一种曲率测量方法技术

本发明专利技术公开了一种曲率测量方法，包括：通过分布式传感系统测量沿光纤链路的布里渊频移的变化量ΔνB；其中，分布式传感系统中所采用的光纤为含有偏心纤芯的光纤；通过公式计算得到弯曲半径R，并得到曲率；其中，η为曲率响应系数，νB为未发生弯曲时初始的布里渊频移，d为外层芯距光纤几何中心的距离，θ为弯曲方向按顺时针方向到纤芯径向的角度。本发明专利技术首次提出和验证了在含有偏心纤芯的光纤的分布式传感系统中，偏心纤芯的布里渊频移对弯曲/曲率敏感，且频移量跟曲率大小呈线性关系的结论。由此可知，基于本发明专利技术的分布式传感系统的测量范围将不再只有温度和应力，还包括弯曲/曲率，这将促进分布式传感技术在结构健康检测方面的应用。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感
，尤其涉及。
技术介绍
分布式传感技术是一种将光纤链路上的每一点都作为传感元件的技术，光纤既作 信息传输媒介，同时又作传感元，它可以连续测量沿光纤分布的环境参量，且传感长度可达 几十公里。鉴于其出色的技术解决方案和低廉的成本，分布式光纤传感器在石油管道、桥 梁、大坝、隧道、电力线、房屋建筑、飞行器、地震预警、边防等诸多领域都有应用，是集智能 化与环保于一身的理想的分布式测量工具。 基于布里渊散射的分布式光纤传感器是应用最广泛的分布式光纤传感器， 包括BOTDR(Brillouinopticaltime-domainreflectometry，布里渊光时域反射 仪）、BOTDA(Brillouinopticaltime-domainanalysis，布里渊光时域分析仪）、 B0CDR(Brillouinopticalcorrelationdomainreflectometry，布里渊相关域反射仪）、 B0CDA(Brillouinopticalcorrelationdomainanalysis，布里渊相关域分析仪）等。 其中，B0TDR/A是基于光脉冲的时域信息来实现定位的，而待测参量可通过测量布 里渊频移来获知。光纤中的布里渊散射光相对于栗浦光有一个频移，称为布里渊频移，由下 式给出： 其中，^是布里渊频移，η是光纤纤芯的折射率，vA是光纤中的声速，λ是栗浦 光的波长。当光纤所处环境的温度发生变化或受到应力作用时，会引起布里渊频移量发生 变化，所以通过测量布里渊散射光的频移量就可以获知该点的温度和应力的变化量。 Β0⑶R/A同样是基于布里渊散射实现分布式测量的分布式传感器，不同点在于，在 B0CDR/A中，栗浦光和探测光都是同频调制的连续光，在光纤中只有当栗浦光和探测光的频 率差为布里渊频移时，才会产生受激布里渊散射，出现布里渊增益相关峰。通过改变调制频 率，可以改变相关峰的位置，由此实现对空间的定位和信息提取，达到分布式测量的目的。 以往，绝大多数的分布式传感系统所采用的都是普通的单模光纤。近年来，也有人 研究了基于光子晶体光纤、保偏光纤、少模光纤等特种光纤的分布式传感系统。目前，分布 式传感技术只能测量温度和应力，这是因为温度和应力的变化都会导致光纤折射率及声子 速率发生变化。由布里渊频移的公式（1)可知，此时对应的布里渊频移也会发生变化，这是 布里渊测温及测应变的原理。但是目前，传统的布里渊传感技术只能测量纵向的应变，而无 法测量横向的应变（即曲率），即传统的分布式传感技术只能测量沿光纤长度方向上的应 变，而无法测量垂直于光纤方向上（横向）的应变，因而在实际应用中仍然存在较大的局限 性。
技术实现思路
本专利技术实施例通过提供，解决了现有技术中无法测量曲率的技 术问题，实现了提高分布式传感技术的适用性技术效果。 本专利技术实施例提供了，包括： 通过分布式传感系统测量沿光纤链路的布里渊频移的变化量AvB;其中，所述分 布式传感系统中所采用的光纤为含有偏心纤芯的光纤； 通过公式Η十算得到弯曲半径R，并得到曲率；其 中，η为曲率响应系数，^为未发生弯曲时初始的布里渊频移，d为外层芯距光纤几何中 心的距离，θ为弯曲方向按顺时针方向到纤芯径向的角度。 进一步地，所述通过公￥:十算得到弯曲半径R， 并得到曲率，具体包括： 通过所述公￥ 汁算得到所述弯曲半径R，对所述 弯曲半径R求倒数，得;c_」mjτ。进一步地，所述曲率响应系数η通过拟合得到。 进一步地，所述曲率响应系数η通过拟合得到，具体包括： 通过对测量光纤多次构造弯曲半径已知的圆形弯曲，并相应地实施布里渊分布式 测量实验，进行校准和标定，得到布里渊频移的变化量AνΒ与弯曲半径R之间的关系，即 结合公式奶得至计算得到曲率响 应系数η。 