[发明专利]基于光纤布里渊散射的分布式流体压力和温度同时测量装置及测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种流体压力和温度同时测量装置及测量方法。

背景技术

光纤传感检测与测量技术通常是基于光纤中传播的光的某些特性随着外界物理量的改变而改变。这些物理量包括温度、压力、磁场、电场和其他机械运动，而所传播光的特性改变包括光强度、相位、偏振态以及频率等。

光纤测量和传感技术以其防爆、抗电磁干扰和易于实现分布式布置等独特优点而越来越被广泛应用。目前实际应用的光纤传感器主要包括光纤光栅传感器、布里渊传感器、拉曼传感器等。光纤光栅在单点传感领域已被广为采用，而在分布式多点检测领域，尤其是测试点较多的情况下，还是难于应付。而拉曼传感器目前只能进行温度检测，对压力和其他物理量不敏感。

光纤布里渊传感器不仅对温度敏感，而且对光纤的变形也较为敏感，能同时测量温度和应变；而且能实现光纤沿线的分布式测量，通过发射光脉冲，测量点位置可以根据光速和时间的乘积求出。相应产生了如下一系列研究和应用：电力变压器绕组内部温度和应力的监测系统(专利申请号：201020520522.1)；分布式光纤传感系统及利用其的检测方法(专利申请号：200810133324.7)；分布式光纤大变形测量传感器(专利申请号：200910032860.2)；分布式光纤应力温度传感装置及其传感方法(专利申请号：200910054966.2)；基于光纤布里渊传感的职能钢绞线及其制备与全尺度监测方法(专利申请号：200810209688.9)；隧道围岩变形分布式光纤超前监测方法(专利申请号：201010595164.5)；预制桩损伤分布式光纤检测方法和系统(专利申请号：200610086082.1)，等等。然而，关于光纤变形对布里渊频移的影响，之前这些研究基本围绕光纤长度的改变或者说是轴向应变对布里渊频移的影响，而流体压力作用下光纤的整体变形对布里渊频移的影响的研究，还未见公开。

发明内容

本发明是为了实现高压流体多点分布式压力和温度的同时测量，从而提供一种基于光纤布里渊散射的分布式流体压力和温度同时测量装置及测量方法。

基于光纤布里渊散射的分布式流体压力和温度同时测量装置，它包括布里渊光时域检测与分析模块、N个一体两腔结构、传输光纤、N个压力传感光纤和N个温度传感光纤；

每个一体两腔结构均由一个压力传感器腔体和一个温度传感器腔体组成，所述压力传感器腔体的腔体与外部空间之间设置有通孔，压力传感器腔体和温度传感器腔体上均开有过线孔；

N个压力传感光纤分别设置在N个压力传感器腔体中，N个温度传感光纤分别设置在N个温度传感器腔体中；

N个压力传感光纤和N个温度传感光纤通过传输光纤串联连接后通过传输光纤与布里渊光时域检测与分析模块的光信号输入端连接；N个压力传感器腔体的过线孔和N个温度传感器腔体上的过线孔用于穿传输光纤，并且每个过线孔处均做密封处理；N为正整数。

基于上述测量装置的基于光纤布里渊散射的分布式流体压力和温度同时测量方法，它由以下步骤实现；

步骤一、将N个一体两腔结构分布放置在高压流体中，作为N个测量点；

步骤二、布里渊光时域检测与分析模块在每个测量点上测量压力传感光纤的布里渊频移变化量Δv_BP和温度传感光纤的布里渊频移变化量Δv_BT；

步骤三、布里渊光时域检测与分析模块在每个测量点上根据步骤二测得的压力传感光纤的布里渊频移变化量Δv_BP和温度传感光纤的布里渊频移变化量Δv_BT通过公式：

ΔP=ΔvBP-ΔvBTkP]]>

计算该测量点上的压力变化量ΔP；

同时，通过公式：