[實用新型]一種分布式光纖溫度與應變測量傳感器

無效

• 申請號: 201120086907.6
• 申請日: 2011-03-29
• 公開（公告）號: CN201955173U
• 公開（公告）日: 2011-08-31
• 發明（設計）人: 劉航杰;張秀峰;李林克;李浩泉;侯光恩;張真毅;任尚今
• 申請（專利權）人: 寧波諾馳光電科技發展有限公司
• 主分類號: G01K11/32
• 分類號: G01K11/32;G01B11/16
• 代理公司: 寧波奧圣專利代理事務所(普通合伙) 33226
• 代理人: 程曉明

技術領域

本實用新型涉及一種光纖傳感器技術，尤其是涉及一種分布式光纖溫度與應變傳感器。

背景技術

目前的分布式光纖傳感器主要有兩類：一類是拉曼光纖傳感器，另一類是布里淵光纖傳感器。拉曼光纖傳感器由于只具備溫度測量功能，應用受到一定的限制；而布里淵光纖傳感器因為能夠對溫度和應變參量進行同時測量而得到廣泛的研究，取得了快速的發展。布里淵光纖傳感器通過檢測光纖各位置背向自發或受激布里淵散射光相對入射光的頻移量來實現分布式傳感器對溫度和應變的測量，其優點是傳感距離長，空間分辨率高。但是由于布里淵頻移量對溫度和應變兩物理量同時敏感，且與二者線性相關，因此在實際應用中存在溫度應變交叉敏感問題，即很難從最終得到的布里淵頻移量中分離出溫度和應變各自引起的變化量，嚴重阻礙了此類傳感器的工程推廣。目前解決溫度應變交叉敏感問題通常采用的技術有以下幾種：

1、散射光強度和頻移的雙參量法(J.Smith?et?al.，“Simultaneous?distributed?strain?andtemperature?measurement，”Appl.Opt，38：5372-5377，1999)，這類方法通過同時測量背向散射光強度和頻移量，聯立方程解出溫度和應變變化量，但是布里淵光強度的測量限制了傳感器的探測距離，而且光強度易受到外界擾動，光源輸出功率抖動以及偏振態漂移等問題的影響。

2、Landau-Placzek比率法(P.C.Wait?and?T.P.Newson，“Landau-Placzek?ratioapplied?todistributed?fibre?sensing，”Optics?Communications，122(4-6)：141-146，1996)，這類方法同時測量布里淵散射光強度和對應變不敏感的瑞利散射光強度，通過計算二者比值(Landau-Placzek比率)提取溫度變化量，但瑞利散射光的測量限制了傳感器的探測長度以及空間分辨率，同時系統復雜度顯著提高。

3、特殊光纖法(X.Bao，Q.Yu?and?L.Chen，“Simultaneous?strain?and?temperaturemeasurements?with?polarization-maintaining?fibers?and?their?error?analysis?by?use?ofadistributed?Brillouin?loss?system”Optics?letters?29(12)：1342-1344，2004)，這類方法采用保偏光纖、光子晶體光纖、大有效面積光纖等特殊光纖區分溫度應變兩物理量，但由于特殊光纖大都價格昂貴，因此用于長距離應用成本過高。

為了從本質上解決溫度與應變交叉敏感問題，國內外提出了聯合其它物理效應法，如聯合拉曼散射和布里淵散射的效應。國外論文Proc.SPIE，2004《 Simultaneousdistributed?measurements?of?temperature?and?strain?using?spontaneous?raman?andBrillouin

2009年5月27日授權公告的CN200710156868.0的中國實用新型專利說明書公開了一種《超遠程分布式光纖拉曼與布里淵光子傳感器》，提出了將分布式光纖拉曼光子溫度傳感器、分布式光纖布里淵光子應變傳感器及分布式光纖拉曼光纖放大器融合在一起的方式，實現溫度與應變同時測量，但其布里淵傳感器的光源與拉曼傳感器的光源采用了共用光纖耦合器的方式，增加了光功率的損耗，且其布里淵傳感器的光源采用了外腔窄帶脈沖光纖激光器，脈沖光在相干檢測時存在困難。

2009年5月20日授權公告的CN200710175868.5的中國實用新型專利說明書公開了一種《光纖分布式溫度和應力傳感裝置》，提出了光纖拉曼散射作為溫度信息、布里淵散射作為應變信息同時分布式傳感溫度和應變，給出了溫度與應變的標定公式，但其測量光纖為保偏光纖，限制了傳感器的應用范圍。