一種已敷設(shè)光電復(fù)合纜的溫度和應(yīng)變同時測量方法技術(shù)

本發(fā)明專利技術(shù)公開了屬于測量技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種已敷設(shè)光電復(fù)合纜的溫度和應(yīng)變同時測量方法。該方法測量光電復(fù)合纜中傳感光纖樣纖的布里淵散射頻移初值、譜峰功率初值和瑞利散射功率值，計算布里淵散射譜峰功率與瑞利散射功率之比；通過標定實驗獲得傳感光纖樣纖布里淵散射頻移的溫度和應(yīng)變系數(shù)、布里淵散射相對譜峰功率的溫度和應(yīng)變系數(shù)；計算已敷設(shè)光電復(fù)合纜中傳感光纖的布里淵譜峰功率分布初值的估計值；通過布里淵散射測量系統(tǒng)實時測量已敷設(shè)光電復(fù)合纜中傳感光纖的布里淵散射頻移分布和譜峰功率分布，計算傳感光纖上的實時溫度和應(yīng)變分布；本發(fā)明專利技術(shù)在沒有明顯增加系統(tǒng)復(fù)雜性的前提下，解決了溫度和應(yīng)變同時測量的難題。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于測量
，特別涉及。
技術(shù)介紹
布里淵光時域反射技術(shù)是一種新型測量技術(shù)，它基于光纖中的自發(fā)布里淵散射信號實現(xiàn)溫度或應(yīng)變的測量，具有只需一次測量即可同時獲取沿整個光纖被測場分布信息，響應(yīng)速度快、測量精度高、定位準確、抗電磁干擾能力強、絕緣性能好、傳感距離長等獨特優(yōu)點。布里淵光時域反射技術(shù)可實現(xiàn)對光纖沿線溫度/應(yīng)變分布的實時測量，特別適合于復(fù)合有普通通信用單模光纖的光電復(fù)合纜的狀態(tài)監(jiān)測，可及時發(fā)現(xiàn)故障隱患并進行高精度、快速準確定位，從而有效地保證電纜的正常工作。目前的布里淵光時域反射技術(shù)基于光纖中自發(fā)布里淵散射的頻移信息獲得光纖沿線的溫度或應(yīng)變信息。布里淵散射頻移變化正比于光纖的溫度或應(yīng)變變化，但當光纖同時受到溫度或應(yīng)變時，布里淵光時域反射技術(shù)只通過布里淵散射頻移無法區(qū)分溫度和應(yīng)變，即存在交叉敏感問題。針對該問題，廣大科研人員進行了大量的研究。一種同時測量溫度和應(yīng)變的方法是使用兩種具有不同布里淵散射頻移-溫度/應(yīng)變系數(shù)的光纖對同一條復(fù)合纜進行測量。根據(jù)布里淵散射頻移溫度和應(yīng)變系數(shù)的不同求解二元一次方程組，同時得到溫度和應(yīng)變。此法無需測量布里淵散射譜峰功率，只通過布里淵散射頻移一個參量的測量即可。但此方法需要兩種特性差異較大的光纖作為傳感介質(zhì)，而一般光電復(fù)合纜中的光纖性質(zhì)是很接近的，因此，不適合已經(jīng)敷設(shè)好的光電復(fù)合纜使用。另一種分離溫度和應(yīng)變的方法是同時使用布里淵溫度/應(yīng)變傳感設(shè)備和拉曼溫度傳感設(shè)備。由于拉曼散射功率只對溫度敏感，因此可用拉曼設(shè)備進行溫度測量，而后補償布里淵設(shè)備的溫度應(yīng)變交叉敏感特性，單獨解出應(yīng)變。此法需要兩臺設(shè)備同時工作，增加了系統(tǒng)的復(fù)雜性和成本，降低了測量的實時性。而且拉曼設(shè)備一般需用多模光纖，而光電復(fù)合纜中一般都是普通通信用單模光纖，個別拉曼設(shè)備也能使用單模光纖，但價格昂貴、測量距離較短，難以和布里淵設(shè)備相比。綜上所述，專利技術(shù)一種只使用一套布里淵散射測量系統(tǒng)就能夠同時測量溫度和應(yīng)變，且適用于測量已敷設(shè)光電復(fù)合纜的方法十分必要。