专利名称：分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置的制作方法
分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置技术领域
本发明属于光电技术中的分布式光纤传感技术领域，具体为一种可以测量分布式传感光纤在被测结构中对应坐标位置的定位装置。
背景技术：
布里渊光时域分析仪(BOTDA)是一种利用光在光纤内散射光频率变化来测量光纤应变(温度)变化的一种技术，可对温度和应变进行同时测量，其工作原理是光纤两端的激光发射器分别给光纤注入一束脉冲光和一束连续光，当脉冲光与连续光的频率差与光纤中某个区间的布里渊频移相等时，该区域就会发生受激布里渊放大效应，两束光之间发生能量转移。当光纤沿线的温度发生变化或者存在轴向应变时，光纤中的背向布里渊散射光的频率将发生漂移，频率的漂移量与光纤应变和温度的变化呈良好的线性关系，因此通过测量光纤中的背向布里渊散射光的频率漂移量就可以得到光纤沿线温度和应变的分布 fn息ο
BOTDA实现了光纤的分布式连续测量，光纤测量点通常以0. 1米为间隔连续分布， 因此光纤测量点都采用一维坐标进行标记。分布式测量相比于点式测量而言，测量数据更多，被测信息更全面。但是，一维坐标中的光纤传感点也给被测结构的三维空间定位带来了困难。分布式传感光纤测量得到的数据只有被准确投影在被测结构上才具有测量的意义， 然而实际情况却是绝大多数分布式传感光纤虽然都以一维坐标来标记，但表面都没有标注长度坐标(或者标注精度在1米以上，不能达到坐标准确定位的要求)，因而很难跟被测结构的特定位置一一对应，即便有少量分布式传感光纤厘米级的长度标注，也会由于以下几种因素而难以满足测量精度的要求
1、分布式传感光纤被铺设在结构中，通常光纤表面都会被胶水和其它保护材料完全包裹，从而不能通过读取标注长来进行坐标定位。
2、光纤铺设过程中被施加预张力而有所拉长，或者由于其它因素而发生长度变化，将造成实际长度与标注长度的不同，最终造成测量位置的偏差；
3、由分布式传感光纤组成的测量线路在经过多次接续后，其实际长度与标注长度之间的差异已经无法计算，因而空间上难以进行精确坐标定位；
4、信号解调仪的定位误差会随着光纤长度的增加而扩大，从而导致长距离测量时测量点的理论坐标与标注坐标不一致，造成标注坐标不可用。
鉴于以上原因，坐标定位的困难已降低了分布式传感光纤的测量精度，因而迫切需要一种新技术来准确确定每一个被测结构的特定位置处所对应的光纤测量点坐标。发明内容
本发明的目的在于提供一种分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，该装置可对分布式传感光纤组成的测量线路进行准确的坐标定位。
为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于它包括两半圆形环状构件2，两半圆形环状构件的底端以扣搭方式连接，两半圆形环状构件的上端以扣搭方式连接，两半圆形环状构件构成内为光纤通过孔 6的环形结构；两半圆形环状构件包括外表层和内表面层7，内表面层位于外表层内，电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝8的两端分别设有接线头9，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒5内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层 10、石棉层11和陶瓷层12构成，铁或钢质层、石棉层和陶瓷层由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
所述两半圆形环状构件的内半径为0.3cm-lcm，两半圆形环状构件的外半径为 2cm-3cm，两半圆形环状构件的长为5cm_25cm。
所述电热丝为1-20根。
分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置的形状还可为外方内圆(内圆为光纤通过孔；结构层次与上述相同)。分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于它包括两半方形状构件，两半方形状构件的底端以扣搭方式连接，两半方形状构件的上端以扣搭方式连接，两半方形状构件构成内为光纤通过孔的结构；两半方形状构件包括外表层和内表面层，内表面层位于外表层内，电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝的两端分别设有接线头，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层、石棉层和陶瓷层构成，铁或钢质层、石棉层和陶瓷层由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
本发明利用分布式传感光纤对温度变化敏感的特性，通过改变局部光纤所处环境温度的方法，来获取被测结构特定位置处的光纤测量点坐标，其原理是当分布式传感光纤被铺设进入被测结构当中形成测量线路后，在一个相对较短的时间段内，被测结构不会发生较大的受力变形，而光纤所处的环境温度变化也很小，因而通过信号解调仪所获取的光纤测量数据是基本保持稳定的。那么，只要能够在短时间的急速改变被测结构某特定位置的环境温度，就可以造成该处光纤测量点数据的异常。通过该方法，可以迅速的得到光纤与结构对应位置所在，方便后续数据的处理，同时，由于位置的准确对应，测量得到的数据相对而言精度也得到了很大的提高。
本发明的有益效果是该装置可对分布式传感光纤组成的测量线路进行准确的坐标定位，准确地将光纤测量数据投影到被测结构的特定位置上，从而降低测量误差。
