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基于光频域反射技术的表面粘贴分布式光纤传感器应变传递特性分析与试验
摘要
表面粘贴分布式光纤传感器（StickerDTS）是一种新型的光纤传感器，它采用光频域反射技术，能够实现高分辨率的高灵敏度应变测量。本文基于StickerDTS分布式光纤传感器，分析了其应变传递特性，使用实验验证了分布式光纤传感器的准确性和可靠性。结果表明，该传感器具有高精度和全局性质，能够在很大范围内进行应变测量，可以广泛应用于工程中的结构监测和应变测量。
关键词：分布式光纤传感器；表面粘贴；光频域反射技术；应变传递特性；试验分析
Abstract
StickerDTSisanovelfiberopticsensorthatadoptstheopticalfrequencydomainreflectometrytechnology.Itcanachievehigh-resolutionandhigh-sensitivitystrainmeasurement.BasedonStickerDTS,thispaperanalyzesitsstraintransfercharacteristicsandverifiestheaccuracyandreliabilityofthedistributedfiberopticsensorthroughexperiments.Theresultsshowthatthesensorhashighprecisionandglobalfeaturesandcanbewidelyusedinstructuralmonitoringandstrainmeasurementinengineering.
Keywords:distributedfiberopticsensor;surfacepasting;opticalfrequencydomainreflectometry;straintransfercharacteristics;experimentalanalysis
1.引言
传感技术是现代工程应用中不可或缺的一部分，应用于结构监测、健康监测等各种工程领域。随着科技的发展，光纤传感技术得到了各界的广泛关注。与传统的电信传感技术相比，光纤传感具有很多优势，例如高灵敏度、高分辨率、快速响应以及抗电磁干扰等等优点。分布式光纤传感器是一种新型的光纤传感技术，它使用单根光纤作为传感器，能够实现很大范围内的温度和应变测量。因此，分布式光纤传感器可以应用于多种结构监测领域，如桥梁、隧道、管道、铁路等。
本文主要介绍表面粘贴分布式光纤传感器(StickerDTS)，它是一种将分布式光纤传感器贴附在被测物体表面的测量技术，使用光频域反射技术，能够实现高分辨率和高灵敏度的应变测量。同样，本文还将阐述该传感器的应变传递特性和实验验证。
2.表面粘贴分布式光纤传感器
2.1表面粘贴分布式光纤传感器的工作原理
表面粘贴分布式光纤传感器(StickerDTS)是一种全局性的、基于分布式光纤传感原理的应变测量技术。该传感器将光纤通过一定的粘贴方式固定在结构表面，并通过光频域反射技术实现测量。
光纤传感器的核心部件是一条长光纤，可以通过激光光源以及探测器加以监测。当光通过光纤时，会在光纤和外界环境的交界面上发生反射，形成回波信号。这个回波信号可以通过探测器采集到并解析出其波长和强度。回波信号与激光光源发出的信号的差距可以暗示出光经过的路径，从而反映出光纤的变形和应变信息。
2.2表面粘贴分布式光纤传感器的应用
表面粘贴分布式光纤传感器的应用非常广泛，包括但不限于以下方面：
（1）结构监测。表面粘贴分布式光纤传感器可用于建筑物、桥梁、隧道等结构的安全监测，例如震动、热应变等。
（2）地质勘探。表面粘贴分布式光纤传感器可用于地球物理探测和勘探，如测量油井中的温度、应力等。
（3）医学检测。表面粘贴分布式光纤传感器可用于诊断和治疗，如内窥镜、药物释放等。
3.应变传递特性分析
在DTS方案中，存在着传统传感器无法避免的一些应变传递误差。对应变传递误差进行分析，有助于提高分布式光纤传感器的测量精度和可靠性。
3.1表面粘贴分布式光纤传感器的传递误差来源
在表面粘贴分布式光纤传感器的应变测量中，应变信号是由外界作用，通过被测物体直接传递到光纤上的。根据应变传递机理，应变信号是通过牵引力和切割力两种力的作用传递到光纤上的。因此，导致应变传递误差的主要来源包括：
（1）误差来源于外部应变传递到结构内部，再由结构环境传递到光纤上。
（2）误差来源于接触失误和表面不规则，导致粘贴应变传递过程中的物理效应失真。
（3）误差来源于光纤本身的非线性和装配方式，光纤传递过程中有可能出现波长漂移等现象。
3.2应变传递误差的修正方法
为了得到准确的应变信息，需要考虑应变传递误差的修正