[go: up one dir, main page]
More Web Proxy on the site http://driver.im/

CN115060187A - 一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法 - Google Patents

一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法 Download PDF

Info

Publication number
CN115060187A
CN115060187A CN202210990552.6A CN202210990552A CN115060187A CN 115060187 A CN115060187 A CN 115060187A CN 202210990552 A CN202210990552 A CN 202210990552A CN 115060187 A CN115060187 A CN 115060187A
Authority
CN
China
Prior art keywords
measurement
optical fiber
strain
nanoscale
measuring device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202210990552.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115060187B (zh
Inventor
李元耀
张涛
周海亮
马艺清
刘红光
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing
Original Assignee
Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing filed Critical Tianjin Institute Of Metrological Supervision And Testing
Priority to CN202210990552.6A priority Critical patent/CN115060187B/zh
Publication of CN115060187A publication Critical patent/CN115060187A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115060187B publication Critical patent/CN115060187B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/047—Accessories, e.g. for positioning, for tool-setting, for measuring probes
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B21/00—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant
    • G01B21/02—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness
    • G01B21/04—Measuring arrangements or details thereof, where the measuring technique is not covered by the other groups of this subclass, unspecified or not relevant for measuring length, width, or thickness by measuring coordinates of points
    • G01B21/042—Calibration or calibration artifacts

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

本发明涉及一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法，通过在光学隔震平台上放置固定基座和纳米级测量装置，使用第一夹具和第二夹具将被测传感光纤固定在固定基座和纳米级测量装置顶部，使用纳米级测量控制装置通过第一HD sub‑D线第二HD sub‑D线连接纳米级测量装置，控制纳米级测量装置工作并读取其参数，最终在数据处理分析单元中进行计算。本发明探究预拉伸长度与应变测量精度关系，合理选择预拉伸长度。研究了应变测量标定和精度验证方法。同时本发明实现了对光纤分布式应变传感器的传感空间分辨率、分布式应变测量范围和分布式测量长度指标的有效检测。

