一种布里渊时域分析光纤温度应变系数标定装置及方法制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种布里渊时域分析光纤温度应变系数标定装置及方法，用于准确地获取特定传感光纤的温度系数和应变系数，从而保证在根据布里渊频移计算温度和应变的过程中，可以得到准确的计算结果，所述标定应变调节模块、应变测量模块、温度调节模块、温度测量模块、低温控制模块，其中，应变调整单元和应变测量单元通过固定夹具、移动夹具、高精度激光测距仪调节和测量光纤应变量，温度调节模块、温度测量模块和低温控制模块可以在较大范围内控制温度变化。温度变化。温度变化。

【技术实现步骤摘要】
一种布里渊时域分析光纤温度应变系数标定装置及方法


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感领域，尤其涉及一种布里渊光时域分析仪中传感光纤温度系数和应变系数的标定装置及标定方法。

技术介绍

[0002]作为一种近年来兴起的分布式光纤检测技术，布里渊光时域分析仪在温度、应变的测量方面得到了广泛的应用。当传感光纤受到应变或温度时，信号输出端的布里渊谱会产生相应的频移，理论上该频移与所受温度或应变成线性关系，这种线性关系可以分别用温度系数、应变系数和频移常数表示。因此，准确地获得温度系数和应变系数对测量的准确度有至关重要的影响。实际应用中，该系数需要通过实验进行标定。一方面，普通的标定装置所能达到的光纤温度一般在室温以上，导致得到的标定曲线的温度范围过小；另一方面，普通的光纤夹持装置自身会对光纤存在径向挤压，会造成额外应变和光信号传输的损耗。上述问题都会造成最终标定结果的误差，基于此，本专利技术提出一种布里渊光时域分析仪传感光纤温度系数和应变系数的标定装置及标定方法，可有效提高标定温度范围和减小夹持装置对光纤的影响，从而提高标定的精确度。

