一种光纤应变系数自动标定方法技术

本发明专利技术公开了一种光纤应变系数自动标定方法，输入光纤应变区域长度，将被测光纤拉直按照设定距离固定在第二夹具和第二夹具之间；输入光纤长度和光纤折射率；主控计算机控制开始进行自动标定；利用布里渊光时域反射计测试光纤应变分布，找到光纤应变区域对应的光纤长度；用布里渊光时域反射计测试光纤应变分布，找到被测光纤的作用区域长度；根据被测光纤的作用区域长度确定标定步进距离；布里渊光时域反射计测试光纤应变分布，读取光纤应变区域对应的光纤长度对应的布里渊频移数据，移动并测试N次后，N为大于等于1的自然数，获得对应的光纤长度的数据数组及其对应布里渊频移数据数组；对数据进行线性拟合，得到被测光纤的应变系数FCS。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种光纤应变系数自动标定方法。
技术介绍
光纤应变分布测试仪依靠测量光纤中后向布里渊散射光的布里渊频移分布计算光纤的应变分布，脉冲光以一定的频率自光纤一端入射，入射的脉冲光与光纤中的声子发生相互作用后产生布里渊散射，后向布里渊散射光沿光纤原路返回到入射端。由于光纤中布里渊散射光频移与光纤轴向应变和温度间存在线性关系，因此测量出光纤的布里渊散射频移分布即可计算出光纤中的应变分布。布里渊光时域反射计具有低能源依赖性、高环境耐受性、抗电磁干扰、抗腐蚀、防水、抗潮湿、温度适应性强等特性，并且由于可以单端测量，施工难度较低而广受关注。布里渊光时域反射计可用于岩土工程健康监测、地质灾害预警监测、电缆及管道的健康监测等领域，是工程领域用于取代传统点式传感器的最有力的产品之一。在光纤传感系统中，光纤应变分布测试仪(简称BOTDR)是不可或缺的测试仪器，在其使用过程中，必须首先确定被测光纤的应变系数，而该系数与光纤的材料有关，是光纤自身的物理参数，无法直接测试，只能通过间接测试并经标定获得。目前，常用的光纤应变系数标定方法都为手动标定方法，通过等强度梁、位移台等装置对光纤施加应变，通过人工寻找应变位置，结合手动更改应变大小实现光纤应变系数的标定，每一次对光纤进行应变系数标定都需要花费大量的时间和精力，而且由于人工测试手段误差较大，导致光纤应变系数标定精度较低，难以满足实际应用中多种光纤应变系数的快速、精确的测试需求。
技术实现思路
本专利技术的目的就是为了解决上述问题，提供一种光纤应变系数自动标定方法，实现了光纤应变系数全自动标定，提高了标定效率；提高了光纤应变系数的标定精度，降低了标定误差。为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种光纤应变系数自动标定方法，自动标定装置包括第一电控位移台，第一电控位移台上设有第一夹具承载平台，所述第一电控位移台上设有能相对移动的第二电控位移台，第二电控位移台上设有第二夹具承载平台，第一夹具承载平台和第二夹具承载平台上分别设有第一夹具和第二夹具，双频激光干涉测长装置测量光纤的长度，布里渊光时域反射计测试光纤的中心频移分布曲线，第一电控位移台和第二电控位移台都与电控位移台控制器通信，电控位移台控制器与主控计算机通信，所述第一电控位移台、第二电控位移台上都设有限位开关位，防止电控位移台中的移动平台移动超限造成电控位移台损伤，标定方法包括：步骤1、输入光纤应变区域长度，该长度为预计光纤应变作用区域的长度；输入光纤无应变频移FB0，FB0值应在9.0～13.0GHz之间，典型值可为10.6GHz；控制第一电控位移台和第二电控位移台移动设定的光纤应变区域长度的距离；将被测光纤拉直按照设定距离固定在第二夹具和第二夹具之间；输入光纤长度和光纤折射率；步骤2、主控计算机开始进行自动标定；由主控计算机自动控制