CN118129936B - 一种快速响应、频率自校准的温度传感方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及温度传感技术领域，提供一种快速响应、频率自校准的温度传感方法及装置，温度传感方法包括：发送第一检测光；第一检测光被吸收产生声波，引起石英音叉振动，转换为第一压电电流信号；根据参考信号的频率和混杂拍信号的频率计算石英音叉的共振频率；发送第二检测光；第二检测光信号是频率包括f0/2的定波长信号；转换为第二电压信号；对温度进行检测。该温度传感方法通过差频技术对石英音叉的共振频率进行快速校准，能够消除石英音叉共振频率的漂移问题，检测、校准效率高。还能够有效提高温度传感装置频率和温度的检测准确性，适用范围较广，广泛应用于石油化工、大气环境监测、深海深地勘测、航空航天、生物医学和食品安全等领域。
Description
技术领域
本申请涉及温度传感技术领域，尤其涉及一种快速响应、频率自校准的温度传感方法及装置。
背景技术
温度传感器是各种传感器中最为常用的一种，占整个传感器市场总需求量的40%以上，广泛应用于生产实践的各个领域，如空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等。石英音叉温度传感器是一种高精度准数字温度传感器，输出为频率信号。它采用石英音叉谐振器作为热敏元件，将外界温度的变化转换为石英音叉谐振器谐振频率的变化。它不仅具有线性动态范围大，并且其系统结构紧凑、成本相对较低、高Q值，窄响应带宽等优点。这些优点使石英音叉温度传感器与其它温度传感方法相比更具有竞争优势，并且在许多情况下更胜一筹。
但是石英音叉的共振频率不仅受温度的影响，而且在长期使用后难免会受到粉尘的污染，水汽凝结、氧化等的影响，导致其共振频率漂移，无法分辨出导致频率变化的因素，导致检测准确性降低。
因此，亟需一种能够自动校准石英音叉频率的通过检测气体信号幅值来反演温度变化传感方法。
发明内容
本申请提供了一种快速响应、频率自校准的温度传感方法及装置，以解决通过监测频率变化来反演温度变化精度低，以及现有检测方法中石英音叉由于外界环境影响导致的频率漂移，影响检测准确性的技术问题。
本申请第一方面提供的快速响应、频率自校准的温度传感方法，应用于快速响应、频率自校准的温度传感装置中，快速响应、频率自校准的温度传感方法包括：激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光；其中，第一检测光中携带第一检测光信号，第一检测光信号的频率包括f/2，f为锁相放大器的参考信号的频率，石英音叉温度探测模块包括石英音叉，石英音叉温度探测模块内通有固定浓度的气体，第一检测光能被气体吸收；第一检测光被气体吸收产生声波，声波引起石英音叉振动，将第一检测光信号转换为第一压电电流信号；数据处理模块根据参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算石英音叉的共振频率f0；其中，混杂拍信号为参考信号解调第一电压信号得到，第一电压信号为第一压电电流信号由前置放大器转换得到；激光器向石英音叉温度探测模块内发送第二检测光；其中，第二检测光中携带第二检测光信号，第二检测光信号是频率包括f0/2的定波长信号，第二检测光能被气体吸收，温度变化引起气体吸收峰幅值变化；将第二检测光信号转换为第二电压信号；根据第二电压信号对温度进行反演。
在一些可行的实现方式中，数据处理模块根据参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算石英音叉的共振频率f0，包括：锁相放大器的参考信号的频率f与石英音叉的共振频率f0的差值的绝对值等于混杂拍信号的频率Δf。
在一些可行的实现方式中，激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光，包括：激光器驱动模块向激光器发送第一驱动信号；其中，第一驱动信号的频率与第一检测光信号的频率相同；激光器根据第一驱动信号向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光。