Description

一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法
技术领域
本发明属于光纤传感技术领域，尤其是一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法。
背景技术
分布式光纤测量和传感技术集传感与传输于一体，将单根光纤既作为传感介质，又作为光信号的传输介质，测试距离通常可达数十公里甚至上百公里，可连续测量光纤沿线的多种外部参量。分布式传感技术除了具有光纤传感器的优点外，还有大容量、高分辨率、长距离、便于构成智能型网络等独特的优越性，使之可广泛应用于民生、国防安全等多个领域中，如光纤通讯网络、航空航天、周界安全，电力线路，大型基础设施（桥梁、管道、隧道等）结构健康，分布式光纤测量与传感技术具有多参量、智能化、大容量、多通道、高灵敏度等不可替代优势。
在光纤中传输的光与光纤这一传输介质相互作用，在光纤中存在三种散射形式，即常见的瑞利散射，布里渊散射和拉曼散射。基于瑞利散射的分布式光纤传感技术中，主要可区分为基于瑞利散射的光时域反射技术和光频域反射技术，包括最为常见的基于瑞利散射的光时域反射技术，也即传统光时域反射技术(OpticalTimeDomainReflectomtry，OTDR)，还包括基于瑞利散射的相干（或相位敏感型）光时域反射技术(Coherent-OpticalTimeDomainReflectomtry，C-OTDR或PhasesensitiveOpticalTimeDomainReflectomtry，φ-OTDR)，基于瑞利散射的偏振光频域反射技术(Polarization-OpticalTimeDomainReflectomtryP-OTDR)，和基于瑞利散射的光频域反射技术(OpticalFrequencyDomainReflectometry，OFDR)。除了瑞利散射，拉曼散射是由入射光与光纤中的光声子产生的非弹性碰撞而产生的，波长大于入射光的为斯托克斯光，波长小于入射光的为反斯托克斯光。其中拉曼散射的反斯托克斯光受光纤散射点的温度调制，根据机理可以作为基于拉曼散射的分布式光纤温度传感器（R-OTDR）。布里渊散射是光子与光纤中因自发热运动而产生的声子产生非弹性碰撞引起的，其在光纤中产生新的频率分量。该散射频移分量是由声波产生的移动光栅所产生，光栅以声速在光纤中传播，且声速与光纤中温度与应力有关，所以两个布里渊频移分量均携带光纤的局部温度和应力信息，根据此机理可以作为一种基于布里渊散射的分布式应力或温度传感器如B-OTDR或B-OTDA。分布式光纤应变传感比较其他应变传感器其有一些独到的关键指标，例如传感空间分辨率、分布式应变测量范围、分布式测量长度等，目前缺乏有效的检测手段。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法，能够实现对光纤分布式应变传感器的传感空间分辨率、分布式应变测量范围和分布式测量长度指标的有效检测。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
一种分布式光纤应变传感性能检测系统，包括固定基座、纳米级测量装置、光学隔震平台、第一夹具、第二夹具、第一HDsub-D线、第二HDsub-D线、纳米级测量控制装置和数据处理分析单元，所述光学隔震平台上方设置固定基座，同时纳米级测量装置放置在光学隔震平台上方，固定基座和纳米级测量装置同轴间隔设置，间隔区域作为测量敏感区域；固定基座顶部设置第一夹具，用于固定被测传感光纤的一端；纳米级测量装置顶部设置第二夹具，用于固定被测传感光纤的另一端并且控制施加在被测传感光纤上的应变；纳米级测量装置通过第一HDsub-D线和第二HDsub-D线连接纳米级测量控制装置，用于传输纳米级测量装置中电机与位移传感器的信息并且接收纳米级测量控制装置的指令进行闭环反馈控制；纳米级测量控制装置通过USB或RS-232连接数据处理分析单元，数据处理分析单元用于对数据进行读取与控制。
一种分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，包括最大应变值测量方法、最小应变值测量方法、测量长度测试方法、第一空间分辨率测试方法和第二空间分辨率测试方法。
而且，所述最大应变值测量包括以下步骤：
步骤1.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中的传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤1.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量控制装置上；
步骤1.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量控制装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具和第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤1.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤测量敏感区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤1.5、通过纳米级测量装置设置最大应变量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值进行对比，得到待检仪器的最大应变值。
而且，所述最小应变值测量包括以下步骤：
步骤2.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤2.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上；
步骤2.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤2.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤测量敏感区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤2.5、通过纳米级测量装置设置最小应变量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值进行对比，得到待检仪器的最小应变值。
而且，所述测量长度测试包括以下步骤：
步骤3.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤3.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上；
步骤3.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤3.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤3.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；
步骤3.6、从测量参考基准初始位置开始选取的传感光纤最长测试距离的5%，25%，50%，75%，重复步骤3.4、步骤3.5和步骤3.6得到传感光纤上不同位置的测试性能。
而且，所述第一空间分辨率测试包括以下步骤：
