CN109632137A - 一种二维空间分布式光纤测温方法 - Google Patents

一种二维空间分布式光纤测温方法 Download PDF

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    • G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
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Abstract

本发明涉及一种二维空间分布式光纤测温方法。本发明是在一个可以支撑和固定小直径光纤的二维平面基底上布局M×N的分布式光纤传感点阵；所述的分布式光纤传感点阵是由小直径光纤盘绕的单元串联组成。将数据处理中心和分布式光纤测温系统主机的一端用数据线连接；将分布式光纤测温系统主机的另一端和分布式光纤传感点阵组成的传感模块的输入端用光纤连接；将分布式光纤传感点阵组成的传感模块的另外一端光纤端接。开启数据处理中心和分布式光纤测温系统主机，在数据处理中心将采集到的长度和温度对应信息转换为分布式光纤传感点阵单元的温度信息，从而实现了二维空间分布式光纤温度传感。本发明具有低成本、结构简单、可操作性强等优点。

Description

一种二维空间分布式光纤测温方法
技术领域
本发明属于温度传感领域，涉及一种二维空间分布式光纤测温方法。
背景技术
近年来光纤传感器已经成为人们广泛关注的重要传感器件之一，光纤传感器具有高灵敏度、抗电磁干扰、耐腐蚀、耐高温、测量范围广等优点。分布式光纤传感系统具有长距离、大空间范围的分布式传感能力，在某些领域（例如地铁、油气管道长距离分布式测温领域）形成了独特的应用优势。
传统光纤传感器主要为点式的器件，如光纤布拉格光栅作为光纤温度、应力传感器。分布式光纤传感器的出现，形成了一维线性传感器，比如发展较为成熟的分布式光纤温度传感系统可以实现沿着光纤传输方向长达十几公里的分布式温度传感。在更多的应用领域，人们还需要二维甚至三维空间分布式温度传感，采用分布式光纤温度传感系统光纤直接铺设二维结构可以实现二维空间温度传感。然而受限于现有分布式光纤温度传感系统较低的空间分辨率（1米左右）和传感光纤较大的弯曲直径（5厘米以上），难以实现高空间分辨率的二维空间温度传感。另一方面，尽管基于红外测温技术能够实现高空间分辨率的二维空间温度传感，却无法应用于很多观测对象（比如石油、仓库的粮食堆、多层货架）内部的二维空间温度传感。因此，发明一种高空间分辨率的二维空间分布式光纤测温方法具有重要意义。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提出了一种基于小直径光纤的高空间分辨率的二维空间分布式光纤测温方法。
本发明的方法包括以下几个步骤：
步骤（1）选择一段用于分布式光纤测温系统的多模光纤，采用现有成熟的光纤拉制技术，进一步拉细制作成一段小直径（d）光纤（直径范围10微米至80微米），其完整结构包括直径和多模光纤一致的接头部分、直径逐步变小的锥区部分、直径为d的主体传感光纤部分。
步骤(2)在一个可以支撑和固定小直径光纤的二维平面基底上布局M×N的分布式光纤传感点阵；所述的分布式光纤传感点阵是由小直径光纤盘绕的单元串联组成，一个单元的小直径光纤长度为L米，单元占据的空间尺寸为m×n米；所述的小直径光纤盘绕的单元是小直径光纤参照平面螺旋线或接近圆盘绕而成，并保留光纤输入输出的光纤方向可适当调整，整个盘绕过程保持小直径光纤弯曲半径大于其自身保持基模不泄露的最小弯曲半径值。
步骤(3)选择一个带输入输出设备的计算机作为数据处理中心；一台能够实现空间分辨率等于或大于L米的分布式光纤测温系统主机；将数据处理中心和分布式光纤测温系统主机的一端用数据线连接；将分布式光纤测温系统主机的另一端和M×N的分布式光纤传感点阵组成的传感模块的输入端用光纤连接；将M×N的分布式光纤传感点阵组成的传感模块的另外一端光纤端接。
开启数据处理中心和分布式光纤测温系统主机，在数据处理中心软件中将采集到的长度（距离）和温度对应信息转换为M×N个长度为L米的分布式光纤传感点阵单元的温度信息，从而实现了二维空间分布式光纤温度传感。
进一步的，将本发明中的M×N分布式光纤传感点阵进一步扩展为K个串联、且在第三维分布的M×N分布式光纤传感点阵，就可以实现三维空间分布式光纤温度传感方法。
本发明主要适用于高空间分辨率的二维空间分布式光纤温度传感应用，利用具有很小弯曲半径的小直径光纤盘绕成占空间面积很小的温度传感单元，并以点阵方式布局到二维平面上，采用已经成熟的分布式光纤测温系统主机和数据处理中心，采集温度信息并显示二维空间分布式温度信息。本发明具有低成本、结构简单、可操作性强等优点。
附图说明
图1为小直径光纤；
图2为分布式光纤传感点阵；
图3为本发明的结构示意图；
图4为高空间分辨率的分布式光纤测温系统获得的温度信息图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
步骤（1）选择一段用于分布式光纤测温系统的多模光纤，采用现有成熟的光纤拉制技术，进一步拉细制作成一段小直径光纤（直径d=20微米），其完整结构包括直径和多模光纤一致的接头部分1、直径逐步变小的锥区部分2、直径为d的主体传感光纤部分3，见图1。
步骤(2)在一个可以支撑和固定小直径光纤的二维平面基底4上布局5×5的分布式光纤传感点阵5；所述的分布式光纤传感点阵5是由小直径光纤盘绕的单元6串联组成，一个单元6的小直径光纤长度为1米，单元6占据的空间尺寸为0.01×0.01米；所述的小直径光纤盘绕的单元6是小直径光纤参照平面螺旋线或接近圆盘绕而成，并保留光纤输入输出的适当方向调整，整个盘绕过程保持小直径光纤弯曲半径大于其自身保持基模不泄露的最小弯曲半径值，见图2。
步骤(3)选择一个带输入输出设备的计算机作为数据处理中心7；一台能够实现空间分辨率等于或优于1米的分布式光纤测温系统主机8；将数据处理中心7和分布式光纤测温系统主机8的一端用数据线连接；将分布式光纤测温系统主机8的另一端和5×5的分布式光纤传感点阵组成的传感模块9的输入端用光纤连接；将5×5的分布式光纤传感点阵组成的传感模块9的另外一端光纤端接，见图3。
开启数据处理中心7和分布式光纤测温系统主机8，在数据处理中心7软件中将采集到的长度（距离）和温度对应信息转换为5×5个长度为1米的分布式光纤传感点阵单元组成的二维空间的温度信息，从而实现了二维空间分布式光纤温度传感，其空间分辨率等于或优于1平方厘米，见图4。
进一步的，将本发明中的5×5分布式光纤传感点阵进一步扩展为5个串联、且在第三维分布的5×5分布式光纤传感点阵，就可以实现三维空间分布式光纤温度传感方法。
本发明在已有的低空间分辨率的分布式光纤测温技术基础上，提出了采用小直径光纤盘绕成多个串联的温度传感单元，并将这些单元以点阵方式布局到二维平面上，实现了二维空间分布式光纤温度传感，可以应用于观测对象二维表面及内部二维空间的分布式温度传感，具有低成本、结构简单、可操作性强等优点。