技术实现思路

[0003]本专利技术设计了一种布里渊光时域分析仪传感光纤温度系数和应变系数的标定装置及标定方法，有效地提高了标定结果的准确性。
[0004]本专利技术中的标定装置包括应变测量模块、应变调节模块、温度测量模块、温度调节模块、低温控制模块等主要组成部分。
[0005]所述应变调节模块包括光学平台、固定夹具、移动夹具、电动位移平台。所述固定夹具、电动位移平台固定在所述光学平台上，所述移动夹具安装于所述电动位移平台上。所述固定夹具、移动夹具上安装有光纤紧固元件，所述光纤紧固元件以橡胶垫与所述传感光纤接触，利用橡胶弹性避免所述紧固件对所述传感光纤产生径向挤压；所述光纤紧固元件用于固定被标定的传感光纤，避免所述传感光纤产生轴向滑动；所述电动位移平台可以调整所述移动夹具到目标位置(远离或靠近所述固定夹具)。所述电动位移平台远离所述固定夹具，则所述传感光纤被拉伸以增加应变；所述电动位移平台靠近所述固定夹具，则所述传感光纤被放松以减小应变。
[0006]所述应变测量模块包括高精度激光测距仪、高精度光反射镜、上位机、数据连接线及配套数据接口。所述高精度激光测距仪位于所述固定夹具侧方，向所述反射镜发射准直激光并接收反射光，所述激光用于实现对所述传感光纤上应变的测量。所述反射镜安装在所述移动夹具上，随所述移动夹具做等距同向移动。所述高精度激光测距仪根据所述反射光测得所述传感光纤应变量，将测量数据通过所述数据连接线发送给所述上位机。所述上位机接收测量数据并实时显示所述传感光纤的应变测量结果。
[0007]所述温度调节模块包括温控元件、金属加热丝、金属加热管、支撑架。所述金属加
热管套在所述传感光纤上，调整位置使所述传感光纤与所述金属加热管同轴线，以确保所述传感光纤受热均匀且不与所述金属加热管存在直接接触，所述金属加热管具有较细管径，其管壁与所述传感光纤表面保持较近的距离；所属支撑架分别位于所述金属加热管两端，以支撑所述加热管使其稳定支撑于所述光学平台上；所述金属加热丝均匀缠绕在所述金属加热管上，其中一端与所述温控元件的控温端口连接。根据设置的目标温度，所述温控元件输出一定功率的电流使所述金属加热丝产生热量，所述金属加热丝进一步使所述金属加热管产生热量，所述金属加热管内部各处温度均匀升高，使所述传感光纤的温度升高。由于所述金属加热管的管壁与所述传感光纤距离较近，可近似认为所述金属加热管的温度与所述传感光纤的温度一致，从而实现对所述传感光纤温度的调节。
[0008]所述温度测量模块包括温敏电阻、信号传输线、测温元件(与所述温控元件一体)。所述温敏电阻固定于所述金属加热管表面，温敏电阻将信号的变化情况通过所述信号传输线传输至所述测温元件，实现温度测量。所述测温元件与所述温控元件为一体式测温控温仪，可以自动进行温度控制。通过所述一体式测温控温仪的控制面板设置目标温度，当所述温敏电阻测得温度低于目标温度时，所述温控元件通过增大电流使所述金属加热管升温。当所述温敏电阻测得温度高于目标温度时，所述温控元件通过减小电流或切断电流使所述金属加热管停止升温，实现降温作用。
[0009]所述低温控制模块为一个密封罐，包括内侧热沉和制冷剂。所述低温控制模块内部为真空环境，所述热沉在所述真空环境下对所述测量元件辐射制冷降温。所述低温控制模块将所述应变测量模块、所述应变调节模块、所述温度测量模块、所述温度调节模块内除所述上位机、所述光学平台外的所有元件都放置于其中，使所述传感光纤处于更大范围的温度场中，相比传统的标定装置，所述标定装置的标定温度范围大大增加。
[0010]本专利技术中的标定方法如下：
[0011]步骤1：调整光纤的应变零点位置L0。将传感光纤穿过金属加热管，拉直后的传感光纤两侧分别由移动夹具和固定夹具夹持，设置目标温度为T0。控制电动位移平台带动移动夹具做平动运动，使用布里渊光时域分析仪测量两夹具间距离L对应的布里渊频移值v，当v从无变化到有微小变化或从有微小变化到无变化时，记此时两夹具间距离为L0，记此时的布里渊频移值为
[0012]步骤2：设置目标温度为T1，且传感光纤在该温度下保持至少10min后开始参数标定。调节电动位移平台，使移动夹具以ΔL为步长向外侧移动N次(N≥10)，ΔL由所述高精度激光测距仪读出，此时传感光纤移动总长度为ΔL
N
，同样由高精度激光测距仪读出。拉伸应变为ε
N
，布里渊光时域分析仪测量得到相应的布里渊频移值为
[0013]步骤3：完成步骤2后，在同温度T1下使移动夹具以ΔL为步长向内侧移动，移动次数与步骤2中相同，此时传感光纤收缩至初始位置，传感光纤收缩总长度为ΔL
N
，收缩应变为ε
N
，布里渊频移值为
[0014]步骤4：标定当前温度下的应变系数。相对于应变零点位置L0，每次移动夹具后传感光纤的应变量为移动N次后传感光纤总应变为以ε
N
为横坐标、和分别为纵坐标进行线性拟合，两条拟合直线的斜率分别记为k
1up
和k
1down
，求得该温
度下光纤的应变系数为
[0015]步骤5：标定应变系数。以等温度间隔重新设定目标温度从T1至T
M
，且M≥10。重复步骤2～步骤4，得到不同温度下的应变系数。其中温度变化包含T1至T
M
的上升过程和T
M
至T1的下降过程，将所有温度下的应变系数平均处理后，得到光纤的应变系数C
ε
。
[0016]步骤6：标定温度系数。以温度T
M
为横坐标、光纤应变相同但温度不同时的布里渊频移值和为纵坐标进行线性拟合，两条直线的斜率分别为k
3up
和k
3down
，光纤的温度系数此过程重复2N次后，将所有应变下的温度系数做平均处理，得到光本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种布里渊时域分析光纤温度应变系数标定装置及方法，其特征在于，包括应变调节模块、应变测量模块、温度调节模块、温度测量模块、低温控制模块。2.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述应变调节模块包括光学平台、固定夹具、移动夹具、电动位移平台，所述固定夹具和所述电动位移平台固定在所述光学平台上，所述移动夹具安装于所述电动位移平台上，所述固定夹具和所述移动夹具上安装有光纤紧固元件，所述光纤紧固元件以橡胶垫与所述传感光纤接触，所述光纤紧固元件用于固定被标定的传感光纤，所述电动位移平台可以沿水平方向调节所述移动夹具到所述固定夹具的距离，所述电动位移平台远离所述固定夹具时，所述传感光纤被拉伸以增加应变；所述电动位移平台靠近所述固定夹具时，所述传感光纤被放松以减小应变。3.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述应变测量模块包括高精度激光测距仪、反射镜、上位机、数据连接线及配套数据接口，所述高精度激光测距仪位于所述固定夹具侧方，向所述反射镜发射准直激光并接收反射光，所述激光用于测量所述传感光纤应变量，所述反射镜安装在所述移动夹具上，随所述移动夹具做等距同向移动，所述高精度激光测距仪根据所述反射光测得所述传感光纤应变量，将测量数据通过所述数据连接线发送给所述上位机，所述上位机接收测量数据并实时显示所述传感光纤的应变测量结果。4.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述温度调节模块包括温控元件、金属加热丝、金属加热管、支撑架，所述金属加热管套设在所述传感光纤外，调整位置使所述传感光纤与所述金属加热管同轴线，以确保所述传感光纤受热均匀且不与所述金属加热管存在直接接触，所属支撑架支撑所述加热管使其稳定支撑于所述光学平台上，所述金属加热丝均匀缠绕在所述金属加热管上，其一端与所述温控元件的控温端口连接，根据设置的目标温度，所述温控元件输出一定功率的电流使所述金属加热丝产生热量，所述金属加热丝进一步使所述金属加热管产生热量，所述金属加热管内部各处温度均匀升高，使所述传感光纤的温度升高。5.根据权利要求1所述的标定装置，其特征在于，所述温度测量模块包括温敏电阻、信号传输线、测温元件，所述温敏电阻固定于所述金属加热管表面，所述温敏电阻将信号的变化情况通过所述信号传输线传输至所述测温元件，实现温度测量，所述测温元件与所述温控元件为一体式测温控温仪，可以自动进行温度控制，通过所述一体式测温控温仪的控制面板设置目标温度，当所述温敏电阻测得温度低于目标温度时，所述温控元件通过增大电流使所述金属加热管升温，当所述温敏电阻测得温度高于目标温度时，所述温控元件通过减小电流或切断电流使所述金属加热管停止升温，实现降温作用。6.根据权利要求2所述的标定装置，其特征在于，所述低温控制模块为一个密封罐，包括内侧热沉和制冷剂，所述密封罐内...

【专利技术属性】
技术研发人员：张景川，谢久林，邓俊武，廖韬，刘涛，赵越阳，郑悦，王洪鑫，李西园，毕研强，
申请(专利权)人：北京卫星环境工程研究所，
类型：发明
国别省市：