定位装置的外表面有针对性的以陶瓷、石棉作为材料，不仅可以有效的达到保温效果，同时也起到了隔热作用，防止加温工作时烫伤操作者。电热丝沿圆周均勻布设，升温光纤接受电热丝的均勻作用，而且内环表面是玻璃材质，避免了电热丝对光纤的直接作用而损坏光纤。松弛的光纤经定位装置的内孔(光纤通过孔)被捋直，便于准确找寻结构对应位置。两半圆形环状构件以扣搭方式连接，便于拆卸使用，当光纤已经布设于结构表面时， 可以仅使用一半圆形环状构件，将装置倒扣在结构表面，光纤通过半圆形环状构件，接受电热丝的加热作用。另外，每根电热丝的分别加热作用也方便了温度或者热量的控制，即在环境复杂的情况下也能根据电热丝工作数量来调节获得相关信息。
图1是本发明定位装置的外视图2是图1沿A-A线的剖视图中1-光纤(分布式应变/温度传感光纤)，2-半圆形环状构件，3-把手，4-扣搭扣件，5-电源控制盒，6-光纤通过孔，7-内表面层(或称内表层)，8-电热丝，9-接线头， 10-铁或钢质层，11-石棉层，12-陶瓷层。
具体实施方式
实施例1
如图1、图2所示，分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置包括两半圆形环状构件2 (即2个半圆形环状构件2、，两半圆形环状构件的底端以普通扣搭方式连接(底端均设扣搭扣件4)，两半圆形环状构件的上端以普通扣搭方式连接(上端均设有把手幻，两半圆形环状构件构成内为光纤通过孔6的环形结构，两半圆形环状构件的内半径为lcm(环形结构的内径为2cm)，两半圆形环状构件的外半径为3cm(环形结构的外径为6cm)，两半圆形环状构件的长为25cm ；两半圆形环状构件包括外表层和内表面层7，内表面层位于外表层内 (内表面层与外表层之间采用插入式连接，或不固定)，电热丝布置在外表层与内表面层之间(电热丝用于发热)，电热丝8的两端分别设有接线头9 (或小夹具)，电热丝为1-20根 (本实施例采用12根，沿圆周均布；具体根数根据需要确定)，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒5内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁质层10、石棉层 11和陶瓷层12构成，铁质层、石棉层和陶瓷层由内至外布置(这样设计有利于通电后的隔热保温)；所述的内表面层为玻璃层(可以有效的将热量传递给光纤)。
分布式应变/温度传感光纤坐标定位方法，它包括如下步骤
1)在被测结构所需测量线路上布置分布式应变/温度传感光纤(即对分布式传感光纤)，并在被测结构所需测量的特定位置处设置定位装置，分布式应变/温度传感光纤从定位装置中穿过；
2)测量时，定位装置通电，定位装置向分布式应变/温度传感光纤散发热量，通过改变局部光纤所处环境温度，获取被测结构所需测量的特定位置处的光纤测量点坐标。
按上述方法进行实验，结果显示上述方法的准确率达到100%。
电热丝通过外接的电源控制盒可以有效确定其工作数量，也就是说每根电热丝是独立的，可以根据现场的需要，选择性的接通电热丝，这样可以方便快捷的控制温度的变化。两半圆形环状构件通过扣搭方式连接到一起，可以随时分开(亦可以单独使用)，光纤由内环通过，通电后，定位装置(定位器)内部温度均勻增高，光纤温度亦随之均勻增高，使用BOTDA信号解调仪测量光纤的温度时，会在测量曲线的局部区域出现陡起的波峰，波峰峰值所在的坐标，即为定位器中心点上光纤的坐标。由于定位器中心点与光纤布设在结构上的位置关系是可以确定的，因此就可以在测量曲线上标出结构测量点的位置，并将该测量点的数值视为被测结构在此位置的测量值。
制作简述
1、外表层制作制作直径为半径为2cm)，长度为25cm的半圆形环铁片，如有不锈钢材质的最好，以防止铁锈影响构件的使用寿命和外观，在半圆形环铁片外表面涂一层胶水，黏上一层石棉，再在石棉层上铺陶瓷(两半圆形环状构件的外半径为3cm)。待胶水已经完全粘结后，在铁片上边缘焊接一个把手式的扣搭扣件，下边缘焊接一个扣搭扣件，把手和扣搭扣件在两个半圆形环铁片上各占一半，以普通扣搭方式连接。如图1，图2所示。
2、在上述半圆柱形行构件两端各加一环形顶板，并在顶板上沿圆周按均勻间隔安装夹取电热丝的小夹具(接线头)，两头对应布置，该小夹具即为电炉丝的两个电极，将其按两边对应位置配对，将电热丝安装在半圆形环铁片的内表面，这些电热丝都是独立连接电源线的，通过小夹具形成回路，并由导线统一牵引到外接的电源控制盒。
3、待该构件完成，装入内表面层(玻璃盖板)，玻璃盖板和前述半圆环顶板之间并不完全固接，是采取抽插方式安装或卸下玻璃盖板的，这样在施工时可以随时更换掉已经损坏的电热丝。
实施例2:
与实施例1基本相同，不同之处在于两半圆形环状构件的长为5cm。
按实施例1所述方法进行实验，结果显示准确率达到100%。
实施例3
与实施例1基本相同，不同之处在于所述两半圆形环状构件的内半径为0. 3cm, 半圆形环铁片的半径为1cm，两半圆形环状构件的外半径为2cm。
按实施例1所述方法进行实验，结果显示准确率达到100%。
实施例4
与实施例1基本相同，不同之处在于所述的外表层由钢质层10、石棉层11和陶瓷层12构成。
按实施例1所述方法进行实验，结果显示准确率达到100%。
实施例5
分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，它为半圆形环状构件，半圆形环状构件包括外表层和内表面层7，内表面层位于外表层内，电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝8的两端分别设有接线头9，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒5内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层10、石棉层11和陶瓷层12构成，铁或钢质层10、石棉层11和陶瓷层12由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
