分析：一种分布式光纤敷设方法与流程

liukai · 发表于 2023-6-30 16:54:38

　　本发明涉及一种分布式光纤传感系统监测方法，尤其是涉及一种对分布式光纤传感系统中所用的光纤进行敷设的方法，属于光纤技术领域。光纤分布式传感解调仪odisi 6100是当下比较受关注的行业产品，我们网站内汇集很多最近最新的资讯，欢迎点击进入了解更多消息资讯！

　　背景技术：

　　分布式光纤传感系统的监测原理为：同时利用光纤作为传感敏感元件和传输信号介质，采用先进的otdr技术，探测出沿着光纤不同位置的温度和应变的变化，从而实现真正分布式的测量。分布式光纤传感系统是一种新型的实时测量温度或应力分布的探测系统，具有测量距离长、测量精度高、定位准确、响应速度快、报警方式灵活等优点。近年来已广泛应用于公路交通隧道、地铁结构、火情监测以及高压电缆温度监测等领域。

　　分布式光纤传感系统的空间分辨率一般可达1m；但是在一些特殊环境中，一维长度方向上1m范围内的空间分辨率难以达到监测的需求。因此，如何改善分布式光纤传感系统的空间分辨率是工程中迫切需要解决的问题。国内外也有较多学者对该问题进行研究，大多是从多种传感器混合使用，或者通过改善硬件，如激光光源、数据采集卡等，来提升其空间分辨率。然而，在实际应用中，多种传感器混合使用或提高硬件设施都会显著增加监测系统的成本。

　　目前，常规的分布式光纤的敷设方法大多是沿着被测对象直接按一维方向敷设，该方法简单、高效；但是，对于被测对象表面较大且监测要求空间分辨率较高时，这种一维敷设方式难以达到所要求的分辨率，亟需对其进行改进。

　　技术实现要素：

　　本发明的目的在于克服上述不足，提供一种分辨率高的分布式光纤敷设方法。

　　本发明的目的是这样实现的：

　　一种分布式光纤敷设方法，其特征在于：两条光纤纵横交错铺设构成网格结构。

　　本发明一种分布式光纤敷设方法，所述方法包含有下述步骤：

　　步骤一、确定监测所需空间分辨率；

　　步骤二、根据步骤a确定的空间分辨率计算网格结构的边长；

　　步骤三、横向分布式光纤敷设：将横向分布式光纤铺设成横向蛇形盘绕结构，该横向蛇形盘绕结构由多条相互平行的横向直线段构成，且相邻的横向直线段的同一侧端部之间为横向连接段；

　　步骤四、纵向分布式光纤敷设：将纵向分布式光纤铺设成纵向蛇形盘绕结构，且纵向蛇形盘绕结构盖置于步骤三中横向蛇形盘绕结构上，该纵向蛇形盘绕结构由多条相互平行的纵向直线段构成，且相邻的纵向直线段的同一侧端部之间为纵向连接段；步骤四中的纵向直线段覆盖于步骤三中的横向直线段上构成网格结构；

　　步骤五、将横向分布式光纤、纵向分布式光纤的端口接入光纤传感分析仪；

　　本发明一种分布式光纤敷设方法，所述网格结构的边长小于3m。

　　本发明一种分布式光纤敷设方法，所述网格结构的边长范围为（0.0001m，0.999m）。

　　本发明一种分布式光纤敷设方法，横向连接段和纵向连接段的光纤长度均大于0.1m。

　　本发明一种分布式光纤敷设方法，横向连接段和纵向连接段的光纤的长度范围为（1m，2m）。

　　本发明一种分布式光纤敷设方法，所述方法还包含有步骤六对温度变化位置进行定位，该步骤六包含有下述步骤：

　　步骤a、根据纵向分布式光纤在其长度上的温度变化位置，确定温度变化位置所在的“列”；

　　步骤b、根据横向分布式光纤在其长度上的温度变化位置，确定温度变化位置所在的“行”；

　　步骤c、步骤a和步骤b中的“列”和“行”交叉区域即为温度变化区域。

　　与现有技术相比，本发明的有益效果是：

　　本发明采用二维纵横交错方式将分布式光纤敷设构成网格结构，增加了与待测结构面的接触，可实现待测结构面的温度或应变大范围、面监测，与常规一维结构相比，可以有效提高温度或应变监测的空间分辨率；而且整个敷设过程简单、施工方便，便于大规模的推广利用。

