120进行说明：
[0038] 通过公￥1计算得到弯曲半径R，对弯曲半径R求 倒数，得到曲率。
[0039] 曲率响应系数n通过拟合得到。
[0040] 具体地，
[0041] 通过对测量光纤多次构造弯曲半径已知的圆形弯曲，并相应地实施布里渊分布式 测量实验，进行校准和标定，得到布里渊频移的变化量AvB与弯曲半径R之间的关系，即
[0042] 结合公式44=〃'
：计算得到曲率响 应系数η。
[0043] νΒ在确保没有纵向应力和横向弯曲的情况下由分布式传感系统测得。
[0044] d通过显微镜观察测出。
[0045] Θ根据需求校准得到。
[0046] 实施例二
[0047] 基于布里渊光时域分析仪对含有6个偏心纤芯的七芯光纤的曲率进行测量的步 骤包括：
[0048] (1)搭建如图2所示的布里渊光时域分析仪测量系统，其中所采用的七芯光纤的 结构如图3和图4所示。
[0049] ⑵参见图2,窄线宽的激光器（laser)输出频移为η。的光，经親合器（coupler) 分成两路：一路依次通过偏振控制器（PC)、调制器（modulator1)、掺铒光纤放大器 (EDFA)、偏振开关（PS)、隔离器（isolator)，用于产生探测光，经扇入耦合器（Fan-in)进入 七芯光纤。其中，modulator1由微波发生器（Microwavegenerator)进行控制，用以产生 双边带调制的探测光，频率为n(]±nM。其中，nM为调制频率，当ηM等于光纤某处的布里渊频 移时，该处的布里渊增益达到最大，因此只要控制modulator1改变nM，通过扫频就可以获 得光纤各处的布里渊增益谱，也就知道了该处的布里渊频移。另一路依次经过偏振控制器 (PC)、调制器（modulator2)、掺铒光纤放大器（EDFA)、环形器（circulator1)，然后经扇 入親合器（Fan-in)进入七芯光纤。其中，modulator2由脉冲发生器（pulsegenerator) 控制，用以产生脉冲。传感用的七芯光纤（MCF)两头分别由扇入耦合器（Fan-in)和扇出耦 合器（Fan-out)进行连接。在扇出端，根据需要将η个纤芯依照对应光路进行连接，便可 以构成一个基于多芯光纤空间复用的系统，实现光路往返传输的结构，这样的优势是只需 要一次测量就可以获得多个纤芯的信息。当然也可以根据需要只用1个纤芯。经过放大 (增益型系统）或衰减（损耗型系统）的布里渊探测光由扇入（Fan-in)端输出，经环形器 (circulator1)进入到环形器（circulator2)，之后经过光栅（FBGfilter)滤掉不需要 的频率成分，将滤出来的探测光送入光电探测器（PD)，ro再与信号处理模块相连。信号处 理模块中含有示波器或者数据采集卡，对ro传过来的电压信号进行采集。采集完成后，再 对这些数据进行处理，即求增益。由于系统采用扫频的工作模式，那么在对每个频率的测量 数据都进行求增益处理后，就可以还原出沿整个光纤长度的布里渊增益谱。当知道布里渊 增益谱后，就可以求出每一个点的布里渊频移量，即AVb。
[0050](3)标定公另
卜的曲率响应系数η。在具体标 定时，可以利用显微镜对弯曲方向进行校准，使得Θ=〇或θ=ρ，即所用的外层纤芯在弯 曲平面内。通过改变弯曲半径（R)，对应的频移（ΔvB)也会发生变化，如图5所示。将测 得的多个数据点进行拟合，即可求得曲率响应系数η，如图6所示。在本实施例中，求得的 η= 4. 5636〇
[0051] (4)通过公另 计算得到弯曲半径R，对弯曲半径 R求倒数，得到曲率。
[0052] 需要指出的是，因为中间芯处在多芯光纤结构的中心轴上，所以当发生弯曲时，理 论上中间芯不会产生应变（中间芯产生的应变可忽略不计），因而中间芯的布里渊频移不 会对弯曲敏感，但这个芯恰好可以用来测量温度，对外层芯进行温度补偿。因此，当没有纵 向应力作用时，该测量方案能够有效地解决温度和弯曲的交叉灵敏度的问题。
[0053] 【技术效果】