第一电控位移台和第二电控位移台移动令被测光纤的受应变部分产生应变变化，通过分析布里渊光时域反射计测试的光纤应变分布数据，找到光纤应变区域对应的位置；步骤3、主控计算机自动控制第一电控位移台和第二电控位移台移动，在分析出的光纤应变区域对应位置的基础上，利用布里渊光时域反射计测试光纤应变分布，找到被拉伸部分光纤的应变临界长度L0，即被拉伸光纤处于此长度时，其应变正好处于0应变状态，若拉伸部分光纤长度小于L0，则光纤处于松弛状态，过拉伸部分光纤长度大于L0，则光纤处于受应变状态，但由于理论临界状态非常难以界定，一般以≤50με的应变为接近无应变状态，换算成布里渊频移，则以≤2.5MHz可视为接近无应变状态；步骤4：主控计算机根据被测光纤的作用区域长度自动确定标定步进距离；步骤5：主控计算机自动控制第二电控位移台增加移动距离，令被测光纤受应变部分产生应变变化，在分析出的光纤应变区域对应位置的基础上，读取并记录布里渊光时域反射计测试的光纤应变区域对应的光纤应变分布数据，移动并测试N次后，N为大于等于1的自然数，获得对应的光纤长度的数据数组FL[1～N]及其对应布里渊频移数据数组BSC[1～N]；步骤6：对数据FL[1～N]及BSC[1～N]进行线性拟合，得到被测光纤的应变系数FCS。还包括标定前调试的步骤：标定装置开机、自检、复位及归零：主控计算机依次对双频激光干涉测长装置、电控位移台控制器、布里渊光时域反射计进行自检；主控计算机控制电控位移台控制器将第一电控位移台及第二电控位移台复位；双频激光干涉测长装置归零。所述步骤1中控制第一电控位移台和第二电控位移台移动设定的光纤应变区域长度的距离的具体方法包括：获取光纤应变区域长度LT0；初始化控制第一电控位移台移动距离LT＝0；然后控制第一电控位移台每次增加移动1mm，每移动1mm判断一次第一电控位移台是否遇到限位开关位，如果没有遇到限位开关那么通过双频激光干涉测长装置测量第一电控位移台的移动距离是否小于设定的获取光纤应变区域长度LT0，如果小于那么继续再控制第一电控位移台增加移动1mm，直到双频激光干涉测长装置读取的读数不小于LT0时，判断如果等于LT0则移动结束，如果不等于LT0，则控制控制第一电控位移台后退1mm，然后控制第二电控位移台每次移动1μm，直到双频激光干涉测长装置测量的读数为LT0；如果遇到限位开关，再通过控制第二电控位移台移动，直到双频激光干涉测长装置测量的读数为LT0或者第二电控位移台碰到限位开关。如果第一电控位移台遇到限位开关，通过控制第二电控位移台移动达到设定光纤应变区域长度的距离的方法为：控制第二电控位移台每次移动增加1mm，每移动1mm判断一次是否遇到限位开关位，如果没有遇到限位开关那么通过双频激光干涉测长装置测量第一电控位移台的移动距离与第二电控位移台的移动距离之和是否小于设定的获取光纤应变区域长度LT0，如果小于那么继续再控制第二电控位移台增加移动1mm，直到双频激光干涉测长装置读取的读数不小于LT0时，如果等于LT0则移动结束，如果不等于LT0，则控制第二电控位移台后退1mm，然后控制第二电控位移台每次移动1μm，直到双频激光干涉测长装置测量的读数为LT0。所述步骤2具体方法为：步骤201：获取光纤长度FL；步骤202：与布里渊光时域反射计通信，设置测量参数；步骤203：布里渊光时域反射计开始测试；步骤204：等待0.1s；步骤205：查询布里渊光时域反射计测试是否完毕：是，则进行步骤206；否，则返回步骤204；步骤206：读取布里渊光时域反射计测试数据数组D[0～M]，其中M为布里渊光时域反射计测试数据长度；步骤207：将D[0～M]赋值到测试基线数据数组DB0[0～M]；步骤208：测试次数N＝0，数据异常次数EN＝0；步骤209