System.ArgumentOutOfRangeException: 索引和长度必须引用该字符串内的位置。 参数名: length 在 System.String.Substring(Int32 startIndex, Int32 length) 在 zhuanliShow.Bind() 一种分布式测量温度，应变和折射率的多参传感器制造技术_技高网
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一种分布式测量温度，应变和折射率的多参传感器制造技术

技术编号：41250959 阅读：3 留言：0更新日期：2024-05-09 23:59
本发明专利技术属于分布式光纤传感领域，具体为一种用于分布式测量温度，应变和折射率的多参传感器。本发明专利技术根据多芯光纤中内芯和外芯的布里渊增益谱实现了同时分布式测量温度、应变和折射率：首先，分析了多芯光纤的内芯和外芯的光学模式和声学模式，并探究内外芯对外界折射率的敏感程度；其次，根据光声耦合计算得内芯和外芯的布里渊增益谱。通过改变温度，应变和外界折射率，观察布里渊频移变化并对其进行拟合；最后，根据拟合方程解调出温度，应变和外界折射率。本发明专利技术提出了一种分布式测量温度、应变和折射率的多参传感器的潜在方案，克服了温度、应变和外界折射率之间复杂的交叉灵敏度问题，扩展了布里渊传感器的多功能性。

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【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于分布式光纤传感领域，具体涉及到基于布里渊散射的多芯光纤分布式多参数传感器。


技术介绍

1、基于布里渊散射的光纤分布式传感器因其传感点数量极多，绝对测量而无需测量参考点，可测范围广，耐腐蚀性好，小尺寸等光纤所具备的一切优势，引起了研究人员的探索，并将其用于温度，应变，振动和折射率等参数测量。最近，多参数分布式传感器因其可以提供更综合和更有价值的外界环境信息而被广泛研究，例如温度，应变，振动。(文献1：j.d.zhang,t.zhu,h.zhou,s.h.huang,m.liu,and w.huang,"high spatial resolutiondistributed fiber system for multi-parameter sensing based on modulatedpulses,"opt.exp.,vol.24,no.24,pp.27482-27493,nov.2016.；文献2：a.coscetta,e.catalano,e.cerri,n.cennamo,l.zeni,and a.minardo,"hybrid brillouin/rayleighsensor for multiparameter measurements in optical fibers,"opt.exp.,vol.29,no.15,pp.24025-24031,jul.2021.；文献3：x.zhou et al.,"hybrid b-otdr/φ-otdr formulti-parameter measurement from a single end of fiber,"opt.exp.,vol.30,no.16,pp.29117-29127,2022/08/01 2022.；)此外，除了用于传感温度和应变等传统的分布式传感器，分布式折射率传感器最近也被提出了(文献4：r.bernini,g.persichetti,e.catalano,l.zeni,and a.minardo,“refractive index sensing by brillouinscattering in side-polished optical fibers,”optics letters,vol.43,no.10,pp.2280-2283,may 15,2018；文献5：a.minardo,l.g.zeni,r.bernini,e.catalano,andr.vallifuoco,“quasi-distributed refractive index sensing by stimulatedbrillouin scattering in tapered optical fibers,”journal of lightwavetechnology,vol.40,no.8,pp.2619-2624,apr 15,2022.；文献6：z.d.zhu,d.x.ba,l.liu,l.q.qiu,and y.k.dong,“temperaturecompensated distributed refractive indexsensor based on an etched multicore fiber in optical frequency domainreflectometry,”optics letters,vol.46,no.17,pp.4308-4311,sep 1,2021.)。然而，由于在同一根光纤中温度、应变和折射率的同时测量是艰难的，分布式温度、应变和折射率的同时测量几乎无法像点式三参数测量那样简单(文献7：s.m.lee,s.s.saini,andm.y.jeong,"simultaneous measurement of refractive index,temperature,andstrain using etched-core fiber bragg grating sensors,"ieee photonicstechnol.lett.,vol.22,no.19,pp.1431-1433,oct.2010.；文献8：j.harris,p.lu,h.larocque,y.p.xu,l.chen,and x.y.bao,"highly sensitive in-fiberinterferometric refractometer with temperature and axial straincompensation,"opt.exp.,vol.21,no.8,pp.9996-10009,apr.2013.；文献9：f.esposito,a.srivastava,a.iadicicco,and s.campopiano,"multiparameter sensor based onsingle long period grating in panda fiber for the simultaneous measurement ofsri,temperature and strain,"opt.laser technol.,vol.113,pp.198-203,may 2019.)。

2、因此，为了能够实现分布式温度、应变和折射率的传感，我们使用多芯光纤作为媒介，利用内芯中的双峰布里渊增益谱实现温度和应变的同时测量，利用光场泄漏的外芯实现外界折射率的测量。通过在多芯光纤中利用空分复用和布里渊散射，我们在理论上完成了温度、应变和外界折射率的同时分布式传感。本专利技术所提出的方法为实现温度、应变和折射率分布式测量提供了重要思路和解决方案，在未来智能医疗、石油管道结构健康监测、材料固化等领域也有极大的潜在应用。


