一种分布式电力光纤传感器应变标定装置及标定方法制造方法及图纸

一种分布式电力光纤传感器应变标定装置及标定方法，标定装置包括可移动的固定端机构和控制端机构，固定端机构包括能够在Z轴方向微调的第一位移模块，以及固定在第一位移模块上的第一光纤夹具；控制端机构包括固定在第二位移模块上的第二光纤夹具，通过光纤夹具对光纤的两端进行夹持，第二位移模块能够在X轴方向对光纤进行拉伸，也能够在Y、Z两轴方向微调，使光纤的两端在三个轴上处于同一水平线；将应变传感器安装在光纤上检测光纤拉伸形变之后的应变值；还包括能够控制位移模块运动的控制器。本发明专利技术同时提供了一种基于所述分布式电力光纤传感器应变标定装置的标定方法。本发明专利技术能够提高分布式电力光纤传感器应变标定的准确性，方便、实用。实用。实用。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式电力光纤传感器应变标定装置及标定方法


[0001]本专利技术属于分布式电力光纤传感器
，具体涉及一种分布式电力光纤传感器应变标定装置及标定方法。

技术介绍

[0002]以光信号的变化和传输为载体的光纤传感器，由于具备不受电磁干扰、绝缘性高、耐腐蚀、体积小、便于复用、测量范围广、制作简单且成本较低的特点，目前已经被广泛应用于温度、应变、曲率、折射率等常见物理量的测量。光纤传感技术包含对外界信号的感知和传输。感知是指外界信号对光纤中传输的光进行了实时调制，使在光纤中传输的光在强度、波长、相位、频率和偏振等方面发生变化，测量时可通过这些参量的变化感知到外界信号的变化情况；传输是指被外界环境调制的光由光纤传输到光学探测器的过程，探测器将检测到的光进行数据处理后，即可获得外界信号的变化情况。
[0003]分布式光纤传感器以其检测距离长、动态范围广、可分布式测量等优势发展迅速，分布式光纤应变传感器由于其抗电磁干扰，耐腐蚀等优势，广泛应用于大型土木工程，如桥梁、山体等结构的健康状态的监测和预警。分布式光纤传感器以光纤作为测量元件，光纤生产厂商众多，各厂商生产的纤芯工艺各不相同，所以在使用分布式光纤传感器进行应变测试时，有必要对光纤应变系数进行标定。
[0004]在光纤应变系数的标定方面，相关的研究非常少。如公开号为CN103115642A的中国专利“基于布里渊散射的光纤应变和温度同时标定装置和方法”给出的标定装置包括光纤布里渊传感器测量设备，还包括防震支架、金属管以及恒温设备，利用线膨胀系数较大且稳定的金属管制作应变标定装置，通过在金属管外壁刻写螺纹精确控制光纤位置；利用金属管上光纤同时承受应变和温度、松弛光纤只承受温度的特点，进行温度和应变的同时标定；使用恒温设备对金属管上光纤和松弛光纤施加精确可控的应变和温度；通过详细的标定步骤进行光纤应变和温度系数的标定。该方案通过设计光纤布里渊传感器的应变和温度高精度同时标定装置和方法，解决了应变标定误差大、应变和温度标定效率低的问题。虽然，该方案可以对温度和应变进行标定，但金属管外壁刻螺纹工艺复杂，光纤缠绕过程中产生弯曲会产生微应变，使得应变标定的准确性大打折扣。
[0005]公开号为CN111678799A的中国专利“一种应用于应变标定装置的位移加载系统”给出的系统包括应变装配单元、位移加载单元和位移控制单元，其中应变装配单元包括支持筒、标定梁、梁固定件和梁对中件，位移加载单元包括加载杆、传动机构、高精度步进电机和动密封件，位移控制单元包括激光位移传感器、变送器、控制器和上位机。该系统设计的梁固定件和梁对中件，确保了标定梁安装的垂直对中精度，设计的动密封件可实现在高温高压下的位移加载，采用的高精度步进电机进行位移加载以及激光位移传感器实时测量和反馈控制，可实现高温高压工况下标定装置的位移精确加载。虽然，该方案可以实现高温下的应变标定，但需要粘贴应变片，高温会影响应变片的粘贴和焊接，无法长久使用，且受标定梁的影响无法自由控制标定距离。
[0006]公开号为CN112066904A的中国专利“一种分布式光纤应变传感标定系统及方法”，给出的标定系统，包括：底座、滑轨、滑动块、传动座、动力装置、位移传动装置和测量装置；所述底座上固定安装滑轨和传动座，在所述滑轨的一端设有能够沿滑轨移动的滑动块，所述滑动块夹持待测光纤的一端，所述待测光纤的另一端夹持在光纤固定端处，所述光纤固定端安装在能够搬动的坚固结构物上；所述待测光纤上分布设有多个光纤应变传感器，所述光纤固定端与底座之间设有多个活动支架，所述活动支架用于支撑待测光纤，所述滑动块与位移传动装置相连接，所述动力装置和位移传动装置通过传动座固定连接，所述测量装置安装在底座上用于测量待测光纤的应变值。虽然，该方案可以进行应变的标定，但固定光纤的方式采用缠绕式，光纤缠绕会产生微弯，拉光纤过程中固定处会产生较大应变，使得应变标定的准确性存疑。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的在于针对上述现有技术中的问题，提供一种分布式电力光纤传感器应变标定装置及标定方法，提高分布式电力光纤传感器应变标定的准确性，方便、实用。
