[发明专利]用于校准温度的设备和用于校准光纤温度传感器的温度以及定位光纤温度传感器的方法

说明书

技术领域

本发明涉及光纤温度测量领域以及用于在该测量期间校准温度和距离的方法。

土木工程结构的观察和监视要求关于重要参数即温度和温度差的良好知识，这其目的在于：

1、分析与环境热量波动无关的结构的行为；

2、以及检测时代错误事件如大型液压结构（如堤坝、水电站坝）或实用结构（如废料储存器和密闭室、高速公路或特定隧道）中如热点或流体泄露。

因此，这些结构要求改变的、从度量衡学的角度来说可靠的、在实现警报期间已证实的并且能分辨距离的温度测量监视方法，以执行在整个结构上的规律间隔处的自动测量。

这种方法对于以下类型的监视能量恢复或分布安装是必要的：用于地热能的钻管、管道、强制涌流水管、区域加热水管和能量恢复系统。

由于要覆盖的距离可能超过几十公里以及这些要监视区域中的特定区域的不易接触性，使用实现光纤温度传感器的温度测量方法是已知的。事实上，取决于所采用的方法论，这种光纤温度传感器可以沿着光纤在大于大约十公里的距离上有规律地执行温度测量。

对于所有光纤温度测量方法来说，温度测量是相对的。因此，可以有必要在安装期间以及光纤温度传感器的使用期间规定执行这种传感器的温度校准。事实上，这种校准可以验证正确操作和/或可以估计传感器的温度漂移。

本文中以及在说明书的剩余部分中，进行绝对的温度测量以及相对的温度测量分别意味着不涉及温度差并且用任何温度单位表示的热力学温度测量以及能够作为与参考温度的差或随着时间推移的温度改变的温度差的测量。

更具体地，本发明涉及用于校准光纤温度传感器的温度的设备，温度校准的方法和光纤温度传感器的距离校准方法。

背景技术

存在不同类型的光纤温度传感器，温度传感器的类型通常由所寻求的热测量的特征确定，例如空间和温度测量分辨率、必须执行温度监视的距离或者改为监视其它参数如所监视的结构的变形的可能性。

因此，可以通过以下中的一个执行温度测量：实现被称为布拉格光栅型的“点”传感器的光纤传感器，不论光纤传感器是光刻的（被熟知为光纤布拉格光栅的缩写FGB）还是几何的（被熟知为长周期光纤的缩写LPG），把这些光纤传感器明智地放置在需要温度测量的地方；或者利用可以沿着光纤发生的光的后向散射的非线性现象（即瑞利（Rayleigh）后向散射现象、布里渊（Brillouin）后向散射现象和拉曼（Rayman）后向散射现象）。

不论使用的光纤传感器的类型是什么，由于传感器的光纤想要在远超过大约10年时间的时间段上装配大型结构，那么光纤传感器易于出现随着温度测量的随着时间推移的漂移的问题。这种漂移不能忽视并且从而要求光纤传感器的有规律的校准。相似地，利用这种传感器的测量取决于所使用设备如激光器和光检测器，其中例如在故障之后的该设备的替换会带来温度测量中的系统错误。

出于响应于这些不同问题的目的，已实现校准光纤传感器的温度的不同方法。

公开在美国专利US7529434和国际专利申请WO2010/036360中的第一种方法包括在相同的光纤上结合多种测量以校准光纤测量传感器。因此，如文件US7529434中所公开的，可以结合使用拉曼后向散射现象的温度测量和使用布里渊后向散射现象的温度测量。还可以结合使用来自具有不同波长的两个光源的相同的后向散射（在文件WO2010/036360中为拉曼后向散射）现象的测量。这种方法通过本身用于校准的光纤的使用使得可以执行在光纤的任何位置的温度校准。

然而，如果沿着光纤温度传感器的光纤的两个温度测量方法的结合使得可以减少这些测量技术中的固有的偏移的问题，那么有必要使这些测量在空间性上和关于温度上都相关。这种双重相关性引起关于温度测量的不确定性。另外，这些技术仍然受制于这些测量是不能获得绝对温度测量的相对温度测量的事实。

如专利GB2407637中所公开的第二种方法包括沿着能够执行绝对温度测量的光纤次级温度传感器规律地安装在由次级测量传感器测量的温度处执行的光纤校准。

尽管这种温度传感器使得可以为光纤的温度校准提供参考，但是它们还可能出现热漂移并且因此具有关于温度校准的有限再生性。另外，这种次级传感器不可以在不同温度处校准光纤，而这种校准必须在校准时刻的光纤的温度处执行。