[发明专利]温度与应变同时测量的OFDR装置及其测量方法

说明书

本发明公开一种温度与应变同时测量的OFDR装置及其测量方法，该装置包括线性扫频激光器、光纤分束器、双参量测量光路、温度测量光路、辅助干涉仪、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、数据采集卡和计算机。将待测件上布设的双参量传感光纤及温度传感光纤分别接入对应光路，由参考信号与测量信号频谱的互相关运算得到对应频移量。以温度频移量对双参量频移量进行补偿并结合频移系数，分别得到温度变化及应变。本发明能单独解调出温度变化、应变，实现温度与应变的同时测量，测量精度高，操作方便，尤其适用于变温环境中的应变测量。

技术领域

本发明涉及光学测量领域，尤其涉及一种温度与应变同时测量的OFDR装置及其测量方法。

背景技术

温度与应变监测是光纤传感技术最重要的两大应用领域。目前已有的各种光纤传感器，基本上都是直接或间接利用温度和应变改变相关光学参量，通过解调光学参量的变化获取待测量。如温度和应变会引起光栅中心波长的改变，通过解调光纤光栅传感器波长的漂移获取温度变化或应变值。由于温度和应变对大多数光学参量均有影响，难以有效区分，因此在变温且施加荷载的环境中进行传感测量时，一直存在着交叉敏感问题，无法准确获取单一的温度变化或应变。

由于拥有特殊的结构，基于光子晶体的光纤传传感器能实现温度、应变单参量的测量或双参量的同时测量，但是这类传感器对外界环境的响应不够准确，测量精度较低；光纤光栅传感测量中，利用双参量矩阵法、双光栅叠加法等虽能有效解决交叉敏感的问题，但是由于引入了另外的传感器，测试系列变得十分复杂；还有一类利用温度或应变对两种模式干涉影响不一致制成的双参量传感器，难以准确解调出有效的干涉模式且数值计算复杂。

OFDR技术是较为先进的一种光纤传感技术，能实现高精度温度、应变测量。OFDR技术解调的瑞利散射信号对温度、应变均敏感，在实际应用中同样需要解决交叉敏感的问题。通常通过布设一根温度补偿光纤以消除温度对应变测量的影响，但是常见的OFDR装置为单-测量通道，需要频繁插拔接头分别测量补偿光纤及测量光纤中的信号，操作不便，费时费力。

发明内容

本发明要解决的技术问题是，针对目前光纤传感技术难以有效区分温度和应变，测量精度不高，提出一种温度与应变同时测量的OFDR装置及其测量方法，能单独解调出温度变化、应变，实现温度与应变的同时测量。

提供一种温度与应变同时测量的OFDR装置，其特征在于，包括线性扫频激光器、光纤分束器、双参量测量光路、温度测量光路、辅助干涉仪、第一光电探测器、第二光电探测器、第三光电探测器、数据采集卡和计算机，其中：

所述线性扫频激光器，用于提供线性扫频光；

所述光纤分束器，将激光器输出的扫频光分为五束，分别进入双参量测量光路、温度测量光路及辅助干涉仪；

所述双参量测量光路，用于将双参量传感光纤中反射回来的测量光与参考光发生拍频干涉，产生第一拍频信号；

所述温度测量光路，用于将温度传感光纤中反射回来的测量光与参考光发生拍频干涉，产生第二拍频信号；

所述辅助干涉仪用于产生第三拍频信号，作为外部时钟触发所述数据采集卡；

所述数据采集卡，分别对第一拍频信号、第二拍频信号进行等频率间隔采样；

所述第一光电探测器，将所述双参量测量光路产生的第一拍频信号转化为电信号；

所述第二光电探测器，将所述温度测量光路产生的第二拍频信号转化为电信号；

所述第三光电探测器，将所述辅助干涉仪产生的第三拍频信号转化为电信号；

所述计算机，与所述数据采集卡进行数据通信，对采集到的信号进行运算处理，分别解调出温度变化及应变，该计算机还控制所述扫频激光器的工作。