一种分布式温度应变传感光缆及测量方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式温度应变传感光缆及测量方法，该分布式温度应变传感光缆包括：应变传感单元、温度传感单元、多个加强构件和外护套；应变传感单元和温度传感单元平行封装于外护套内；多个加强构件分布在外护套两侧。本发明专利技术所述的分布式温度应变传感光缆在保证应变温度传递效率的同时耐受苛刻的监测环境，并且使用单独封装的光缆同时测量应变和温度，避免了两个传感光缆数据组之间的对准误差，提高了温度补偿过程的准确性。

A Distributed Temperature Strain Sensor Optical Cable and Its Measurement Method

【技术实现步骤摘要】
一种分布式温度应变传感光缆及测量方法
本专利技术属于光纤传感
，尤其涉及一种分布式温度应变传感光缆及测量方法。
技术介绍
基于布里渊散射原理的BOTDR、BOTDA、BOFDA传感技术是目前国内外较具潜力的传感技术，该传感技术可以将一根长光纤本身变为传感器，分布式测量光纤上每一点的温度及应变，具有非常广泛的应用前景，目前已有非常成熟的应用，主要用于石化管道、海底电缆、大坝、桥梁、地铁、隧道等在建工程及建筑，用来测量、监控建筑物的结构健康状态。在布里渊传感技术的应用过程中，关键的元器件——分布式温度应变传感光缆，是制约其广泛应用的瓶颈之一。基于布里渊传感技术的分布式温度应变传感光缆，需要实现高效的应变传递率，从而通过测量光纤布里渊中心频率得到待测结构的应变变化。同时，分布式温度应变传感光缆的强度需足够抵挡外部环境的破坏。进一步的，因为布里渊技术的检测结果同时受温度和应变影响，必须通过有效手段将两个参量分开测量。现有的布里渊光纤传感技术主要采用无保护强度的裸纤或应变传递率较差的室外通信光缆，其最大缺点就是寿命短，达不到预期的传感效果，同时应变光缆与温度光缆分开封装的模式较大得影响了布里渊传感技术的测量精度。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种分布式温度应变传感光缆及测量方法，在保证应变温度传递效率的同时耐受苛刻的监测环境，并且使用单独封装的光缆同时测量应变和温度，避免了两个传感光缆数据组之间的对准误差，提高了温度补偿过程的准确性。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种分布式温度应变传感光缆，包括：应变传感单元(1)、温度传感单元(2)、多个加强构件(3)和外护套(4)；应变传感单元(1)和温度传感单元(2)平行封装于外护套(4)内；多个加强构件(3)分布在外护套(4)两侧。在上述分布式温度应变传感光缆中，应变传感单元(1)，包括：光纤(101)，以及紧套包裹在光纤(101)外侧的带状塑胶(102)。在上述分布式温度应变传感光缆中，光纤(101)，用于根据光纤应变温度与布里渊散射光谱的中心频率的对应关系，通过测量光纤的布里渊散射光谱的中心频率，确定光纤应变温度；带状塑胶(102)，用于紧套包裹光纤(101)，以保护光纤(101)，以及，传递分布式温度应变传感光缆的外护套(4)的应变。在上述分布式温度应变传感光缆中，温度传感单元(2)，包括：灌满导热油膏(104)的松套管(103)；其中，光纤(101)穿过松套管(103)，在松套管(103)内处于自由状态。在上述分布式温度应变传感光缆中，松套管(103)，用于保护温度传感单元(2)；导热油膏(104)，用于基于导热油膏(104)的流动性，为浸没的光纤(101)提供自由漂浮环境，从而隔离光纤(101)与外界应变。在上述分布式温度应变传感光缆中，光纤应变温度与布里渊散射光谱的中心频率的对应关系如下：vB(ε,T)＝vB(ε0,T0)+Cε(ε-ε0)+CT(T-T0)···(1-1)其中，vB(ε,T)表示：应变为ε时、温度为T时的布里渊散射光谱的中心频率；vB(ε0,T0)表示：初始应变为ε0、初始温度为T0时的初始状态布里渊散射光谱的中心频率；Cε表示应变转布里渊频率比例系数，CT表示温度转布里渊频率比例系数。在上述分布式温度应变传感光缆中，应变传感单元(1)测量的布里渊散射光谱的中心频率vB1(ε,T)同时敏感温度和应变：vB1(ε,T)＝vB1(ε0,T0)+Cε(ε-ε0)+CT(T-T0)···(2-2)其中，vB1(ε0,T0)表示通过应变传感单元(1)测量的初始应变为ε0、初始温度为T0时的初始状态布里渊散射光谱的中心频率；温度传感单元(2)测量的布里渊散射光谱的中心频率vB2(ε,T)敏感温度：vB2(ε,T)＝vB2(ε0,T0)+CT(T-T0)···(3-3)其中，vB2(ε0,T0)表示通过温度传感单元(2)测量的初始应变为ε0、初始温度为T0时的初始状态布里渊散射光谱的中心频率。在上述分布式温度应变传感光缆中，应变传感单元(1)和温度传感单元(2)平行封装于外护套(4)内，封装过程做紧套处理，将结构所受温度应变高效传递到光纤(101)。在上述分布式温度应变传感光缆中，多个加强构件(3)封装于外护套(4)内、应变传感单元(1)与温度传感单元(2)的两侧，以分摊光纤(101)所受外力，提高分布式温度应变传感光缆强度。本专利技术还公开了一种用于分布式温度应变传感光缆的测量方法，包括：确定初始温度T0、初始应变ε0、应变转布里渊频率比例系数Cε和温度转布里渊频率比例系数CT；通过应变传感单元(1)测量得到中心频率vB1(ε,T)；通过温度传感单元(2)测量得到中心频率vB2(ε,T)；根据确定的初始温度T0、初始应变ε0、应变转布里渊频率比例系数Cε和温度转布里渊频率比例系数CT，以及测量得到的vB1(ε,T)和vB1(ε,T)，通过公式(2-2)和(3-3)，计算得到温度T和应变ε的值。本专利技术具有以下优点：(1)本专利技术所述的分布式温度应变传感光缆，能够有效地将施加在护套上的温度应变传递到光纤应变温度传感单元，以实现精确的应变温度监测；(2)本专利技术所述的分布式温度应变传感光缆，两侧加强固件提高了光缆的强度，增强了光缆在恶劣环境下的耐受性。(3)本专利技术所述的分布式温度应变传感光缆，将应变和温度传感光纤并排封装在单个光缆内，直接对准了两个传感单元的测量点位置，避免了两个传感电缆数据组之间的对准误差。以提高温度补偿过程的准确性。(4)本专利技术所述的分布式温度应变传感光缆，通过该光缆检测物体受力状况或受损程度，比如大坝、桥体等，工作效率高，符合现有技术中的需求。附图说明图1是本专利技术实施例中一种分布式温度应变传感光缆的结构示意图；图2是本专利技术实施例中一种应变传感单元的结构示意图；图3是本专利技术实施例中一种温度传感单元的结构示意图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术公开的实施方式作进一步详细描述。如图1～3，在本专利技术实施例中，该分布式温度应变传感光缆，包括：应变传感单元1，温度传感单元2，多个(至少两个)加强构件3和外护套4。其中，应变传感单元1和温度传感单元2平行封装于外护套4内；多个加强构件3分布在外护套4两侧。在本专利技术一优选实施例中，应变传感单元1具体可以包括：光纤101，以及紧套包裹在光纤101外侧的带状塑胶102。其中，光纤101，用于根据光纤应变温度与布里渊散射光谱的中心频率的对应关系，通过测量光纤的布里渊散射光谱的中心频率，确定光纤应变温度；带状塑胶102，用于紧套包裹光纤101，以保护光纤101，以及，传递分布式温度应变传感光缆的外护套4的应变。在本专利技术一优选实施例中，温度传感单元2具体可以包括：灌满导热油膏104的松套管103；其中，光纤101穿过松套管103，在松套管103内处于自由状态。其中，松套管103，用于保护温度传感单元2；导热油膏104，用于基于导热油膏104的流动性，为浸没的光纤101提供自由漂浮环境，从而隔离光纤101与外界应变。在本专利技术一优选实施例中，光纤应变温度与布里渊散射光谱的中心频率的对应关系如下：vB(ε,T)＝vB(ε0,T0)+Cε本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种分布式温度应变传感光缆，其特征在于，包括：应变传感单元(1)、温度传感单元(2)、多个加强构件(3)和外护套(4)；应变传感单元(1)和温度传感单元(2)平行封装于外护套(4)内；多个加强构件(3)分布在外护套(4)两侧。