在一些可行的实现方式中，根据第二电压信号对温度进行反演之后，快速响应、频率自校准的温度传感方法还包括：确定激光器发送的实时检测光信号的频率是否包括石英音叉的实时共振频率的一半；响应于激光器发送的实时检测光信号的频率不包括石英音叉的实时共振频率的一半，重复执行激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光的步骤。
在一些可行的实现方式中，将第二检测光信号转换为第二电压信号，包括：石英音叉将第二检测光信号转换为第二压电电流信号，其中，气体吸收峰幅值变化引起第二压电电流信号变化；前置放大器将第二压电电流信号转换为第二电压信号。
在一些可行的实现方式中，根据第二电压信号对温度进行反演，包括：锁相放大器将第二电压信号进行解调；数据处理模块根据解调后的第二电压信号对温度进行反演。
本申请提供的快速响应、频率自校准的温度传感方法，通过差频技术对石英音叉的共振频率进行快速校准，能够消除石英音叉由于粉尘污染、水汽凝结、氧化等导致的石英音叉共振频率的漂移问题，校准效率高。使用差频技术对石英音叉的共振频率进行快速校准后，利用定频驱动技术对温度进行检测。该方法能够有效地提高温度传感装置的频率和温度的检测准确性，适用范围较广，能够广泛应用于石油化工、大气环境监测、深海深地勘测、航空航天、生物医学和食品安全等领域。
本申请第二方面提供的快速响应、频率自校准的温度传感装置，包括：激光器，被配置为，向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光，其中，第一检测光中携带第一检测光信号，第一检测光信号的频率包括f/2，f为锁相放大器的参考信号的频率；石英音叉温度探测模块，与激光器相连，石英音叉温度探测模块包括石英音叉，石英音叉温度探测模块内通有固定浓度的气体，第一检测光能被气体吸收；数据处理模块，被配置为，根据参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算石英音叉的共振频率f0；其中，混杂拍信号为参考信号解调第一电压信号得到，第一电压信号为第一压电电流信号由前置放大器转换得到，第一压电电流信号为第一检测光被气体吸收产生声波，声波引起石英音叉振动产生；激光器还被配置为，向石英音叉温度探测模块内发送第二检测光；其中，第二检测光中携带第二检测光信号，第二检测光信号是频率包括f0/2的定波长信号，第二检测光能被气体吸收，温度变化引起气体吸收峰幅值变化；转换模块，被配置为，将第二检测光信号转换为第二电压信号；数据处理模块还被配置为，根据第二电压信号对温度进行反演。
在一些可行的实现方式中，转换模块包括前置放大器和锁相放大器；其中，石英音叉还被配置为，将第二检测光信号转换为第二压电电流信号，其中，气体吸收峰幅值变化引起第二压电电流信号变化；前置放大器还被配置为，将第二压电电流信号转换为第二电压信号；锁相放大器被配置为，解调第二电压信号。
在一些可行的实现方式中，快速响应、频率自校准的温度传感装置还包括：激光器驱动模块，一端与激光器相连，激光器驱动模块被配置为，向激光器发送驱动信号；另一端与数据处理模块相连，激光器驱动模块还被配置为，响应于激光器发送的实时检测光信号的频率不包括石英音叉的实时共振频率的一半，激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光。
在一些可行的实现方式中，快速响应、频率自校准的温度传感装置还包括：计算机，与数据处理模块相连，被配置为，显示温度的检测结果。
可以理解地，第二方面所提供的快速响应、频率自校准的温度传感装置采用第一方面所提供的快速响应、频率自校准的温度传感方法，因此，其所能达到的有益效果可参考第一方面，此处不再赘述。
附图说明
为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本申请实施例提供的一种快速响应、频率自校准的温度传感方法的流程示意图；
图2是本申请实施例提供的一种对温度进行检测时的驱动信号及其对应的测量信号的示意图；
图3是本申请实施例提供的另一种快速响应、频率自校准的温度传感方法的流程示意图；
图4是本申请实施例提供的一种具体实现方式中的快速响应、频率自校准的温度传感方法的流程示意图；
图5是本申请实施例提供的不同温度下的测量信号幅值示意图；