[0054] 本发明实施例在国际上首次提出和实验验证了在含有偏心纤芯的光纤（如多芯 光纤）的分布式传感系统中，偏心纤芯（外层芯）的布里渊频移（Brillouinfrequency shift)对弯曲/曲率敏感，且频移量跟曲率大小呈线性关系的结论。之所以布里渊频移对 弯曲敏感，是因为在含有偏心纤芯的光纤（如多芯光纤）中，当发生弯曲时，处在非中心的 纤芯（外层芯）要么被拉伸，要么被压缩，因此在弯曲的切线方向上会产生局部的应力作 用，从而导致布里渊频移发生变化，当然本质上是由于弯曲导致折射率和声子速率发生变 化。因而，可以通过布里渊频移量求得偏心纤芯的曲率。由此可知，基于本发明实施例的分 布式传感系统的测量范围将不再只有温度和应力，还包括弯曲/曲率，相当于拓宽了一个 测量维度，不再仅限于纵向的测量，还能实现横向的测量，这将大大扩宽分布式光纤传感系 统的应用能力，将布里渊传感技术推上一个新的台阶。
[0055] 需要特别指出的是，该方法可能有很多变种，无法在本申请书中逐一列举，但凡是 使用含有偏心纤芯的光纤实现的分布式弯曲/曲率传感方案都在本发明实施例要求的保 护范围内，意味着所使用的光纤的尺寸、形状、纤芯数量、偏心纤芯的位置、空间复用的光路 系统、顺序、方向、所用的分布式传感技术（包括但不仅限B0TDR/A、B0CDR/A等）等与本实 施例有不同时，亦在本发明实施例所要求保护的范围内。更进一步地，"所用的分布式传感 技术"包括各种基于光纤中布里渊散射实现的传感技术，不以具体系统的实现方式的不同 而跳出本发明实施例所要求保护的范围。例如不能说通过对系统做一些变化，如多使用或 少使用某些仪器，或者采用另一种与实施例不同的布里渊传感技术来达到跳出本发明实施 例所要求保护的范围的目的。
【主权项】
1. 一种曲率测量方法，其特征在于，包括： 通过分布式传感系统测量沿光纤链路的布里渊频移的变化量AVe;其中，所述分布式 传感系统中所采用的光纤为含有偏屯、纤忍的光纤； 通过公式1计算得到弯曲半径R，并得到曲率；其中， n为曲率响应系数，Ve为未发生弯曲时初始的布里渊频移，d为外层忍距光纤几何中屯、的 距离，0为弯曲方向按顺时针方向到纤忍径向的角度。2. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过公式<&=n*VB*H十算得到弯曲半径R，并得到曲率，具体包括： 通过所述公式'计算得到所述弯曲半径R，对所述弯曲 半径R求倒数，得到曲率。3. 如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述曲率响应系数n通过拟合得到。4. 如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述曲率响应系数n通过拟合得到，具体包 括： 通过对测量光纤多次构造弯曲半径已知的圆形弯曲，并相应地实施布里渊分布式测 量实验，进行校准和标定，得到布里渊频移的变化量AVe与弯曲半径R之间的关系，即结合公式得到计算得到曲率响应 系数n。5. 如权利要求1-4中任一项所述的方法，其特征在于，所述分布式传感系统包括：布里 渊光时域反射仪、布里渊光时域分析仪、布里渊相关域反射仪或布里渊相关域分析仪。
【专利摘要】本发明公开了一种曲率测量方法，包括：通过分布式传感系统测量沿光纤链路的布里渊频移的变化量ΔνB；其中，分布式传感系统中所采用的光纤为含有偏心纤芯的光纤；通过公式计算得到弯曲半径R，并得到曲率；其中，η为曲率响应系数，νB为未发生弯曲时初始的布里渊频移，d为外层芯距光纤几何中心的距离，θ为弯曲方向按顺时针方向到纤芯径向的角度。本发明首次提出和验证了在含有偏心纤芯的光纤的分布式传感系统中，偏心纤芯的布里渊频移对弯曲/曲率敏感，且频移量跟曲率大小呈线性关系的结论。由此可知，基于本发明的分布式传感系统的测量范围将不再只有温度和应力，还包括弯曲/曲率，这将促进分布式传感技术在结构健康检测方面的应用。
【IPC分类】G01B11/255
【公开号】CN105371785
【申请号】CN201510777337
【发明人】唐明, 赵志勇, 付松年, 童维军, 李博睿, 韦会峰
【申请人】华中科技大学
【公开日】2016年3月2日
【申请日】2015年11月13日