CN106482869A - 一种小型化分布式光纤测温标定装置及标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种小型化分布式光纤测温标定装置及标定方法，包括箱体，所述箱体的上面板为可开合的，且上面板上设有供被测光纤穿过的通孔；所述箱体内设有可拆卸的光纤缠绕柱，所述箱体的底部设有加热电阻丝，所述箱体内还设有传热流体工质和温度传感器，所述温度传感器和加热电阻丝都与标定装置控制器连接。实现了分布式测温装置在常温～200℃温度区间内光纤温度系数的小型化标定，利用该装置可以实现测试现场的标定及演示。

Description

一种小型化分布式光纤测温标定装置及标定方法

技术领域

本发明涉及分布式光纤传感器标定技术领域，尤其涉及一种小型化分布式光纤测温标定装置及标定方法。

背景技术

在光纤传感系统中，分布式光纤测温装置(简称ROTDR)是目前推广最为成熟的分布式光纤传感器，在其使用过程中，必须首先确定被测光纤的温度系数，而该系数与光纤的材料有关，是光纤自身的物理参数，无法直接测试，只能通过ROTDR间接测试并经标定获得。目前ROTDR的空间分辨率指标多为≥1m，因此如果需要获得分布式光纤测温装置所需的光纤温度系数，必须对长度超过1m的光纤进行均匀加热，才能满足标定要求。

目前多使用高低温恒温箱或恒温水槽进行标定，高低温恒温箱装置体积庞大，难以在光缆布设现场等场合对感温光缆温度系数的标定要求，只能由用户提前提供光纤进行标定，步骤繁琐，标定及交通运输也需要花费很长时间，影响仪器推广及用户使用；而使用恒温水槽对感温光缆进行温度系数标定，由于水槽的最高温度只能达到100℃，而ROTDR的温度系数并非线性，利用常温～100℃标定出的温度系数在对更高的温度(如100～200℃)进行测试会出现较大误差，影响测试结果。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提供一种小型化分布式光纤测温标定装置及标定方法，体积小巧，便于携带，降低了标定难度和要求，提升了标定范围。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种小型化分布式光纤测温标定装置，包括箱体，所述箱体的上面板为可开合的，且上面板上设有供被测光纤穿过的通孔；所述箱体内设有可拆卸的光纤缠绕柱，所述箱体的底部设有加热电阻丝，所述箱体内还设有传热流体工质和温度传感器，所述温度传感器和加热电阻丝都与标定装置控制器连接。

所述箱体的侧壁上还固定有至少一个微型电动机，所述微型电动机与设置在箱体内部的螺旋桨连接，所述微型电动机还与所述标定装置控制器连接。

所述传热流体工质为油。

所述上面板包括内外两层，外层为密封的保温层，内层为刻写有狭缝阵列的金属板。

所述箱体的前、后、左、右壁以及下表面外层都布置有作为保温层的硅酸铝陶瓷纤维，保温层厚度为5mm以上。

所述光纤缠绕柱两端设有卡扣，与固定在箱体内壁上的光纤缠绕柱固定卡扣卡合。

所述光纤缠绕柱为中空的，且其上刻有深度1～4mm，间隔3～4mm的螺纹，螺纹内打有小孔。光纤缠绕柱长度与箱体长度一致，通过螺旋缠绕光纤可以在箱体内传热流体工质内放置更长的光纤，光纤缠绕柱中空且螺纹内打有小孔，可以保证箱体内传热流体工质充满光纤缠绕柱内部，并随箱体内部螺旋浆的扰动而产生流动，提高光纤缠绕柱所处温度场均匀性。