图6是本申请实施例提供的一种快速响应、频率自校准的温度传感装置的结构框图。
图示标记：
100-温度传感装置；10-激光器驱动模块；20-激光器；30-石英音叉温度探测模块；40-前置放大器；50-锁相放大器；60-数据处理模块；70-计算机。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚地描述。显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的其他实施例，都属于本申请的保护范围。
以下，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
此外，本申请中，“上”、“下”、“内”、“外”等方位术语是相对于附图中的部件示意置放的方位来定义的，应当理解到，这些方向性术语是相对的概念，它们用于相对于的描述和澄清，其可以根据附图中部件所放置的方位的变化而相应地发生变化。
随着空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等行业的发展，对温度进行实时检测日趋重要，温度传感技术成了不可或缺的一种技术。
温度传感器是各种传感器中最为常用的一种，占整个传感器市场总需求量的40%以上，广泛应用于生产实践的各个领域，如空间技术、冶金、电子、食品、医药和石油化工等。石英音叉温度传感器是一种高精度准数字温度传感器，输出为频率信号。它采用石英音叉谐振器作为热敏元件，将外界温度的变化转换为石英音叉谐振器谐振频率的变化。它不仅具有线性动态范围大，并且其系统结构紧凑、成本相对较低、高Q值，窄响应带宽等优点。这些优点使石英音叉温度传感器与其它温度传感方法相比更具有竞争优势，并且在许多情况下更胜一筹。
但是石英音叉的共振频率不仅受温度的影响，而且在长期使用后难免会受到粉尘的污染，水汽凝结、氧化等的影响，导致其共振频率漂移，无法分辨出导致频率变化的因素，导致检测准确性降低。因此实现大气环境中石英音叉频率的自动校准，通过检测气体检测信号幅值来反演温度变化，对保证石英音叉温度传感器的频率和温度的检测准确性和快速响应特性具有重要意义。
为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种快速响应、频率自校准的温度传感方法，应用在一种快速响应、频率自校准的温度传感装置中。该温度传感方法能够实现石英音叉温度传感中的频率自校准和快速测量，利用差频技术实现石英音叉共振频率的快速校准，校准后利用定频技术实现对温度的快速测量，检测精度高。
图1是本申请实施例提供的一种快速响应、频率自校准的温度传感方法的流程示意图。
参见图1，本申请实施例提供的温度传感方法可以由以下步骤S100至步骤S600所实现。
步骤S100：激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光。
其中，第一检测光中携带第一检测光信号，第一检测光信号的频率包括f/2，f为锁相放大器的参考信号的频率。石英音叉温度探测模块包括石英音叉，石英音叉温度探测模块内通有固定浓度的气体，第一检测光能被气体吸收。
换言之，第一检测光信号的频率为锁相放大器的参考信号的频率的一半。
具体的，步骤S100可以由以下步骤S001和步骤S002所实现。
步骤S001：激光器驱动模块向激光器发送第一驱动信号。
其中，第一驱动信号的频率与第一检测光信号的频率相同。通过第一驱动信号可以控制激光器发送的第一检测光信号的频率。
步骤S002：激光器根据第一驱动信号向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光。
值得注意的是，在激光器驱动模块发送第一驱动信号之前，可以搭建好快速响应、频率自校准的温度传感装置，向石英音叉温度探测模块中通入固定浓度的气体，该温度传感装置包括激光器驱动模块、激光器和石英音叉温度探测模块。
在一个具体的实现方式中，第一驱动信号可以为一个频率为f/2的高频调制信号和一个10Hz的锯齿波信号的组合信号。
步骤S200：第一检测光被气体吸收产生声波，声波引起石英音叉振动，将第一检测光信号转换为第一压电电流信号。
图2是本申请实施例提供的一种对温度进行检测时的驱动信号及其对应的测量信号的示意图。
