用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统及方法技术方案

本发明专利技术提供一种用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统及方法，结构简单，设计合理，操作方便，测量精度和定位精度高，测量距离和测量范围大，能够实现环境仿真，保证测试的可信度。所述系统包括信号发生器，光纤压电陶瓷环，减震平台和若干测试光纤；测试光纤和光纤压电陶瓷环置于减震平台上，光纤压电陶瓷环的光纤一端与测试光纤一端连接，光纤压电陶瓷环的光纤另一端空接，测试光纤另一端连接被测的光纤声音传感系统的光纤接口；光纤压电陶瓷环的电源线连接信号发生器的信号输出端正负极。

【技术实现步骤摘要】
用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统及方法
本专利技术涉及光纤声音传感系统的标定检测，具体为用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统及方法。
技术介绍
光纤传感的机理是将光源入射的光束经由光纤送入传感前端，在传感前端内与外界被测参数发生相互作用，使传感前端中光的光学性质如光的强度、波长、频率、相位、偏振态等发生变化，成为被调制的光信号，再经过光纤送入光电器件、经解调后获得被测参数。光纤传感具有很多优异的性能，例如：具有抗电磁和原子辐射干扰的性能，径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能；温度、应变、位移、振动、声波、辐射等多种物理量的感知性能；光损小、易集成、长距离的工程适用性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区、危化场所)，起到实时感知监测的作用。光纤传感技术是近十多年来的热点技术，其在石油石化、土木建筑、航空航天、交通运输、军工、电力、消防、安防、医疗等行业得到快速发展，并取得不少落地技术应用。不同光感原理的光纤传感产品众多，光纤传感仪器设备基本上都已经成熟，但光纤传感设备的标定检测设备匮乏且技术不成熟，严重制约传感精度等关键指标，使得光纤传感器的发展远远不能满足市场需求。现有技术中公开的标定装置和系统，对于关键部件压电陶瓷与光纤结合存在缺陷，直接影响频响测量精度、定位精度、测量距离和测量范围；同时，仅给出了定位精度测试方法，不具备标准化的、无干扰的环境仿真测试系统，其出厂产品性能及安装产品的可靠性缺乏可信度；同时对于频率标定精度、测量范围、测量距离、定位精度等标准化检测和出厂标定必须的指标实施手段欠缺，无法提供完整的产品指标信息。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统及方法，结构简单，设计合理，操作方便，测量精度和定位精度高，测量距离和测量范围大，能够实现环境仿真，保证测试的可信度。本专利技术是通过以下技术方案来实现：用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统，包括信号发生器，光纤压电陶瓷环，减震平台和若干测试光纤；测试光纤和光纤压电陶瓷环置于减震平台上，光纤压电陶瓷环的光纤一端与测试光纤一端连接，光纤压电陶瓷环的光纤另一端空接，测试光纤另一端连接被测的光纤声音传感系统的光纤接口；光纤压电陶瓷环的电源线连接信号发生器的信号输出端正负极。优选的，当用于振动测量距离测试标定、振动测量频率范围测试标定和振动频率精度测试标定时，采用一个光纤压电陶瓷环和一个测试光纤。优选的，当用于振动定位精度测试标定时，采用二个光纤压电陶瓷环和二个测试光纤；第一光纤压电陶瓷环的光纤一端与第一测试光纤一端连接，第一光纤压电陶瓷环的光纤另一端经标准光纤连接第二光纤压电陶瓷环的一端，第一测试光纤另一端连接被测的光纤声音传感系统的光纤接口；第二光纤压电陶瓷环的另一端连接第二测试光纤的一端，第二测试光纤的另一端空接；第一光纤压电陶瓷环和第二光纤压电陶瓷环的电源线分别连接信号发生器的信号输出端正负极。优选的，光纤压电陶瓷环包括压电陶瓷环和预张力缠绕并固定在压电陶瓷环外表面上的光纤；压电陶瓷环和光纤表面均匀固化环氧树脂或紫外固化胶水；压电陶瓷环a的内外表面导电连接两根电源线。进一步，光纤密排缠绕在压电陶瓷环外表面上，预张力由缠绕时50g～400g的重物施加；光纤两端在压电陶瓷环上的固定位置位于压电陶瓷环的同一母线上。用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试方法，基于上述任意一项所述的测试系统，包括，调节信号发生器的信号输出频率、幅度及波形，改变加在光纤压电陶瓷环上的电压波形，改变光纤压电陶瓷环的压电陶瓷环产生的振动频率和幅度，该振动会改变光纤压电陶瓷环表面的光纤中的光信息，通过测试光纤长度的变化，最终由分布式光纤声音传感系统感知并解调出准确的振动频率，进行对应参数的标定。优选的，用于振动测量距离测试标定时，包括：分别调节信号发生器输出频率信号，依次连接接入测试光纤长度为1km、5km和10km，并以10km整数倍递增；同时调节信号发生器输出信号幅度至光纤压电陶瓷环能承受电压，当分布式光纤声音传感系统的信噪比小于3dB时，即停止测试，该时刻的测试光纤长度即为振动测量距离。优选的，用于振动测量频率范围测试标定时，包括：依次连接接入测试光纤长度为1km、5km和10km，并以10km整数倍递增；测试光纤长度最大值为振动测量距离测试标定方法中所测试的振动测量距离；在分布式光纤声音传感系统预期的振动频率范围内，均匀选取至少10个振动频率点，设定为检验测试振动频率，其中包括最高振动频率点和最低频率振动点；记录与分布式光纤声音传感系统的测量频率，以及对应的测试光纤长度和信号发生器输出频率；将信号发生器输出频率和分布式光纤声音传感系统的测量频率做差即得频率偏差值；将频率偏差值小于±5Hz对应的频率范围记为该测试光纤长度情况下，分布式光纤声音传感系统的振动测量频率范围。优选的，用于振动频率精度测试标定时，包括：根据分布式声音传感系统的测量距离范围内选取测试光纤长度为1km、5km和10km，并以10km整数倍递增到最大测量距离；根据分布式声音传感系统的测量频率范围内均匀选取至少10个频率点进行测量，每个频率点至少测量3次；信号发生器输出频率为基准频率，分布式光纤声音传感系统读取的频率值为测量频率；每个频率点测量的三个数据分别与基准频率做差并取绝对值，其中最大的一个为分布式光纤声音传感系统在对应长度测量距离时的振动频率精度。优选的，用于振动定位精度测试标定时，基于权利要求3所述的测试系统，包括：第一、二测试光纤的长度相等，确定信号发生器的输出频率；改变标准光纤的长度，当分布式光纤声音传感系统采集到的第一、二光纤压电陶瓷环的振动峰值波形距离最近时，即停止试验，对应标准光纤的长度即为分布式光纤声音传感系统的振动定位精度，即空间分辨率。与现有技术相比，本专利技术具有以下有益的技术效果：本专利技术通过光纤压电陶瓷环和若干测试光纤对使用环境进行了仿真模拟，通过利用减震平台提供了稳定的测试环境，从而能够通过给出的标准化的、无干扰的测试仿真环境，能够提供产品的测试标定、检验检测技术工况；进一步的，通过核心部件光纤压电陶瓷环的结构和工艺限定，得到更好的频响测量精度、定位精度、测量距离和频率测量范围。本专利技术所述的方法在所述系统的基础上，通过针对性的连接关系和作用，得到的实施效果更好同时给出了频率精度、频率测量范围、测量距离和定位精度(空间分辨率)等标准化检测和出厂标定必须的指标测试实施方法，指导分布式光纤声音传感系统的行业标准及技术统一。附图说明图1为本专利技术实例中所述系统的基本组成框架图。图2a为本专利技术实例中所述光纤压电陶瓷环结构示意图。图2b为图2a的俯视图。图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统，其特征在于，包括信号发生器(1)，光纤压电陶瓷环(2)，减震平台(3)和若干测试光纤(5)；/n测试光纤(5)和光纤压电陶瓷环(2)置于减震平台(3)上，光纤压电陶瓷环(2)的光纤一端与测试光纤(5)一端连接，光纤压电陶瓷环(2)的光纤另一端空接，测试光纤(5)另一端连接被测的光纤声音传感系统(6)的光纤接口；光纤压电陶瓷环(2)的电源线连接信号发生器(1)的信号输出端正负极。/n