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)的目的在于，提出，用于解決利用單設(shè)備、單光纖測量光電復(fù)合纜溫度和應(yīng)變時，已敷設(shè)光電復(fù)合纜布里淵散射譜峰功率初值無法獲取，無法同時區(qū)分溫度和應(yīng)變的問題。為了實現(xiàn)上述目的，本專利技術(shù)提出的技術(shù)方案是，，其特征是所述方法包括步驟1:測量光電復(fù)合纜中傳感光纖樣纖的布里淵散射頻移初值、譜峰功率初值和瑞利散射功率值，計算布里淵散射譜峰功率與瑞利散射功率之比；取一段待測光電復(fù)合纜中復(fù)合光纖的樣品(簡稱樣纖)，將樣纖松弛地放在恒溫裝置內(nèi)，保證其處于零應(yīng)變、IVC下，用瑞利散射測量系統(tǒng)測量樣纖的瑞利散射功率，獲得一維數(shù)組，求平均后得到瑞利散射功率初值Pki ;用布里淵散射測量系統(tǒng)測量樣纖的布里淵散射頻移和譜峰功率，得到兩個一維數(shù)組，分別求平均后得到布里淵散射頻移初值Vbci和譜峰功率初值Pbci ;根據(jù)Cbk =PbciAVi計算零應(yīng)變、IVC下的布里淵散射譜峰功率與瑞利散射功率的系數(shù)比Cbe ；步驟2 :通過標定實驗獲得傳感光纖樣纖布里淵散射頻移的溫度和應(yīng)變系數(shù)、布里淵散射相對譜峰功率的溫度和應(yīng)變系數(shù)；利用恒溫裝置和應(yīng)變施加裝置對樣纖進行標定實驗，施加的溫度和應(yīng)變點在5個以上，記錄不同溫度和應(yīng)變下的布里淵散射頻移Vb和譜峰功率PB，利用線性擬合算法獲取頻移Vb和相對譜峰功率Pb/ Pbo分別與溫度T和應(yīng)變e的線性關(guān)系，得到頻移的溫度系數(shù)Cvt、頻移的應(yīng)變系數(shù)Cve、相對譜峰功率的溫度系數(shù)Cpt、相對譜峰功率的應(yīng)變系數(shù)Cpe ；步驟3 :計算已敷設(shè)光電復(fù)合纜中傳感光纖的布里淵譜峰功率分布初值的估計值；使用同一套瑞利散射測量系統(tǒng)對已敷設(shè)光電復(fù)合纜中用于傳感的光纖(簡稱傳感光纖)進行一次測量，獲得瑞利散射功率數(shù)據(jù)Pk(Z)。計算傳感光纖在零應(yīng)變、IVC下的布里淵散射譜峰功率分布估計值Pbci (Z)= CbkXPk(Z),其中z是某時刻散射光在傳感光纖上的位置，其最大值是傳感光纖長度；步驟4 :通過布里淵散射測量系統(tǒng)實時測量已敷設(shè)光電復(fù)合纜中傳感光纖的布里淵散射頻移分布和譜峰功率分布，計算傳感光纖上的實時溫度和應(yīng)變分布；使用布里淵散射測量系統(tǒng)對傳感光纖進行在線測量，可得到傳感光纖上的布里淵散射頻移分布VB (Z)和布里淵散射譜峰功率分布Pb (Z)，然后計算傳感光纖上的溫度和應(yīng)變分布 I )計算布里淵散射頻移變化量S Vb (Z) =Vb (Z) -Vbo ;2)計算布里淵譜峰功率相對變化量 SPB(Z)/ Pbo(z) = (Pb(z)-Pbo(z))/ Pbo(z)；3)計算傳感光纖上的溫度分布T(Z)和應(yīng)變分布e (Z)本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護點】
一種已敷設(shè)光電復(fù)合纜的溫度和應(yīng)變同時測量方法，其特征是所述方法包括：步驟1：測量光電復(fù)合纜中傳感光纖樣纖的布里淵散射頻移初值、譜峰功率初值和瑞利散射功率值，計算布里淵散射譜峰功率與瑞利散射功率之比；取一段待測光電復(fù)合纜中傳感光纖的樣纖，將樣纖松弛地放在恒溫裝置內(nèi)，保證其處于零應(yīng)變、T0℃下，用瑞利散射測量系統(tǒng)測量樣纖的瑞利散射功率，獲得一維數(shù)組，求平均后得到瑞利散射功率初值PR0；用布里淵散射測量系統(tǒng)測量樣纖的布里淵散射頻移和譜峰功率，得到兩個一維數(shù)組，分別求平均后得到布里淵散射頻移初值vB0和譜峰功率初值PB0；根據(jù)CBR?