进一步地，所述分布式传感系统包括：布里渊光时域反射仪、布里渊光时域分析 仪、布里渊相关域反射仪或布里渊相关域分析仪。 本专利技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点： 本专利技术实施例在国际上首次提出了在含有偏心纤芯的光纤（如多芯光纤）的分布 式传感系统中，偏心纤芯（外层芯）的布里渊频移（Brillouinfrequencyshift)对弯曲 /曲率敏感，且频移量跟曲率大小呈线性关系的结论。之所以布里渊频移对弯曲敏感，是因 为在含有偏心纤芯的光纤（如多芯光纤）中，当发生弯曲时，处在非中心的纤芯（外层芯） 要么被拉伸，要么被压缩，因此在弯曲的切线方向上会产生局部的应力作用，从而导致布里 渊频移发生变化，当然本质上是由于弯曲导致折射率和声子速率发生变化。因而，可以通过 布里渊频移量求得偏心纤芯的曲率。由此可知，基于本专利技术实施例的分布式传感系统的测 量范围将不再只有温度和应力，还包括弯曲/曲率，相当于拓宽了一个测量维度，这将大大 地促进分布式传感技术在结构健康检测方面的应用。【附图说明】 图1为本专利技术实施例一提供的曲率测量方法的流程图；图2为本专利技术实施例二中使用的布里渊光时域分析仪的结构示意图；图3为本专利技术实施例二中使用的七芯光纤的横截面图； 图4为本专利技术实施例二中使用的七芯光纤的结构透视图； 图5为含有偏心纤芯的光纤中某个外层芯中布里渊频移对不同曲率的响应关系 图；图6为含有偏心纤芯的光纤中某个外层芯中布里渊频移与曲率的关系图。【具体实施方式】 本专利技术实施例通过提供，解决了现有技术中无法测量曲率的技 术问题，实现了提高分布式传感技术的适用性技术效果。 本专利技术实施例中的技术方案为解决上述技术问题，总体思路如下： 本专利技术实施例在国际上首次提出和实验验证了在含有偏心纤芯的光纤（如多芯 光纤）的分布式传感系统中，偏心纤芯（外层芯）的布里渊频移（Brillouinfrequency shift)对弯曲/曲率敏感，且频移量跟曲率大小呈线性关系的结论。之所以布里渊频移对 弯曲敏感，是因为在含有偏心纤芯的光纤（如多芯光纤）中，当发生弯曲时，处在非中心的 纤芯（外层芯）要么被拉伸，要么被压缩，因此在弯曲的切线方向上会产生局部的应力作 用，从而导致布里渊频移发生变化，当然本质上是由于弯曲导致折射率和声子速率发生变 化。因而，可以通过布里渊频移量求得偏心纤芯的曲率。由此可知，基于本专利技术实施例的分 布式传感系统的测量范围将不再只有温度和应力，还包括弯曲/曲率，相当于拓宽了一个 测量维度，这将大大地促进分布式传感技术在结构健康检测方面的应用。 为了更好地理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上 述技术方案进行详细的说明。 实施例一 参见图1，本专利技术实施例提供的曲率测量方法，包括： 步骤S110 :通过分布式传感系统测量沿光纤链路的布里渊频移的变化量ΔvB; 其中，分布式传感系统中所采用的光纤为含有偏心纤芯的光纤； 在本实施例中，分布式传感系统包括但不限于布里渊光时域反射仪、布里渊光时 域分析仪、布里渊相关域反射仪或布里渊相关域分析仪。含有偏心纤芯的光纤是指光纤中 存在有一个或多个纤芯，该一个或多个纤芯不在光纤的几何中心上，即位于偏离中心的位 置上。 步骤S120:通过公?计算得到弯曲半径R，并得 到曲率；其中，η为曲率响应系数，^为未发生弯曲时初始的布里渊频移，d为外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种曲率测量方法，其特征在于，包括：通过分布式传感系统测量沿光纤链路的布里渊频移的变化量ΔνB；其中，所述分布式传感系统中所采用的光纤为含有偏心纤芯的光纤；通过公式计算得到弯曲半径R，并得到曲率；其中，η为曲率响应系数，νB为未发生弯曲时初始的布里渊频移，d为外层芯距光纤几何中心的距离，θ为弯曲方向按顺时针方向到纤芯径向的角度。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：唐明，赵志勇，付松年，童维军，李博睿，韦会峰，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42