所述温度传感器设有4个，其中3个位于箱体内部，测量油料温场的均匀性，1个紧贴所述加热电阻丝。

所述加热电阻丝、温度传感器、微型电动机与标定装置控制器连接，标定装置控制器通过温度传感器测试数据对加热电阻丝功率以及微型电动机转速进行反馈控制，保持温度场稳定。

所述箱体的长度为20～40cm，宽度和高度为10cm～15cm。

采用所述的一种小型化分布式光纤测温标定装置的标定方法，包括以下步骤：

步骤101：将被测光纤连接在ROTDR上；

步骤102：将光纤缠绕柱取出，将被测光纤中被加热部分缠绕在光纤缠绕柱上，缠绕后将缠绕有被测光纤的光纤缠绕柱放入箱体内；

步骤103：向箱体内注入传热流体工质，传热流体工质必须将光纤缠绕柱完全淹没，将上面板扣合在箱体上；

步骤104：利用ROTDR进行测试，获取常温T0温度下温度数据DT[0]；

步骤105：利用标定装置控制器设置加热温度T＝T0+5℃，测试次数I＝1；

步骤106：等待标定装置控制器提示温度稳定，利用ROTDR进行测试，获取温度T对应温度数据DT[I]；

步骤107：利用标定装置控制器设置加热温度T＝T+5℃，测试次数I＝I+1，重复步骤106及107，直至T≥200℃，此时最高温度TM＝T，最终测试次数M＝I；

步骤108：对温度T0～TM及对应温度测试数据DT[0]～DT[M]，通过整体拟合或分段拟合得到被测光纤在常温～200℃温度范围内的温度系数数据CT。

本发明的有益效果：

(1)实现了分布式测温装置在常温～200℃温度区间内光纤温度系数的小型化标定，该装置体积小巧，最小长度20cm，通过内置的光纤缠绕柱采用螺旋缠绕结构缠绕了长度超过1m的光纤，满足ROTDR的空间分辨率要求，从而实现测试现场的标定及演示。

(2)所使用的温度传感器可以在计量机构进行检测标定，通过温度传感器测试结果的溯源，可以实现光纤温度系数的可溯源标定。

(3)本发明体积小巧，便于携带，降低了标定难度和要求，克服了传统恒温水槽中温度上限为100℃的标定范围限制，可以实现温度上限200℃的标定温度范围，提升了标定范围。

(4)上面板外层为密封的保温层，能够在测试时保温，上面板的内层为刻写有狭缝阵列的金属板，能够在实验结束时加快自然冷却，同时阻止外部物体调入容器中。

(5)光纤缠绕柱上设有螺纹，能够用于缠绕光纤，同时螺纹内打有小孔，当箱体内灌入油料并加热时，油料可通过小孔流动，提高被测光纤所处温场的均匀性。

(6)箱体内装有微型电动机驱动的螺旋桨能令容器内作为加热材质的传热流体工质产生流动，提升内部温度场的均匀性。

附图说明

图1为本发明的装置示意图；

图2为本发明打开上面板后的装置示意图；

图3为光纤缠绕柱结构示意图；

图4为取出光纤缠绕柱后装置结构示意图；

图5为使用时示意图。

其中，1被测光纤，2上面板紧固螺钉，3保温层，4金属板，5微型电动机，6电动机固定螺钉，7温度传感器，8加热电阻丝，9光纤缠绕柱，10光纤缠绕柱固定卡扣。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，一种小型化分布式光纤测温标定装置，包括箱体，所述箱体的上面板为可开合的，且上面板上设有供被测光纤1穿过的通孔；所述箱体内设有可拆卸的光纤缠绕柱9，所述箱体的底部设有加热电阻丝8，所述箱体内还设有传热流体工质和温度传感器7，所述温度传感器7和加热电阻丝8都与标定装置控制器连接。

所述箱体的侧壁上还固定有两个微型电动机5，所述微型电动机5与设置在箱体内部的螺旋桨连接，所述微型电动机5还与所述标定装置控制器连接。微型电动机5通过电动机固定螺钉6固定在箱体的侧壁上，左右两侧都装有微型电动机驱动的小螺旋桨能令容器内作为加热材质的油料产生流动，提升内部温度场的均匀性。

所述传热流体工质为油。

所述上面板包括内外两层，通过紧固螺钉固定，外层为密封的保温层3，用于测试时保温，内层为刻写有狭缝阵列的金属板4，用于实验结束时自然冷却，同时阻止外部物体调入容器中，打开上面板外层保温层后的结构示意图如图2所示。

所述箱体的前、后、左、右壁以及下表面外层都布置有作为保温层的硅酸铝陶瓷纤维，保温层厚度为5mm以上。

如图3所示，所述光纤缠绕柱两端设有卡扣10，用于固定光纤缠绕柱9，与固定在箱体内壁上的光纤缠绕柱固定卡扣10卡合。

所述光纤缠绕柱为中空的，材质为硬铝制成，且其上刻有深度1～4mm，间隔3～4mm的螺纹，用于缠绕光纤，螺纹内打有小孔，当容器内灌入油料并加热时，油料可通过小孔流动，提高被测光纤所处温场的均匀性。

如图4所示，所述温度传感器设有4个，用于感知和测量不同位置处的温度，其中3个位于箱体内部，用于反馈油料温场的温度，测量油料温场的均匀性，1个传感器紧贴装置下表面的电阻丝放置，用于实时反馈电阻丝的温度，防止电阻丝过热或及时发现电阻丝断裂无法发热报警。

