一种高强度温度传感光缆的制作方法

文档序号:9546121
一种高强度温度传感光缆的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种高强度温度传感光缆,属于光纤传感技术领域。
【背景技术】
[0002]目前,温度传感器广泛应用于航空航天、能源基站、油气管道、堤坝、道路桥梁、电缆等设备和设施,用于施工质量监测、长期健康监测和火灾报警等。
[0003]电子温度传感器在实际应用中表现出易受电磁干扰、稳定性差、测量范围小和信号传输距离短等缺点,尤其在多点探测时,大量的信号传输线路给现场施工造成极大不便。而温度传感光缆具有监测灵敏度高、体积小、重量轻、安全防爆等优点。
[0004]温度传感光缆,如基于强度调制的温度传感光缆虽然突破了传统的电子类温度传感器的某些局限性,但其本身仍然具有以下缺陷,比如受环境影响较大、定位困难及测量结果重复性差等。从结构而论,现有的光纤光栅类温度传感光缆需要熔接光纤光栅,即在光纤静止状态单个地制备光栅,再采用光纤熔接机将多个光栅逐个熔接,制作光缆时也需要相应制作多节护套。这就存在光栅制备效率低,光纤上的熔接点多、损耗大,光栅串接数量受到限制并且最终的光栅阵列机械性能差等缺点,不能完全满足实际应用对光纤光栅传感光缆的要求。
[0005]另外,光栅对于应力和温度都很敏感,在实际应用中必须减弱或消除应力的影响。而在成缆和光缆布设过程中,光纤光缆会经常受到拉伸、弯曲、踩踏等,如果处理不好,会引起温度测量不准确,甚至使传感光缆失效。
[0006]综上所述,用于传感的光纤光栅光缆需要解决的是光栅阵列中的光栅制备效率低、光栅数量少、光纤强度低、损耗大、光缆可靠性差、光栅易受应力影响、光缆结构复杂等问题。

