本发明涉及海洋传感，尤其涉及一种基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统。
背景技术：
1、海洋湍流混合是海水混合的主要机制之一，在海水热量传输、水循环以及各种尺度上的海水溶解物质交换发挥着关键作用。通过温度快速测量传感器，获得海水温度随空间和时间的分布数据，是研究海洋湍流混合的重要方法。近年来，光学温度传感器因为其高测量精度、紧凑的传感探头结构、不受电磁干扰以及对腐蚀环境有一定抵抗力等优点而被广泛的应用于海水温度测量。然而，为了获得高时间频率的温度数据，不仅需要温度传感探头具有较短的热传导时间，还需要温度传感器的解调系统具有高数据采样频率。美国内布拉斯加大学林肯分校和斯坦尼斯航天中心海军研究实验室的han ming等人采用反应离子刻蚀技术将单晶硅片刻蚀为直径80μm，厚度200μm的硅柱，并粘于光纤端面制成法布里-珀罗干涉仪式的快速温度测量探头，采用扫描频率为6khz的快速光谱仪作为解调仪器，实现了温度的快速测量。该温度传感器具有0.5ms的温度响应时间常数。然而，快速光谱仪不仅具有低波长分辨率，而且每个温度点的解调都需要记录宽波段的干涉光谱数据。因此，该解调系统需要大量的光谱数据存储，并需要进行复杂的拟合和峰值寻找算法进行温度解调。
2、哈尔滨工业大学田兆硕等人采用激光相干布里渊散射技术，通过检测测试海水和参考海水的返回的激光受激布里渊散射信号的差频光信号，利用差频频率与被测海水和参考海水间温度差的关系，获得待测海水和参考海水的温度差值，进而得到被测海水温度。该方法通过直接将激光入射到海水中进行温度测量，其温度响应时间不受温度传感探头热传递时间的限制。然而，该方法需要在测量中维持光学系统中测量光束和参考光束的偏振态。同时，需要保持参考海水温度的稳定以保持温度传感系统的测量准确性，从而增加了系统的复杂性。
技术实现思路
1、针对现阶段光学海水温度快速测量传感器解调系统采样频率低、数据存储量大、温度测量系统复杂等问题，本发明提供一种基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，具有采样频率高、数据储存量少、系统结构简单的优点。
2、为解决上述技术问题，本发明的技术方案如下：
3、一种基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，包括：
4、激光单元，用于输出两个不同波长的激光信号并合并为一束激光信号；
5、光学环形器，用于保持光信号的单向传输，将激光单元输出的光信号输入至光学干涉型温度探头，并接收光学干涉型温度探头返回的光信号后，将光信号输入至数据处理单元；
6、光学干涉型温度探头，用于测量海水温度；
7、数据处理单元，用于接收光信号，经处理后输出温度值。
8、在一些实施方式中，所述激光单元包括两个输出波长不同的激光支路，每个激光支路均包括一个窄带宽激光器，并根据所述窄带宽激光器的功率大小选择增加/不增加光学衰减器，还包括一个光学合束器，两个所述光学衰减器的输出端与所述光学合束器的输入端耦合，所述光学合束器的输出端与所述光学环形器的输入端耦合。
9、在一些实施方式中，所述数据处理单元包括依次耦合的双通道波分复用器、光电探测器和数据采集卡，还包括两个数据处理支路，每个所述数据处理支路均包括依次耦合的直流滤波器、微分器、乘法器、减法器和积分器，其中，所述数据采集卡的双路输出端分别与两个所述直流滤波器耦合。
10、在一些实施方式中，所述光学干涉型温度探头为反射式或传输式的光学干涉仪。
11、在一些实施方式中，所述光学干涉型温度探头为光学法布里-珀罗干涉仪、光学迈克尔逊干涉仪、光学马赫-曾德尔干涉仪，或者光学萨格纳克干涉仪。
12、在一些实施方式中，所述光学干涉型温度探头的输出光强和每个所述激光信号的变化关系为：
13、
14、其中，i0为入射光强，r1和r2分别为光学干涉型温度探头的两个反射镜的光反射率，λi(i＝1,2)分别为每个激光器的波长，l为光学干涉型温度探头中两束发生干涉的光的光程差，φ0为初始相位。
15、在一些实施方式中，在测量前，于不同温度下，采用最小二乘法对所述光学干涉型温度探头的反射光谱进行拟合，计算各个温度点下，光学干涉型温度探头中的发生干涉的两束光之间的光程差，获得所述光程差和海水温度的对应关系。
16、在一些实施方式中，激光单元输出的两个激光的波长λ1和λ2，满足以下关系：
17、
18、其中，lq为光学干涉式温度探头的光程差解调区间中值，k为整数，λs为合成波长，可表示为
19、在一些实施方式中，对两束波长不同的激光光强进行归一化、微分交叉乘和积分信号处理，得到合成信号is可表示为:
20、
21、其中c可由t＝0时，对应的光学干涉式温度探头的光程差l0来表示，
22、
23、在一些实施方式中，光程差的计算方法为：
24、
25、本发明的有益效果为：采用光学干涉式温度传感探头，通过记录每个温度下两个激光波长通过温度传感探头返回的强度值，并利用双波长微分交叉乘算法进行解调，获得实时的温度数据。该传感系统具有简单的硬件结构，数据采集量小，可在几十khz的高频采样率下进行温度测量，从而获得高时间分辨率的温度测量值。为温度的快速测量提高简单、可靠的解决方案。
1.一种基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，包括：
2.如权利要求1所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，所述激光单元包括两个输出波长不同的激光支路，每个激光支路均包括一个窄带宽激光器，并根据所述窄带宽激光器的功率大小选择增加/不增加光学衰减器，还包括一个光学合束器，两个所述光学衰减器的输出端与所述光学合束器的输入端耦合，所述光学合束器的输出端与所述光学环形器的输入端耦合。
3.如权利要求1所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，所述数据处理单元包括依次耦合的双通道波分复用器、光电探测器和数据采集卡，还包括两个数据处理支路，每个所述数据处理支路均包括依次耦合的直流滤波器、微分器、乘法器、减法器和积分器，其中，所述数据采集卡的双路输出端分别与两个所述直流滤波器耦合。
4.如权利要求1所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，所述光学干涉型温度探头为反射式或传输式的光学干涉仪。
5.如权利要求1所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，所述光学干涉型温度探头为光学法布里-珀罗干涉仪、光学迈克尔逊干涉仪、光学马赫-曾德尔干涉仪，或者光学萨格纳克干涉仪。
6.如权利要求1所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，所述光学干涉型温度探头的输出光强和每个所述激光信号的变化关系为：
7.如权利要求1所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，在测量前，于不同温度下，采用最小二乘法对所述光学干涉型温度探头的反射光谱进行拟合，计算各个温度点下，光学干涉型温度探头中的发生干涉的两束光之间的光程差，获得所述光程差和海水温度的对应关系。
8.如权利要求1所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，所述激光单元输出的两个激光的波长，满足以下关系：
9.如权利要求6所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，对两束波长不同的激光光强进行归一化、微分交叉乘和积分信号处理，得到合成信号is:
10.如权利要求9所述的基于双波长微分交叉乘解调算法的温度快速测量系统，其特征在于，所述光程差的计算方法为：
