[发明专利]BOTDR工程应用中剔出温度因素对应力监测影响的方法

说明书

技术领域

本发明涉及BOTDR工程应用技术领域，具体而言涉及一种BOTDR工程应用中能够剔出温度因素对应力监测影响的方法.。

背景技术

在BOTDR（Brillouin Optical Time-Domain Reflectometry）系统中，向光纤中注入的探测脉冲光与光纤中的声学声子相互作用产生自发布里渊散射，在光纤同一端检测布里渊后向散射光，通过测量光纤沿线的布里渊频移分布实现应变和温度的连续分布式测量。

光纤中布里渊后向散射光的频率受到光纤散射点轴向应变和温度的影响而发生改变，布里渊后向散射光的频移随应变和温度成线性变化的关系，如下式：

ΔV_B(z)＝C₁·Δε(z)+C₂·ΔT(z)    (0)

其中ΔV_B(z)为光纤中布里渊频移变化量，Δε(z)为光纤z(离入射端面距离)处应力变化，ΔT(z)光纤z处温度变化，C₁，C₂为光纤中布里渊频移应变系数和温度系数。BOTDR就是通过光纤中布里渊散射效应将光纤沿线温度和应变信息实时检测出来，结合光时域反射技术通过光纤中光波的传播速度及入射光与反射光的时间差定位事件发生地点。目前BOTDR分布式光纤传感技术已在桥梁、大坝、隧道、周界和高速铁路等结构健康监测中取得一系列应用成果。

由公式(0)知，光纤中布里渊频移同时受应变和温度的影响，仅由单一的布里渊频移无法分辨出该频移是由应变还是由温度所引起，这就是BOTDR的温度应变交叉敏感问题，工程应用时温度应变交叉问题影响了BOTDR分布式光纤传感器测量的可靠性。解决BOTDR温度应变交叉敏感问题的最初方案是同时布置多根光纤，一根光纤处于松弛状态作为参考光纤，通过测量参考光纤获得待测量场的温度信息，然后从测量光纤中扣除温度信息以获得待测量场的应变信息，从而实现实验温度和应变的同时测量。但是，如果参考光纤和监测光纤的布里渊中心频率不一致，反而造成测量误差，而且工程应用中铺设多根传感光纤并保证其存活很多情况下难以实现，反而增加了成本和施工难度，降低测量效率。其他解决方法则是从光纤自身来解决交叉敏感问题，例如基于布里渊散射谱的双参量矩阵法、基于特种光纤的双频移矩阵法和联合拉曼散射等物理效应法来实现温度和应变的同时测量。但是，这些方法大多尚不成熟，仍需改进。本发明就是根据实际的工程应用背景，提出了一种不需增加系统成本，并能提高测量效率，切实解决BOTDR工程应用中温度应变交叉敏感问题的新方法。

发明内容

本发明目的在于提供一种BOTDR工程应用中同时监测温度和应力的方法，通过一根传感光纤实现应变和温度的同时测量，解决BOTDR工程应用中温度和应变交叉敏感问题。

为达成上述目的，本发明所采用的技术方案如下：

一种BOTDR工程应用中同时监测温度和应力的方法，在被测结构中铺设一根传感光纤时，每铺设一段间距N的传感光纤即留下一段补偿光纤，每段补偿光纤的长度n≥N/10，前述补偿光纤保持松弛状态并与被测结构接触，监测系统测量得到每段间距N的传感光纤以及补偿光纤的布里渊频移后，通过对测量数据进行分析处理得到分别由温度和应变造成的布里渊频移。

进一步，前述间距N的大小为100米，前述每段补偿光纤的长度n为10米。

进一步，前述监测系统测量得到布里渊频移后，将每段间距N的传感光纤段内各处的布里渊频移扣除温度变化引起的频移即得到该段传感光纤中由应力变化引起的布里渊频移分布，前述温度变化引起的频移即为补偿光纤的布里渊频移。

进一步，前述补偿光纤的长度,即每段补偿光纤的长度大于或等于监测系统的空间分辨率，下面实例中的BOTDR的空间分辨率就小于每段10m的补偿光纤长度。

进一步，前述传感光纤采用全面接着铺设和定点接着铺设中一种方式粘贴布设在被测结构上。

进一步，前述粘贴布设的步骤如下：

1）将传感光纤拉直并直接与被测结构接触，然后利用胶带做初步固定；

2）在初步固定好的传感光纤上涂抹快干胶进行二次固定，以保证光纤不受外力因素脱落；

3）在步骤2）基础上对传感光纤进行堆胶保护，堆胶采用硅胶或环氧树脂；

4）待堆胶凝结以后，使用与待测结构颜色相同的工程胶带覆盖在堆胶表面，对传感光纤进行保护和美观作用。