布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置的製作方法

2023-04-27 09:30:26 2

專利名稱：布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，主要適用於對土木、化工、石油、安防等工程安全監測的光纖傳感儀器性能進行檢驗標定。
背景技術：
布裡淵光時域技術(B0TDA或B0TDR)的基本原理是，向光纖一端注入脈衝光並接收散射光，在光纖中自發或激發產生布裡淵散射光。經過時域分析，可以得到沿光纖各位置的布裡淵散射光頻譜。布裡淵散射光中心頻率分別與光纖局部的軸向應變及溫度變化成線性關係，即有
V B ( e , T) = V B (0, T0) + a e + (T-T0)其中v B ( e，T)為任意時刻(產生應變與溫差時)光纖布裡淵背向散射光頻率，Vb(OjT0)為初始狀態下光纖布裡淵背向散射光頻率，e為光纖局部產生的應變，Ttl為初始溫度，(T-Ttl)為溫差，a、^分別為傳感光纖的應變係數與溫度係數。從上式中可以看出，通過對光頻率變化量的測量，可以計算光纖軸向應變或溫度的變化。布裡淵光時域技術憑藉其應變監測和連續分布測量(測量距離可達數km 數十km)的優勢，被廣泛應用到結構健康監測中，即將光纖植入建築物或結構體中，通過對大範圍應變的分布情況的分析，評判其安全狀態。空間解析度是分布式光纖傳感特有的重要參數，類似應變計或位移計的標距，當光纖上產生的應變或溫度改變的範圍大於所設定的空間解析度時，該變化量能被測量儀準確地反映出來。空間解析度越小，對局部異常的敏感程度越高；反之則可能無法探測小範圍變化，或損失測量精度。空間解析度受入射的脈衝光寬度制約，早期的BOTDR解調設備，空間解析度最高只有lm，更多的只能用於對結構整體的定性分析；目前最新的BOTDA儀器，空間解析度提高至0. Im甚至更短，因此可以對結構局部變形、裂縫等缺陷進行檢測，並在日本的地下工程案例中得到檢驗。布裡淵光時域技術較新，國際上對其各項指標的定義和標定方法，尚無行業規範和標準，尤其是對空間解析度這一重要的指標，基本上由廠家根據理論，用脈衝光寬度進行標稱，忽視了實際的驗證，導致很多用戶不理解或難以對其進行標定，直接影響到儀器選購和工程應用中的設置。另外，不同的解調儀，其最高空間解析度不同，同一儀器通常也有多級空間解析度設置可供選擇。空間解析度的原理較複雜，而且是分布式光纖傳感特有的技術參數，因此雖然空間解析度甚至會對測量精度產生影響，但仍容易被部分儀器使用者所忽視。
發明內容本實用新型要解決的技術問題是針對上述存在的問題提供一種結構簡單、體積小、攜帶方便的布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，保證不同實驗者和實驗條件下，標定成果基本無差異。[0010]本實用新型所採用的技術方案是布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，其特徵在於它包括布裡淵中心頻率不同的兩組裸光纖相互間隔串聯形成的測試光纖串，該光纖串兩端分別安裝有光纖接頭，其中一組裸光纖每段的長度均大於所標定的最長空間解析度的3 5倍，另一組裸光纖各段長度不等，最短段長度須小於或等於所標定儀器的最高空間解析度。 所述標定裝置還包括一盤線盒，所述測試光纖串固定盤繞於該盤線盒內，位於光纖串兩端的光纖接頭則伸至盤線盒外部。所述盤線盒包括盒體和頂蓋，其中盒體內部均勻布置若干組用於纏繞光纖的光纖盤繞檔杆，且盒體一側開設兩個光纖出口。本實用新型的有益效果是本實用新型採用布裡淵中心頻率不同的兩組裸光纖相互間隔的串聯形成測試光纖串，可以客觀、準確地對各廠家的BOTDR或BOTDA產品的空間解析度性能進行評測，解決了現有技術中僅通過脈衝光寬度進行標稱，而導致的儀器選購不恰當、工程應用設置不合理等問題，為本領域的用戶提供參考，即在選購儀器、驗收、工程 應用時，採用本裝置對其空間解析度進行測定，以便掌握儀器實際性能，指導後期的數據分析；進行驗證測試時不受外部實驗條件的影響，保證了標定成果的穩定性；此外，本實用新型結構簡單、體積小攜帶方便。

