CN210005133U - 一种分布式光纤温度标定装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种分布式光纤温度标定装置，包括铝合金本体和外壳，铝合金本体的上表面开有在纵向上贯穿铝合金本体的第一凹槽，在第一凹槽的基础上向下开有第二凹槽，第二凹槽的宽度等于第一凹槽，长度小于第一凹槽，第一凹槽与第二凹槽的深度之和小于铝合金本体的高度；第一凹槽内设置有分别位于第二凹槽两侧的2个硅垫片，用于放置分布式光纤传感器，其中，分布式光纤传感器不与铝合金本体接触；第一凹槽的侧壁上设置有6只对称分布的热电偶，其引线穿出温控箱，与外部热电偶数据采集仪相连；外壳余铝合本体构成密闭腔，密闭腔位于温控箱内。本实用新型极大降低了普通测试方法中各种干扰因素的影响，更加适合进行高精度温度测试数据标定。
Description
技术领域
本实用新型涉及领域，尤其涉及一种分布式光纤温度标定装置。
背景技术
光纤作为一种新型传感器，具有感知和传输两种功能，感知功能是外界信号(应变/温度)使得光纤中传输的光波的物理特征参量发生变化，测量光参量的变化即可探知外界环境变化，而传输功能是光纤把这种变化的光参量引导到探测器，之后再通过信号解调装置以应变/温度呈现出来。而光纤作为传感器件，其材料属性和结构属性共同决定了其传感特性，因此在使用之前必须要进行传感特性的标定，在恶劣环境条件下使用分布式光纤传感器进行测试，为了保证测试的精度，一方面需要保证测试仪器的准确度和稳定性，另一方面取决于传感器的温度系数。
常用的分布式光纤传感器温度标定采用温控箱加热，具体过程是把一卷光纤直接放在温控箱内的铁架上，温控箱侧壁有电加热丝，通过内部风扇的旋转以使箱内温场分布均匀，通过读取温控箱外部温度显示或通过一个热电偶数据来判断温场稳定和记录温度数值。这种传统测试方式有五大干扰因素会降低标定的准确度，第一是温控箱内温度分布不均匀，及时效果最好的温控箱，从左到右，从上到下仍然有±3℃的温度差；第二是光纤放置在铁架上，金属是热的良导体，而空气是热的不良导体，在分布式光纤上形成了局部的热点，影响测试的效果，第三是由于风扇的作用，光纤会被吹动，产生应变，耦合到温度标定数据中，严重影响测试结果；第四是当把光纤缠绕成一卷时候，不能保证分布式光纤传感器能够自由伸缩，由此产生挤压和弯曲应变，耦合到温度标定数据中，第五是光纤由于是多层结构，以常规线性拟合则在两端或中间温区产生较大误差，当把以上采集的数据用于温度系数标定时，就会造成非常大的偏离。基于以上问题，分布式光纤温度标定的方法和装置需要进一步的优化和改进。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，解决现有技术中存在的上述不足之处。
为实现上述目的，本实用新型提供一种分布式光纤温度标定装置，包括铝合金本体和外壳，铝合金本体的上表面开有第一凹槽，第一凹槽在纵向上贯穿铝合金本体，且第一凹槽的深度为第一阈值，在第一凹槽的基础上向下开有第二凹槽，第二凹槽的深度为第二阈值，第二凹槽与第一凹槽的宽度相等，第二凹槽的长度小于第一凹槽，其中，第一阈值和第二阈值之和小于铝合金本体的高度；第一凹槽内设置有2个硅垫片，2个硅垫片位于第二凹槽两侧，用于放置分布式光纤传感器，其中，分布式光纤传感器不与铝合金本体接触；第一凹槽的侧壁上设置有6只对称分布的热电偶，热电偶的引线穿出温控箱，与外部热电偶数据采集仪相连；外壳用于和铝合本体构成密闭腔，避免温控箱气流对光纤的干扰，密闭腔位于温控箱内。
在一个可能的实施方式中，外壳的外部为散热片式结构，用于增大热传导接触面积，提高热交换效率。
在一个可能的实施方式中，分布式光纤传感器的一端穿出温控箱和分布式光纤传感解调器相连。
在一个可能的实施方式中，6只热电偶的插入深度一致。
在一个可能的实施方式中，热电偶为具有温度测试功能的铂电阻或者热电阻温度计。