结合图1和图2，将携带有f/2的第一检测光射入至石英音叉温度探测模块中，在频率自校准T1周期内，第一检测光被石英音叉温度探测模块内的气体分子吸收，产生声波，声波引起石英音叉振动。第一检测光从吸收开始到T2周期结束，石英音叉以共振频率f0振动，第一检测光中携带的第一检测光信号转换成频率为f0的第一压电电流信号。
步骤S300：数据处理模块根据参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算石英音叉的共振频率f0。
第一压电电流信号被前置放大器放大并转换为第一电压信号。频率为f0的第一电压信号被频率为f的锁相放大器的参考信号解调，产生一个频率为Δf的混杂拍信号。其中，锁相放大器的频率f为已知频率，混杂拍信号的频率Δf为已知频率，第一电压信号的频率f0为未知频率。
具体的，锁相放大器的参考信号的频率f与石英音叉的共振频率f0的差值的绝对值等于混杂拍信号的频率Δf，满足下述公式：Δf=│f-f0│。
这样，可以计算得到第一电压信号的频率f0。换言之，也可以计算得到石英音叉的共振频率f0。
步骤S400：激光器向石英音叉温度探测模块内发送第二检测光。
具体的，步骤S400可以由以下步骤S401和步骤S402所实现。
步骤S401：激光器驱动模块向激光器发送第二驱动信号。
其中，第二驱动信号的频率与第二检测光信号的频率相同。通过第二驱动信号控制激光器发送的第二检测光信号的频率，第二检测光信号是频率包括f0/2的定波长信号。这样，利用定频驱动技术对温度进行检测。
在一个具体的实现方式中，可以将计算得到的石英音叉的共振频率f0的一半作为激光器驱动信号中高频调制信号的频率，与对应于气体吸收峰峰值处的直流信号相加，作为温度的检测T3周期的驱动信号。换言之，第二驱动信号为一个频率为f0/2的高频调制信号和气体的吸收峰峰值处的直流信号的组合信号。其中，图2所示T1周期和T3周期阶段的驱动信号呈正弦状。
步骤S402：激光器根据第二驱动信号向石英音叉温度探测模块内发送第二检测光。
其中，第二检测光中携带第二检测光信号，第二检测光信号的频率包括f0/2。第二检测光能够被气体吸收，温度变化引起气体吸收幅值变化。
也就是说，在确定了石英音叉的共振频率之后，将石英音叉共振频率的一半作为第二检测光信号的频率。
具体地，在外界温度变化时，石英音叉温度探测模块内的温度随之变化。这样，外界温度变化可以引起石英音叉温度探测模块内气体吸收幅值发生变化。
步骤S500：将第二检测光信号转换为第二电压信号。
具体地，步骤S500可以由以下步骤S501和步骤S502所实现。
步骤S501：石英音叉将第二检测光信号转换为第二压电电流信号。
具体地，携带有频率f0/2的第二检测光入射到石英音叉温度探测模块中，第二检测光被石英音叉温度探测模块内的气体分子吸收，产生声波，声波引起石英音叉振动，第二检测光信号转换成第二压电电流信号。其中，温度不同时，气体吸收峰信号的幅值不同，产生的声波大小不同，引起第二压电电流信号产生变化，导致压电电流大小不同。
步骤S502：前置放大器将第二压电电流信号转换为第二电压信号。
前置放大器的输入端与石英音叉的输出端相连，前置放大器接收到第二压电电流信号，将第二压电电流信号放大并转换为第二电压信号。
步骤S600：根据第二电压信号对温度进行反演。
具体地，在步骤S600可以由以下步骤S601和步骤S602所实现。
步骤S601：锁相放大器将第二电压信号进行解调。
步骤S602：数据处理模块根据解调后的第二电压信号对温度进行反演。
具体的，根据解调后的第二电压信号，即可反演出温度。
本申请实施例提供的快速响应、频率自校准的温度传感方法，通过差频技术对石英音叉的共振频率进行快速校准，能够消除石英音叉受粉尘污染、水汽凝结、氧化等导致的石英音叉共振频率的漂移问题，检测、校准效率高。使用差频技术对石英音叉的共振频率进行快速校准后，可以利用定频驱动技术对温度进行检测。该温度传感方法能够有效提高温度传感装置的频率和温度检测准确性，适用范围较广，检测精度高。例如，能够广泛应用于石油化工、大气环境监测、深海深地勘测、航空航天、生物医学和食品安全等领域。
图3是本申请提供的另一种快速响应、频率自校准的温度传感方法的流程示意图。
参见图3，在一些可行的实现方式中，该温度传感方法还可以包括步骤S700至步骤S900。
