光纤感测系统和方法技术方案

光纤感测系统(300)，具有入射光源(309)、波长光谱询问器(313)和具有基本上连续的光纤布拉格光栅(306)的光纤(302)。光纤的上游部分(318)对于以第一平衡波长到达询问器(313)的光具有衰减长度。当下游部分(322)处的温度和/或应变的变化导致光纤布拉格光栅的一部分以第二波长和第二强度将光反射到询问器(313)时，光纤的下游部分(322)将光反射到询问器(313)。处理器(315)被配置为分析反射光谱(314)，以基于反射光谱(314)与对应于初始波长的初始峰值的偏差来确定光纤布拉格光栅(306)的一部分何时正经历温度和/或应变的变化。的一部分何时正经历温度和/或应变的变化。的一部分何时正经历温度和/或应变的变化。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤感测系统和方法


[0001]本专利技术涉及一种光纤感测系统和一种感测温度和/或应变的变化的方法。

技术介绍

[0002]高温超导(HTS)电机中的场绕组由相当长度的高温超导材料(例如ReBCO)带或线组成，其电感在1-10H范围内，用于兆瓦级机器。使用传统的电压检测方法检测所述线圈中的失超是重大的挑战。检测方法必须在电噪声环境(大的AC磁场和电场)中操作，对温度变化具有高的局部灵敏度，其在低温下可靠地操作，并且是成本经济的。
[0003]光纤光栅(FBG)温度传感器EMI灵敏度低、权重轻、热侵入小，是HTS失超检测的优良传感器。然而，已知的FBG技术具有使其不适用于许多商业应用的缺点。
[0004]图1A示出了光纤布拉格光栅(FBG)传感器100的示意图。FBG传感器包括具有覆层103和芯104的光纤102。光栅106被写入光纤102的芯104中。光栅106具有调制芯104的折射率108的间距Λ。光栅106反射一定波长的光，并透射其他波长的光。入射光源109向传感器100的上游端112a提供入射光110的光谱。一些入射光110透射到光纤102的下游端112b以提供透射光谱111。一些入射光110被光栅106反射以提供反射光谱114。询问器113检测反射光谱114。背反射光的光谱114具有特征形状：具有中心波长的峰116，其被称为布拉格波长λ
B
。反射光谱114由处理器115分析。
[0005]FBG传感器对温度和应变敏感。图1B示出了经受温度和/或应变的变化的图1A的传感器100。由于热膨胀或弹性伸长，温度和应变的变化改变光栅106的间距Λ。间距的这种变化改变了光栅106的有效折射率，引起反射光谱114中的峰值偏移。可以通过跟踪布拉格波长λ
B
来测量温度和应变的变化。温度或应变的增加通常导致布拉格波长λ
B
增加。
[0006]FBG传感器通常是具有高反射率和大约10mm的感测长度的点传感器。图2示出了一种技术，其中多个点感测FBG传感器100
I
、100
II
…
100n串联连接以形成准分布式传感器100a。为了区分所述点，每个FBG传感器100
I
、100
II
…
100
n
具有光栅106
I
、106
II
…
106
n
，其具有不同的中心波长λ
I
、λ
II
…
λ
n
。使用波分复用(WDM)来询问光栅106
I
、106
II
…
106
n
。这种询问技术非常快。然而，每个光纤102的传感器100
I
、100
II
…
100
n
的数量受到在中心波长λ
I
、λ
II
…
λ
n
之间具有足够间隔的需要的限制(大约3nm)。根据询问设备的分辨率，通常使用大约20-30个传感器100
I
、100
II
…
100
n
。这限制了可以同时监测的面积/长度。
[0007]图3示出了另一种FBG技术。连续FBG传感器200由具有相同布拉格波长λ
B
和低反射率的一系列光栅206
I
、206
II
、206
II
…
206
n
(形成100mm直至50m的总长度)形成。诸如光时域反射计(OTDR)询问器213的时分复用(TDM)方法用于测量由入射光源209提供的入射光210和反射信号214之间的定时，使得能够询问光纤202的离散间隔。反射信号214由处理器215分析。光栅206
I
、206
II
、206
II
…
206
n
的反射率必须非常低，以使得布拉格波长λ
B
的入射光210能够在光纤202的整个长度上传播。对于8mm的光栅长度，光纤反射率通常小于0.1％。该技术允许长距离询问，但是相对慢，具有相对低的分辨率并且需要极其昂贵的询问设备。
[0008]WO 2013/093788公开了这种类型的系统。
[0009]US 2004/0067003公开了一种需要离散的单独感测区域的系统。诸如D2所示的系统要求在第一和第二波长范围之间没有重叠来检测变化。这意味着需要系统的一个感测区域的长度有显著变化以检测变化。
[0010]在已经参考专利说明书、其他外部文献或其他信息源的本说明书中，这通常是为了提供用于讨论本专利技术的特征的上下文。除非另外特别说明，否则对此类外部文献或此类信息源的引用不应被解释为承认此类文献或此类信息源在任何管辖范围内是现有技术或形成本领域公知常识的一部分。
[0011]本专利技术的至少优选实施例的目的是提供一种FBG感测系统和方法，其克服已知FBG技术的至少一些问题和/或至少为公众提供有用的备选方案。