技术实现思路

1、本专利技术提出了一种分布式测量温度、应变和折射率的多参数传感器，目的在于提供一种分布式测量温度、应变和外界折射率的潜在方案，使得布里渊传感器具有多功能性以提供更多、更可靠的物理信息，以适用于更广泛的应用场景。本专利技术理论上在没有增加传感器尺寸的前提下，仅使用一根光纤就完成了对温度、应变和折射率的分布式传感，保持了传统分布式传感器所具有的特点。所以，该分布式温度、应变和折射率多参数传感器对结构健康监测，智能医疗，材料固化过程和化学工程等应用具有潜在的重大意义。

2、1.本专利技术的具体内容

3、本专利技术提出了一种分布式测量温度、应变和折射率的多参传感器，该传感器利用一根多芯光纤的内芯及其布里渊增益谱实现温度和应变的传感，利用外芯及其布里渊增益谱剔除温度和应变的影响后实现外界折射率的传感，为实现分布式温度、应变和折射率多参传感器提供了潜在的方案。

4、(1)本专利技术提出的分布式测量温度、应变和折射率的多参传感器，通过一根多芯光纤的内芯与相应的双峰布里渊增益谱实现温度和应变的传感，而光场泄漏的外芯所对应的布里渊增益谱在剔除温度和应变的影响后，实现外界折射率的传感。总之，利用单根多芯光纤的空分复用和内外芯的布里渊谱可以实现温度、应变和外界折射率的分布式传感本文档来自技高网...

【技术保护点】

1.一种分布式测量温度、应变和折射率的多参传感器，针对多芯光纤的内芯和外芯中的布里渊增益谱，旨在实现温度，应变和折射率的分布式提取。其特征在于：通过使外芯的光场泄漏，从而直接与外界环境接触并发生相互作用，最终使得外芯的布里渊谱受到外界折射率的影响，进而可以从布里渊谱中获得折射率信息。并且，与外芯结构不同的内芯可以通过双峰布里渊谱(峰1和峰2)实现温度和应变的同时测量，而内芯不受外界折射率的影响。具体步骤为：

2.根据权利要求1中所述的内芯和外芯，其特征在于：该方法所使用的布里渊谱是基于多芯光纤的。所设计的多芯光纤是一个七芯光纤，其基本结构为：光纤包层直径为89μm、M型内芯的的直径分别为6μm和9μm，外芯的直径为8μm。M型内芯的低折射率和高折射率区的折射率分别为1.446和1.449。外芯的折射率为1.447。每一个内芯和外芯都被直径为24μm低沟槽包围，并且芯间距为41.5μm。沟槽的折射率为1.442。

3.根据权利要求书1所述的不同温度，应变和外界折射率下的布里渊增益谱，其特征在于：在温度范围为0到60℃和应变范围为0到600μe内，获得内芯的温度和应变布里渊增益谱，并对其相应的布里渊频移进行线性拟合，以得到温度和应变灵敏度。同样地，外芯也用同样的方式获得了对应的温度和应变灵敏度。在外界折射率范围为1.415到1.44折射率单元(RIU)内，由于只有外芯受到了折射率变化的影响，所以外芯中的布里渊增益谱携带了外界折射率的信息，进而可以在外芯布里渊谱中剔除温度和应变的影响后即可得到精确的外界折射率值。因为该专利技术提供了一种实现分布式测量温度、应变和折射率的多参传感器的可能方案，所以该方法在结构健康监测、工艺材料的固化、环境传感、生物医学领域中具有潜在的应用前景。

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【技术特征摘要】

1.一种分布式测量温度、应变和折射率的多参传感器，针对多芯光纤的内芯和外芯中的布里渊增益谱，旨在实现温度，应变和折射率的分布式提取。其特征在于：通过使外芯的光场泄漏，从而直接与外界环境接触并发生相互作用，最终使得外芯的布里渊谱受到外界折射率的影响，进而可以从布里渊谱中获得折射率信息。并且，与外芯结构不同的内芯可以通过双峰布里渊谱(峰1和峰2)实现温度和应变的同时测量，而内芯不受外界折射率的影响。具体步骤为：

2.根据权利要求1中所述的内芯和外芯，其特征在于：该方法所使用的布里渊谱是基于多芯光纤的。所设计的多芯光纤是一个七芯光纤，其基本结构为：光纤包层直径为89μm、m型内芯的的直径分别为6μm和9μm，外芯的直径为8μm。m型内芯的低折射率和高折射率区的折射率分别为1.446和1.449。外芯的折射率为1.447。每一个内芯和外芯都被直...

【专利技术属性】
技术研发人员：田慧平，绳东贺，董天培，韩哲，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：

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