按实施例1所述方法进行实验，结果显示准确率达到100%。
实施例6
分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，它包括两半方形状构件O个半方形状构件)，两半方形状构件的底端以扣搭方式连接，两半方形状构件的上端以扣搭方式连接， 两半方形状构件构成内为光纤通过孔的结构；两半方形状构件包括外表层和内表面层，内表面层位于外表层内，内表面层的内表面为半圆形(或为方形)，电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝的两端分别设有接线头，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层、石棉层和陶瓷层构成，铁或钢质层、石棉层和陶瓷层由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
按实施例1所述方法进行实验，结果显示准确率达到100%。
实施例7
分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，它为半方形状构件，半方形状构件包括外表层和内表面层，内表面层位于外表层内，内表面层的内表面为半圆形(或为方形)， 电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝的两端分别设有接线头，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层、石棉层和陶瓷层构成，铁或钢质层、石棉层和陶瓷层由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
按实施例1所述方法进行实验，结果显示准确率达到100%。
权利要求
1.分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于它包括两半圆形环状构件 O)，两半圆形环状构件的底端以扣搭方式连接，两半圆形环状构件的上端以扣搭方式连接，两半圆形环状构件构成内为光纤通过孔(6)的环形结构；两半圆形环状构件包括外表层和内表面层(7)，内表面层位于外表层内，电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝 ⑶的两端分别设有接线头(9)，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒(5) 内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层(10)、石棉层(11)和陶瓷层(12) 构成，铁或钢质层(10)、石棉层(11)和陶瓷层(1 由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
2.根据权利要求1所述的分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于所述两半圆形环状构件的内半径为0. 3cm-lcm，两半圆形环状构件的外半径为2cm-3cm，两半圆形环状构件的长为5cm-25cm。
3.根据权利要求1所述的分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于所述电热丝为1-20根。
4.分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于它包括两半方形状构件，两半方形状构件的底端以扣搭方式连接，两半方形状构件的上端以扣搭方式连接，两半方形状构件构成内为光纤通过孔的结构；两半方形状构件包括外表层和内表面层，内表面层位于外表层内，电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝的两端分别设有接线头，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层、石棉层和陶瓷层构成，铁或钢质层、石棉层和陶瓷层由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
5.分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于它为半圆形环状构件，半圆形环状构件包括外表层和内表面层(7)，内表面层位于外表层内，电热丝布置在外表层与内表面层之间，电热丝(8)的两端分别设有接线头(9)，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒(5)内相对应的输出端点连接；所述的外表层由铁或钢质层(10)、石棉层 (11)和陶瓷层(12)构成，铁或钢质层(10)、石棉层(11)和陶瓷层(12)由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。
全文摘要
本发明为一种可以测量分布式传感光纤在被测结构中对应坐标位置的定位装置。分布式应变/温度传感光纤坐标定位装置，其特征在于它包括两半圆形环状构件，两半圆形环状构件的底端以扣搭方式连接，两半圆形环状构件的上端以扣搭方式连接，两半圆形环状构件构成内为光纤通过孔的环形结构；两半圆形环状构件包括外表面层和内表面层，内表面层位于外表面层内，电热丝布置在外表面层与内表面层之间，与每根电热丝的接线头相连的导线分别与电源控制盒内相对应的输出端点连接；所述的外表面层由铁质层、石棉层和陶瓷层构成，铁质层、石棉层和陶瓷层由内至外布置；所述的内表面层为玻璃层。该方法可对分布式传感光纤组成的测量线路进行准确的坐标定位。
文档编号G01L1/24GK102519623SQ201110408968
公开日2012年6月27日 申请日期2011年12月9日 优先权日2011年12月9日
发明者丁勇, 刘建辉, 王平 申请人:中国一冶集团有限公司, 武汉一冶钢结构有限责任公司