Claims (4)

1.一种二维空间分布式光纤测温方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
步骤（1）选择一段用于分布式光纤温度传感系统的多模光纤，采用光纤拉制技术，进一步拉细制作成一段小直径光纤，其直径范围d为10微米至80微米；
步骤(2)在一个可以支撑和固定小直径光纤的二维平面基底上布局M×N的分布式光纤传感点阵；所述的分布式光纤传感点阵是由小直径光纤盘绕的单元串联组成，一个单元的小直径光纤长度为L米，单元占据的空间尺寸为m×n米；
步骤(3)选择一个带输入输出设备的计算机作为数据处理中心；一台能够实现空间分辨率等于或大于L米的分布式光纤测温系统主机；将数据处理中心和分布式光纤测温系统主机的一端用数据线连接；将分布式光纤测温系统主机的另一端和M×N的分布式光纤传感点阵组成的传感模块的输入端用光纤连接；将M×N的分布式光纤传感点阵组成的传感模块的另外一端光纤端接；
开启数据处理中心和分布式光纤测温系统主机，在数据处理中心将采集到的长度和温度对应信息转换为M×N个长度为L米的分布式光纤传感点阵单元的温度信息，从而实现了二维空间分布式光纤测温。
2.根据权利要求1所述的一种二维空间分布式光纤测温方法，其特征在于：所述的小直径光纤的结构包括直径和多模光纤一致的接头部分、直径逐步变小的锥区部分和直径为d的主体传感光纤部分。
3.根据权利要求1所述的一种二维空间分布式光纤测温方法，其特征在于：所述的小直径光纤盘绕的单元是小直径光纤参照平面螺旋线或接近圆盘绕而成，并保留光纤输入输出的光纤方向可适当调整，整个盘绕过程保持小直径光纤弯曲半径大于其自身保持基模不泄露的最小弯曲半径值。
4.根据权利要求1所述的一种二维空间分布式光纤测温方法，其特征在于：将M×N的分布式光纤传感点阵进一步扩展为K个串联、且在第三维分布的M×N的分布式光纤传感点阵，可实现三维空间分布式光纤测温。
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