[發(fā)明專利]一種分布式光纖溫度應(yīng)變測(cè)量方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201310193824.0
• 申請(qǐng)日: 2013-05-23
• 公開（公告）號(hào): CN103335668A
• 公開（公告）日: 2013-10-02
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 雷煜卿;高強(qiáng);陳希;戚力彥;趙大平
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 國(guó)家電網(wǎng)公司;中國(guó)電力科學(xué)研究院;寧波諾馳光電科技發(fā)展有限公司
• 主分類號(hào): G01D5/353
• 分類號(hào): G01D5/353;G01D21/02
• 代理公司: 北京安博達(dá)知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11271
• 代理人: 徐國(guó)文

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及分布式光纖傳感器的測(cè)量方法，具體涉及一種分布式光纖溫度應(yīng)變測(cè)量方法。

背景技術(shù)

光纖傳感技術(shù)一種新型的傳感技術(shù)，具有測(cè)量精度高、抗電磁干擾、本質(zhì)安全、分布式測(cè)量等優(yōu)點(diǎn)，在電力、石化、結(jié)構(gòu)、消防等領(lǐng)域具有廣泛應(yīng)用。基于布里淵散射的分布式光纖傳感器是近年來(lái)發(fā)展迅速的光纖傳感器，其通過檢測(cè)光纖各位置背向自發(fā)或受激布里淵散射光相對(duì)入射光的頻移量來(lái)實(shí)現(xiàn)分布式傳感器對(duì)各種參數(shù)的測(cè)量，如對(duì)電纜的溫度和應(yīng)變的測(cè)量，尤其是基于受激布里淵散射效應(yīng)的布里淵光時(shí)域分析儀（Brillouin?Optical?Domain?Analysis，BOTDA），采用環(huán)路光纖的光路結(jié)構(gòu)，因受激散射信號(hào)被放大，測(cè)量距離可達(dá)數(shù)十公里，遠(yuǎn)高于其它類型的分布式光纖傳感器，是目前分布式光纖傳感器中最具應(yīng)用前景的一種。但是，由于布里淵頻移量對(duì)溫度和應(yīng)變同時(shí)敏感，且二者是線性相關(guān)的，因此在實(shí)際應(yīng)用過程中會(huì)存在溫度和應(yīng)變交叉敏感的問題，因此很難從最終得到的布里淵頻移量中分離出溫度和應(yīng)力各自引起的變化量，嚴(yán)重阻礙了此類傳感器的應(yīng)用推廣。

目前已報(bào)道的能同時(shí)測(cè)量溫度和應(yīng)變的相關(guān)解決技術(shù)有以下幾種：

1.散射光強(qiáng)度和頻移的雙參量法(J.Smith?et?al,Simultaneous?distributed?strain?and?temperature?measurement,Appl.Opt,38：5372-5377,1999)：這類方法同時(shí)測(cè)量背向散射光強(qiáng)度和頻移量，聯(lián)立方程解出溫度和應(yīng)力變化量。但布里淵光強(qiáng)度的測(cè)量限制了傳感器的探測(cè)距離，而且光強(qiáng)度檢測(cè)易受到外界擾動(dòng)，光源輸出功率抖動(dòng)以及偏振態(tài)漂移等問題的影響。

2、Landau-Placzek比率法（P.C.Wait?and?T.P.Newson,”Landau-Placzek?ratio?applied?to?distributed?fibre?sensing,”O(jiān)ptics?Communications,122(4-6):141-146,1996），這類方法同時(shí)測(cè)量布里淵散射光強(qiáng)度和對(duì)應(yīng)變不敏感的瑞利散射光強(qiáng)度，通過計(jì)算二者比值（Landau-Placzek比率）提取溫度變化量，但瑞利散射光的測(cè)量限制了傳感器的探測(cè)長(zhǎng)度以及空間分辨率，同時(shí)系統(tǒng)復(fù)雜度顯著提高。

為了從本質(zhì)上解決分布式光纖溫度與應(yīng)變交叉敏感問題，國(guó)內(nèi)外提出了聯(lián)合其它物理效應(yīng)法，如聯(lián)合拉曼散射和布里淵散射的效應(yīng)。授權(quán)公告號(hào)CN?201955173U即是針對(duì)該原理提出的一種改進(jìn)方案。由于拉曼散射只對(duì)溫度敏感，布里淵散射頻移對(duì)溫度與應(yīng)變都敏感。因而利用拉曼散射技術(shù)所測(cè)量的溫度來(lái)解調(diào)布里淵散射頻移中所包含的應(yīng)變成分，如下公式求解應(yīng)變分布：

ϵ(z)=Δv(z)-kTΔT(z)kϵ---(1);]]>

其中：k_T為布里淵頻移溫度系數(shù)，k_ε為布里淵頻移應(yīng)變系數(shù)，T(z)為溫度分布。

應(yīng)用該方案進(jìn)行應(yīng)變解調(diào)仍然存在以下問題：

1.光纖不能復(fù)用，導(dǎo)致長(zhǎng)度坐標(biāo)存在錯(cuò)位。基于拉曼型分布式光纖溫度傳感器（DTS）與布里淵光時(shí)域分析儀BOTDA的聯(lián)合解調(diào)應(yīng)變的方案結(jié)構(gòu)如圖1所示。DTS對(duì)分布式溫度測(cè)量技術(shù)較為成熟，一般采用多模光纖31作為傳感元件。而BOTDA采用的是普通單模通信光纖32。因而多模DTS與BOTDA所使用的光纖不能復(fù)用，需要并行鋪設(shè)單模光纖32與多模光纖31。由于光纖差異，單模與多模光纖的余長(zhǎng)設(shè)置不可能完全一致，DTS與BOTDA兩種設(shè)備所測(cè)量的長(zhǎng)度坐標(biāo)在物理空間上可能存在錯(cuò)位。