一种能精确定位的布里渊全分式光纤传感测试方法技术

本发明专利技术提供了一种能精确定位的布里渊全分式光纤传感测试方法，涉及分布式传感器或方法技术领域。它是在传感光纤上关键位置串接有光纤光栅，利用光纤光栅后向反射光与后向布里渊散射光方向相同、光功率差异大的特性，获得光纤光栅的反射事件；通过测试布里渊散射光光谱中光纤光栅的反射峰作为定位指示工具，实现对光栅位置的确定，再通过结构信息突变事件与光栅位置的相对位置精确确定结构信息突变事件的空间位置，从而实现全分布式布里渊传感测试的精确定位。本发明专利技术能够实现结构突变位置的精确定位，且原理科学、应用简便，能够在光纤传感测试领域中实际应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术提供了，涉及分布式传感器或方法
。它是在传感光纤上关键位置串接有光纤光栅，利用光纤光栅后向反射光与后向布里渊散射光方向相同、光功率差异大的特性，获得光纤光栅的反射事件；通过测试布里渊散射光光谱中光纤光栅的反射峰作为定位指示工具，实现对光栅位置的确定，再通过结构信息突变事件与光栅位置的相对位置精确确定结构信息突变事件的空间位置，从而实现全分布式布里渊传感测试的精确定位。本专利技术能够实现结构突变位置的精确定位，且原理科学、应用简便，能够在光纤传感测试领域中实际应用。【专利说明】
本专利技术涉及分布式传感器或方法
。
技术介绍
在多传感器信息融合系统中，经常采用集中式和分布式两种结构。在集中式数据融合结构中，传感器信息被直接送至数据融合中心进行处理，具有信息损失小的优点，但数据互联复杂、可靠性差、计算和通信资源要求也高。而在分布式融合结构中，每个传感器都可独立地处理其自身信息，之后将各决策结果送至数据融合中心，再进行融合。随着通信技术、嵌入式计算技术和传感器技术的飞速发展和日益成熟，具有感知能力、计算能力和通信能力的微型传感器开始应用。分布式传感器网络(Distributed Sensor Network,DSN)成为近年来一个重要的研究领域。 布里渊全分布式传感是利用光纤中声子与光波系统的作用产生的布里渊散射光实现结构的全分布式测量。光纤布里渊传感具有全尺度连续性、长距离、大容量、低成本、网络智能化、抗电磁干扰、体积小、重量轻等优点，是目前极具发展前景的光纤传感测试技术，在光纤传感测试领域将具有广阔的应用前景。 在布里渊全分布式传感技术中，最重要的技术就是布里渊时域分析技术(B0TDA)。该技术通过测量光纤中背向散射瑞利光的光功率及发射信号到返回信号所用的时间获得光纤的空间距离。长距离、全分布是布里渊传感测试方法的突出优点，但是由于光纤对温度与应变敏感性，光纤的长度随着温度、应变或外界其他参数的改变，通过布里渊传感时域测试方法获得的空间位置数据也会发生变化，致使结构的同一位置而在不同的环境下，测试的位置数据确相差甚大，从而造成结构突变事件无法精确定位。由于无法实现结构突变位置精确定位的特性，严重影响其在光纤传感领域应用。因此急需一种可以实现布里渊全分布式传感测试的定位方法。 关于光纤定位的方法，国际上通用方法是:通过在光纤线路中设置一段不随环境温度、应变等外界信息变化的一段光纤，通过布里渊频谱对比获得这段光纤在变化前后的位置，进而来确定结构突变位置。然而，该方法在工程应用中，由于: ?对环境要求苛刻无法确定长度变化的大小，因此布里渊频谱对比查找复杂困难对于大型工程结构，由于布设光纤范围大，不同部位的光纤长度变化，需要布设大量的对比光纤段，对于工程应用而言更是困难，因此该种定位方法又难以应用于工程实际。截止目前，还没有找到一种可以实现布里渊全分布式传感测试结构突变位置精确定位的方法，故严重影响了布里渊全分布式传感在光纤传感测试领域中的应用。上述缺陷或不足成为长期以来人们一直想解决而又未予解决的一个技术难题。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是提供，该方法是运用当环境信息如温度、应变等改变时，通过光纤光栅的反射光作为空间位置的指示器，并利用光纤光栅与结构信息突变事件空间位置的不变性原理来实现结构的精确定位，本方法能够实现结构突变位置的精确定位，且原理科学、使用简便，能够在光纤传感测试领域中实际应用。 