在执行步骤S600之后，通过执行步骤S700进一步对石英音叉的频率进行自校准。
步骤S700：确定激光器发送的实时检测光信号的频率是否包括石英音叉的实时共振频率的一半。若结果为是则执行步骤S800，若结果为否则执行步骤S900。
步骤S800：响应于激光器发送的实时检测光信号的频率包括石英音叉的实时共振频率的一半。
在步骤S800中，如果实时检测光信号的频率包括石英音叉的实时共振频率的一半，表示此时的温度传感装置中石英音叉的频率较为准确，不需要调整，温度传感方法流程结束。
步骤S900：响应于激光器发送的实时检测光信号的频率不包括石英音叉的实时共振频率的一半。重复执行步骤S100。
在步骤S900中，如果实时检测光信号的频率不包括石英音叉的实时共振频率的一半，表示此时的温度传感装置的石英音叉的频率不准确，则返回步骤S100，使温度传感装置重新进入自校准T1周期。
图4是本申请实施例提供的一种具体实现方式中的快速响应、频率自校准的温度传感方法的流程示意图。
参见图4，在一个具体的实现方式中，采用该温度传感方法对温度进行检测。该温度传感方法可以由以下步骤S1至步骤S9所实现。
步骤S1：原始驱动f/2。
步骤S2：差频f/2解调。
其中，步骤S1和步骤S2为前期确定驱动信号频率的过程。
步骤S3：信号采集。
其中，信号采集的步骤可以对应上述实施例中步骤S100和步骤S200。
步骤S4：共振频率Δf=│f-f0│计算。
其中，共振频率的计算可以对应上述实施例中步骤S300。
数据处理模块进行石英音叉共振频率的计算。
步骤S5：是否f=f0。若是执行步骤S6，若否，执行步骤S7。
该步骤与上述实施例中的步骤S700对应，均为确认石英音叉共振频率是否准确的步骤。
步骤S6：定频f0/2驱动。
步骤S7：驱动频率校准。
该步骤与上述步骤S900对应，执行石英音叉共振频率校准步骤。
步骤S8：信号采集处理。
其中，信号采集处理可以通过向石英音叉温度探测模块内发送检测光，并最终转换为电压信号。
步骤S9：温度反演。
其中，步骤S9可以对应上述步骤S600。
图5是本申请实施例提供的不同温度下的测量信号幅值示意图。
参见图5可以看出，在不同温度下，测量信号的幅值不同。随着温度的升高，测量信号的幅值也逐渐增加。
与前述快速响应、频率自校准的温度传感方法的实施例相对应，本申请还提供了快速响应、频率自校准的温度传感装置实施例。
图6是本申请实施例提供的一种快速响应、频率自校准的温度传感装置的结构框图。
参见图6，该温度传感装置100包括激光器驱动模块10、激光器20、石英音叉温度探测模块30、转换模块、数据处理模块60和计算机70。
激光器20用于向石英音叉温度探测模块30内发送检测光。示例的，激光器20可以向石英音叉温度探测模块30内发送第一检测光，其中，第一检测光携带第一检测光信号，第一检测光信号的频率包括f/2，f为锁相放大器50的参考信号的频率。
石英音叉温度探测模块30与激光器20相连，石英音叉温度探测模块30包括气室和气室内的石英音叉，石英音叉温度探测模块30的气室内通有固定浓度的气体。检测光进入石英音叉温度探测模块30内后，检测光被气体吸收产生声波，声波引起石英音叉振动，将检测光中携带的检测光信号转换为压电电流信号。其中，温度变化会引起气体吸收峰幅值的变化。这样，通过对压电电流信号的检测即可检测温度。
示例的，第一检测光会被气体吸收，第一检光信号会被转换成第一压电电流信号。
转换模块包括相连接的前置放大器40和锁相放大器50。其中，前置放大器40的输入端与石英音叉的信号输出端连接，锁相放大器50的输入端与前置放大器40的输出端相连。数据处理模块60的输入端与锁相放大器50的输出端相连。
具体的，前置放大器40用于将压电电流信号转换为电压信号，锁相放大器50用于解调电压信号。数据处理模块60可以根据参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算石英音叉的共振频率f0。
示例的，前置放大器40可以用于将第一压电电流信号转换为第一电压信号，锁相放大器50可以解调第一电压信号。
示例的，第一压电电流信号被前置放大器放大并转换为第一电压信号。频率为f0的第一电压信号被频率为f的锁相放大器的参考信号解调，产生一个频率为Δf的混杂拍信号。其中，锁相放大器的频率f为已知频率，混杂拍信号的频率Δf为已知频率，第一电压信号的频率f0为未知频率。