【发明内容】

[0007]本发明所要解决的技术问题在于针对上述现有技术存在的不足提供一种结构设置合理,强度高、损耗小,测量与传输距离长,传感性能可靠,易于制作的高强度温度传感光缆。
[0008]本发明为解决上述提出的问题所采用的技术方案为:包括有外护套和传感光纤,传感光纤敷设在外护套内,其特征在于所述的传感光纤为拉丝时直接在线刻入光栅的全同光栅阵列光纤,在外护套内设置有金属铠装层,所述的传感光纤松弛敷设在金属铠装层内,所述的外护套为一次挤塑成型的整体型外护套。
[0009]按上述方案,所述的传感光纤为一条连续的无熔接点的全同光栅阵列光纤。
[0010]按上述方案,所述传感光纤的静态抗拉强度大于或等于55N,且光纤的整体经过lOOkpsi张力的动态筛选。
[0011 ] 按上述方案,所述传感光纤上连续刻写光栅的数量为5?10000个,两个相邻光栅之间的间距为0.5m?20m。
[0012]按上述方案,所述传感光纤上的光栅为弱反射布喇格光栅,反射率为1 %?0.0001%。
[0013]按上述方案,所述的传感光纤由刻入光栅的裸光纤表面涂覆树脂涂覆层或碳涂覆层或金属涂覆层构成。
[0014]按上述方案,所述的传感光纤外包覆紧套层或松套层,分别构成紧套传感光纤和松套传感光纤。
[0015]按上述方案,在外护套和金属铠装层之间设置有非金属加强层。
[0016]按上述方案,所述的外护套径向截面为圆形或蝶形。
[0017]按上述方案,所述的外护套中沿周向间隔或在两侧设置有加强件。
[0018]本发明提供的光纤光栅阵列传感光缆是一种光纤布喇格光栅准分布式传感器,其中的布喇格光栅可以是等距离排列,也可以是不等距离排列。使用单脉冲紫外激光束曝光,采用相位掩模板法刻写光栅,制备出弱反射布喇格光栅,对裸光纤连续曝光,制备出全同弱光栅阵列。刻写光栅装置为准分子激光器结合相位掩模板,设置在光纤拉丝塔出丝口下方,准分子激光器输出的单脉冲紫外激光束经光阑整形,经过透镜聚焦,照射到掩模板上,从而在近乎紧贴掩模板的裸光纤上写入光栅。刻写光栅过程中受到电脑控制,相邻光栅之间的间距和激光强度均可按要求设置,整套装置在匀速下拉的裸光纤上连续自动刻写光栅。刻写光栅后对光纤进行涂敷。
[0019]光栅阵列波分复用技术由于波长调制的特性,每个光纤布喇格光栅都会占用一定的带宽,同时彼此之间不允许重叠。因此,光纤光栅的波分复用技术受到光源带宽以及光栅波长幅宽的限制,一根光纤上复用30个光栅基本已经达到极限。本发明提供的光纤光栅阵列传感光缆其中的光栅数目至少有5个,可以多至10000个或更多,根据需要确定。然而一根光纤上光栅复用的数量超过30个时,单独用波分复用技术难以进行信号解调。
[0020]本发明的光纤光栅传感器使用方法为:采用波分复用技术和时分复用技术复合使用的方法,这是一种基于传感脉冲信号随时间和波长二元变化关系的分布式光纤光栅传感信号解调技术,光源输出的一窄带脉冲信号耦合进入光栅阵列,该窄带脉冲信号以固定频率重复,且信号的波长周期性连续调谐变化,入射到与脉冲波长一致的光栅上时,脉冲信号部分被光栅反射回到解调仪,剩余部分继续向前传输;如果入射脉冲波长与光栅中心波长不一致,脉冲信号直接透射过去直至遇到中心波长一致的光栅;根据脉冲信号返回时间、光栅反射信号波长和反射光强,分析计算出光栅的空间位置和传感参数值的大小。
[0021]本发明的有益效果是:1、在线制备的全同光栅阵列光纤上无熔接点,强度高,传输损耗小,光栅的一致性好,所制备的光纤光栅阵列可以直接一次成缆;2、本发明的传感光缆结构设置简单合理,抗压抗拉的机械性能强,在光缆受到张力时光纤能一直处于松弛状态,保证其中光栅不受力,能够稳定精确地测量;并且抗环境干扰能力强,施工方便,使用成本低;3、采用基于时分/波分混合复用信号解调技术进行传感,突破了现有传感光缆的局限性,定位快速精确,测量结果重复性好,易于进行长距离多点分布测量,可多路复用并构成传感网络。
【附图说明】
[0022]图1为本发明第一个实施例的径向剖面结构图。
[0023]图2为本发明第二个实施例的径向剖面结构图。
[0024]图3为本发明第三个实施例的径向剖面结构图。
[0025]图4为本发明第四个实施例的径向剖面结构图。
[0026]图5为本发明第五个实施例的径向剖面结构图。
[0027]图6为本发明一个实施例中一组全同弱光栅阵列解调图谱。
[0028]图7为本发明一个实施例中连续6个位置处的光栅的谱形图。
[0029]图8、图9分别为本发明一个实施例中光栅阵列上不同位置处的两个光栅的中心波长随时间的变化曲线。
【具体实施方式】
[0030]以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0031]本发明第一个实施例如图1所示,为一种圆形光纤光栅阵列温度传感光缆,包括有圆形截面的外护套3,在外护套内设置有金属铠装2,在金属铠装层内松弛敷设传感光纤1 ;其中,所述外护套可由聚氯乙烯护套料、阻燃护套料或耐电痕护套料制成;所述的金属铠装层可由铝塑复合带、钢塑复合带、螺旋钢铠、钢绞线或不锈钢管构成,金属铠装层的孔径为0.8?6_ ;所述的传感光纤为拉丝时直接在线刻入光栅的全同光栅阵列光纤,刻写光栅的数量为5?10000个,两个相邻光栅之间的间距为0.5m?20m,可为等距或不等距,所述传感光纤上的光栅为弱反射布喇格光栅,反射率为1%?0.0001%。所述的传感光纤由刻入光栅的裸光纤表面涂覆树脂涂覆层构成,涂覆层为1?2层。所述的外护套为一次挤塑成型的整体型外护套。本实施例中光缆直径2_,螺旋钢铠直径1_,光缆长度1964m,其中的光栅之间的间距为2m。
[0032]第二个实施例
再多了解一些
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