一种用于结构表面应变监测的分布式应变光缆的制作方法
【技术领域】
[0001] 本实用新型涉及光缆领域，主要是一种用于结构表面应变监测的分布式应变光 缆。
【背景技术】
[0002] 近年来，基于布里渊散射的分布式光纤传感技术（B0TDA)得到广泛的应用，利用 受激布里渊散射效应，测量背向散射的斯托克斯光的频率信息，其频移量满足：
[0003] f = 2ην/ λ
[0004] 其中，η为光纤的折射率，ν为光纤中的声速，λ为激光脉冲的波长。
[0005] 由于声速ν与光纤的应变和温度有关，故可以将光纤制作成光缆与被测物粘贴， 利用光纤中的布里渊频移量间接测量被测物所受的形变和温度，因此能够实现应变或温度 测量的传感光缆是基于布里渊散射的分布式光纤传感的一项核心内容。
[0006] 国内在此方面也有相关的研究，但都存在不同的缺陷和不足如专利 2011110212087. 5公开了一种金属基索状分布式光纤传感器。其技术方案是光缆当中内置 了一根紧套光纤，光纤周围采用金属基索状结构进行保护，虽然该光缆大大提高了传感器 的抗拉强度，可以用于混凝土结构的应变监测，但是光缆中没有温度补偿单元，所以测量结 果会受温度变化的影响，使得测量结果不准确。专利201220335164. 6公开了一种沿物体 表面敷设的分布式应变和温度监测光缆，其技术方案同样采用的是温度光缆隔离应变的方 案，不过隔离采用的是不锈钢管，钢管填充的是油膏物质，所以导致光缆的硬度很大难以弯 曲，沿结构表面铺设难度较大，而且钢管内填充的是油膏物质，会导致光缆发生应变变化时 填充物质对温度光缆产生粘滞力，产生残余应变，不能完全隔离应变的影响。 【实用新型内容】
[0007] 本实用新型的目的就是为了克服上述现有技术中存在的问题，而提供一种用于结 构表面应变监测的分布式应变光缆，主要粘贴在结构体表面，感受结构表面的应变变化， 作为传感器使用。
[0008] 本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的。这种用于结构表面应变监测的 分布式应变光缆，包括一个用于测量应变的应变光纤和测量温度的温度光纤，二者构成圆 形扁平状，其中温度光纤放置于金属螺旋管内，金属螺旋管是采用钢带绕制而成的管状结 构；应变光纤外设有加强筋用于保护，金属螺旋管和温度光纤外设置有外护套。
[0009] 所述的外护套截面为两个圆形状，采用ΡΕ材料封装。
[0010] 所述的加强筋采用GFRP或者钢丝。
[0011] 所述的应变光纤和温度光纤为同种单模光纤。
[0012] 本实用新型的有益效果为：
[0013] a.传感光缆采用温度单元和应变单元独立的结构，能够满足应变和温度的同时测 量；
[0014] b.传感光缆采用PE材料的外护套，整体的弹性模量与混凝土相当，应变传递效果 好，同时PE材料可抵制酸、碱、油性等物质，具有良好的防水性和环境适应性，长期稳定性 好；
[0015] c.应变单元采用GFPR(或钢丝）加强筋进行保护，可以提高光缆的抗拉和抗压强 度，可以抵抗施工过程中的拉压和冲击破坏，提高光缆在施工过程中的存活率。
[0016] d.温度单元采用金属螺旋管进行铠装保护，一方面可以提高光缆的抗拉和抗压强 度，另外一方面可以隔离外界应变对温度光纤的影响，还可以提高光缆的协调性和柔韧性， 方便传感光缆沿结构表面铺设。
【附图说明】
[0017] 图1为本实用新型的结构剖面示意图。
[0018] 附图标记说明：温度光纤1 ;金属螺旋管2 ;加强筋3 ;应变光纤4 ;外护套5。
【具体实施方式】
[0019] 下面结合附图和实施例对本实用新型做进一步说明：
[0020] 本实用新型提供一种用于物体结构表面应变监测的分布式应变光缆，以解决温度 和应变同时、分布式测量，光缆与被测结构表面的加装工艺，光缆强度增强，光缆的易实施 和工程防护的问题。通过特种细钢丝加强筋保护紧套光纤的应变单元和金属螺旋管保护 的紧套光纤相结合的分布式应变光缆可以结合目前先进的B0TDA/B0TDR技术使用，可直接 在粘贴在被测结构物体表面进行分布式传感测试，广泛用于桥梁、隧道、大坝等结构体的温 度、应变及损伤等监测。
[0021] 如图所示，这种用于结构表面应变监测的分布式应变光缆，包括一个用于测量应 变的应变光纤4和测量温度的温度光纤1，二者构成圆形扁平状，所述的应变光纤4和温度 光纤1为同种单模光纤。其中温度光纤1放置于金属螺旋管2内，金属螺旋管2是采用钢 带绕制而成的管状结构；应变光纤4外设有加强筋3用于保护，所述的加强筋3采用GFRP 或者钢丝。金属螺旋管2和温度光纤1外设置有外护套5,所述的外护套5截面为两个圆形 状，采用PE材料封装。
