一种分布式温度与应变同时测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103674084103674084A(43)申请公布日2014.03.26(21)申请号201310685896.7(22)申请日2013.12.16(71)申请人华北电力大学（保定）地址071003河北省保定市永华北大街619号(72)发明人杨志李永倩尚秋峰赵丽娟(74)专利代理机构石家庄冀科专利商标事务所有限公司13108代理人李羡民高锡明(51)Int.Cl.G01D5/353(2006.01)G01K11/32(2006.01)G01B11/16(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书8页说明书8页附图3页附图3页(54)发明名称一种分布式温度与应变同时测量方法(57)摘要一种分布式温度与应变同时测量方法，它以共用同一套光路系统和电路系统的布里渊光时域反射计和相干光时域反射计为传感测量系统，所述传感测量系统轮流工作于BOTDR模式和COTDR模式，测量出沿单根单模传感光纤分布的布里渊散射谱和瑞利散射谱，并检测出布里渊散射谱的频移和瑞利散射谱的频移，然后根据两种散射谱频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立关于温度和应变的二元一次方程组，通过求解方程组获得传感光纤每一位置处的温度和应变，进而获得沿整条传感光纤分布的温度和应变。本发明大大降低了系统的复杂性和制造成本，而且对光纤布里渊频移系数没有特别要求，扩大了测量系统的适用范围。CN103674084ACN1036748ACN103674084A权利要求书1/2页1.一种分布式温度与应变同时测量方法，其特征是，所述方法以共用同一套光路系统和电路系统的布里渊光时域反射计（BOTDR）和相干光时域反射计（COTDR）为传感测量系统，所述传感测量系统轮流工作于BOTDR模式和COTDR模式，测量出沿单根单模传感光纤分布的布里渊散射谱和瑞利散射谱，并检测出布里渊散射谱的频移和瑞利散射谱的频移，然后根据两种散射谱频移与温度和应变呈线性关系的特性，建立关于温度和应变的二元一次方程组，通过求解方程组获得传感光纤每一位置处的温度和应变，进而获得沿整条传感光纤分布的温度和应变。2.根据权利要求1所述的一种分布式温度与应变同时测量方法，其特征是，所述传感测量系统包括窄线宽可调谐激光器（1）、两个光纤耦合器、光移频器（3）、光开关（4）、光脉冲调制器（6）、两个扰偏器、光放大器（8）、光纤环行器（9）、恒温参考光纤（10）、传感光纤（11）、X形光纤耦合器（13）、平衡光电检测器（14）、微波带通滤波器（15）、微波放大器（16）、微波检波器（17）、信号处理与控制单元（18）；窄线宽可调谐激光器（1）发出的激光经第一光纤耦合器（2）分为两路：第一路经光移频器（3）进入第二光纤耦合器（5），第二路输入到光开关（4）的端口a；第二光纤耦合器（5）的输出光分为两路：第一路依次经光脉冲调制器（6）、第一扰偏器（7）、光放大器（8）输入到光纤环行器（9）的输入端d，第二路输入到光开关（4）的端口b；光开关（4）的端口c经第二扰偏器（12）连接到X形光纤耦合器（13）的一个输入端；光纤环行器（9）的端口e输出的入射光经参考光纤（10）输入到传感光纤（11），散射光从光纤环行器（9）的端口f输出到X形光纤耦合器（13）的另一输入端；X形光纤耦合器（13）的两输出端连接平衡光电检测器（14）的输入端；平衡光电检测器（14）输出的差频布里渊散射信号依次经微波带通滤波器（15）、微波放大器（16）和微波检波器（17）送入信号处理与控制单元（18），平衡光电检测器（14）输出的瑞利散射信号直接送入信号处理与控制单元（18），光移频器（3）、光脉冲调制器（6）和光开关（4）的时序控制端接信号处理与控制单元（18）。3.根据权利要求2所述的一种分布式温度与应变同时测量方法，其特征是，它包括以下步骤：a.布里渊散射谱频移的测量信号处理与控制单元（18）控制光开关（4）的a端与c端接通，使传感测量系统工作于BOTDR模式，通过光移频器（3）对窄线宽可调谐激光器（1）发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元（18）检测出沿光纤分布的布里渊散射谱，通过对布里渊散射谱进行洛仑兹拟合，得到布里渊散射谱中心频率，进而求得布里渊散射谱频移，其中，为预先测定的光纤在0℃和零应变状态下的布里渊散射谱中心频率；b.瑞利散射谱频移的测量信号处理与控制单元（18）控制光开关（4）的b端与c端接通，使测量系统工作于COTDR模式，通过光移频器（3）对窄线宽可调谐激光器（1）发出的激光进行上频率偏移扫频，信号处理与控制单元（18）测量出实测瑞利散射谱，并与基准瑞利散射谱作互相关运算，由互相关峰值位置计算出实测瑞利散射谱相对基准瑞