：控制第二电控位移台增加移动0.5mm；步骤210：布里渊光时域反射计开始测试；步骤211：等待0.1s；步骤212：查询布里渊光时域反射计测试是否完毕：是，则进行步骤213；否，则返回步骤211；步骤213：读取布里渊光时域反射计测试数据数组D[0～M]，其中M为布里渊光时域反射计光纤长度范围内测试数据长度；步骤214：将D[0～M]赋值到测试比较数据数组DB1[0～M]；步骤215：计算差分数据DDB[0～M]＝DB1[0～M]-DB0[0～M]；步骤216：将DDB[0本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤应变系数自动标定方法，自动标定装置包括第一电控位移台，第一电控位移台上设有第一夹具承载平台，所述第一电控位移台上设有能相对移动的第二电控位移台，第二电控位移台上设有第二夹具承载平台，第一夹具承载平台和第二夹具承载平台上分别设有第一夹具和第二夹具，双频激光干涉测长装置测量光纤的长度，布里渊光时域反射计测试光纤的中心频移分布曲线，第一电控位移台和第二电控位移台都与电控位移台控制器通信，电控位移台控制器与主控计算机通信，其特征是，所述第一电控位移台、第二电控位移台上都设有限位开关位，标定方法包括：步骤1、输入光纤应变区域长度和光纤无应变频移，控制第一电控位移台和第二电控位移台移动设定的光纤应变区域长度的距离；将被测光纤拉直按照设定距离固定在第二夹具和第二夹具之间；输入光纤长度和光纤折射率；步骤2、主控计算机开始进行自动标定；控制第一电控位移台和第二电控位移台移动令被测光纤的受应变部分产生应变变化，通过分析布里渊光时域反射计测试的光纤应变分布数据，找到光纤应变区域对应的位置；步骤3：主控计算机控制第一电控位移台和第二电控位移台移动，利用布里渊光时域反射计测试光纤应变分布，找到被拉伸部分光纤的应变临界长度；步骤4：主控计算机根据被测光纤的作用区域长度自动确定标定步进距离；步骤5：主控计算机自动控制第二电控位移台增加移动距离，令被测光纤受应变部分产生应变变化，读取并记录布里渊光时域反射计测试的光纤应变区域对应的光纤应变分布数据，移动并测试N次后，N为大于等于1的自然数，获得对应的光纤长度的数据数组FL[1～N]及其对应布里渊频移数据数组BSC[1～N]；步骤6：对数据FL[1～N]及BSC[1～N]进行线性拟合，得到被测光纤的应变系数FCS。...

【技术特征摘要】
1.一种光纤应变系数自动标定方法，自动标定装置包括第一电控位移台，第一电控位移台上设有第一夹具承载平台，所述第一电控位移台上设有能相对移动的第二电控位移台，第二电控位移台上设有第二夹具承载平台，第一夹具承载平台和第二夹具承载平台上分别设有第一夹具和第二夹具，双频激光干涉测长装置测量光纤的长度，布里渊光时域反射计测试光纤的中心频移分布曲线，第一电控位移台和第二电控位移台都与电控位移台控制器通信，电控位移台控制器与主控计算机通信，其特征是，所述第一电控位移台、第二电控位移台上都设有限位开关位，标定方法包括：步骤1、输入光纤应变区域长度和光纤无应变频移，控制第一电控位移台和第二电控位移台移动设定的光纤应变区域长度的距离；将被测光纤拉直按照设定距离固定在第二夹具和第二夹具之间；输入光纤长度和光纤折射率；步骤2、主控计算机开始进行自动标定；控制第一电控位移台和第二电控位移台移动令被测光纤的受应变部分产生应变变化，通过分析布里渊光时域反射计测试的光纤应变分布数据，找到光纤应变区域对应的位置；步骤3：主控计算机控制第一电控位移台和第二电控位移台移动，利用布里渊光时域反射计测试光纤应变分布，找到被拉伸部分光纤的应变临界长度；步骤4：主控计算机根据被测光纤的作用区域长度自动确定标定步进距离；步骤5：主控计算机自动控制第二电控位移台增加移动距离，令被测光纤受应变部分产生应变变化，读取并记录布里渊光时域反射计测试的光纤应变区域对应的光纤应变分布数据，移动并测试N次后，N为大于等于1的自然数，获得对应的光纤长度的数据数组FL[1～N]及其对应布里渊频移数据数组BSC[1～N]；步骤6：对数据FL[1～N]及BSC[1～N]进行线性拟合，得到被测光纤的应变系数FCS。