步骤4.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤4.2、从测量参考基准初始位置开始，选取长度为要求空间分辨率z倍数的传感光纤作为测量敏感区域H，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上；
步骤4.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤4.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤4.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；观测分布式测量系统分布式应变曲线在随距离变化的应变曲线上应变变化点位，与最初设定几倍于空间分辨率长度一致。
而且，所述第二空间分辨率测试包括以下步骤：
步骤5.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤5.2、从测量参考基准初始位置开始，选取长度L为要求空间分辨率z要求1倍长度的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上，松弛光纤长度为x，然后U型折返，固定于基座，并利用第二夹具或胶粘将传感光纤与固定基座和纳米级测量装置紧固好；
步骤5.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤5.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤5.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；观测分布式测量系统分布式应变曲线在随距离变化的应变曲线上分辨出两点应变变化。
本发明的优点和积极效果是：
本发明在光学隔震平台上放置固定基座和纳米级测量装置，并通过第一夹具和第二夹具将被测传感光纤固定在固定基座和纳米级测量装置顶部，使用纳米级测量控制装置通过第一HDsub-D线第二HDsub-D线连接纳米级测量装置，控制纳米级测量装置工作并读取其参数，最终在数据处理分析单元中进行计算。本发明探究预拉伸长度与应变测量精度关系，合理选择预拉伸长度。研究了应变测量标定和精度验证方法。同时本发明实现了对光纤分布式应变传感器的传感空间分辨率、分布式应变测量范围和分布式测量长度指标的有效检测。
附图说明
图1为本发明系统连接示意图；
图2为本发明分布式光纤应变测量第二空间分辨率测试连接示意图；
图3为本发明相邻两个测试区域在5到25应变下200m位置的光频分布测量示意图；
图4为本发明不测量的光频域移动对应应变变化的函数示意图；
图5为本发明的测量长度测试方法流程图；
图6为本发明的最大应变测试方法流程图；
图7为本发明的最小应变测试方法流程图；
图8为本发明的第一空间分辨率测试方法流程图；
图9为本发明的第二空间分辨率测试方法流程图。
1-固定基座、2-纳米级测量装置、3-被测传感光纤、4-光学隔震平台、5-第一夹具、6-第二夹具、7-第一HDsub-D线、8-第二HDsub-D线、9-纳米级测量控制装置、10-数据处理分析单元。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步详述。
一种分布式光纤应变传感性能检测系统，如图1所示，包括固定基座、纳米级测量装置、光学隔震平台、第一夹具、第二夹具、第一HDsub-D线、第二HDsub-D线、纳米级测量控制装置和数据处理分析单元，所述光学隔震平台上方设置固定基座，同时纳米级测量装置放置在光学隔震平台上方，固定基座和纳米级测量装置同轴间隔设置，间隔区域作为测量敏感区域；固定基座顶部设置第一夹具，用于固定被测传感光纤的一端；纳米级测量装置顶部设置第二夹具，用于固定被测传感光纤的另一端并且控制施加在被测传感光纤上的应变；纳米级测量装置通过第一HDsub-D线和第二HDsub-D线连接纳米级测量控制装置，用于传输纳米级测量装置中电机与位移传感器的信息并且接收纳米级测量控制装置的指令进行闭环反馈控制；纳米级测量控制装置通过USB或RS-232连接数据处理分析单元，数据处理分析单元用于对数据进行读取与控制。
一种分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，包括最大应变值测量方法、最小应变值测量方法、测量长度测试方法、第一空间分辨率测试方法和第二空间分辨率测试方法。
如图6所示，最大应变值测量包括以下步骤：
步骤1.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中的传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置。
步骤1.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量控制装置上。
步骤1.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量控制装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具和第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中，而不是在后续应变标定测量中。
步骤1.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤测量敏感区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上。其预应变值在100
Figure DEST_PATH_IMAGE001
，这种预应变拉伸可以减少光纤重力对于微小应变测量的影响。
步骤1.5、通过纳米级测量装置设置最大应变量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比，得到被测器件的最大应变值。
如图7所示，最小应变值测量包括以下步骤：
步骤2.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置。
步骤2.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上。
步骤2.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中，而不是在后续应变标定测量中。
步骤2.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤测量敏感区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上。其预应变值在100
Figure 428204DEST_PATH_IMAGE001
，这种预应变拉伸可以减少光纤重力对于微小应变测量的影响。
步骤2.5、通过纳米级测量装置设置最小应变量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比，得到被测器件的最小应变值。
如图5所示，测量长度测试包括以下步骤：
步骤3.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置。
步骤3.2、从测量参考基准初始位置开始，初始位置选取为测试最长长度，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上。
