一种解决交叉敏感的方法、装置、设备及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种解决交叉敏感的方法、装置、设备及存储介质，涉及分布式光纤传感领域。该解决交叉敏感的方法，搭建系统装置，打开各项器件，保证装置正常运行；记录不同温度下的散射光频谱；解调出温度系数；记录不同应力下的散射光频谱；解调出应力系数；保证装置正常运行，记录待测光纤散射光频谱；温度和应变信息解调过程；系统精度的计算；该方法不仅能做到节约成本，还极大的提高了测量的速度来防止信息丢失，同时本发明专利技术提高了布里渊光时域反射仪系统温度和应力监测的精度，解决了温度和应变交叉敏感问题。变交叉敏感问题。变交叉敏感问题。

【技术实现步骤摘要】
一种解决交叉敏感的方法、装置、设备及存储介质


[0001]本专利技术涉及分布式光纤传感
，具体为一种解决交叉敏感的方法、装置、设备及存储介质。

技术介绍

[0002]上世纪70年代初分布式光纤传感(DOFS)技术开始迅速发展，与传统点式传感技术相比，分布式光纤传感技术通过监测光纤沿线非线性散射光中携带的温度或应力信息来实现沿光纤长度每个位置的同时测量。由于光纤热容低、质量轻、占地面积小、电磁抗性好、可铺设距离长，光纤传感引起了研究人员的广泛关注。分布式光纤传感监测的信息来自光散射，其中主要包括瑞利散射、拉曼散射和布里渊散射。布里渊散射是光纤中唯一对温度和应力信息都显著敏感的光散射过程，在上世纪80年代末布里渊散射开始广泛应用到光纤传感中。布里渊散射是一种非线性效应，散射光频率相比入射光会有11G左右的频移，且布里渊频移大小会随温度或应变的改变而改变，所以可以通过检测沿光纤长度位置的布里渊频移来检测外界环境因素的改变。基于该原理的布里渊光学时域反射仪(BOTDR)广泛应用于工业领域的结构健康和安全监测中，特别是在土木工程、通信、电力传输、石油化工等领域的应用。
[0003]在特定的应用场景中，会需要同时检测温度和应力变化，而只通过检测布里渊频移的方法无法分辨两者，这种情况叫做温度和应力的交叉敏感问题。交叉敏感问题是工程应用中的重大挑战，影响传感系统测量信息的精度和时间。为了解决这个问题，研究人员提出了多种解决方案，同时测量布里渊散射光强度和频移、拉曼散射光强和布里渊散射光强、特殊光纤产生的双布里渊散射峰、布里渊频移和线宽等不同参数的不同组合来解调出温度和应力信息。然而，这些测量方法通常需要扫描整个布里渊散射谱来完成一个完整的分布式测量，所以采用这些方法需要大量的时间。工程应用中通常使用固定温度和应力其中之一的方法，比如将光纤隔离在松套管中，只会导致温度变化。但是这种方法需要铺设两条光纤的施工条件还提高了大量成本，在现阶段的工地环境使用中我们急需优化解决方案。