2.如权利要求1所述一种光纤应变系数自动标定方法，其特征是，还包括标定前调试的步骤：主控计算机依次对双频激光干涉测长装置、电控位移台控制器、布里渊光时域反射计进行自检；主控计算机控制电控位移台控制器将第一电控位移台及第二电控位移台复位；双频激光干涉测长装置归零。3.如权利要求1所述一种光纤应变系数自动标定方法，其特征是，所述步骤1中控制第一电控位移台和第二电控位移台移动设定的光纤应变区域长度的距离的具体方法包括：获取光纤应变区域长度LT0；初始化控制第一电控位移台移动距离LT＝0；然后控制第一电控位移台每次增加移动1mm，每移动1mm判断一次第一电控位移台是否遇到限位开关，如果没有遇到限位开关那么通过双频激光干涉测长装置测量第一电控位移台的移动距离是否小于设定的获取光纤应变区域长度LT0，如果小于那么继续再控制第一电控位移台增加移动1mm，直到双频激光干涉测长装置读取的读数不小于LT0时，判断如果等于LT0则移动结束，如果不等于LT0，则控制控制第一电控位移台后退1mm，然后控制第二电控位移台每次移动1μm，直到双频激光干涉测长装置测量的读数为LT0；如果遇到限位开关，再通过控制第二电控位移台移动，直到双频激光干涉测长装置测量的读数为LT0或者第二电控位移台碰到限位开关。4.如权利要求3所述一种光纤应变系数自动标定方法，其特征是，如果第一电控位移台遇到限位开关，通过控制第二电控位移台移动达到设定光纤应变区域长度的距离的方法为：控制第二电控位移台每次移动增加1mm，每移动1mm判断一次是否遇到限位开关位，如果没有遇到限位开关那么通过双频激光干涉测长装置测量第一电控位移台的移动距离与第二电控位移台的移动距离之和是否小于设定的获取光纤应变区域长度LT0，如果小于那么继续再控制第二电控位移台增加移动1mm，直到双频激光干涉测长装置读取的读数不小于LT0时，如果等于LT0则移动结束，如果不等于LT0，则控制第二电控位移台后退1mm，然后控制第二电控位移台每次移动1μm，直到双频激光干涉测长装置测量的读数为LT0。5.如权利要求1所述一种光纤应变系数自动标定方法，其特征是，所述步骤2具体方法为：步骤201：获取光纤长度FL；步骤202：与布里渊光时域反射计通信，设置测量参数；步骤203：布里渊光时域反射计开始测试；步骤204：等待0.1s；步骤205：查询布里渊光时域反射计测试是否完毕：是，则进行步骤206；否，则返回步骤204；步骤206：读取布里渊光时域反射计测试数据数组D[0～M]，其中M为布里渊光时域反射计测试数据长度；步骤207：将D[0～M]赋值到测试基线数据数组DB0[0～M]；步骤208：测试次数N＝0，数据异常次数EN＝0；步骤209：控制第二电控位移台增加移动0.5mm；步骤210：布里渊光时域反射计开始测试；步骤211：等待0.1s；步骤212：查询布里渊光时域反射计测试是否完毕：是，则进行步骤213；否，则返回步骤211；步骤213：读取布里渊光时域反射计测试数据数组D[0～M]，其中M为布里...

【专利技术属性】
技术研发人员：李立功，袁明，闫继送，吴寅初，于文林，杨鹏，郭洪龙，毕宗义，刘雷，于文潇，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37