步骤3.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中，而不是在后续应变标定测量中。
步骤3.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上。其预应变值在100
Figure 56327DEST_PATH_IMAGE001
，这种预应变拉伸可以减少光纤重力对于微小应变测量的影响。
步骤3.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比。
步骤3.6、从测量参考基准初始位置开始选取的传感光纤最长测试距离的5%，25%，50%，75%，重复步骤3.4、步骤3.5和步骤3.6得到传感光纤上不同位置的测试性能。
如图8所示，第一空间分辨率测试包括以下步骤：
步骤4.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置。
步骤4.2、从测量参考基准初始位置开始，选取长度为要求空间分辨率z倍数的传感光纤作为测量敏感区域H，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上。
步骤4.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中，而不是在后续应变标定测量中。
步骤4.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上。其预应变值在100
Figure 773748DEST_PATH_IMAGE001
，这种预应变拉伸可以减少光纤重力对于微小应变测量的影响。
步骤4.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；观测分布式测量系统分布式应变曲线在随距离变化的应变曲线上应变变化点位，与最初设定几倍于空间分辨率长度一致。
如图9所示，第二空间分辨率测试包括以下步骤：
步骤5.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置。
步骤5.2、从测量参考基准初始位置开始，选取长度L为要求空间分辨率z要求1倍长度的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上，松弛光纤长度为x，U型折返，固定于基座，并利用第二夹具或胶粘将传感光纤与固定基座和纳米级测量装置紧固好。
步骤5.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中，而不是在后续应变标定测量中。
步骤5.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上。
步骤5.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；观测分布式测量系统分布式应变曲线在随距离变化的应变曲线上分辨出两点应变变化。
根据上述一种分布式光纤应变传感性能检测系统及方法对一种光频域反射（OFDR）分布式光纤应变传感性能检测进行可行性验证：
本实施例采用传感光纤为连续光栅光纤，所述长距离光纤光栅为长度为200m，由20000段组成，每段长10mm，其中光栅长度为9mm，中心波长1550nm。该OFDR分布式光纤应变传感仪器在测量参数确定的情况下的空间分辨率为20cm，最小测量应变大小为5
Figure 841061DEST_PATH_IMAGE001
，最大测量应变大小为25
Figure 124275DEST_PATH_IMAGE001
，系统理论上光频域移动和测量应变之间具有很好的线性关系。
如图2所示，将传感光纤末端的100cm，通过夹具一端固定在固定基座，距离40cm处另一端粘在纳米级测量装置上，隔20cm，再将剩余的40cm光纤固定在拉伸位移台上。对拉伸位移台施加一个以15
Figure 884420DEST_PATH_IMAGE001
为基准，峰峰值为27.5
Figure 885874DEST_PATH_IMAGE001
的正弦应变。在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环。通过拉伸循环保证传感光纤在固定夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中，而不是在后续应变标定测量中。微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有一定的预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上。其预应变值在100
Figure 756878DEST_PATH_IMAGE001
，这种预应变拉伸可以减少光纤重力对于微小应变测量的影响。
在纳米级测量装置施加过预应力之后，再施加5
Figure 363440DEST_PATH_IMAGE001
到25
Figure 825646DEST_PATH_IMAGE001
，间隔增加5
Figure 517658DEST_PATH_IMAGE001
，并进行多次测量，得到的应变测量结果如图3所示。根据图3可以看到，最大的应变测量值25
Figure 989091DEST_PATH_IMAGE001
和最小测量应变5
Figure 450159DEST_PATH_IMAGE001
被成功验证识别出来。在两处应变位置有四个传感点，两处应变间隔位置有两个传感点，分别对应了两处40cm应变拉伸区和20cm拉伸间隔。空间分辨率10cm得到了验证。由于对传感光纤两处不同位置进行应变测试，并且传感性能优良，所以长度测试也顺利完成。
为了验证系统测量的线性关系，首先对系统进行了标定。其关系如图4所示：从中可以看到，经过拟合，系统的线性程度很高，R值达到0.9918，而光频域移动与应力之间也有着固定系数关系。
综上所述，本发明提供了一种分布式光纤应变传感性能检测方法，包括最大应变值测量、最小应变值测量、测量长度测试和空间分辨率测试。并且利用实例成功的验证了的方法和系统的可行性。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明包括并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种分布式光纤应变传感性能检测系统，其特征在于：包括固定基座、纳米级测量装置、光学隔震平台、第一夹具、第二夹具、第一HDsub-D线、第二HDsub-D线、纳米级测量控制装置和数据处理分析单元，所述光学隔震平台上方设置固定基座，同时纳米级测量装置放置在光学隔震平台上方，固定基座和纳米级测量装置同轴间隔设置，间隔区域作为测量敏感区域；固定基座顶部设置第一夹具，用于固定被测传感光纤的一端；纳米级测量装置顶部设置第二夹具，用于固定被测传感光纤的另一端并且控制施加在被测传感光纤上的应变；纳米级测量装置通过第一HDsub-D线和第二HDsub-D线连接纳米级测量控制装置，用于传输纳米级测量装置中电机与位移传感器的信息并且接收纳米级测量控制装置的指令进行闭环反馈控制；纳米级测量控制装置通过USB或RS-232连接数据处理分析单元，数据处理分析单元用于对数据进行读取与控制。
2.一种如权利要求1所述的分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，其特征在于：包括最大应变值测量方法、最小应变值测量方法、测量长度测试方法、第一空间分辨率测试方法和第二空间分辨率测试方法。
