一种振动传感光缆及其使用方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种振动传感光缆及其使用方法，属于光纤传感技术领域。
【背景技术】
[0002]光纤振动传感光缆的用途之一是用于开发光纤周界安防系统。周界安防系统是指对某一区域的边界进行防范或当该边界被外来事物侵入后报警的防范体系。周界安防技术与产品最初主要用于一些重要军事区域的边界安全防范，目前已扩展到国界、机场周界、工业园区周界、居民小区周界以及高铁沿线、油气输送管线、电力输送线路等，周界安防技术与产品的市场需求量不断扩大。周界安防产品中，发展历史较长、应用较广泛的电类周界安防产品主要有红外对射系统、泄露电缆、电子脉冲围栏等，这些系统都是室外有源系统，易受电磁干扰和环境、气象影响，误报率高，定址不准确。光纤类周界安防技术是新型周界安防技术，目前主要有利用光纤后向散射信号的光时域反射(ODTR)周界安防技术和基于干涉技术的光纤周界安防系统。ODTR技术对多点入侵的定位分析复杂，很难准确定位。基于干涉原理的周界技术由于是相位调制型，所以对入射光的偏振态和外界的影响比较敏感，误报率高，精确定位比较困难。为解决精确定位的问题，一些机构开发了基于光纤光栅的光纤周界安防系统，但由于采用高反射率(强)光栅焊接制备传感光缆，由于受光源带宽的限制，一根光纤上复用光栅的数量有限，限制了系统探测的距离或范围。另外由于是焊接光栅制备传感光缆，光纤的抗拉强度大大降低，传感光缆的长期可靠性不高，不能完全满足实际应用对光纤光栅振动传感光缆的要求。由此可见，光纤光栅振动传感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、光缆结构复杂等问题。
【发明内容】
[0003]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、光纤强度高、损耗小，测量与传输距离长、传感性能可靠、易于制作的振动传感光缆及其使用方法。
[0004]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，光栅的反射率为-20dB?-70dB，在外护套内设置有金属销装层，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。
[0005]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。
[0006]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Im?200m。
[0007]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敷层或金属涂敷层构成。
[0008]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10kpsi张力的动态筛选。
[0009]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。
[0010]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。
按上述方案，所述的外护套径向截面为圆形或蝶形。
[0011]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。
[0012]本发明提供的光纤光栅阵列传感光纤是一种光纤光栅准分布式传感器，其中的光纤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，制备出弱反射光纤光栅，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。
[0013]光栅阵列波分复用技术由于波长调制的特性，每个光纤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。
[0014]本发明采用全同弱光栅阵列技术、光时域反射技术和光纤干涉技术复合使用的方法，采集高频振动信号，实现对振动信号的定位和探测。
[0015]本发明提供一种分布式光纤光栅传感器使用方法:脉冲宽度长于光纤光栅阵列中相邻两个光栅之间反射所需时间的单波长相干激光光源或多波长相干激光光源入射到光纤中，相邻两个光纤光栅之间的反射光之间发生干涉，干涉信号通过光电探测器传送到控制器，控制器采集不同时间的干涉信号，对光纤光栅阵列传感器件进行地址查询及光波长信息查询，实现对光纤上某相邻两个光栅之间的振动信号的探测。
[0016]传感所使用的光源是单波长相干激光光源或多波长相干激光光源，振动传感的工作波长在1.55μπι或1.3Ιμπι波段。振动探测的最大距离是50km。
[0017]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，能实现对光纤上任意一对相邻两个光栅之间的振动信号的探测；3、采用全同弱光栅阵列技术、光时域反射技术和光纤干涉技术复合使用的方法进行传感，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】
[0018]图1为本发明第一个实施例的径向剖面结构图。
[0019]图2为本发明第二个实施例的径向剖面结构图。
[0020]图3为本发明第三个实施例的径向剖面结构图。
[0021 ]图4为本发明第四个实施例的径向剖面结构图。
[0022]图5为本发明第五个实施例的径向剖面结构图。
[0023]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。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图对本发明作进一步的详细说明。
[0025]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I;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?6mm ;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Im?200m，可为等距或不等距，所述传感光纤上的光栅为弱反射光纤光栅，反射率为-20dB?-70dB。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I?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2mm，螺旋钢销直径Imm，光缆长度196