[0008]为了实现上述目的，本专利技术有如下的技术方案：
[0009]一种分布式电力光纤传感器应变标定装置，包括能够移动的固定端机构和控制端机构，所述的固定端机构包括能够在Z轴方向微调的第一位移模块，以及固定在第一位移模块上的第一光纤夹具；所述的控制端机构包括固定在第二位移模块上的第二光纤夹具，通过第一光纤夹具与第二光纤夹具对光纤的两端进行夹持，第二位移模块能够在X轴方向对光纤进行拉伸，也能够在Y、Z两轴方向微调，使光纤的两端在三个轴上处于同一水平线；将应变传感器安装在光纤上检测光纤拉伸形变之后的应变值；还包括能够控制位移模块运动的控制器。
[0010]作为一种优选的方案，所述固定端机构和控制端机构分别固定在移动平台上，移动平台通过移动平台高度调整单元支撑，移动平台自身重量可以保证在对光纤施加拉力过程中不发生移动。
[0011]作为一种优选的方案，所述第一光纤夹具以及第二光纤夹具采用弹性卡紧方式对光纤的两端进行夹持。
[0012]作为一种优选的方案，所述位移模块上设置有Y轴方向位移旋钮、Z轴方向位移旋钮与X轴方向位移旋钮，所述Y轴方向位移旋钮、Z轴方向位移旋钮与X轴方向位移旋钮均可以通过控制器进行电动控制，也可以采用手动控制。
[0013]作为一种优选的方案，所述位移模块上开设有公制螺纹孔，通过公制螺纹孔进行位移模块的安装和固定。
[0014]作为一种优选的方案，所述应变传感器检测得到的应变值通过显示屏进行显示。
[0015]一种基于所述的分布式电力光纤传感器应变标定装置的标定方法，包括以下步骤：
[0016]通过第一光纤夹具与第二光纤夹具对光纤的两端进行夹持，并在光纤的一端安装上应变传感器，初始调整第一位移模块与第二位移模块之间的相对距离，使光纤产生形变，记录应变传感器的初始应变值，以此时的状态作为初始状态；
[0017]继续调整第一位移模块与第二位移模块之间的相对距离，待应变传感器测得的应
变值稳定后，对应变值进行读取，同时记录实际施加的应变值，将得到的应变值与初始应变值做差，得到测得的光纤应变变化量与实际的应变变化量；
[0018]重复若干次以上步骤，将所得的结果做平均值，并取测得的光纤应变值和施加的应变值的比值，得到光纤的应变系数，完成对应变传感器的标定。
[0019]作为一种优选的方案，所述光纤的应变系数为光纤产生单位应变时引起的布里渊频移的变化量，按下式进行计算：
[0020][0021]式中，C
ε
为应变系数，Δf
B
为布里渊频移变化量，Δε为光纤长度变化量，f
B
(ε)为布里渊频率，f
B
(0)为初始布里渊频率，ε为光纤拉长量。
[0022]作为一种优选的方案，所述实际施加的应变值为光纤长度的相对变化量，即光纤长度本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式电力光纤传感器应变标定装置，其特征在于，包括能够移动的固定端机构和控制端机构，所述的固定端机构包括能够在Z轴方向微调的第一位移模块(1)，以及固定在第一位移模块(1)上的第一光纤夹具；所述的控制端机构包括固定在第二位移模块(7)上的第二光纤夹具，通过第一光纤夹具与第二光纤夹具对光纤(5)的两端进行夹持，第二位移模块(7)能够在X轴方向对光纤(5)进行拉伸，也能够在Y、Z两轴方向微调，使光纤(5)的两端在三个轴上处于同一水平线；将应变传感器安装在光纤(5)上检测光纤(5)拉伸形变之后的应变值；还包括能够控制位移模块运动的控制器(8)。2.根据权利要求1所述的分布式电力光纤传感器应变标定装置，其特征在于，所述固定端机构和控制端机构分别固定在移动平台(3)上，移动平台(3)通过移动平台高度调整单元(4)支撑，移动平台(3)自身重量可以保证在对光纤(5)施加拉力过程中不发生移动。3.根据权利要求1所述的分布式电力光纤传感器应变标定装置，其特征在于，所述第一光纤夹具以及第二光纤夹具采用弹性卡紧方式对光纤(5)的两端进行夹持。4.根据权利要求1所述的分布式电力光纤传感器应变标定装置，其特征在于，所述位移模块上设置有Y轴方向位移旋钮(21)、Z轴方向位移旋钮(22)与X轴方向位移旋钮(23)，所述Y轴方向位移旋钮(21)、Z轴方向位移旋钮(22)与X轴方向位移旋钮(23)均可以通过控制器(8)进行电动控制，也可以采用手动控制。5.根据权利要求1所述的分布式电力光纤传感器应变标定装置，其特征在于，所述位移模块上开设有公制螺纹孔(24)，通过公制螺纹孔(24)进行位移模块的安装和固定。6.根据权利要求1所述的分布式电力光纤传感器应变标定装置，其特征在于，所述应变传感器检测得到的应变值通过显示屏进行显示。7.一种基于权利要求1至6中任意一项所述的分布式电力光纤传感器应变标定装置的标定方法，其特征在于，包...

【专利技术属性】
技术研发人员：窦伟伟，冯学斌，武健，胡悦，李璇，张晔，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：