3.根据权利要求2所述的一种分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，其特征在于：所述最大应变值测量包括以下步骤：
步骤1.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中的传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤1.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量控制装置上；
步骤1.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量控制装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具和第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤1.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤测量敏感区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤1.5、通过纳米级测量装置设置最大应变量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值进行对比，得到待检仪器的最大应变值。
4.根据权利要求2所述的一种分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，其特征在于：所述最小应变值测量包括以下步骤：
步骤2.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤2.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上；
步骤2.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤2.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤测量敏感区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤2.5、通过纳米级测量装置设置最小应变量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值进行对比，得到待检仪器的最小应变值。
5.根据权利要求2所述的一种分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，其特征在于：所述测量长度测试包括以下步骤：
步骤3.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤3.2、从测量参考基准初始位置开始，选取一定长度L的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上；
步骤3.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤3.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤3.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；
步骤3.6、从测量参考基准初始位置开始选取的传感光纤最长测试距离的5%，25%，50%，75%，重复步骤3.4、步骤3.5和步骤3.6得到传感光纤上不同位置的测试性能。
6.根据权利要求2所述的一种分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，其特征在于：所述第一空间分辨率测试包括以下步骤：
步骤4.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤4.2、从测量参考基准初始位置开始，选取长度为要求空间分辨率z倍数的传感光纤作为测量敏感区域H，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上；
步骤4.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤4.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤4.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；观测分布式测量系统分布式应变曲线在随距离变化的应变曲线上应变变化点位，与最初设定几倍于空间分辨率长度一致。
7.根据权利要求2所述的一种分布式光纤应变传感性能检测系统的检测方法，其特征在于：所述第二空间分辨率测试包括以下步骤：
步骤5.1、根据分布式参量测量原理，将分布式测量系统中传感光纤通过第一夹具或胶粘固定在固定基座，作为测量参考基准初始位置；
步骤5.2、从测量参考基准初始位置开始，选取长度L为要求空间分辨率z要求1倍长度的传感光纤作为测量敏感区域，并将选定长度传感光纤的另一端通过第二夹具或胶粘固定于纳米级测量装置上，松弛光纤长度为x，然后U型折返，固定于基座，并利用第二夹具或胶粘将传感光纤与固定基座和纳米级测量装置紧固好；
步骤5.3、根据最大应变测量要求，得到纳米级测量装置最大拉伸量L max ，在纳米级测量控制装置设定最大拉伸量的120%，对纳米级测量装置进行5次拉伸循环；通过拉伸循环保证传感光纤在第一夹具或第二夹具中滑脱位置出现在拉伸循环中；
步骤5.4、微调纳米级测量装置固定安装位置，保证选取的传感光纤最长测试距离的区域具有预应变，处于张进状态，同时保证测量参考基准初始位置夹持区、传感光纤测量敏感区域和纳米级测量装置夹持区在同一个平面内的相同基准线上；
步骤5.5、通过纳米级测量装置设置多组拉伸量，进行多次重复测量，将纳米级测量装置的数据转换为应变值，与分布式测量系统测量的瑞利散射光谱频移数据和应变标定系数得到应变值；对多次重复测量中两组应变值对比；观测分布式测量系统分布式应变曲线在随距离变化的应变曲线上分辨出两点应变变化。
CN202210990552.6A 2022-08-18 2022-08-18 一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法 Active CN115060187B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210990552.6A CN115060187B (zh) 2022-08-18 2022-08-18 一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202210990552.6A CN115060187B (zh) 2022-08-18 2022-08-18 一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115060187A true CN115060187A (zh) 2022-09-16
CN115060187B CN115060187B (zh) 2022-12-02