本专利技术的技术方案是:，其特征在于:在传感光纤上的关键位置串接有光纤光栅，利用光纤光栅后向反射光与后向布里渊散射光方向相同、光功率差异大的特性，获得光纤光栅的反射事件；通过测试布里渊散射光光谱中的光纤光栅反射峰作为定位指示工具，实现对光栅位置的确定，再通过结构信息突变事件与光栅位置的相对位置精确确定结构信息突变事件的空间位置，实现全分布式布里渊传感测试的精确定位；优选的，在传感光纤上的关键位置以一定的长度间隔串接至少2个光纤光栅(一个也可以定位，但最好最少设置两个这样测量时有参考)，包括光纤光栅I和光纤光栅2，当例如温度，应变等外界环境发生变化时，所述的光纤光栅I的布里渊测试的空间位置从LI变化到L2 ;所述的光纤光栅2的测试的空间位置从L3变化到L4 ;这时候如果结构出现信息突变事件，通过布里渊时域测试的空间位置为L6，如果外界环境不发生变化，原来的位置为L5，利用光栅与结构信息突变位置变化前后距离的不变性原理，L6 - L 2或L4 -L6就是与光纤光栅的相对位置，即通过光纤光栅在环境变化前后的位置数据，精确度量结构突变事件的空间相对位置，实现全分布式传感测量结构应变或其他物理参数测量的同时实现了全分布式布里渊传感测试的精确定位。 优选的，所述的光纤光栅的波长的选择避免使用与BOTDA光源相同波长的光栅；同时，光纤光栅的波长不离BOTDA光源波长太远。 优选的，所述的光纤光栅的反射率选择使光栅的反射光功率不超过BOTDA测试仪器的探测光功率上限为宜。 优选的，所述的光纤光栅使用单模光纤。 优选的，所述的单模光纤使用布拉格光栅。也可为其它类型光栅，以获得尖锐的反射谱为目标。 优选的，所述的光纤光栅布设间隔要以布设光纤光栅中光纤长度变化小于定位精度为宜。 本专利技术的光纤光栅定位原理是:利用光纤光栅(FBG)后向反射光与后向布里渊散射光方向相同、光功率差异大的特性，能清楚的获得光纤光栅的反射事件，通过测试布里渊散射光光谱中的光纤光栅反射峰的光功率实现对光栅位置的确定，通过结构信息突变事件与光栅位置的相对位置精确决定结构信息突变事件的空间位置。 本专利技术的积极效果是:本专利技术解决了长期以来人们一直想解决而又一直未能很好地解决的技术难题，能够实现结构突变位置的精确定位，且原理科学、使用简便，布设简便，能够在工程中实施应用，能够使布里渊全分式传感测试实际应用于光纤传感测试领域中，有效解决了成为长期以来人们一直想解决而又未能解决的技术难题。 以下结合实施例及附图作进一步详述，但不作为对本专利技术的限定。 【专利附图】【附图说明】 图1是本专利技术方法光纤光栅的定位原理图。 图2是本专利技术方法中应用的带光纤光栅的传感光纤的结构图。 图3是本专利技术方法在不同温度下的光纤光栅布里渊损耗功率图谱。 图4~图6为本专利技术在不同温度、不同测试空间分辨率下的定位数据对比图，其中: 图4为本专利技术在不同温度下及20cm测试空间分辨率的空间定位数据图； 图5为本专利技术在不同温度下及50cm测试空间分辨率的空间定位数据图； 图6为本专利技术在不同温度下及10cm测试空间分辨率的空间定位数据图。 【具体实施方式】 实施例1:参见图1~图6。这种能精确定位的布里渊全分式光纤传感测试方法，其特征在于:在传感光纤上的关键位置串接光纤光栅，作为位置指示器，利用光纤光栅后向反射光与后向布里渊散射光方向相同、光功率差异大的特性，获得光纤光栅的反射事件；通过测试布里渊散射光光谱光纤光栅的反射峰实现对光栅位置的确定，再通过结构信息突变事件与光栅位置的相对位置精确确定结构信息突变事件的空间位置，从而实现全分布式布里渊传感测试的精确定位。所述的光纤光栅的波长的选择避免使用与B本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种能精确定位的布里渊全分式光纤传感测试方法，其特征在于：在传感光纤上的关键位置串接有光纤光栅，利用光纤光栅后向反射光与后向布里渊散射光方向相同、光功率差异大的特性，获得光纤光栅的反射事件；通过测试布里渊散射光光谱中的光纤光栅反射峰实现对光栅位置的确定，再通过结构信息突变事件与光栅位置的相对位置精确确定结构信息突变事件的空间位置，实现全分布式布里渊传感测试的精确定位。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李剑芝，孙宝臣，杜彦良，
申请(专利权)人：石家庄铁道大学，
类型：发明
国别省市：河北;13