[实用新型]一种分布式光纤温度与应变测量传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种光纤传感器技术，尤其是涉及一种分布式光纤温度与应变传感器。

背景技术

目前的分布式光纤传感器主要有两类：一类是拉曼光纤传感器，另一类是布里渊光纤传感器。拉曼光纤传感器由于只具备温度测量功能，应用受到一定的限制；而布里渊光纤传感器因为能够对温度和应变参量进行同时测量而得到广泛的研究，取得了快速的发展。布里渊光纤传感器通过检测光纤各位置背向自发或受激布里渊散射光相对入射光的频移量来实现分布式传感器对温度和应变的测量，其优点是传感距离长，空间分辨率高。但是由于布里渊频移量对温度和应变两物理量同时敏感，且与二者线性相关，因此在实际应用中存在温度应变交叉敏感问题，即很难从最终得到的布里渊频移量中分离出温度和应变各自引起的变化量，严重阻碍了此类传感器的工程推广。目前解决温度应变交叉敏感问题通常采用的技术有以下几种：

1、散射光强度和频移的双参量法(J.Smith et al.，“Simultaneous distributed strain andtemperature measurement，”Appl.Opt，38：5372-5377，1999)，这类方法通过同时测量背向散射光强度和频移量，联立方程解出温度和应变变化量，但是布里渊光强度的测量限制了传感器的探测距离，而且光强度易受到外界扰动，光源输出功率抖动以及偏振态漂移等问题的影响。

2、Landau-Placzek比率法(P.C.Wait and T.P.Newson，“Landau-Placzek ratioapplied todistributed fibre sensing，”Optics Communications，122(4-6)：141-146，1996)，这类方法同时测量布里渊散射光强度和对应变不敏感的瑞利散射光强度，通过计算二者比值(Landau-Placzek比率)提取温度变化量，但瑞利散射光的测量限制了传感器的探测长度以及空间分辨率，同时系统复杂度显著提高。

3、特殊光纤法(X.Bao，Q.Yu and L.Chen，“Simultaneous strain and temperaturemeasurements with polarization-maintaining fibers and their error analysis by use ofadistributed Brillouin loss system”Optics letters 29(12)：1342-1344，2004)，这类方法采用保偏光纤、光子晶体光纤、大有效面积光纤等特殊光纤区分温度应变两物理量，但由于特殊光纤大都价格昂贵，因此用于长距离应用成本过高。

为了从本质上解决温度与应变交叉敏感问题，国内外提出了联合其它物理效应法，如联合拉曼散射和布里渊散射的效应。国外论文Proc.SPIE，2004《 Simultaneousdistributed measurements of temperature and strain using spontaneous raman andBrillouin

2009年5月27日授权公告的CN200710156868.0的中国实用新型专利说明书公开了一种《超远程分布式光纤拉曼与布里渊光子传感器》，提出了将分布式光纤拉曼光子温度传感器、分布式光纤布里渊光子应变传感器及分布式光纤拉曼光纤放大器融合在一起的方式，实现温度与应变同时测量，但其布里渊传感器的光源与拉曼传感器的光源采用了共用光纤耦合器的方式，增加了光功率的损耗，且其布里渊传感器的光源采用了外腔窄带脉冲光纤激光器，脉冲光在相干检测时存在困难。

2009年5月20日授权公告的CN200710175868.5的中国实用新型专利说明书公开了一种《光纤分布式温度和应力传感装置》，提出了光纤拉曼散射作为温度信息、布里渊散射作为应变信息同时分布式传感温度和应变，给出了温度与应变的标定公式，但其测量光纤为保偏光纤，限制了传感器的应用范围。