[实用新型]分布式光纤布里渊应变和温度传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及分布式光纤布里渊应变和温度传感器，属于分布式光纤传感器技术领域。

背景技术

光纤本身不带电，抗电磁、耐辐射、耐高电压、不产生电火花并且绝缘性能良好等特点，使得光纤传感系统将成为传感器系统的主流，并逐步替代传统的传感器系统。光纤上的物理量诸如：压力、温度、湿度、电场、磁场等发生变化时，会引起光纤的物理特性发生变化，从而使光纤中传导的光波产生各种光学效应，如：散射、偏振、强度改变等等。通过检测光纤中光波的变化，实现对温度、压力、形变、水位等物理量的检测。近年光电子器件的迅猛发展，特别是半导体激光器、波分复用和光耦合技术、光电信号的探测与处理等等技术的发展，使光纤用来做分布式传感器系统成为了现实。

结构状态监测能找出结构早期问题迹象，预防损害，修复损害。它也可以指导使用新的建材，能满足长期维修结构的需要。目前，用于结构状态监测的传感器只提供局部影响结构的应力信息。其本地化的性质提供了不完整的建筑健康信息。它们无法找到早期的缺陷，如裂缝或屈曲，这需要厘米级空间分辨率。我们需要检测、评估整体结构的破坏程度。这样的传感器必须在超过几十米至十几公里内，提供分布式温度和应变测量。

分布式光纤布里渊应变和温度传感器在很长的距离内测量应变和温度信息，是一个优秀的大型结构健康监测工具，适用于如管道、配电线路、大坝、安全系统、国防设备、桥梁和火灾探测等。这种传感器依靠庞大的分布规模和在光通信方面提供高分辨率远程监控。没有任何其他技术能和它的成本相比。

还有一种常见的适用于本地化测量的光纤传感技术：光纤光栅传感器。然而，对于结构状态监测，当潜在的损坏或泄漏位置未知时，很难预先确定光纤光栅传感器或应变计放置的地点。当特定区域已知时，光纤光栅传感器可作为一个本地化的传感器。

现有的分布式光纤布里渊应变和温度传感器的测量方法是利用受激布里渊散射现象。现有的传感器需要两个相反方向的激光器通过同一个光纤环。一个为连续激光器，另一个为脉冲激光器。入射光纤的激光与光纤中声波的非线性相互作用，光波通过电致伸缩产生声波，引起光纤折射率的周期性调制(折射率光栅)，产生频率下移的布里渊散射光，在光纤中产生的背向布里渊散射的频移V_B为：

V_B＝2nv/λ(1)

其中n为入射光波长λ处得折射率，v为光纤中声速。

在光纤中的布里渊散射光频移具有应变和温度效应V_B具有应变和温度效应

布里渊散射光的频移

δν_B＝C_vε+C_vTδT             (3)

其中频移的应变系数C_v6和温度系数C_vT为

C_vε＝0.0482±0.004MHz/με，C_vT＝1.10±0.02MHz/K

光纤中布里渊散射的强度比依赖光纤的应变和温度

100δIBIB=CPϵδϵ+CPTδT---(4)]]>

其中强度比的应变系数C_Pε和温度系数C_PT为

C_Pε＝-(7.7±1.4)×10⁴％C_PT＝0.36±0.06％/K

由(3)、(4)式，只要测量出光纤上各段频移和强度比可解调出此段光纤的应变δε和温度差δT。