也就是说，数据处理模块60用于处理和分析数据。数据处理模块60可以计算石英音叉的共振频率，还可以实现温度的检测。
在计算得到石英音叉的共振频率之后，还可以控制激光器20向石英音叉温度探测模块30内发送第二检测光。其中，第二检测光中携带有第二检测光信号，第二检测光信号是频率包括f0/2的定波长信号。这样，通过定频驱动技术对温度进行检测。
第二检测光被气体吸收产生声波，声波可以引起石英音叉振动，将第二检测光信号转换为第二压电电流信号。其中，温度不同时，气体吸收峰信号的幅值不同，产生的声波大小不同，引起的石英音叉振动幅度不同，导致压电电流大小不同。也就是说，在温度不同时，气体吸收峰幅值的变化引起第二压电电流信号变化，产生的压电电流大小不同。
前置放大器40可以将第二压电电流信号转换为第二电压信号，锁相放大器50可以解调第二电压信号。
数据处理模块60可以根据第二电压信号对温度进行反演。
计算机70与数据处理模块60的输出端相连，计算机70用于显示温度的检测结果。
激光器驱动模块10一端与激光器20相连，用于向激光器20发送驱动信号，控制激光器20的输出波长和调制频率。示例的，激光器驱动模块10可以向激光器20发送第一驱动信号，控制激光器20向石英音叉温度探测模块30内发送第一检测光。激光器驱动模块10还可以向激光器20发送第二驱动信号，控制激光器20向石英音叉温度探测模块30内发送第二检测光。
激光器驱动模块10的另一端与数据处理模块60相连，数据处理模块60可以根据数据处理结果向激光器驱动模块10发送负反馈。
具体的，在数据处理模块60判断实时检测光信号的频率不包括石英音叉的实时共振频率的一半时，数据处理模块60控制激光器驱动模块10向激光器20内发送第一驱动信号，进而使得激光器20向石英音叉温度探测模块30内发送第一检检测光，从而实现石英音叉共振频率的自校准。
本申请实施例提供的快速响应、频率自校准的温度传感装置100，采用快速响应、频率自校准的温度传感方法，能够计算得到激光器20的原始信号驱动频率的二倍与石英音叉共振频率的频率差，进而对激光器20的驱动频率进行快速校准，校准后的频率作为定频技术的调制信号的频率，检测、校准效率高。同时，该温度传感装置100还能够实现对温度的快速检测，提升了温度传感装置100的频率和温度的检测准确性。该温度传感装置100可以广泛应用于石油化工、大气环境检测、深海深地探测、航空航天、生物医学和食品安全等领域。
需要说明的是，本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的申请后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围由权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。
Claims (8)
1.一种快速响应、频率自校准的温度传感方法，其特征在于，应用于一种快速响应、频率自校准的温度传感装置中，所述快速响应、频率自校准的温度传感方法包括：
激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光；其中，所述第一检测光中携带第一检测光信号，所述第一检测光信号的频率包括f/2，f为锁相放大器的参考信号的频率，所述石英音叉温度探测模块包括石英音叉，所述石英音叉温度探测模块内通有固定浓度的气体，所述第一检测光能被所述气体吸收；
所述第一检测光被所述气体吸收产生声波，所述声波引起所述石英音叉振动，将所述第一检测光信号转换为第一压电电流信号；
数据处理模块根据所述参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算所述石英音叉的共振频率f0；其中，所述混杂拍信号为所述参考信号解调第一电压信号得到，所述第一电压信号为所述第一压电电流信号由前置放大器转换得到；
所述激光器向所述石英音叉温度探测模块内发送第二检测光；其中，所述第二检测光中携带第二检测光信号，所述第二检测光信号是频率包括f0/2的定波长信号，所述第二检测光能被所述气体吸收，温度变化引起所述气体吸收峰幅值变化；
