[发明专利]一种已敷设光电复合缆的温度和应变同时测量方法

说明书

技术领域

本发明属于测量技术领域，特别涉及一种已敷设光电复合缆的温度和应变同时测量方法。

背景技术

布里渊光时域反射技术是一种新型测量技术，它基于光纤中的自发布里渊散射信号实现温度或应变的测量，具有只需一次测量即可同时获取沿整个光纤被测场分布信息，响应速度快、测量精度高、定位准确、抗电磁干扰能力强、绝缘性能好、传感距离长等独特优点。布里渊光时域反射技术可实现对光纤沿线温度/应变分布的实时测量，特别适合于复合有普通通信用单模光纤的光电复合缆的状态监测，可及时发现故障隐患并进行高精度、快速准确定位，从而有效地保证电缆的正常工作。

目前的布里渊光时域反射技术基于光纤中自发布里渊散射的频移信息获得光纤沿线的温度或应变信息。布里渊散射频移变化正比于光纤的温度或应变变化，但当光纤同时受到温度或应变时，布里渊光时域反射技术只通过布里渊散射频移无法区分温度和应变，即存在交叉敏感问题。针对该问题，广大科研人员进行了大量的研究。

一种同时测量温度和应变的方法是使用两种具有不同布里渊散射频移-温度/应变系数的光纤对同一条复合缆进行测量。根据布里渊散射频移温度和应变系数的不同求解二元一次方程组，同时得到温度和应变。此法无需测量布里渊散射谱峰功率，只通过布里渊散射频移一个参量的测量即可。但此方法需要两种特性差异较大的光纤作为传感介质，而一般光电复合缆中的光纤性质是很接近的，因此，不适合已经敷设好的光电复合缆使用。

另一种分离温度和应变的方法是同时使用布里渊温度/应变传感设备和拉曼温度传感设备。由于拉曼散射功率只对温度敏感，因此可用拉曼设备进行温度测量，而后补偿布里渊设备的温度应变交叉敏感特性，单独解出应变。此法需要两台设备同时工作，增加了系统的复杂性和成本，降低了测量的实时性。而且拉曼设备一般需用多模光纤，而光电复合缆中一般都是普通通信用单模光纤，个别拉曼设备也能使用单模光纤，但价格昂贵、测量距离较短，难以和布里渊设备相比。

综上所述，发明一种只使用一套布里渊散射测量系统就能够同时测量温度和应变，且适用于测量已敷设光电复合缆的方法十分必要。

发明内容

本发明的目的在于，提出一种已敷设光电复合缆的温度和应变同时测量方法，用于解决利用单设备、单光纤测量光电复合缆温度和应变时，已敷设光电复合缆布里渊散射谱峰功率初值无法获取，无法同时区分温度和应变的问题。

为了实现上述目的，本发明提出的技术方案是，一种已敷设光电复合缆的温度和应变同时测量方法，其特征是所述方法包括：

步骤1：测量光电复合缆中传感光纤样纤的布里渊散射频移初值、谱峰功率初值和瑞利散射功率值，计算布里渊散射谱峰功率与瑞利散射功率之比；

取一段待测光电复合缆中复合光纤的样品（简称样纤），将样纤松弛地放在恒温装置内，保证其处于零应变、T₀℃下，用瑞利散射测量系统测量样纤的瑞利散射功率，获得一维数组，求平均后得到瑞利散射功率初值P_R0；用布里渊散射测量系统测量样纤的布里渊散射频移和谱峰功率，得到两个一维数组，分别求平均后得到布里渊散射频移初值v_B0和谱峰功率初值P_B0；根据C_BR =P_B0/P_R0计算零应变、T₀℃下的布里渊散射谱峰功率与瑞利散射功率的系数比C_BR；

步骤2：通过标定实验获得传感光纤样纤布里渊散射频移的温度和应变系数、布里渊散射相对谱峰功率的温度和应变系数；

利用恒温装置和应变施加装置对样纤进行标定实验，施加的温度和应变点在5个以上，记录不同温度和应变下的布里渊散射频移v_B和谱峰功率P_B，利用线性拟合算法获取频移v_B和相对谱峰功率P_B/ P_B0分别与温度T和应变ε的线性关系，得到频移的温度系数C_vT、频移的应变系数C_vε、相对谱峰功率的温度系数C_PT、相对谱峰功率的应变系数C_Pε；

步骤3：计算已敷设光电复合缆中传感光纤的布里渊谱峰功率分布初值的估计值；