[发明专利]布里渊传感光纤温度系数和应变系数的标定系统及方法

权利要求书

1.一种布里渊光时域分析仪传感光纤温度系数和应变系数的标定系统，包括应变调整单元、应变测量单元、温度调整单元、温度测量单元。

2.如权利要求1所述的标定系统，其中，所述应变调整单元包括光学平台、固定夹具、移动夹具、粗调螺栓、微调螺栓；所述固定夹具、移动夹具固定在所述光学平台上，所述粗调螺栓、微调螺栓安装于所述移动夹具上，用于调节所述移动夹具的位置；所述固定夹具、移动夹具上安装有光纤压紧装置，所述光纤压紧装置用于压紧被标定的传感光纤；旋动所述粗调螺栓可以粗略调整所述移动夹具的位置，旋动所述微调螺栓可以细微调整所述移动夹具的位置，使所述移动夹具远离或靠近所述固定夹具。

3.如权利要求1所述的标定系统，其中，所述应变测量单元包括高精度激光测距仪、反射镜、笔记本电脑、数据连接线；所述反射镜安装在所述移动夹具上，镜面朝向所述固定夹具方向，随所述移动夹具做等距等向移动；所述高精度激光测距仪位于所述固定夹具一侧，向所述反射镜发射激光并接收反射光；所述高精度激光测距仪将测量数据通过所述数据连接线发送给所述笔记本电脑；所述笔记本电脑显示所述传感光纤的应变测量结果。

4.如权利要求2所述的标定系统，其中，所述温度调整单元包括控温仪、金属加热管、金属加热丝、支撑架；所述传感光纤从所述金属加热管中穿过，通过调整位置，使所述传感光纤与所述金属加热管的轴线重合，所述传感光纤与所述金属加热管无物理接触；所述金属加热管通过所述支撑架稳定支撑在所述光学平台上；所述金属加热丝均匀缠绕在所述金属加热管上，并与所述控温仪的控温端口连接。

5.如权利要求4所述的标定系统，其中，所述控温仪通过输出一定功率的电流，使所述金属加热丝产生热量，所述金属加热丝进一步使所述金属加热管产生热量；所述金属加热管内部温度升高，使所述传感光纤的温度升高；由于所述金属加热管的管径较细，与所述传感光纤距离较近，可近似认为所述金属加热管的温度与所述传感光纤的温度相同，从而实现对所述传感光纤温度的调整。

6.如权利要求4所述的标定系统，其中，所述温度测量单元包括温敏电阻、信号导线、测温仪；所述温敏电阻固定在所述金属加热管表面，与所述信号导线和所述测温仪共同完成温度的测量。

7.如权利要求6所述的标定系统，其中，所述测温仪与所述控温仪为一体式测温控温仪，可以自动进行温度控制；操作人员在所述测温控温仪面板上设置目标温度，当所述温敏电阻测得温度低于目标温度时，所述控温仪通过增大电流使所述金属加热管升温，当所述温敏电阻测得温度高于目标温度时，所述控温仪通过减小电流或切断电流使所述金属加热管自然降温，从而达到控温作用。

8.如权利要求6所述的标定系统，其中，所述控温仪为日本岛电SR23控温仪，所述金属加热管材质为不锈钢，管径5mm，管长80cm，所述金属加热丝为包覆聚酰亚胺的镍铬丝；所述温敏电阻为铂电阻，型号是PT100，所述信号导线为铜导线，所述测温仪为日本岛电SR23控温仪。

9.如权利要求1-8所述的标定系统的使用方法，包括如下步骤：

Step1：调整光纤应变零点位置L₀，将所述传感光纤穿过所述金属加热管，拉直后将所述传感光纤两侧夹持在所述移动夹具和所述固定夹具上，并设置所述控温仪目标温度为T₀；旋动所述粗调螺栓和所述微调螺栓调整所述移动夹具位置，使用所述布里渊光时域分析仪测量两夹具距离L对应的布里渊频移值v，当v从无变化到有微小变化或从有微小变化到无变化时，记L为L₀，v为

Step2：调节所述控温仪的目标温度为T₁，且所述传感光纤光纤在此温度下保持至少10min后开始应变实验，旋动所述粗调螺栓和所述微调螺栓使所述移动夹具向外移动N次，所述传感光纤拉伸，所述布里渊光时域分析仪测量对应的布里渊频移值为接着使所述移动夹具向内移动N次，所述传感光纤收缩回到初始位置，布里渊频移值为且N≥10；通过所述高精度激光测距仪读数使移动夹具每次移动相同的距离ΔL，总位移ΔL_N同样由所述高精度激光测距仪激光测距仪读出；

Step3：计算应变系数：以L₀为零点，每次移动所述传感光纤的应变量为Δε＝ΔL/L₀，移动N次后所述传感光纤应变为ε_N＝ΔL_N/L₀,以ε_N为横坐标、和分别为纵坐标进行线性拟合，两条直线的斜率分别为k₁和k₂，光纤的应变系数

Step4：重新设定所述控温仪的参数至不同的温度，重复Step2和Step3，得到不同温度下的应变系数,值得注意的是，温度同样包含上升和下降两个过程，当温度等间隔阶梯式从T₁升高至T_M时，应重新将温度从T_M逐渐降至T₁，且M≥10,将所有温度下的应变系数平均处理后，得到光纤的应变系数C_ε；

Step5：计算温度系数:以温度T_M为横坐标、光纤应变相同但温度不同时的布里渊频移值和为纵坐标进行线性拟合，两条直线的斜率分别为k₃和k₄，光纤的温度系数此过程重复2N次后，将所有应变下的温度系数进行平均处理，得到光纤的温度系数C_T。