所述箱体的长度为20～40cm，优选的为30cm，宽度和高度为10cm～15cm。整体长度体积较小，便于携带和移动。

被测光纤或光缆，即为需要标定光纤温度系数的光纤或光缆，测试时需与相匹配的ROTDR设备连接。

采用所述的一种小型化分布式光纤测温标定装置的标定方法，包括以下步骤：

步骤101：如图5所示，将被测光纤连接在ROTDR上；

步骤102：将光纤缠绕柱取出，将被测光纤中被加热部分缠绕在光纤缠绕柱上，缠绕后将缠绕有被测光纤的光纤缠绕柱放入箱体内；

步骤103：向箱体内注入传热流体工质(油料)，传热流体工质必须将光纤缠绕柱完全淹没，将上面板扣合在箱体上，使用上面板紧固螺钉2紧固；

步骤104：利用ROTDR进行测试，获取常温T0温度下温度数据DT[0]；

步骤105：利用标定装置控制器设置加热温度T＝T0+5℃，测试次数I＝1；

步骤106：等待标定装置控制器提示温度稳定，利用ROTDR进行测试，获取温度T对应温度数据DT[I]；

步骤107：利用标定装置控制器设置加热温度T＝T+5℃，测试次数I＝I+1，重复步骤106及107，直至T≥200℃，此时最高温度TM＝T，最终测试次数M＝I；

步骤108：对温度T0～TM及对应温度测试数据DT[0]～DT[M]，通过整体拟合或分段拟合得到被测光纤在常温～200℃温度范围内的温度系数数据CT。

本发明提出了一种小型化分布式光纤测温标定装置及标定方法，利用硬铝加工装置外部容器，通过外部布置硅酸铝陶瓷纤维材料进行保温，容器内部填充油料进行加热及流动，提高实现容器内部温场的均匀性，容器中放置方便拆卸的空心带孔刻有螺旋槽的金属圆柱，通过将光纤沿螺旋槽固定在30cm长的金属圆柱上，实现超过1m长光纤的缠绕与加热，通过内置的4个温度传感器对温场温度及加热电阻丝温度进行反馈，结合电路控制保证温度的稳定性，实现对分布式光纤测温装置被测光纤温度系数的标定。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，包括箱体，所述箱体的上面板为可开合的，且上面板上设有供被测光纤穿过的通孔；所述箱体内设有可拆卸的光纤缠绕柱，所述箱体的底部设有加热电阻丝，所述箱体内还设有传热流体工质和温度传感器，所述温度传感器和加热电阻丝都与标定装置控制器连接。

2.如权利要求1所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述箱体的侧壁上还固定有至少一个微型电动机，所述微型电动机与设置在箱体内部的螺旋桨连接，所述微型电动机还与所述标定装置控制器连接。

3.如权利要求1所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述传热流体工质为油。

4.如权利要求1所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述上面板包括内外两层，外层为密封的保温层，内层为刻写有狭缝阵列的金属板。

5.如权利要求1-4任意一项所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述箱体的前、后、左、右壁以及下表面外层都布置有作为保温层的硅酸铝陶瓷纤维，保温层厚度为5mm以上。

6.如权利要求1所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述光纤缠绕柱两端设有卡扣，与固定在箱体内壁上的光纤缠绕柱固定卡扣卡合。

7.如权利要求1或6所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述光纤缠绕柱为中空的，且其上刻有深度1～4mm，间隔3～4mm的螺纹，螺纹内打有小孔。

8.如权利要求1所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述温度传感器设有4个，其中3个位于箱体内部，测量油料温场的均匀性，1个紧贴所述加热电阻丝。

9.如权利要求1所述一种小型化分布式光纤测温标定装置，其特征是，所述箱体的长度为20～40cm，宽度和高度为10cm～15cm。

10.采用权利要求1所述的一种小型化分布式光纤测温标定装置的标定方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤101：将被测光纤连接在ROTDR上；

步骤102：将光纤缠绕柱取出，将被测光纤中被加热部分缠绕在光纤缠绕柱上，缠绕后将缠绕有被测光纤的光纤缠绕柱放入箱体内；

步骤103：向箱体内注入传热流体工质，传热流体工质必须将光纤缠绕柱完全淹没，将上面板扣合在箱体上；

步骤104：利用ROTDR进行测试，获取常温T0温度下温度数据DT[0]；

步骤105：利用标定装置控制器设置加热温度T＝T0+5℃，测试次数I＝1；

步骤106：等待标定装置控制器提示温度稳定，利用ROTDR进行测试，获取温度T对应温度数据DT[I]；

步骤107：利用标定装置控制器设置加热温度T＝T+5℃，测试次数I＝I+1，重复步骤106及107，直至T≥200℃，此时最高温度TM＝T，最终测试次数M＝I；

步骤108：对温度T0～TM及对应温度测试数据DT[0]～DT[M]，通过整体拟合或分段拟合得到被测光纤在常温～200℃温度范围内的温度系数数据CT。