　　附图说明

　　图1为本发明一种分布式光纤敷设方法的示意图。

　　图2为本发明一种分布式光纤敷设方法的具体实施方案中在区域1、2和点3处加冰冷却区域示意图

　　图3为本发明一种分布式光纤敷设方法采用图2加冰冷却案例后的分布式光纤传感分析仪测试结果；

　　其中：

　　图3（a）为区域1四条边上加冰块后的测试结果

　　图3（b）为区域2四条边上加冰块后的测试结果

　　图3（c）为中点3处加冰后的测试结果；

　　图3中的三张图即为“温度变化位置”图，表示不同长度处的温度值大小。

　　具体实施方式

　　参见图1~3，本发明涉及的一种分布式光纤敷设方法，所述方法包含有下述步骤：

　　步骤一、确定监测所需空间分辨率（空间分辨率主要是根据被监测对象所需要的精度确定，也即根据监测要求或精度自定义，该数值为预定义数据）；

　　步骤二、根据步骤a确定的空间分辨率计算网格结构的边长（当空间分辨率为a×b时，网格的边长分别为k×a×b；其中k为一常系数，一般k=1）；

　　步骤三、横向分布式光纤敷设：将横向分布式光纤铺设成横向蛇形盘绕结构，该横向蛇形盘绕结构由多条相互平行的横向直线段构成，且相邻的横向直线段的同一侧端部之间为横向连接段；

　　步骤四、纵向分布式光纤敷设：将纵向分布式光纤铺设成纵向蛇形盘绕结构，且纵向蛇形盘绕结构盖置于步骤三中横向蛇形盘绕结构上，该纵向蛇形盘绕结构由多条相互平行的纵向直线段构成，且相邻的纵向直线段的同一侧端部之间为纵向连接段；步骤四中的纵向直线段覆盖于步骤三中的横向直线段上构成网格结构；

　　步骤五、将横向分布式光纤、纵向分布式光纤的端口接入光纤传感分析仪；

　　具体的讲：

　　本发明采用分布式光纤敷设方法将两根光纤（分布式光纤）敷设至被测对象表面，敷设方法即将两条分布式光纤分别纵向、横向敷设而成网格，如图1所示，其利用分布式光纤对温度或应力的敏感性实现了利用分布式光纤对结构面的温度或应力的监测；

　　在上述方法中，横向分布式光纤和纵向分布式光纤均选用苏州东捷光电有限公司生产的分布式温度感测光缆（型号：dj-gyfhk(b)h1s），光纤传感分析仪采用北京航天时代的分布式光纤传感分析仪（型号：zwx4-z），试验时两条分布式温度感测光缆分别按纵向和横向敷设成网格状，从分布式光纤传感分析仪端口至两条光缆的铺设位置起点距离均为4m；同时，为了提升光缆监测定位精度，本网格每条边长度小于3m；优选的，网格每条边长度为0.0001m至0.999m之间；如本实施例网格边长选0.4m（即相互平行的直线段之间的间距为0.4m），同时，两条临近的横向或纵向光缆端部保留为1.5m（即连接段的长度为1.5m）；

　　进一步的，为实现空间温度或应力变化区域定位，还包含有步骤六对温度变化位置进行定位，其具体步骤为：

　　步骤a、根据纵向分布式光纤在其长度上的温度变化位置（温度变化位置是指在光纤长度方向上的温度变化，由于光纤是敷设在结构体表面，结构的不同位置处光纤的长度（相对于解调仪端口）也不同，因此，若结构体某处温度变化，即可根据光纤在长度上的温度变化而寻找到该处位置），确定温度变化位置所在的“列”；

　　步骤b、根据横向分布式光纤在其长度上的温度变化位置，确定温度变化位置所在的“行”；

　　步骤c、步骤a和步骤b中的“列”和“行”交叉区域即为温度变化区域；

　　下面结合具体实施例进行分析：

　　参见图2，分别在区域1、2和点3处加冰块冷却，然后通过分布式光纤传感分析仪，获得其横向、纵向两条分布式光纤的温度变化位置。

　　测试分布式温度感测光缆温度变化的位置结果如图3a、3b、3c所示，其中图3a、3b分别对应图2中区域1、区域2处四边加冰冷却的温度变化结果，图3c对应图2中点3处加冰冷却的温度变化结果；由图3可以看出，根据分布式温度感测光缆1的温度变化处长度位置上可以确定其温度变化的“纵”向列，再根据分布式温度感测光缆2的温度变化处长度位置上可以确定其温度变化的“横向”行，在行和列的交叉区域即为该温度变化的网格；因此采用本发明分布式光纤光缆敷设方法，其能明显提高温度感测光缆的温度变化空间分辨率。

　　综上所述，本发明的分布式光纤敷设方法，采用两条分布式光纤，网格敷设，并通过网格纵向和横向位置的分别定位“列”和“行”，这种方法提高了被监测对象的空间分辨率。所以，本发明有效克服了现有分布式光纤传感系统中的缺点而具有高度产业利用价值。

　　上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。