本实用新型采用密闭的多点检测铝合金密闭槽进行温度标定，具有通用性强的优点，极大降低了普通测试方法中各种干扰因素的影响，更加适合进行高精度温度测试数据标定。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本实用新型实施例提供的一种分布式光纤温度标定装置的结构示意图；
图2为图1去除外壳后的结构示意图；
图3为本实用新型实施例提供的一种外壳的结构示意图；
图4为本实用新型实施例提供的另一视角下外壳的结构示意图；
图5为图2的一种剖视图；
图6位图2放置分布式光纤传感器后的示意图；
图7为图6的局部放大图；
图8为分布式光纤温度标定装置的应用场景示意图；
附图标记说明：
1-铝合金本体，11-第一凹槽，12-第二凹槽，2-硅垫片，3-分布式光纤传感器，4-热电偶，5-外壳，6-温控箱，7-分布式光纤传感解调器，8-热电偶采集仪，91-显示器，92-处理器。
具体实施方式
本实用新型的说明书实施例和权利要求书及附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元。方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元
下面结合附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
如图1-7，本实用新型实施例提供一种分布式光纤温度标定装置，包括铝合金本体1和外壳5，铝合金本体1的上表面开有第一凹槽11，第一凹槽11在纵向上贯穿铝合金本体1，且第一凹槽11的深度为第一阈值，在第一凹槽11的基础上向下开有第二凹槽12，第二凹槽12的深度为第二阈值，第二凹槽12与第一凹槽11的宽度相等，第二凹槽12的长度小于第一凹槽11，其中，第一阈值和第二阈值之和小于铝合金本体1的高度。
第一凹槽11内设置有2个硅垫片2，2个硅垫片2位于第二凹槽12两侧，用于放置分布式光纤传感器3，其中，分布式光纤传感器3不与铝合金本体1接触；
第一凹槽11的侧壁上设置有6只对称分布的热电偶4，热电偶4的引线穿出温控箱，与外部热电偶4数据采集仪相连。
外壳5用于和铝合本体构成密闭腔，避免温控箱气流对光纤的干扰，密闭腔位于温控箱内。
在一个示例中，外壳5的外部为散热片式结构，用于增大热传导接触面积，提高热交换效率。
在一个示例中，分布式光纤传感器3的一端预留足够长度，可以引出到温控箱外部与分布式光纤传感解调器相连。
在一个示例中，分布式光纤往复布置在铝合金槽内时候，不能出现扭转，弯曲半径R大于17mm，如图6所示。
在一个示例中，整个温度标定装置放置在温控箱的中心位置。
在一个示例中，6只热电偶的插入深度一致。
在一个示例中，热电偶可以是具有温度测试功能的铂电阻、热电阻温度计等温度传感器。
本实用新型实施例提供一种基于瑞利散射的分布式光纤温度标定方法，将上述分布式光纤温度标定装置，连接分布式光纤传感解调器7，热电偶采集仪8，温控箱6、显示器91以及处理器92，其中分布式光纤传感解调器7，热电偶采集仪8都连接处理器92，处理器92还连接显示器91，其中，所述分布式光纤传感解调器7用来检测分布式光纤传感器3的瑞利散射频谱漂移，如图8所示。
标定方法主要包括光纤预处理，初始状态测试，过程测试和数据处理四个环节。
步骤一，光纤预处理：分布式光纤传感器需要至少经过两次温度循环的热处理，热处理的温度范围略高于工作温度范围，消除光纤内部应力。
步骤二，初始状态测试：测试中使用的六只热电偶的数据误差满足计量要求，调节温控箱温度25℃，待系统完全稳定后，进行初始状态测试。
具体的，使用的热电偶温度传感器已经经过计量标定，满足全温范围内误差不大于±1℃，即六个热电偶测试的温度值相差不超过2℃，即达到系统温度稳定计量要求。
