[發明專利]一種布里淵頻移及功率溫度應變系數的補償方法

在審

• 申請號: 202110774887.X
• 申請日: 2021-07-06
• 公開（公告）號: CN115574846A
• 公開（公告）日: 2023-01-06
• 發明（設計）人: 趙麗娟;車小霞;趙海英;徐志鈕
• 申請（專利權）人: 華北電力大學（保定）
• 主分類號: G01D5/353
• 分類號: G01D5/353;G01D18/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種布里淵頻移及功率溫度應變系數的補償方法，可提高溫度應變同時測量的精度，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：得到布里淵頻移溫度系數和應變ε的變化關系：布里淵頻移應變系數和溫度變化量ΔT的關系：布里淵功率溫度系數和ε的變化關系：布里淵功率應變系數和ΔT的關系：

步驟二：當步驟一所述關系中ΔT＝0℃且ε＝0με時得到未補償的和利用未補償的布里淵頻移及功率溫度應變系數和觀察到的布里淵頻移及功率的變化量預估傳感光纖所處環境的溫度應變；

步驟三：根據步驟二預估的傳感光纖所處環境溫度應變參考值代入到步驟一得到的關系中，對布里淵頻移及功率溫度應變系數溫度應變系數進行補償，得到傳感光纖所處環境的溫度應變真實值。

2.按照權利要求1所述的一種布里淵頻移及功率溫度應變系數的補償方法，其特征在于：所述步驟一中布里淵頻移溫度系數與應變的關系可通過以下推導過程得到，推導過程中涉及的T₀＝20℃，ε₀＝0με。

布里淵頻移BFS可以表示為

其中，n為光纖折射率；V_a為光纖中的聲速；λ為入射光波長；θ為散射角，對于普通石英光纖來說，其散射光主要發生在背向，故θ＝π。

V_a可以表示為

其中，E為楊氏模量；μ為泊松比；ρ為光纖材料密度。

n、V_a、E、μ、ρ都是溫度T和應變ε的函數，將式(2)代入式(1)即可將BFS的進一步表示為

其中，n(T，ε)、E(T，ε)、μ(T，ε)和ρ(T，ε)可表示為

在T和ε變化較小的情況下，對式(3)在T＝T₀，ε＝ε₀點進行泰勒展開，得

其中，ΔT＝T-T₀為相對于參考溫度T₀的溫度變化量，單位為℃；Δε＝ε-ε₀為相對于參考應變ε₀的應變變化量，單位為με。式(5)可以進一步表示為

其中，δv_B為布里淵頻移變化量；為布里淵頻移溫度系數，單位為MHz/℃；為布里淵頻移應變系數，單位為MHz/με。

由式(5)和式(6)可得表示為

其中，

則式(7)可以進一步表示為

其中，n_T為折射率溫度系數；ρ_T為密度溫度系數；E_T為楊氏模量溫度系數；μ_T為泊松比溫度系數。

當T＝T₀時，

由式(9)可知，要得到ε對的影響就必須詳細推導出n(T₀，ε)、ρ(T₀，ε)、E(T₀，ε)和μ(T₀，ε)與ε的關系。由式(4)可得，當T＝T₀時，n(T₀，ε)、ρ(T₀，ε)、E(T₀，ε)和μ(T₀，ε)與ε的關系如下

其中，

在推導的前提(T＝T₀)下，式(11)中n_ε、ρ_ε、E_ε和μ_ε可以表示為

其中，

將式(12)和式(14)代入式(13)可得

將式(12)和式(15)代入式(11)可得

將式(10)和式(16)代入式(9)可得與Δε的關系

此時，BFS表示為

式(17)中Δε＝ε-ε₀，而ε₀＝0με，所以Δε＝ε。當ε＝ε₀時，將式(18)代入式(17)即可得和ε的關系。通過擬合計算，得到了不同ε下的變化趨勢：