一种变径定点结构应变传感光缆及其制作方法与流程

本发明涉及岩土、地质工程监测技术领域，更具体的说是涉及一种变径定点结构应变传感光缆及其制作方法。

背景技术：

我国目前正处于基础设施大规模建设时期，在水利、交通、工民建等各个领域为了保证各类建筑及设施的安全，需要对其地基、岩土体地质进行监测。分布式光纤传感技术因其分布式传感、测试量程大、易植入等特点在岩土、地质工程监测领域中具有越来越广泛的应用。

分布式光纤传感器的解调技术主要有：基于自发布里渊光时域反射技术、基于受激布里渊光时域反射技术、基于布里渊光频域分析技术以及基于瑞利散射和菲涅尔反射的光时域反射技术等。基于这些传感技术的分布式光纤传感器需要将被测对象的应变、温度等状态变化尽可能真实、详尽的传递给传感纤芯。而当前使用的分布式光纤传感器大部分是由通信光缆进行改良而来，其不易与岩土体耦合且应变定位不精确，缺乏传感要求的针对性，严重影响分布式传感监测技术的应用与推广，急需发明新型的传感纤芯封装技术。

因此，如何提供一种增大传感光缆与被测结构体的接触面积和咬合度，提升传感光缆与被测结构体之间的耦合性变径定点结构应变传感光缆及其制作方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供了一种变径定点结构应变传感光缆及其制作方法，传感光缆结构采用变径缆状，光纤纤芯定点封装在变径结构的保护层内，实现被测结构体的精确变形测量。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种变径定点结构应变传感光缆，包括保护层和传感纤芯；所述保护层位于所述传感纤芯的外层，且保护层形状为变径缆状，所述传感纤芯定点封装在所述保护层内。保护层可具有不同的封装方式。

本发明采用的变径定点结构具有如下有益效果：

一、定点结构可以将传感光缆分段，有效解决了传感光缆测量应变平摊现象，提高了应变定位精度；

二、表面封装的变径结构改变了应变传感光缆表面平滑顺直的结构，增大了传感光缆与被测结构体的接触面积和咬合度，解决了传感光缆易与被测结构体发生滑移造成测量应变失真的难题。

优选的，所述保护层包括相互连接的线型光缆段和变径段，所述变径段与所述线型光缆段间隔设置，每相邻两段变径段之间间隔固定距离。

优选的，变径段的外径为线型光缆段直径的10～20倍；所述变径段的厚度为线型光缆段直径的2～3倍，所述厚度方向同所述传感纤芯的长度方向。变径段的外径可具有不同的规格。

优选的，相邻两段变径段之间间隔不小于所述变径段外径的5倍。

优选的，所述变径段材料为满足强度需求的轻质材料，包括亚克力、树脂和玻璃纤维合成材料或合金。

优选的，所述传感纤芯通过定点结构定点封装在所述保护层内，所述定点结构包覆所述传感纤芯，且位于所述线型光缆段上，与所述线型光缆段相拼接；包括，

带有镂空孔的金属套管，所述金属套管套装在所述传感纤芯外侧；

所述金属套管将所述线型光缆段截断，且两端截面与其相邻的所述线型光缆段截面相衔接；

所述金属套管与传感纤芯之间注有胶水层，所述胶水层将所述传感纤芯、衔接处的保护层和金属套管胶结为一体。金属套管上镂空孔的主要作用是排出金属套管中的空气，让胶水完全填充整个定点结构。

