复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统

摘要

针对单芯光纤难以实现多参量同步采集问题，提出复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统。该系统有效集成光纤光栅（FBG）、拉曼光时域反射（ROTDR）和布里渊光时域分析（BOTDA）于一根光纤，利用七芯光纤中的4根纤芯采集结构的应变、温度和自振频率。首先，分析七芯光纤空分复用机制，经过刻制FBG串、二次涂敷等工艺流程，得到复刻FBG型七芯光纤。然后，通过有限元分析、理论分析和试验等手段，探究温度波动和应变传递层剪变滞后效应对BOTDA和FBG测得应变的影响，建立应变修正公式。最后，通过足尺钢梁多参量同步监测试验，对复刻FBG型七芯光纤的多参同步感知性能和应变修正公式的有效性和准确性进行试验。试验结果表明：温度波动1℃引起BOTDA和FBG的应变测量误差分别为23×10^-6、16×10^-6，剪变滞后效应导致应变减小11%；复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统的监测值与传统传感器测量值一致，ROTDR和FBG的测温误差分别为0.36、-0.04℃；BOTDA和FBG的应变测量误差分别为-15×10^-6、-0.4×10^-6，与应变修正前相比，准确度分别提升12%、98%;FBG测得的自振频率为2.18 Hz，与加速度计的频率测量值2.19 Hz一致。复刻FBG型七芯光纤多参量同步监测系统实现了多种参量同步采集，融合了点式应变、分布式应变与温度补偿的优势，且不影响各传感器的性能，应变修正公式能够有效提高应变测量准确度，为多芯光纤在结构健康监测中的应用提供了新思路。

关键词

多芯光纤 / 光纤光栅 / 温度补偿 / 应变传递 / 空分复用