[发明专利]一种分布式传感光纤温度应变同时标定装置

说明书

技术领域

本发明涉及光电技术中的分布式光纤传感技术领域，基于布里渊散射的分布式光纤检测系统，具体为一种分布式传感光纤温度应变同时标定装置。

背景技术

分布式光纤是一种利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质的传感系统，布里渊散射是光在光纤中传输过程中发生的一种非线性效应。由于它的存在使光信号产生传输损耗,这对信号传输而言是不利的,但人们可以利用这种效应对光纤进行测量。布里渊散射是由光子与声子的相互作用产生的,其结果是散射光相对于入射光产生频移,频移的大小与材料的声速成正比,而声速与光纤应变成正比。

光在光纤中传播时，从光纤返回的后向散射光有三种成分：

(1)由光纤折射率的微小变化引起的瑞利散射，其频率与入射光相同；

(2)由光子与光声子相互作用而引起的拉曼散射，其频率与入射光相差几十太赫兹；

(3)由光子与光纤内弹性声波场低频声子相互作用而引起的布里渊散射。其频率与入射光相差几十吉赫兹。

因此，时域分布光纤检测系统按光的载体可分为三种形式：基于拉曼散射的分布式光纤检测系统、基于瑞利散射的分布式光纤监测系统和基于布里渊散射的分布式光纤检测系统(BOTDR)，后一种形式是国际上近年来才研发出来的一项尖端技术。

基于布里渊散射的分布式光纤检测系统(BOTDR)是一种利用光在光纤内散射光频率变化来测量光纤应变(温度)变化的一种技术，可对温度和应变进行同时测量，其工作原理是：光纤两端的激光发射器分别给光纤注入一束脉冲光和一束连续光，当脉冲光与连续光的频率差与光纤中某个区间的布里渊频移相等时，该区域就会发生受激布里渊放大效应，两束光之间发生能量转移。当光纤沿线的温度发生变化或者存在轴向应变时，光纤中的背向布里渊散射光的频率将发生漂移，频率的漂移量与光纤应变和温度的变化呈良好的线性关系，通过测量光纤中的背向布里渊散射光的频率漂移量，就可以得到光纤沿线温度和应变的分布信息。因此该技术在测量、控制技术领域中，特别是在建筑、石油、采矿、化工、电力、交通等产业中得到了广泛的应用。

基于布里渊散射的分布式光纤检测系统(BOTDR)技术,其沿光纤轴向的应变信息与单模光纤的基本参量有关,而不同的单模光纤由于光纤材料和生产工艺等的不同,不同厂家、不同型号、不同护套材料的单模光纤,其基本参量有一定的差异。因此，在将通信用的单模光纤作为分布式的传感光纤之前,必须进行标定。

在标定光纤中常采用的是温度、应变分开标定。温度的标定常采用恒温水浴或油浴，逐级改变温度，进行标定得到温度响应系数；应变的标定有定滑轮式测应变、等强度梁式测应变和高准确度位移平台测应变三种形式。不足之处有：

(1)在标定温度时，水浴或油浴等过程所用设备体积巨大、材料及能源耗费严重；

(2)在标定应变时，温度的波动会再次增加应变标定的误差；

(3)温度和应变的分别标定降低了标定效率。

鉴于以上原因，迫切需要一种传感光纤温度应变同时标定装置，提高当前的传感光纤标定精度和标定效率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种分布式传感光纤温度应变同时标定装置，该装置可以对分布式光纤进行精确高效地标定。

为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种分布式传感光纤温度应变同时标定装置，其特征在于包括待标定传感光纤、光纤标定结构、静态应变仪、温度检测仪、计算机系统和基于布里渊散射的分布式光纤检测系统；

所述的待标定传感光纤为分布式光纤，是一种传感敏感元件和传输信号介质，将感知到的信息传给基于布里渊散射的分布式光纤检测系统；

所述的光纤标定结构包括陶瓷壳体、内腔1、热电偶、等强度梁及其附属元件、内腔2和加热件；所述的等强度梁及其附属元件固定在内腔2中；所述的等强度梁及其附属元件包括温度补偿板、等强度梁、待标定传感光纤、应变片、容纳箱和压电片；所述的容纳箱中放置有一段自由的待标定传感光纤，长度不低于6m，默认不产生任何应变，容纳箱既起到容纳待标定传感的作用，又保护待标定传感光纤避免与陶瓷壳体接触，起到隔离作用；所述的压电片作为产生应变激励，固定在等强度梁根部，通过外界电压作用，使等强度梁产生应变；所述的应变片有四个，每两个应变片一组，第一组贴在等强度梁上方，第二组贴在温度补偿板上方，等强度梁上方还缠绕有1.2m长的传感光纤，第一组应变片用来检测等强度梁的应变，将信号传递给静态应变仪，第二组应变片用来检测温度补偿板的应变，作为参考值,将信号传递给静态应变仪，静态应变仪对应变信号进行处理，将数据传送给计算机系统；