CN210982071U - 一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置，包括高温炉、光纤解调仪、热电偶、调节件、测量件、拉伸件和标定座，所述热电偶位于高温炉中，所述标定座位于高温炉旁，所述调节件和标定座连接，所述拉伸件和调节件连接，且调节件和标定座适配；测量件和调节件连接；使用时，所述光纤解调仪与标定座通过光纤连接，光纤两端分别与光纤解调仪连接。本实用新型可在不同高温环境下同时拉伸光纤，并读取伸长量，实现对光纤进行不同高温条件下应变系数的标定，可应用于高温环境，适用范围广，装置结构紧凑、简单，便于携带，可操作性强，适用于任何环境。

Description

一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置

技术领域

本实用新型涉及光纤高温传感领域，特别涉及一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置。

背景技术

分布式传感光纤技术具有分布性、网络性、稳定性等方面的优点。目前，国际上分布式光纤传感技术依据其测试原理的差异主要分为强度型(如微弯型光纤)、干涉型(如干涉型布拉格光栅(FBG)和散射型(如基于布里渊散射的测试系统)。其中，基于布里渊散射机理的BOTDR、BOTDA等传感技术温度和应变的测试精度高，获得信息全面以及测试距离长，因此，传感技术被广泛应用于结构健康监测领域。

布里渊中心频率的变化与温度和应变变化分别成线性关系。因此，在实际应用分布式传感光纤之前，必须先对其进行温度系数和应变系数的标定。温度系数标定常采用恒温水浴或油浴，逐级改变温度，进行标定得到温度响应系数。应变系数标定有定滑轮式测应变、等强度梁式测应变和高准确度位移平台测应变三种形式。这些常规方法不足之处：一是高温环境最高只能到100℃，光纤难以应用到更高的高温环境中；二是无法为光纤标定提供一个热力耦合的试验条件。

鉴于以上原因，迫切需要一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置，提高当前分布式传感光纤的标定效率。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题是，提供一种在热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置，提高分布式传感光纤的标定效率。

为解决上述技术问题，本实用新型实施例采用以下技术方案：

一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置，包括高温炉、光纤解调仪、热电偶、调节件、测量件、拉伸件和标定座，所述热电偶位于高温炉中，所述标定座位于高温炉旁，所述调节件和标定座连接，所述拉伸件和调节件连接，且调节件和标定座适配；测量件和调节件连接；使用时，所述光纤解调仪与标定座通过光纤连接，光纤两端分别与光纤解调仪连接。

作为优选例，调节件为两个，两个调节件布设在标定座的两端。

作为优选例，调节件将光纤分为固定部和可移动部，固定部位于两个调节件之间；固定部为拉伸光纤，可移动部为补偿光纤。

作为优选例，拉伸件可以是螺杆；标定座中设有螺孔，螺杆和螺孔适配，且螺杆位于螺孔的一端和调节件连接。

作为优选例，测量件可以是千分表。

作为优选例，光纤解调仪的空间分布率为0.1m，温度精度为0.75℃，应变精度为7.5με。

与现有技术相比，采用本实用新型实施例的装置，可在不同高温环境下同时拉伸光纤，并读取伸长量，实现对光纤进行不同高温条件下应变系数的标定，可应用于高温环境，适用范围广。同时，本实施例所采用的高温炉只需能升温，升到指定温度后可恒温即可，从而可降低装置的造价。此外，本实施例高温炉可达的最高温度较高，保障了高温条件的稳定，有效隔离了外界环境的影响，环境适用性强。

附图说明

图1是本实用新型实施例的结构示意图；

图2是本实用新型实例高温标定过程中，光纤解调仪采集的典型数据图；

图3是本实用新型实例在100℃和350℃下，布里渊频移和应变的关系图。

图中有：高温炉 1、光纤解调仪 2、热电偶 3、可移动部 4、固定部 5、调节件 6、测量件 7、拉伸件 8、标定座 9。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型的技术方案进行详细的说明。

如图1所示，本实用新型实施例的一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置，包括高温炉1、光纤解调仪2、热电偶3、光纤可移动部4、光纤固定部5、调节件6、千分表7、螺杆8和标定座9。优选的，高温炉1是一种卧式半开合的高温炉，用于为光纤提供一个稳定的高温环境。热电偶3位于高温炉1中。标定座9位于高温炉1旁。调节件6和标定座9连接。拉伸件8和调节件6连接，且调节件6和标定座9适配。测量件7和调节件6连接。使用时，光纤解调仪2与标定座9通过光纤连接，光纤两端分别与光纤解调仪2连接。