技术实现思路

[0012]根据本专利技术的第一方面，提供了一种光纤感测系统，包括：光纤，所述光纤包括基本上连续的光纤布拉格光栅，当所述光纤处于平衡温度和应变条件时，所述光纤布拉格光栅具有沿着所述光纤的长度基本上相同的光栅间距；用于向光纤的上游端提供入射光的入射光源；和波长光谱询问器，用于检测来自光纤的入射光的反射光谱；其中所述光纤的上游部分具有衰减长度，所述衰减长度适于在第一平衡波长下将入射光反射到所述询问器，并且当所述下游部分处的温度和/或应变的变化引起所述光纤布拉格光栅的一部分以不同于所述平衡波长的第二波长且以第二强度将光反射到所述询问器时，所述光纤的下游部分适于将光反射到所述询问器，其中在所述平衡温度和应变条件下，所述下游部分适于不反射所述第二波长的光，或适于反射比所述第二强度低的所述第二波长的光的第一强度；所述光纤感测系统进一步包括处理器，所述处理器被配置成分析所检测到的反射光谱以基于所检测到的反射光谱与对应于所述平衡波长的初始峰值的偏差来确定所述光纤布拉格光栅的一部分何时正经历温度和/或应变的变化。
[0013]在一个实施例中，所述光纤是至少100mm长。
[0014]在一个实施例中，所述光纤布拉格光栅基本上沿着所述光纤的整个长度延伸。
[0015]在一个实施例中，所述光纤包括多个串联的短光纤布拉格光栅以形成基本上连续的光纤布拉格光栅。在一个实施例中，所述短光纤布拉格光栅约为9mm长。在一个实施例中，所述短光纤布拉格光栅间隔开约1mm。
[0016]在一个实施例中，所述光纤包括单个连续的光纤布拉格光栅。
[0017]在一个实施例中，所述光纤比所述光纤布拉格光栅的衰减长度更长。在一个实施例中，所述光纤是所述光纤布拉格光栅的衰减长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.光纤感测系统，包括：光纤，所述光纤包括基本上连续的光纤布拉格光栅，当所述光纤处于平衡温度和应变条件时，所述光纤布拉格光栅具有沿着所述光纤的长度基本上相同的光栅间距；用于向光纤的上游端提供入射光的入射光源；和波长光谱询问器，用于检测来自光纤的入射光的反射光谱；其中所述光纤的上游部分具有衰减长度，所述衰减长度适于在第一平衡波长下将入射光反射到所述询问器，并且当所述下游部分处的温度和/或应变的变化引起所述光纤布拉格光栅的一部分以不同于所述平衡波长的第二波长且以第二强度将光反射到所述询问器时，所述光纤的下游部分适于将光反射到所述询问器，其中在所述平衡温度和应变条件下，所述下游部分适于不反射所述第二波长的光，或适于反射比所述第二强度低的所述第二波长的光的第一强度；所述光纤感测系统进一步包括处理器，所述处理器被配置成分析所检测到的反射光谱以基于所检测到的反射光谱与对应于所述平衡波长的初始峰值的偏差来确定所述光纤布拉格光栅的一部分何时正经历温度和/或应变的变化。2.如权利要求1所述的光纤感测系统，其中，所述光纤是至少100mm长。3.如权利要求1或权利要求2所述的光纤感测系统，其中，所述光纤布拉格光栅基本上沿着所述光纤的整个长度延伸。4.如权利要求1至3中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤包括多个串联的短光纤布拉格光栅以形成基本上连续的光纤布拉格光栅。5.权利要求4所述的光纤感测系统，其中，所述短光纤布拉格光栅约为9mm长。6.如权利要求4或权利要求5所述的光纤感测系统，其中，所述短光纤布拉格光栅间隔开约1mm。7.如权利要求1至3中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤包括单个连续的光纤布拉格光栅。8.如权利要求1至7中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤比所述光纤布拉格光栅的衰减长度更长。9.如权利要求1至8中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤是所述光纤布拉格光栅的衰减长度的至少两倍。10.如权利要求1至9中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤是所述光纤布拉格光栅的衰减长度的至少6倍。11.如权利要求1至10中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤布拉格光栅的总反射率大于20％。12.如权利要求1至11中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤布拉格光栅的总反射率大于50％。13.如权利要求1至12中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤布拉格光栅的总反射率大于95％。14.如权利要求1至13中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述光纤布拉格光栅的总反射率大于99％。15.如权利要求1至14中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述处理器被配置成通过
检测具有非分离峰的反射光谱的包络的变化来分析所述反射光谱以确定所述光纤布拉格光栅的一部分何时正经历温度和/或应变的变化。16.如权利要求1至15中任一项所述的光纤感测系统，其中，所述处理...

【专利技术属性】
技术研发人员：R，
申请(专利权)人：维多利亚联结有限公司，
类型：发明
国别省市：