【技术特征摘要】
1.一种分布式温度应变传感光缆，其特征在于，包括：应变传感单元(1)、温度传感单元(2)、多个加强构件(3)和外护套(4)；应变传感单元(1)和温度传感单元(2)平行封装于外护套(4)内；多个加强构件(3)分布在外护套(4)两侧。2.根据权利要求1所述的分布式温度应变传感光缆，其特征在于，应变传感单元(1)，包括：光纤(101)，以及紧套包裹在光纤(101)外侧的带状塑胶(102)。3.根据权利要求2所述的分布式温度应变传感光缆，其特征在于，光纤(101)，用于根据光纤应变温度与布里渊散射光谱的中心频率的对应关系，通过测量光纤的布里渊散射光谱的中心频率，确定光纤应变温度；带状塑胶(102)，用于紧套包裹光纤(101)，以保护光纤(101)，以及，传递分布式温度应变传感光缆的外护套(4)的应变。4.根据权利要求2所述的分布式温度应变传感光缆，其特征在于，温度传感单元(2)，包括：灌满导热油膏(104)的松套管(103)；其中，光纤(101)穿过松套管(103)，在松套管(103)内处于自由状态。5.根据权利要求4所述的分布式温度应变传感光缆，其特征在于，松套管(103)，用于保护温度传感单元(2)；导热油膏(104)，用于基于导热油膏(104)的流动性，为浸没的光纤(101)提供自由漂浮环境，从而隔离光纤(101)与外界应变。6.根据权利要求2所述的分布式温度应变传感光缆，其特征在于，光纤应变温度与布里渊散射光谱的中心频率的对应关系如下：vB(ε,T)＝vB(ε0,T0)+Cε(ε-ε0)+CT(T-T0)…(1-1)其中，vB(ε,T)表示：应变为ε时、温度为T时的布里渊散射光谱的中心频率；vB(ε0,T0)表示：初始应变为ε0、初始温度为T0时的初始状态布里渊散射光谱的中心频率；Cε表示应变转布里渊频率比例系数，CT...

【专利技术属性】
技术研发人员：梅影，王甫，易小龙，王学锋，蓝天，
申请(专利权)人：北京航天控制仪器研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11