[发明专利]用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法

说明书

技术领域

本发明公开了用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法，属于光纤传感网的技术领域。

背景技术

海底光缆在跨洋洲际通信和国防通信中占有极其重要的地位，而海底复杂的自然环境和海面频繁渔业活动，使得海缆故障频发。基于布里渊散射分布传感技术在温度、应变测量上所达到的测量精度、范围以及空间分辨率均高于光纤分布传感技术，近来受到人们广泛的关注。大量的理论和实验研究证明：随着布里渊散射分布传感技术研究不断深入和应用需求的发展，灵敏度要求越来越高。由于某些特定的场合需要对光纤进行增敏处理，有些场合需要减敏处理。因而要实现不同光纤传感器的实用化，就必须采用各种封装技术，以此来实现增敏减敏目的。

T.Kurashima等人提出了基于自发布里渊散射的分布式光纤传感技术，该技术通过检测布里渊频移的变化来获得光纤沿线温度与应变的分布情况。罗切斯特大学Brown等人为了优化布里渊光谱对不同光纤进行了测试，发现提高光纤固有布里渊中心频率可以增大光纤的温度系数和应变系数。M.D.Jones指出利用简单的码型可以提高光时域反射技术的探测灵敏度。A.Yeniay等人研究了不同光纤的布里渊增益谱、线宽和阈值等，指出自发布里渊散射谱的特性反映了波导的结构，特别是光纤的折射率。

以上工作大都集中于对应变/温度与布里渊散射频移量的关系进行研究，而本发明则提出了一种用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法。此方法是采用基于内护套封装形式设计和光纤结构参数优化配置，来实现对光纤布里渊频移量应变/温度灵敏度调节的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对上述背景技术的不足，提出了用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法。

本发明为实现上述发明目的采用如下技术方案：

用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法，包括如下步骤：

步骤1，在恒温条件下对光纤布里渊散射频移特性进行数值计算，得到布里渊散射频移与应变之间的变化曲线；

步骤2，根据传输光纤中自然散射光频移变化量与光纤所受的轴向应变之间的关系，得到最大初始余长应变随裸光纤与内护套之间间隙变化而改变的曲线；

步骤3，在恒定应变条件下对光纤布里渊散射频移特性进行数值计算，得到布里渊散射频移与温度之间的变化曲线；

步骤4，根据传输光纤中自然散射光频移变化量与光纤所受温度变化之间的关系，得到基于不同热膨胀系数的光纤基座材料对应的应变随温度变化曲线；

步骤5，结合步骤1、步骤3、步骤4得到的相关变化曲线特征，分别选择适合的光纤类型和内护套材质；根据步骤2所述的最大初始余长应变随裸光纤与内护套间隙变化的曲线关系，选择内护套与裸光纤的相应最佳间隙。

所述用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法，步骤1中所述的布里渊散射频移与应变之间的变化关系曲线，其关系曲线特征为：在相同应变下，纤芯折射率越大，布里渊散射频移量越小；纤芯泊松比应变系数越大，布里渊散射频移量越大。

所述用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法，步骤3中所述的布里渊散射频移与温度之间的变化曲线，其关系曲线特征为：在相同温度下，纤芯折射率越大，布里渊散射频移量越小；纤芯弹性模量温度系数越大，布里渊散射频移量越小。

所述用于布里渊散射应变/温度灵敏度调制的光纤传感封装方法，步骤5中为了实现光纤传感封装的应变减敏、温度增敏调制效果，则内护套在封装时与光纤的间隙应根据实际情况取较大值，同时还应采用热膨胀系数较高的材质作为内护套。

本发明采用上述技术方案，具有以下有益效果：本发明通过理论分析与数值计算可以得到：光纤结构中相关参数对布里渊频移量与应力或温度灵敏度响应关系的影响特性以及不同内护套封装结构属性对光纤布里渊频移量应变/温度灵敏度调制的效果。

附图说明

图1为光纤传感封装结构图。图中标号说明：1为外护套，2为内护套，3为裸光纤。

图2为恒温时不同纤芯折射率下，布里渊散射频移与应变之间的变化曲线图。

图3为恒温时不同纤芯泊松比应变系数下，布里渊散射频移与应变之间的变化曲线图。

图4为裸光纤在不同内护套弯曲半径下，间隙与应变之间的变化关系曲线。

图5为恒定应变时不同纤芯折射率下，布里渊散射频移与温度之间的变化曲线。

图6为恒定应变时不同纤芯弹性模量温度系数下，布里渊散射频移与温度之间的变化曲线。