【技术特征摘要】
1.用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统，其特征在于，包括信号发生器(1)，光纤压电陶瓷环(2)，减震平台(3)和若干测试光纤(5)；
测试光纤(5)和光纤压电陶瓷环(2)置于减震平台(3)上，光纤压电陶瓷环(2)的光纤一端与测试光纤(5)一端连接，光纤压电陶瓷环(2)的光纤另一端空接，测试光纤(5)另一端连接被测的光纤声音传感系统(6)的光纤接口；光纤压电陶瓷环(2)的电源线连接信号发生器(1)的信号输出端正负极。


2.根据权利要求1所述的用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统，其特征在于，当用于振动测量距离测试标定、振动测量频率范围测试标定和振动频率精度测试标定时，采用一个光纤压电陶瓷环(2)和一个测试光纤(5)。


3.根据权利要求1所述的用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统，其特征在于，当用于振动定位精度测试标定时，采用二个光纤压电陶瓷环(2)和二个测试光纤(5)；
第一光纤压电陶瓷环(2-1)的光纤一端与第一测试光纤(5-1)一端连接，第一光纤压电陶瓷环(2-1)的光纤另一端经标准光纤连接第二光纤压电陶瓷环(2-2)的一端，第一测试光纤(5-1)另一端连接被测的光纤声音传感系统(6)的光纤接口；第二光纤压电陶瓷环(2-2)的另一端连接第二测试光纤(5-2)的一端，第二测试光纤(5-2)的另一端空接；
第一光纤压电陶瓷环(2-1)和第二光纤压电陶瓷环(2-2)的电源线分别连接信号发生器(1)的信号输出端正负极。


4.根据权利要求1所述的用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统，其特征在于，光纤压电陶瓷环(2)包括压电陶瓷环和预张力缠绕并固定在压电陶瓷环外表面上的光纤；压电陶瓷环和光纤表面均匀固化环氧树脂或紫外固化胶水；压电陶瓷环a的内外表面导电连接两根电源线。


5.根据权利要求4所述的用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试系统，其特征在于，光纤密排缠绕在压电陶瓷环外表面上，预张力由缠绕时50g～400g的重物施加；光纤两端在压电陶瓷环上的固定位置位于压电陶瓷环的同一母线上。


6.用于分布式光纤声音传感系统的环境仿真测试方法，其特征在于，基于权利要求1-5任意一项所述的测试系统，包括，
调节信号发生器(1)的信号输出频率、幅度及波形，改变加在光纤压电陶瓷环(2)上的电压波形，改变光纤压电陶瓷环(2)的压电陶瓷环产生的振动频率和幅度，该振动会改变光纤压电陶瓷环(2)表面的光纤中的光信息，通过测试光纤长度的变化，最终由分布式光纤声音传感系统(6)感知并解调出准确的振动频率，进行对应参数的标定。<...

【专利技术属性】
技术研发人员：闫志学，董皓南，韩敏，侯继勇，王国彬，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11