其中，如果热电偶的数据误差满足计量要求，则使用分布式光纤传感解调器进行信号采集和存储，同时记录下热电偶的温度值；如果不满足要求，则延长温度稳定时间，直到数据稳定在±1℃范围内再进行采集和存储
步骤三，过程测试：从高温段开始逐步降温测试，每15℃为一个温度点，稳定时间则通过六只热电偶数据来评判，待到温度稳定后，再进行光纤中瑞丽散射信号频谱漂移数据采集。
示例性地，这里的高温可以调整到200℃。按照逐级递减的方式，相隔15℃记录，直至温度降低为-40℃。
这里记录温度的时候，可以记录6只热电偶的温度平均值。
步骤四，数据处理：将上述温度数据和频谱漂移数据进行四阶拟合处理，其计算公式形式如下：
T＝A1Δν4+A2Δν3+A3Δν2+A4Δν+A5 (1)
其中，T代表测试得到的温度；A1为四次项系数,A2为三次项系数，A3为二次项系数，A4为一次项系数，A5拟合得到的常数,Δν代表频谱漂移量。
公式(1)称为A系数方程，是在一个初始温度下得到的方程，里面所有的系数和这个初始温度相关。而有些时候，我们是在另一个初始温度下进行测试保存测试基准，那么这个A系数方程就不适用了，要换用B系数方程。
由于0℃测试基准难以获取，因此想要获取在不同初始温度条件下的温度换算，按照下式进行计算。
T＝B1Δν4+B2Δν3+B3Δν2+B4Δν+B5 (2)
其中，B1＝A1
B2＝A2-4A1C
B3＝A3-3A2C+6A1C2
B4＝A4-2A3C+3A2C2-4A1C3
B5＝TwhenΔν＝0
其中C可以从以下标准四阶方程求出：
A1C4-A2C3+A3C2-A4C+(A5-B5)＝0
如此，完成从已经标定好的A系数方程到B系数方程的转换，我们所求得温度系数，实际上就是A1、A2、A3、A4、A5(或者B1、B2、B3、B4、B5)。
本实用新型的有益效果是，采用密闭的多点检测铝合金本体和外壳进行温度标定，具有通用性强的优点，极大降低了普通测试方法中各种干扰因素的影响，更加适合进行高精度温度测试数据标定；标定方法能够从光纤力学机理出发，从结构的角度进行了优化，能够在任何测试条件下进行标定公式转换，实用性强。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的技术方案的基础之上，所做的任何修改、改进等，均应包括在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种分布式光纤温度标定装置，其特征在于，包括铝合金本体和外壳，铝合金本体的上表面开有第一凹槽，所述第一凹槽在纵向上贯穿所述铝合金本体，且所述第一凹槽的深度为第一阈值，在所述第一凹槽的基础上向下开有第二凹槽，所述第二凹槽的深度为第二阈值，所述第二凹槽与第一凹槽的宽度相等，第二凹槽的长度小于所述第一凹槽，其中，第一阈值和第二阈值之和小于所述铝合金本体的高度；
所述第一凹槽内设置有2个硅垫片，2个硅垫片位于所述第二凹槽两侧，用于放置分布式光纤传感器，其中，分布式光纤传感器不与铝合金本体接触；
第一凹槽的侧壁上设置有6只对称分布的热电偶，热电偶的引线穿出温控箱，与外部热电偶数据采集仪相连；
外壳用于和铝合本体构成密闭腔，避免温控箱气流对光纤的干扰，密闭腔位于温控箱内。
2.根据权利要求1所述的分布式光纤温度标定装置，其特征在于，所述外壳的外部为散热片式结构，用于增大热传导接触面积，提高热交换效率。
3.根据权利要求1所述的分布式光纤温度标定装置，其特征在于，所述分布式光纤传感器的一端穿出温控箱和分布式光纤传感解调器相连。
4.根据权利要求1所述的分布式光纤温度标定装置，其特征在于，6只热电偶的插入深度一致。
5.根据权利要求1所述的分布式光纤温度标定装置，其特征在于，热电偶为具有温度测试功能的铂电阻或者热电阻温度计。
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