=PB0/PR0計算零應(yīng)變、T0℃下的布里淵散射譜峰功率與瑞利散射功率的系數(shù)比CBR；步驟2：通過標定實驗獲得傳感光纖樣纖布里淵散射頻移的溫度和應(yīng)變系數(shù)、布里淵散射相對譜峰功率的溫度和應(yīng)變系數(shù)；利用恒溫裝置和應(yīng)變施加裝置對樣纖進行標定實驗，施加的溫度和應(yīng)變點在5個以上，記錄不同溫度和應(yīng)變下的布里淵散射頻移vB和譜峰功率PB，利用線性擬合算法獲取頻移vB和相對譜峰功率PB/?PB0分別與溫度T和應(yīng)變ε的線性關(guān)系，得到頻移的溫度系數(shù)CvT、頻移的應(yīng)變系數(shù)Cvε、相對譜峰功率的溫度系數(shù)CPT、相對譜峰功率的應(yīng)變系數(shù)CPε；步驟3：計算已敷設(shè)光電復(fù)合纜中傳感光纖的布里淵譜峰功率分布初值的估計值；使用同一套瑞利散射測量系統(tǒng)對已敷設(shè)光電復(fù)合纜中用于傳感的光纖進行一次測量，獲得瑞利散射功率數(shù)據(jù)PR(z)，計算傳感光纖在零應(yīng)變、T0℃下的布里淵散射譜峰功率分布初值的估計值PB0(z)=?CBR×PR(z)，其中z是某時刻散射 光在傳感光纖上的位置，其最大值是傳感光纖長度；步驟4：通過布里淵散射測量系統(tǒng)實時測量已敷設(shè)光電復(fù)合纜中傳感光纖的布里淵散射頻移分布和譜峰功率分布，計算傳感光纖上的實時溫度和應(yīng)變分布；使用布里淵散射測量系統(tǒng)對傳感光纖進行在線測量，得到傳感光纖上的布里淵散射頻移分布vB(z)和布里淵散射譜峰功率分布PB(z)，然后計算傳感光纖上的溫度和應(yīng)變分布：1）計算布里淵散射頻移變化量δvB(z)=vB(z)?vB0；2）計算布里淵譜峰功率相對變化量δPB(z)/?PB0(z)=(PB(z)?PB0(z))/?PB0(z)；3）計算傳感光纖上的溫度分布T(z)和應(yīng)變分布ε(z)：?T(z)ϵ(z)=1|CνTCPϵ-CνϵCPT|CP-Cνϵ-CPTCνTδνB(z)δPB(z)PB0(z)+T00，其中，?|CνTCPε?CνεCPT|≠0。...

【技術(shù)特征摘要】
1.一種已敷設(shè)光電復(fù)合纜的溫度和應(yīng)變同時測量方法，其特征是所述方法包括步驟1:測量光電復(fù)合纜中傳感光纖樣纖的布里淵散射頻移初值、譜峰功率初值和瑞利散射功率值，計算布里淵散射譜峰功率與瑞利散射功率之比；取一段待測光電復(fù)合纜中傳感光纖的樣纖，將樣纖松弛地放在恒溫裝置內(nèi)，保證其處于零應(yīng)變、IVC下，用瑞利散射測量系統(tǒng)測量樣纖的瑞利散射功率，獲得一維數(shù)組，求平均后得到瑞利散射功率初值Pki ;用布里淵散射測量系統(tǒng)測量樣纖的布里淵散射頻移和譜峰功率，得到兩個一維數(shù)組，分別求平均后得到布里淵散射頻移初值Vbci和譜峰功率初值Pbci ; 根據(jù)Cbk =PbciAVi計算零應(yīng)變、IVC下的布里淵散射譜峰功率與瑞利散射功率的系數(shù)比Cbk ； 步驟2 :通過標定實驗獲得傳感光纖樣纖布里淵散射頻移的溫度和應(yīng)變系數(shù)、布里淵散射相對譜峰功率的溫度和應(yīng)變系數(shù)；利用恒溫裝置和應(yīng)變施加裝置對樣纖進行標定實驗，施加的溫度和應(yīng)變點在5個以上，記錄不同溫度和應(yīng)變下的布里淵散射頻移vB和譜峰功率PB，利用線性擬合算法獲取頻移％和相對譜峰功率匕/ Pbci分別與溫度T和應(yīng)變ε的線性關(guān)系，得到頻移的溫度系數(shù)CvT、 頻移的應(yīng)變系數(shù)Cve、相對譜峰功率的...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：呂安強，李永倩，李靜，
申請(專利權(quán))人：華北電力大學(xué)保定，
類型：發(fā)明
國別省市：