一种分布式应变和FBG应变双机制同步测量的方法和装置,方法包括将光缆绕制为光纤缠绕结构,并将FBG宽带光和连续的探测光及脉冲的泵浦光融合在同一光纤缠绕结构中,实现三种测量光在同一根光纤中同时工作,且两种应变测量互不干扰;装置通过多个激光源通过耦合器、光电调制器、循环器及光电探测器实现一种分布式应变和FBG应变双机制同步测量的方法;本技术将两种测量机制在同一根光纤中同时进行,提高了传感器准确性,大幅度减小光纤布线长度,尤其适用于三维精密缠绕结构的内部应变状态表征。
背景技术
自主水下航行器(AUV)已经在海洋科学研究、海洋资源勘探和海洋安全保证等方面得到了广泛的应用,实现水下航行器控制及高清视频信息实时回传的关键在于建立航行器与地面的快速通讯。与空中电磁通讯不同的是,电磁波会在海水中快速衰减,传输深度仅有几米。相比于电磁通讯,光纤通讯具有抗电磁干扰、跨介质传输、对环境适应性强、信息传输容量大等突出优势。
光纤按照一定的工艺准则,缠绕为具有复杂几何结构的光缆线包,航行器航行过程中光纤被动从这一精密结构中逐层解脱。光纤成功释放的可靠性与线包结构中的初始应变状态密切相关,光纤断线会导致深海探测任务失败。获取整个线包结构内可信的应变对光纤缠绕结构的安全释放评估至关重要。
光纤分布式应变测量以光纤自身作为传感单元,基于瑞丽散射、布里渊散射或拉曼散射测量沿光纤长度的应变分布。其中,基于受激布里渊散射的分布式应变测量方法(BOTDA)在长距离测量中具有高的空间分辨率,传感点数多、成本低的特点,在多个领域得到应用。然而,由于布里渊散射本质的随机散射特性、增益谱拟合误差以及随机噪声,布里渊测量的应变具有低的可靠性,有时测量误差达到15%。对于光缆线包、光纤陀螺等精密的光纤结构,低的分布式应变置信度极易引起安全评估错误,增加了任务成本和周期。
光纤光栅(FBG)点式应变测量具有灵敏度高、准确性高的特点,但同一根光纤中传感器的容量受限于反射光谱的带宽。此外,主要用于测量离散位置处表面的应变,无法用于三维光纤缠绕结构内部应变的测量。
将BOTDA分布式应变和FBG应变融合在同一个光路中,对一根长距离光纤同时实现分布式应变和FBG应变测量将为光纤缠绕结构的安全释放评估提供基础。然而,直接利用BOTDA测量系统和FBG测量系统接入光纤,两种测量信号相互干扰,光纤中刻录的光栅会在布里渊谱中激发出强烈的信号噪声,使得BOTDA测量的分布式误差显著增大。如何将两种测量机制融合在同一个系统中,对同一根光纤同时实现分布式应变和多点FBG应变测量仍是一个公认的难题。
实现思路