优选的，所述金属套管为铝合金热缩管。铝合金相对于岩土体具有高强度、轻质量的材料特性，同时成本低廉，易于生产推广。

优选的，所述金属套管的内径同线型光缆段直径，长为5～10cm。

优选的，线型光缆段直径可具有不同规格，定点结构之间的间距可根据要求的测量定位精度定制。

优选的，定点位置和变径点可以不在同一位置。

优选的，传感纤芯通过相应的解调仪进行数据采集。

本发明的传感特征：

分布式传感特征：传感器解调采用分布式光纤传感技术，即传感光缆上各点均为传感点；

多种传感模式：变径保护层封装内的光纤可采用紧套光纤、松套光纤、单模光纤、多模光纤等以满足不同的解调技术和传感目的；

固定点传感：固定点之间的传感纤芯应变不受光缆周边环境的影响，只决定于两固定点之间的相对位移。

本发明还提供了一种变径定点结构应变传感光缆的制作方法，包括变径段制作步骤和定点结构制作步骤：

变径段制作步骤包括：

s11、根据变径段厚度剥去变径点处的保护层；

s12、再去除保护层的变径点胶装变径段，与保护层剥离后剩下的线型光缆段粘接；

定点结构制作步骤包括：

s21、根据定点结构长度剥去固定点处的保护层使纤芯裸露；

s22、在光纤纤芯裸露段套上带有镂空孔的金属套管；

s23、注入胶水将内部传感纤芯、衔接处的保护层和金属套管胶结为一体；

s34、金属套管与保护层衔接处用热缩管对金属套管进行热缩固定。

经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明的有益效果包括：

光纤纤芯封装保护能有效提高光纤的抗弯折性能，提高传感光缆植入岩土地质体的成活率；

变径段有效增大了与被测结构体的接触面积和咬合度，提升了传感光缆与被测结构体之间的耦合性；

定点结构固定点之间的感测光缆应变不受光缆周边环境的影响，只决定于两固定点之间的相对位移。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1附图为本发明提供的变径定点结构应变传感光缆结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例公开了一种变径定点结构应变传感光缆，并给出了变径定点结构应变传感光缆的制作方法。用于被测对象内部的变形测量，能够解决现有分布式光纤传感器存在的传感器测试定位不精确及其与岩土体，尤其是高含水率的土体易发生滑移，从而造成应变测量结果失真等不足。

变径定点结构应变传感光缆包括保护层4和传感纤芯5；保护层4位于传感纤芯5的外层，且保护层4形状为变径缆状，传感纤芯5定点封装在保护层4内。

传感纤芯5与保护层4之间还涂覆有光纤涂覆层7，能够促进纤芯中光传播时的折射，使光在传播不至于完全散射。

保护层4包括相互连接的线型光缆段和变径段6，变径段6与线型光缆段间隔设置，每相邻两段变径段6之间间隔固定距离。变径段6的外径以线型光缆段直径的10～20倍为宜，变径段间距9可根据实际测量需求定制，一般相邻两段变径段6之间间隔不小于变径段6外径的5倍，变径段6的厚度以为线型光缆段直径2～3倍为宜。

变径结构的制作过程如下：

首先根据变径段6厚度剥去变径点处的保护层4；其次，再去除保护层4的变径点胶装变径段6，与保护层4剥离后剩下的线型光缆段粘接，变径段6材料可为亚克力、gfrp、铝合金等高强度轻质特性的材料。

传感纤芯5通过定点结构定点封装在保护层4内，定点结构包覆传感纤芯5，且位于线型光缆段上，与线型光缆段相拼接；包括，带有镂空孔3的金属套管2，金属套管2套装在传感纤芯5外侧；金属套管2将线型光缆段截断，且两端截面与其相邻的线型光缆段截面相衔接；金属套管2与传感纤芯5之间注有胶水层，胶水层将传感纤芯5、衔接处的保护层4和金属套管2胶结为一体。金属套管2可以采用铝合金管。

定点处铝合金管长度5～10cm为宜，定点间距8可根据实际需求定制，在岩土、地质工程监测中定点间距8一般不大于5m。

定点结构的制作过程如下：

采用胶装合金管对应变传感光缆进行一定间距的定点。首先根据定点结构长度剥去固定点处的保护层4使纤芯5裸露；其次，在光纤纤芯5裸露段套上内径同线型光缆段直径、长5～10cm的带有镂空孔3的铝合金管；再次，注入胶水将内部传感纤芯5、衔接处的保护层4和金属套管2胶结为一体；最后，铝合金管与光缆衔接处用热缩管1对其进行热缩固定。

本实施例采用材料特征：传感光缆封装材料具备一定的强度，并且满足一定的延展性、可变形性、可机械加工性及抗腐蚀性等要求，如聚氨酯、树脂和玻璃纤维合成材料(gfrp)、尼龙和钢绞线等；定点结构材料为带镂空孔3的铝合金管；变径结构材料为亚克力、树脂和玻璃纤维合成材料、合金等高强度轻质材料。传感纤芯5选用模量较低，截面直径较小的应变传感光纤。

本发明通过在传感光缆上施加固定点，固定点之间的传感纤芯5应变不受光缆周边环境的影响，只决定于两固定点之间的相对位移。作为分布式应变传感光缆，将其植入被测体，将定点结构锚固在被测体内，或嵌入被测体中，确保两定点结构之间的光纤处于伸展状态，如果被测体是压缩变形，则应预拉伸嵌入被测体的传感光缆，且拉伸量不能超过1.5％，使其与被测对象同步变形，通过相应的光纤解调设备进行数据采集。固定点间相向位移时，感测光缆压缩，所测应变为负；相背位移则拉伸，应变为正，从而提高了传感光缆测量的定位精度；通过在传感光缆变径结构，改变了现有应变传感光缆表面光滑顺直的结构，增大了传感光缆与被测结构体的接触面积和咬合度，提升了传感光缆与被测结构体之间的耦合性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。