具体的，高温炉1的升温速率可调节，恒温时炉内温度稳定。炉内中部固定K型热电偶3，用于实时记录炉内真实温度。优选的，所述调节件6为两个，两个调节件6布设在标定座9的两端。调节件6上设有粘胶，用于固定光纤。其中，调节件6将光纤分为固定部5和可移动部4，固定部5位于两个调节件6之间。固定部5为拉伸光纤，可移动部4为补偿光纤。拉伸光纤通过调节件6固定在标定座9上，补偿光纤不受约束可自由移动。

具体的，光纤解调仪2是基于PPP-BOTDA技术的高精度解调仪，用于接收布里渊信号。

优选的，拉伸件8为螺杆。标定座9中设有螺孔，螺杆和螺孔适配，且螺杆位于螺孔的一端和调节件6连接。标定座9的一端可通过螺杆旋转对固定部5施加拉力，为固定部5提供一个受拉条件。优选的，测量件7为千分表。千分表7可实时读取固定部5的拉伸变形量，千分表的精度为0.001mm。

所述装置实际操作时，可按需求设定高温炉1的升温速率及恒温条件，让光纤的可移动部4和光纤的固定部5均暴露于同一高温场中。同时，通过拉伸件8为光纤的固定部5提供力场，从而实现光纤应变系数标定的热力耦合实验环境。测试的同时，热电偶3实时记录高温炉内温度，千分表实时记录光纤的固定部5变形量，光纤解调仪2实时记录接受到的布里渊信号，为光纤高温中应变系数的标定提供有效数据。

本实用新型的标定装置为光纤应变系数的标定提供了一热力耦合的试验环境，高温炉1为光纤提供高温环境，同时通过螺杆8旋转可为拉伸光纤8提供应变环境，从而满足热力耦合的试验环境。

下面例举实例。

采用本实施例的装置进行热力耦合环境下标定光纤应变系数，包括100℃和350℃高温环境下光纤应变系数的标定。本实例中具体采用的光纤解调仪2由日本光纳株式会社所生产，基于PPP-BOTDA技术型号为NBX-6050A的解调仪。采用的光纤为具有UV树脂涂覆层的单模光纤(又称裸光纤)。K型热电偶3与TDS-530采集仪相连，实现自动采集。

如图2所示为NBX-6050A解调仪所采集到的典型数据图。图2中平台段较高部分表示光纤的固定部5部分，平台段较低部分表示光纤的可移动部4，其余水平段表示高温炉以外部分。

结合图2所示数据，根据光纤布里渊频移的变化与温度和应变变化分别成线性关系的原理，得到如图3所示的100℃和350℃高温下布里渊频移和应变的关系。图2中台阶处为高温炉中光纤的布里渊频移，可看出平台几乎没有波动，说明高温炉内温度分布均匀。调节螺杆8可得到不同应变条件下的图2。光纤固定部的布里渊频移减去光纤可移动部的布里渊频移即为图3的纵轴。通过计算图3中的斜率，即得到100℃和350℃高温下光纤的应变系数分别为45.56MHz/0.1％和45.42MHz/0.1％。

结合图2和图3，即为在本实用新型的标定装置下，得到光纤应变系数的过程。

本实施例的装置基于PPP-BOTDA技术，标定精确度高。所用材料设备均为常用仪器和材料，装置结构紧凑、简单，便于携带，可操作性强，适用于任何环境。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和优点。本领域的技术人员应该了解，本实用新型不受上述具体实施例的限制，上述具体实施例和说明书中的描述只是为了进一步说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护的范围由权利要求书及其等效物界定。

Claims (6)

1.一种热力耦合环境下标定光纤应变系数的装置，其特征在于，包括高温炉(1)、光纤解调仪(2)、热电偶(3)、调节件(6)、测量件(7)、拉伸件(8)和标定座(9)，所述热电偶(3)位于高温炉(1)中，所述标定座(9)位于高温炉(1)旁，所述调节件(6)和标定座(9)连接，所述拉伸件(8)和调节件(6)连接，且调节件(6)和标定座(9)适配；测量件(7)和调节件(6)连接；使用时，所述光纤解调仪(2)与标定座(9)通过光纤连接，光纤两端分别与光纤解调仪(2)连接。

2.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述调节件(6)为两个，两个调节件(6)布设在标定座(9)的两端。

3.按照权利要求2所述的装置，其特征在于，所述调节件(6)将光纤分为固定部(5)和可移动部(4)，固定部(5)位于两个调节件(6)之间；固定部(5)为拉伸光纤，可移动部(4)为补偿光纤。

4.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述拉伸件(8)为螺杆；所述标定座(9)中设有螺孔，所述螺杆和螺孔适配，且螺杆位于螺孔的一端和调节件(6)连接。

5.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述测量件(7)为千分表。

6.按照权利要求1所述的装置，其特征在于，所述光纤解调仪(2)的空间分布率为0.1m，温度精度为0.75℃，应变精度为7.5με。

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