[0022] 本专利整体结构为圆形扁平状，护套材料为PE封装，直径为4mm左右。光缆从中 间分为两部分，光缆左边部分包括一根用于测量应变的应变光纤，右边部分为一根用于测 量温度的温度光纤，具体的实施过程为：
[0023] (1)温度光纤采用的G652B纤芯的0· 6mm紧包光纤，外部用直径2mm的金属螺旋管 进行保护，金属螺旋管是采用钢带绕制而成的管状结构，具备一定的抗压强度，并且具有良 好的弯曲可变性，制成光缆后可以沿被测结构进行曲面铺设，抗压性能好。
[0024] (2)与之前的分布式表面传感光缆相比，采用螺旋管封装的温度光纤没有填充物， 所以当光缆产生弯曲应变时，不会对温度光纤产生应变粘滞力，温度光缆可以处于自由状 态进行弯曲变化而不产生残余应变，可以良好的补偿温度变化带来的影响；另外采用金属 螺旋管封装温度光纤的方法相比金属管封装温度光纤会使得光缆整体结构具有良好的柔 韧性，沿结构表面铺设简单轻松。
[0025] (3)应变光纤采用同样的G652B纤芯的0· 6mm紧包光纤，外部采用6根直径0· 6mm 的GFRP (或钢丝）加强筋进行保护。GFRP (或钢丝）加强筋具有较高的机械强度和耐热性， 可塑性强，施工方便。
[0026] (4)为了解决结构表面应变分布式监测的问题，实现温度应变的同时测量，假设温 度光纤和应变光纤的频移-应变系数分别是CT1和C T2，温度光纤和应变光纤的频移-温度 系数分别是CE1和C ε2。由于温度光纤有应变隔离的效果，所以温度光纤的频移-应变系数 为CE1= 0,那么由解调仪可以得到温度光纤和应变光纤的频移量AVbJP ΔνΒ2，公式如下：
[0028] 其中ΔΤ和Δ ε是未知量，而频移量Δ ￥[?1和Δ ￥[?2由解调仪可以得，而温度光纤、 应变光纤的频移-温度系数和应变光纤的频移-应变系数都是通过标定试验获得，通过解 方程就可以得到环境的温度、应变信息：
[0031] 通过此种结构设计，可以良好的消除温度光纤产生残余应变的影响，并且提高应 变光纤的抗拉和抗压能力，提高了光缆的生存能力和光缆结构的柔韧性，使的光缆可以沿 弯曲不平的结构表面进行铺设，良好的感受结构表面的应变变化。
[0032] 该结构的分布式光纤传感器可采用BOTDR、BOTDA、R0TDR以及0TDR等分布式光纤 传感技术进行解调，是用于混凝土、钢结构体等物体的表面应变、温度分布式监测。具有耦 合性好、灵敏度高、安装便利、分布式监测等特点。
[0033] 除上述实施例外，本实用新型还可以有其他实施方式，凡采用等同替换或等效变 换形成的技术方案，均落在本实用新型要求的保护范围。
【主权项】
1. 一种用于结构表面应变监测的分布式应变光缆，其特征在于：包括一个用于测量应 变的应变光纤（4)和测量温度的温度光纤（1)，二者构成圆形扁平状，其中温度光纤（1)放 置于金属螺旋管（2)内，金属螺旋管（2)是采用钢带绕制而成的管状结构；应变光纤（4)外 设有加强筋（3)用于保护，金属螺旋管（2)和温度光纤（1)外设置有外护套（5)。2. 根据权利要求1所述的用于结构表面应变监测的分布式应变光缆，其特征在于：所 述的外护套（5)截面为两个圆形状，采用PE材料封装。3. 根据权利要求1所述的用于结构表面应变监测的分布式应变光缆，其特征在于：所 述的加强筋（3)采用GFRP或者钢丝。4. 根据权利要求1所述的用于结构表面应变监测的分布式应变光缆，其特征在于：所 述的应变光纤（4)和温度光纤（1)为同种单模光纤。
【专利摘要】本实用新型涉及一种用于结构表面应变监测的分布式应变光缆，包括一个用于测量应变的应变光纤和测量温度的温度光纤，二者构成圆形扁平状，其中温度光纤放置于金属螺旋管内，金属螺旋管是采用钢带绕制而成的管状结构；应变光纤外设有加强筋用于保护，金属螺旋管和温度光纤外设置有外护套。本实用新型有益的效果：该光缆可用于结构表面的分布式应变监测，可以良好的消除温度光纤产生残余应变的影响，并且提高应变光纤的抗拉和抗压能力，提高了光缆的生存能力和光缆结构的柔韧性，使的光缆可以沿弯曲不平的结构表面进行铺设，良好的感受结构表面的应变变化。该光缆设计结构简单，稳定可靠，成本低，具有工程实用价。
【IPC分类】G02B6/44, G01B11/16
【公开号】CN205139433
【申请号】CN201520821371
【发明人】冯亚非, 郑欢, 桑卫兵, 杨樟成, 何少灵, 曹云龙, 葛辉良
【申请人】中国船舶重工集团公司第七一五研究所
【公开日】2016年4月6日
【申请日】2015年10月22日