将所述第二检测光信号转换为第二电压信号；
根据所述第二电压信号对所述温度进行反演；
确定所述激光器发送的实时检测光信号的频率是否包括所述石英音叉的实时共振频率的一半；
响应于所述激光器发送的实时检测光信号的频率不包括所述石英音叉的实时共振频率的一半，重复执行所述激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光的步骤。
2.根据权利要求1所述的快速响应、频率自校准的温度传感方法，其特征在于，所述数据处理模块根据所述参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算所述石英音叉的共振频率f0，包括：
所述锁相放大器的参考信号的频率f与所述石英音叉的共振频率f0的差值的绝对值等于所述混杂拍信号的频率Δf。
3.根据权利要求1所述的快速响应、频率自校准的温度传感方法，其特征在于，所述激光器向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光，包括：
激光器驱动模块向所述激光器发送第一驱动信号；其中，所述第一驱动信号的频率与所述第一检测光信号的频率相同；
所述激光器根据所述第一驱动信号向所述石英音叉温度探测模块内发送第一检测光。
4.根据权利要求1所述的快速响应、频率自校准的温度传感方法，其特征在于，所述将所述第二检测光信号转换为第二电压信号，包括：
所述石英音叉将所述第二检测光信号转换为第二压电电流信号；其中，所述气体吸收峰幅值变化引起所述第二压电电流信号变化；
所述前置放大器将所述第二压电电流信号转换为所述第二电压信号。
5.根据权利要求1所述的快速响应、频率自校准的温度传感方法，其特征在于，所述根据所述第二电压信号对所述温度进行反演，包括：
所述锁相放大器将所述第二电压信号进行解调；
所述数据处理模块根据解调后的所述第二电压信号对所述温度进行反演。
6.一种快速响应、频率自校准的温度传感装置，其特征在于，包括：
激光器，被配置为，向石英音叉温度探测模块内发送第一检测光，其中，所述第一检测光中携带第一检测光信号，所述第一检测光信号的频率包括f/2，f为锁相放大器的参考信号的频率；
所述石英音叉温度探测模块，与所述激光器相连，所述石英音叉温度探测模块包括石英音叉，所述石英音叉温度探测模块内通有固定浓度的气体，所述第一检测光能被所述气体吸收；
数据处理模块，被配置为，根据所述参考信号的频率f和混杂拍信号的频率Δf计算所述石英音叉的共振频率f0；其中，所述混杂拍信号为所述参考信号解调第一电压信号得到，所述第一电压信号为第一压电电流信号由前置放大器转换得到，所述第一压电电流信号为所述第一检测光被所述气体吸收产生声波，所述声波引起所述石英音叉振动产生；
所述激光器还被配置为，向所述石英音叉温度探测模块内发送第二检测光；其中，所述第二检测光中携带第二检测光信号，所述第二检测光信号是频率包括f0/2的定波长信号，所述第二检测光能被所述气体吸收，温度变化引起所述气体吸收峰幅值变化；
转换模块，被配置为，将所述第二检测光信号转换为第二电压信号；
所述数据处理模块还被配置为，根据所述第二电压信号对所述温度进行反演；
激光器驱动模块，一端与所述激光器相连，所述激光器驱动模块被配置为，向所述激光器发送驱动信号；另一端与所述数据处理模块相连，所述激光器驱动模块还被配置为，响应于所述激光器发送的实时检测光信号的频率不包括所述石英音叉的实时共振频率的一半，所述激光器向所述石英音叉温度探测模块内发送所述第一检测光。
7.根据权利要求6所述的快速响应、频率自校准的温度传感装置，其特征在于，
所述转换模块包括所述前置放大器和所述锁相放大器；其中，所述石英音叉还被配置为，将所述第二检测光信号转换为第二压电电流信号，所述气体吸收峰幅值变化引起所述第二压电电流信号变化；
所述前置放大器还被配置为，将所述第二压电电流信号转换为所述第二电压信号；
所述锁相放大器被配置为，解调所述第二电压信号。
8.根据权利要求6所述的快速响应、频率自校准的温度传感装置，其特征在于，所述快速响应、频率自校准的温度传感装置还包括：
计算机，与所述数据处理模块相连，被配置为，显示所述温度的检测结果。
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