程差G即可计算得到环境温度T。
[0057] 步骤二中的公式可以采用标定的方式来得到，即：采用
现有技术中测温精度较高的
传感器对相角延迟装置3所处的环境温度进行多次实验测温，进而拟合得到该公式，以对本实施例提供的技术方案进行标定。
[0058] 上述温度计算装置5可以为计算机，其内部算法及计算过程可由技术人员编写
软件程序实现，或者采用某种
应用软件搭建模型来实现，均可采用技术人员熟知的方式来执行。
[0059] 最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行
修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
