[发明专利]基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置和方法

权利要求书

1.一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置，该装置包括光纤布里渊传感器测量设备，其特征在于，还包括防震支架、金属管以及恒温设备，其中，

所述光纤布里渊传感器测量设备放置于恒温设备外，用来测量待标定光纤的布里渊散射频移；

所述防震支架，用于放置待标定光纤，防止待标定光纤因受到外力干扰而出现附加应变，保证待标定光纤只承受温度；

所述金属管，外壁上设有缠绕待标定光纤的螺纹，保证待标定光纤在金属管热膨胀时承受均匀的应变；

所述防震支架和金属管独立放置于恒温设备内；

所述恒温设备工作于N个温度点，保证待标定光纤承受可控的温度和应变，其中，N为设定值。

2.根据权利要求1所述一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置，其特征在于，所述金属管的外径大于待标定光纤最小弯曲直径的2.5倍，金属管厚度大于2毫米；所述金属管的外表面螺纹凹槽宽度等于待标定光纤的外径，深度等于待标定光纤外径的一半，螺纹的节距大于待标定光纤的外径。

3.根据权利要求1所述一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置，其特征在于，所述防震支架为不锈钢材质，具有3个支脚，支架的支撑面成环状，外环设有阻挡待标定光纤滑落的挡板，内环直径大于待标定光纤最小弯曲直径的2.5倍，内外环直径差大于2厘米。

4.一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：将待标定光纤缠绕在金属管上，并进行固定，同时留出一定长度的松弛光纤放置在防震支架上；

首先，选择设定长度待标定光纤，将其一端固定在金属管的下端，然后以恒定拉力拉直待标定光纤，并匀速地转动金属管，使待标定光纤沿金属管的螺纹凹槽缠绕在金属管上，当绕制圈数达到待标定光纤设定绕制圈数时，停止转动金属管，并将缠绕在金属管上的待标定光纤固定在金属管管壁上；其次，将未缠绕在金属管上的待标定光纤松弛地盘绕设定匝数，且弯曲直径大于光纤最小弯曲直径的2.5倍，平放在防震支架上；最后，将待标定光纤的另一端从防震支架引出接到光纤布里渊传感器测量设备上；

步骤2：将待标定光纤放入恒温设备内，控制待标定光纤承受的温度和应变；

将步骤1中缠绕了待标定光纤的金属管和放置松弛待标定光纤的防震支架同时放入恒温设备内，所述恒温设备内的控温精度比光纤布里渊传感器测量设备的精度至少高一个数量级，控制恒温设备的温度，使恒温设备内的温度分别稳定工作于N个温度点；在每一个温度点上，用光纤布里渊传感器测量设备对待标定光纤进行测量和记录；

步骤3：根据测量数据进行光纤布里渊散射频移的应变和温度系数标定，过程如下：

（1）控制恒温设备工作于N个温度点T=[T(1)，T(2)，T(3)，…，T(N)]，其中N是大于5的整数；分别记录N个温度点处，放置在防震支架上的待标定光纤的布里渊散射频移v_BT＝[v_BT(1)，v_BT(2)，v_BT(3)，…，v_BT(N)],缠绕在金属管上待标定光纤的布里渊散射频移v_BS=[v_BS(1)，v_BS(2)，v_BS(3)，…，v_BS(N)]；

（2）定义每个温度点处放置在防震支架上的待标定光纤上由温度变化导致的布里渊散射频移变化量△v_BT(n)=v_BT(n)-v_BT(1)，每个温度点处由金属管热膨胀带来的缠绕在金属管上的待标定光纤应变变化导致的布里渊散射频移变化量△v_BS(n)=v_BS(n)-v_BS(1)-△v_BT(n)，每个温度点处的温度变化量△T(n)=T(n)–T(1)，每个温度点处由金属管热膨胀带来的缠绕在金属管上的待标定光纤应变变化量△ε(n)=C_m×△T(n)，其中，1≤n≤N，C_m是金属管的线膨胀系数；

（3）用最小二乘法对△v_BT(n)和△T(n)进行线性拟合，获得光纤布里渊散射频移的温度系数C_vT；用最小二乘法对△v_BS(n)和△ε(n)进行线性拟合，获得光纤布里渊散射频移的应变系数C_vε；

（4）计算金属管上T(1)温度时光纤的预应变值ε₀=(v_BS(1)-v_BT(1))/C_vε；

步骤4：在实际测量时，根据光纤布里渊传感器测量设备测出的布里渊散射频移v_B计算传感光纤的应变ε和温度T为：

ε=ε₀+(v_B-v_BS(1))/C_vε，

T=T(1)+(v_B-v_BT(1))/C_vT。