Family

ID=83207959

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202210990552.6A Active CN115060187B (zh) 2022-08-18 2022-08-18 一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115060187B (zh)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117288112A (zh) * 2023-08-23 2023-12-26 大连理工大学 一种分布式光纤和光纤光栅应变系数标定装置及方法

Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002243523A (ja) * 2001-02-15 2002-08-28 Ntt Advanced Technology Corp 液面高さ計測方法および液面計
JP2008286697A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
WO2010061718A1 (ja) * 2008-11-27 2010-06-03 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバセンサ
CA2708843A1 (en) * 2009-07-01 2011-01-01 Baker Hughes Incorporated System to measure vibrations using fiber optic sensors
CN103344192A (zh) * 2013-06-27 2013-10-09 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种长距离大范围光纤应变产生装置及产生方法
WO2014083989A1 (ja) * 2012-11-30 2014-06-05 ニューブレクス株式会社 ３次元位置計測装置
CN103954308A (zh) * 2014-05-09 2014-07-30 南京发艾博光电科技有限公司 光纤扰动探测方法及装置
CN105466349A (zh) * 2016-01-18 2016-04-06 天津大学 一种光频域反射中用薄包层光纤提高应变测量灵敏度方法
CN106320390A (zh) * 2016-07-28 2017-01-11 河海大学 一种垂直护岸板桩桩身变形分布式监测方法
CN106906824A (zh) * 2015-12-22 2017-06-30 中国水利水电科学研究院 分布式光纤预应力智能监测锚索
CN107941163A (zh) * 2017-12-22 2018-04-20 中国地质大学（武汉） 一种全分布式光纤应变系数标定装置及方法
CN109115118A (zh) * 2018-07-25 2019-01-01 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种基于分布式光纤传感的变压器绕组检测系统
CN111272209A (zh) * 2020-03-12 2020-06-12 中国地质大学（武汉） 一种分布式传感光纤应变系数标定装置及方法
CN111337062A (zh) * 2020-04-08 2020-06-26 中铁二院工程集团有限责任公司 基于分布式光纤的渗水盲沟破损检测系统及施工、检测方法
CN111895918A (zh) * 2020-08-28 2020-11-06 哈尔滨工业大学 一种多点串联式分布式光纤位移传感器及其测量系统
CN112066904A (zh) * 2020-09-30 2020-12-11 中国电力科学研究院有限公司 一种分布式光纤应变传感标定系统及方法
CN112066903A (zh) * 2020-09-30 2020-12-11 中国电力科学研究院有限公司 一种光纤传感器的应变标定装置及方法
CN214502499U (zh) * 2021-05-30 2021-10-26 大连博瑞鑫科技有限公司 一种温度应变一体化测试的分布式光纤传感器

Patent Citations (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002243523A (ja) * 2001-02-15 2002-08-28 Ntt Advanced Technology Corp 液面高さ計測方法および液面計
JP2008286697A (ja) * 2007-05-18 2008-11-27 Neubrex Co Ltd 分布型光ファイバセンサ
WO2010061718A1 (ja) * 2008-11-27 2010-06-03 ニューブレクス株式会社 分布型光ファイバセンサ
CA2708843A1 (en) * 2009-07-01 2011-01-01 Baker Hughes Incorporated System to measure vibrations using fiber optic sensors
WO2014083989A1 (ja) * 2012-11-30 2014-06-05 ニューブレクス株式会社 ３次元位置計測装置
CN103344192A (zh) * 2013-06-27 2013-10-09 中国电子科技集团公司第四十一研究所 一种长距离大范围光纤应变产生装置及产生方法
CN103954308A (zh) * 2014-05-09 2014-07-30 南京发艾博光电科技有限公司 光纤扰动探测方法及装置
CN106906824A (zh) * 2015-12-22 2017-06-30 中国水利水电科学研究院 分布式光纤预应力智能监测锚索
CN105466349A (zh) * 2016-01-18 2016-04-06 天津大学 一种光频域反射中用薄包层光纤提高应变测量灵敏度方法
CN106320390A (zh) * 2016-07-28 2017-01-11 河海大学 一种垂直护岸板桩桩身变形分布式监测方法
CN107941163A (zh) * 2017-12-22 2018-04-20 中国地质大学（武汉） 一种全分布式光纤应变系数标定装置及方法
CN109115118A (zh) * 2018-07-25 2019-01-01 国网河北省电力有限公司电力科学研究院 一种基于分布式光纤传感的变压器绕组检测系统
CN111272209A (zh) * 2020-03-12 2020-06-12 中国地质大学（武汉） 一种分布式传感光纤应变系数标定装置及方法
CN111337062A (zh) * 2020-04-08 2020-06-26 中铁二院工程集团有限责任公司 基于分布式光纤的渗水盲沟破损检测系统及施工、检测方法
CN111895918A (zh) * 2020-08-28 2020-11-06 哈尔滨工业大学 一种多点串联式分布式光纤位移传感器及其测量系统
CN112066904A (zh) * 2020-09-30 2020-12-11 中国电力科学研究院有限公司 一种分布式光纤应变传感标定系统及方法
CN112066903A (zh) * 2020-09-30 2020-12-11 中国电力科学研究院有限公司 一种光纤传感器的应变标定装置及方法
CN214502499U (zh) * 2021-05-30 2021-10-26 大连博瑞鑫科技有限公司 一种温度应变一体化测试的分布式光纤传感器

