[发明专利]一种烘干机湿度检测方法及装置

权利要求书

1.一种烘干机湿度检测装置，其特征在于，包括C波段ASE光源、光纤Bragg光栅湿度传感器、三端口光纤环形器、光纤光栅解调仪和上位机，所述光纤光栅解调仪包括有可调谐F-P滤波器、PIN光电二极管、I/V转化电路、信号调理电路、A/D转换电路和扫描电压电路；

所述C波段ASE光源发出恒定功率的光经环形器一端口入射；

所述三端口光纤环形器中的二端口将光传输到光纤Bragg光栅湿度传感器；

所述光纤Bragg光栅湿度传感器具有聚酰亚胺涂覆层，聚酰亚胺涂覆层根据外界湿度的变化而产生形变，进而带动光纤Bragg光栅栅区间隔的变化，根据光纤Bragg光栅耦合模理论，满足光栅方程的中心波长的光被反射回来，反射光经过三端口光纤环形器中的三端口传入可调谐F-P滤波器；

所述F-P滤波器是由上位机控制扫描电压电路输出的激励信号，进而控制压电陶瓷，调节F-P腔长，进而控制F-P滤波器的通频带，当F-P导通中心波长与光纤光栅的中心波长匹配时，F-P滤波器的透射光达到最大值，进入到PIN光电二极管；

所述PIN光电二极管将反射光的光强转换成电流信号，所得电流信号经过I/V转换之后转换成微弱的电压信号，微弱的电压信号需要经过信号调理电路即通过线性放大电路进行放大之后再通过低通滤波器，进行滤波处理，去除高频信号干扰之后，进入A/D转换电路；

所述A/D转换电路对电压信号进行模数转换之后传输给上位机，上位机通过反演计算得到湿度值。

2.根据权利要求1所述的一种烘干机湿度检测装置，其特征在于，所述C波段ASE光源为功率恒定的ASE宽带光源。

3.根据权利要求1所述的一种烘干机湿度检测装置，其特征在于，所述光纤Bragg光栅湿度传感器上的聚酰亚胺涂覆层采用聚酰亚胺材料制备，改性的聚酰亚胺涂覆层其湿膨胀系数为(6～9)×10^-5/％，当湿度变化时，由于涂层的形变，导致光纤Bragg光栅发生应变，从而对湿度传感。

4.根据权利要求1所述的一种烘干机湿度检测装置，其特征在于，所述光纤Bragg光栅湿度传感器根据道尔顿蒸发定律分别布置在烘干机深度0.2m、0.5m的内壁上，每层三个，均匀分布。

5.根据权利要求1所述的一种烘干机湿度检测装置，其特征在于，所述可调谐F-P滤波器与扫描电压电路相连，通过电控压电陶瓷改变所述可调谐F-P滤波器中F-P腔长来改变其导通频带。

6.根据权利要求1所述的一种烘干机湿度检测装置，其特征在于，所述信号调理电路包括线性放大电路和低通滤波电路，所述I/V转化电路输出的微弱电压信号通过所述线性放大电路放大，再通过所述低通滤波电路。

7.一种烘干机湿度检测方法，其特征在于，使用了根据权利要求1-7任一项所述的一种烘干机湿度检测装置，包括以下步骤：

S1、具有聚酰亚胺涂覆层的光纤Bragg光栅湿度传感器经过温度补偿实验得出其温度敏感系数，经过湿度标定实验得出其湿度敏感系数；

S2、上位机根据烘干机内环境温度，对解调的中心波长漂移量进行温度补偿，烘干机自带的温度传感器将读取的温度值T通过I/O口输入STM32，根据热应变与光纤光栅中心波长漂移量Δλ的函数关系式计算出温度变化带来的热膨胀应变对中心波长的影响；

S3、通过温度补偿实验，从理论上已得出中心波长的漂移量Δλ与光的相位角变化的函数关系，从而计算出由温度变化引起的透射光强It；

S4、通过光强与电压的函数关系，STM32计算得出温度变化电压Vt，A/D转换得到的电压数字信号V时温度和湿度共同影响造成的，为消除温度对湿度带来的系统误差，应减去温度变化电压Vt，返回值即为所需的湿度变化电压信号值；

S5、对电压信号进行模数转换之后传输给上位机，上位机通过采集光强最大时的激励信号大小和F-P滤波器通频带的对应关系，得出此时光纤光栅的中心波长，根据烘干机内环境温度，对解调的中心波长漂移量进行温度补偿，减小由于温度变化所产生的系统误差，再对其进行反演计算，得出烘干机内的环境湿度。

8.根据权利要求7所述的一种烘干机湿度检测方法，其特征在于，所述温度补偿实验得出具有聚酰亚胺涂覆层的光纤Bragg光栅随着温度变化中心波长的漂移量的关系。