圖I是本實施例的結構圖。圖2是本實施例中測試光纖串的接線示意圖。圖3是本實施例中盤線盒的結構圖。圖4是本實施例中空間解析度測評方法的說明圖。圖5是實際應用中利用本實施例對某BOTDA產品設置脈衝光寬度Ins (空間解析度0. Im)的實測數據。
具體實施方式
如圖I所示，本實施例包括測試光纖串I、分別安裝於該測試光纖串兩端的FC/APC光纖接頭2，以及盤線盒3，其中測試光纖串I盤繞固定於盤線盒3內，並保證測試光纖串I自由、無強烈彎曲點，位於測試光纖串I兩端的光纖接頭2則伸至盤線盒3外部。如圖2所示，所述測試光纖串I由布裡淵中心頻率不同的兩組裸光纖(包括一組光纖A和一組光纖B，布裡淵中心頻率分別為fA和fB，本例中，光纖B包括有Li、L2、L3、L4共四段)相互間隔的串聯形成，其中光纖A每段的長度均大於所期望標定的最長空間解析度的3 5倍，以達到隔離的作用，光纖B各段長度不等，一般可取各段長度分別等於標定的各級空間解析度長度，且最短段長度須小於所標定儀器的最高空間解析度。Li ( 0. 2m情況下，建議熔接時應採用特種熔接機(一般光纖長度足夠的話，用普通熔接機即可)，並使用小尺寸((40_)的袖套管(長度一般為60_)或不進行熱縮保護。如圖3所示，所述盤線盒3包括盒體3-1和頂蓋3-2，其中盒體3_1內部均勻布置若干組用於纏繞光纖的光纖盤繞檔杆3-3，且盒體3-1 —側開設兩個光纖出口 3-4，測試光纖串I上的兩個光纖接頭2分別通過兩個光纖出口 3-4伸至盤線盒3外部。本例中盤線盒3長寬高分別為600mm、210mm和40mm，其中盒體3-1長寬高分別為600mm、210mm和30mm，其
內部沿長度方向共布置七組相互平行的光纖盤繞檔杆3-3，各組光纖盤繞檔杆3-3之間間隔82_ ;各組光纖盤繞檔杆3-3均由沿盒體3-1寬度方向布置的七個光纖盤繞檔杆3-3組成，每組光纖盤繞檔杆3-3中相鄰各光纖盤繞檔杆3-3之間的距離為27mm。測試時，將樣品光纖接入BOTDA或BOTDR儀器，根據圖4所示的測評方法的說明圖如果在Li+3段，檢測到了理論Af(為匕和4之差)的90%以上的頻率變化，則可評定該儀器的空間解析度 Li+2。圖5為採用本實施例對某BOTDA產品設置脈衝光寬度Ins (空間解析度0. Im)的實測數據。光纖A和光纖B兩種光纖的布裡淵中心頻率差值約60MHz，標稱應變差值約 1200 u e，測試光纖串I中嵌入的光纖B各段的長度分別為1.0m、0. 5m、0. 2m、0. lm，測值曲線顯示，光纖B中長度為0. Im的一段可被明顯識別，且量值與其它段基本一致，由此判定，該儀器的空間解析度可達到0. lm。
權利要求1.一種布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，其特徵在於它包括布裡淵中心頻率不同的兩組裸光纖相互間隔串聯形成的測試光纖串(1)，該光纖串兩端分別安裝有光纖接頭(2)，其中一組裸光纖每段的長度均大於所標定的最長空間解析度的3飛倍，另一組裸光纖各段長度不等，最短段長度須小於或等於所標定儀器的最高空間解析度。
2.根據權利要求I所述的布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，其特徵在於所述標定裝置還包括一盤線盒(3)，所述測試光纖串(I)固定盤繞於該盤線盒(3)內，位於光纖串兩端的光纖接頭(2)則伸至盤線盒(3)外部。
3.根據權利要求2所述的布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，其特徵在於所述盤線盒(3 )包括盒體(3-1)和頂蓋(3-2 )，其中盒體(3-1)內部均勻布置若干組用於纏繞光纖的光纖盤繞檔杆(3-3)，且盒體(3-1) —側開設兩個光纖出口(3-4)。
專利摘要本實用新型涉及一種布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置。本實用新型的目的是提供一種結構簡單、攜帶方便的布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，保證不同實驗者和實驗條件下，標定成果基本無差異。本實用新型的技術方案是布裡淵光時域解調儀的空間解析度標定裝置，其特徵在於它包括布裡淵中心頻率不同的兩組裸光纖相互間隔串聯形成的測試光纖串，該光纖串兩端分別安裝有光纖接頭，其中一組裸光纖每段的長度均大於所標定的最長空間解析度的3~5倍，另一組裸光纖各段長度不等，最短段長度須小於或等於所標定儀器的最高空間解析度。本實用新型適用於對土木、化工、石油、安防等工程安全監測的光纖傳感儀器性能進行檢驗標定。
文檔編號G01D18/00GK202547682SQ20122014660
公開日2012年11月21日 申請日期2012年3月31日 優先權日2012年3月31日
發明者崔何亮, 王玉潔, 鄭曉紅 申請人:中國水電顧問集團華東勘測設計研究院