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
慕成斌: "《通信光纤光缆材料及产业发展》", 30 June 2015 *
王泽民: "基于熔融拉锥技术的新型光纤传感器制备及其传感特性研究", 《中国优秀硕士学位论文全文数据库信息科技辑》 *
申万梅: "基于多模与熊猫光纤耦合的温度与应变特性研究", 《压电与声光》 *
苏维伟: "基于区间段测量的分布式铠装光纤应变系数标定", 《人民长江》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN117288112A (zh) * 2023-08-23 2023-12-26 大连理工大学 一种分布式光纤和光纤光栅应变系数标定装置及方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN115060187B (zh) 2022-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101278177B (zh) 传感器及使用该传感器的干扰测定方法
CN101339093B (zh) 光纤陀螺用光纤环质量的测量方法及其装置
CN100552520C (zh) 一种复用与解调长周期光纤光栅阵列的方法及设备
CN204718708U (zh) 一种基于球形和细芯光纤的温度和应变同时测量的传感器
CN115060187B (zh) 一种分布式光纤应变传感性能检测系统与方法
CN114111909A (zh) 一种基于衍射光栅的光纤布拉格光栅温度、应力双参数一体式传感及解调系统
CN112066904A (zh) 一种分布式光纤应变传感标定系统及方法
CN107356275A (zh) 一种光频域反射光纤分布式传感中提高光谱分辨率的方法
CN105004459A (zh) 高灵敏度分布式的横向压力传感器及利用该传感器测量横向压力的方法
CN109211325B (zh) 一种分布式传感光纤(缆)的应变和温度同步标定装置及方法
CN111735714A (zh) 一种基于光纤的高温全应力-应变曲线测试方法及装置
Vallan et al. Static characterization of curvature sensors based on plastic optical fibers
CN107782696A (zh) 利用拉锥光纤测量分布式液体折射率的传感系统及方法
da Silva et al. Dynamic analysis and temperature measurements of concrete cantilever beam using fibre Bragg gratings
CN112082494B (zh) 光纤应变及温度分布复合测试botdr及其工作方法
Liu et al. A temperature-insensitive multipoint displacement sensing system based on fiber macro-bending loss
CN100350220C (zh) 基于长周期光纤光栅对传感器的双参量测量方法
CN200972732Y (zh) 光纤和光纤光栅实验仪
Cui et al. Measurement of aircraft wing deformation using fiber Bragg gratings
JP4607923B2 (ja) ファイバブラッググレーティング素子反射光波長計測処理装置及び処理方法
CN114279594A (zh) 一种分布式光纤传感器高温动态标定系统及方法
Dong et al. Highly sensitive strain and vibration sensors based on the microfiber sagnac interferometer
CN104777132A (zh) 基于薄包层长周期光纤光栅偏振特性的环境折射率测量方法
CN116929455A (zh) 一种混合线缆参数检测装置
JP4080763B2 (ja) ファイバブラッググレーティング素子反射光波長計測処理装置

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant