[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

说明书

技术领域

本发明属于分布式光纤传感测量技术领域，特别涉及一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置和方法。

背景技术

分布式光纤布里渊传感器具有分布式、长距离、不受电磁干扰、适应恶劣环境等优点，该技术以其能够同时测量应变和温度的特点，越来越受到科研工作者和用户的关注，逐渐应用到建筑、电力、石油、航空、安防等领域。在具体的研究和工程实践中,光纤布里渊传感技术以普通通信用单模光纤作为传感介质，沿光纤轴向的应变信息和温度信息与单模光纤的基本参量有关。由于不同单模光纤的材料和生产工艺不同,不同厂家、不同型号、不同护套材料单模光纤的基本参量存在差异，因此,在将单模光纤作为分布式传感光纤之前,必须要进行标定。光纤布里渊传感技术实现应变和温度的准确测量是以布里渊散射频移应变和温度系数的精确标定为基础的。

目前，标定光纤温度系数的方法一般是将一定长度的传感光纤样纤松弛地放入恒温装置内，通过控制恒温装置，对样纤施加温度。只要保证恒温装置的控温精度高于传感光纤测量精度一个数量级就可实现高精度的温度标定。

标定光纤应变系数的一种方法是采用悬臂梁结构。此标定方法将待标定光纤固定在悬臂梁表面上，通过弯曲悬臂梁对光纤施加应变，再利用悬臂梁任意点应变可通过该点的挠度、横截面宽度和距固定端距离获得的原理，计算悬臂梁的应变，进而获得光纤的应变。为了保证光纤与悬臂梁的变形完全一致,传感光纤必须紧密粘贴在梁的表面，而完全的紧密接触很难实现。而且，光纤布里渊传感技术的空间分辨率一般都大于1米，这就要求悬臂梁具有一定的长度。若通过光纤的弯曲盘绕减少悬臂梁长度，则会产生应变施加不均匀的问题。另外，采用悬臂梁标定只能在空气中进行，尽管有温度补偿措施，但很难保证空气中各处温度的均匀性，导致应变标定误差的进一步增加。

标定光纤应变系数的另一种方法是采用定滑轮的方式。将光纤绕在固定好的定滑轮上，通过在光纤一端施加不同重量的砝码控制应变的标定，通过增加定滑轮的个数和滑轮间的距离，增加应变标定光纤的长度。此方法虽然增加了标定光纤的长度，但标定空间的增大使光纤各点的温度均匀性变差，导致标定误差增加。另外，与滑轮接触的光纤将承受其它位置处光纤没有的侧压力，也给应变标定带来了不均匀性误差。

因此，发明一种新的标定方法，保证应变标定的环境温度一致性、应变施加的均匀性、较大的标定长度，对光纤布里渊传感技术十分必要。

本发明提出一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置和方法，解决应变标定误差大、应变和温度标定效率低的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对分布式光纤布里渊传感器应变标定受环境温度不一致、应变施加不均匀、标定长度受限导致标定误差大，应变和温度标定不能同时进行导致标定效率低的问题，提出一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置和方法。

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。

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。

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。

一种基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定方法，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；