技术实现思路

[0004](一)解决的技术问题
[0005]针对现有技术的不足，本专利技术提供了一种解决交叉敏感的方法、装置、设备及存储介质，不仅能做到节约成本，还极大的提高了测量的速度来防止信息丢失，同时本专利技术提高了布里渊光时域反射仪系统温度和应力监测的精度，解决了温度和应变交叉敏感问题。
[0006](二)技术方案
[0007]为实现以上目的，本专利技术通过以下技术方案予以实现：
[0008]一方面，提供一种解决交叉敏感的方法，包括：
[0009]搭建系统装置，打开各项器件，保证装置正常运行；
[0010]记录不同温度下的散射光频谱；
[0011]解调出温度系数；
[0012]记录不同应力下的散射光频谱；
[0013]解调出应力系数；
[0014]保证装置正常运行，记录待测光纤散射光频谱；
[0015]温度和应变信息解调过程；
[0016]系统精度的计算。
[0017]优选的，所述记录不同温度下的散射光频谱具体包括：
[0018]保持光纤前端50米段的测试光纤松散状态并且处于室温(20℃)下，将其分为5段，利用水浴锅使各段光纤温度变为20℃到60℃，每段温度依次增加10℃，采用短时傅里叶变化读取布里渊拍频谱峰值功率变化和布里渊频移大小变化轨迹。
[0019]优选的，所述具体包括：
[0020]布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的温度系数的解调：
[0021][0022][0023]其中，C
BBS
‑
T
和C
BFS
‑
T
分别表示布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的温度系数，ΔP
BBS
和ΔP
BFS
分别表示布里渊拍频谱峰值功率和布里渊频移大小变化量，ΔT表示温度变化量。
[0024]优选的，所述记录不同应力下的散射光频谱具体包括：
[0025]保持另一段50米测试光纤松散状态并且处于室温(20℃)下，同样将其分为5段；用不同质量物体压住光纤对其施加0με到800με的应力，每段应力依次增加200με，采用短时傅里叶变化读取布里渊拍频谱峰值功率变化和布里渊频移大小变化轨迹。
[0026]优选的，所述解调出应力系数具体包括：
[0027]布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的应力系数则可以通过下列公式解调出来：
[0028][0029][0030]C
BBS
‑
ε
和C
BFS
‑
ε
分别表示布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的应力系数，ΔP
BBS
和ΔP
BFS
分别表示布里渊拍频谱峰值功率和布里渊频移大小变化量，Δε表示应力变化量。
[0031]优选的，所述温度和应变信息解调过程具体包括：
[0032]待测光纤上的光信息与温度和应变变化都有关，则布里渊频移和布里渊拍频谱峰值的变化功率表示为:
[0033]ΔP
BFS
＝C
BFS
‑
T
ΔT+C
BFS
‑
ε
Δε
[0034]ΔP
BBS
＝C
BBS
‑
T
ΔT+C
BBS
‑
ε
Δε
[0035]当C
BFS
‑
T
C
BBS
‑
ε
≠C
BFS
‑
ε
C
BBS
‑
T
时，温度和应变则可以用下列式子解调出来：
[0036][0037][0038]优选的，所述系统精度的计算具体包括：
[0039]不确定度代表了系统的精度，由下列式子计算出温度和应变的测量不确定度：
[0040][0041][0042]其中，δT、δε、δP
BBS
、δP
BFS
分别表示是温度、应变、布里渊拍频谱峰值、布里渊频移的均方根误差。
[0043]再一方面，提供了一种解决交叉敏感的装置，包括半导体窄线宽激光器，第一光电耦合器，第二光电耦合器，光纤偏振扰频器，声光调制器，第三光电耦合器，半导体光放大器，掺铒光纤放大器，第一光带通滤波器，环形器，单模测试光纤，单模待测光纤，第二光带通滤波器，第四光电耦合器，光电探测器，信号降频处理模块，数据采集卡；
[0044]半导体窄线宽激光器与第一光电耦合器的输入端相连，第一光电耦合器输出的激光分二路，其中一路与第二光电耦合器的输入端相连，另一路经光纤偏振扰频器与第四光电耦合器的一个输入端相连，第二光电耦合器输出的激光分二路，一路与第三光电耦合器的一个输入端相连，另一路经声光调制器产生频率偏移再与第三光电耦合器的另一个输入端相连，第三光电耦合器的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种解决交叉敏感的方法，其特征在于，包括：搭建系统装置，打开各项器件，保证装置正常运行；记录不同温度下的散射光频谱；解调出温度系数；记录不同应力下的散射光频谱；解调出应力系数；保证装置正常运行，记录待测光纤散射光频谱；温度和应变信息解调过程；系统精度的计算。2.根据权利要求1所述的一种解决交叉敏感的方法，其特征在于：所述记录不同温度下的散射光频谱具体包括：保持光纤前端50米段的测试光纤松散状态并且处于20℃下，将其分为5段，利用水浴锅使各段光纤温度变为20℃到60℃，每段温度依次增加10℃，采用短时傅里叶变化读取布里渊拍频谱峰值功率变化和布里渊频移大小变化轨迹。3.根据权利要求2所述的一种解决交叉敏感的方法，其特征在于：所述具体包括：布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的温度系数的解调：布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的温度系数的解调：其中，C
BBS
‑
T
和C
BFS
‑
T
分别表示布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的温度系数，ΔP
BBS
和ΔP
BFS
分别表示布里渊拍频谱峰值功率和布里渊频移大小变化量，ΔT表示温度变化量。4.根据权利要求3所述的一种解决交叉敏感的方法，其特征在于：所述记录不同应力下的散射光频谱具体包括：保持另一段50米测试光纤松散状态并且处于室温(20℃)下，同样将其分为5段；用不同质量物体压住光纤对其施加0με到800με的应力，每段应力依次增加200με，采用短时傅里叶变化读取布里渊拍频谱峰值功率变化和布里渊频移大小变化轨迹。5.根据权利要求4所述的一种解决交叉敏感的方法，其特征在于：所述解调出应力系数具体包括：布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的应力系数则可以通过下列公式解调出来：下列公式解调出来：C
BBS
‑
ε
和C
BFS
‑
ε
分别表示布里渊拍频谱峰值和布里渊频移的应力系数，ΔP
BBS
和ΔP
BFS
分别表示布里渊拍频谱峰值功率和布里渊频移大小变化量，Δε表示应力变化量。6.根据权利要求5所述的一种解决交叉敏感的方法，其特征在于：所述温度和应变信息
解调过程具体包括：待测光纤上的光信息与温度和应变变化都有关，则布里渊频移和布里渊拍频谱峰值的变化功率表示为:ΔP
BFS
＝C
BFS
‑
T
ΔT+C
BFS
‑
ε
ΔεΔP
BBS
＝C
BBS
‑
T
ΔT+C
BBS
‑
ε
Δε当C

【专利技术属性】
技术研发人员：黄秋茗，陈映恺，毕研钊，曹栋，单媛媛，郭林峰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：