一种纤维包覆的光纤、光纤传感器及实时监测的工程结构的制作方法

一种纤维包覆的光纤、光纤传感器及实时监测的工程结构，属于光纤生产技术领域。

背景技术：

光纤的主要成分跟玻璃材料一致，脆性大、硬度高经过普通的竖直材料涂覆后，虽具有一定机械强度，但仍然经不起弯曲（折）、扭折和侧压力作用。为了适应各种环境条件，如架空、埋地、穿管及过江河等工程敷设及实际应用，必须对光纤进行进一步物理保护，即对光纤进行封装，将其与一些元件组合在一起构成光缆的形式，才能确保其具备优良的传输性能、机械性能和环境性能等。目前，通常将光纤封装在由各种加强件、阻水材料、包扎带等元件按照一定规则绞合制成的层绞式光缆中；当在油田等环境中应用时，为了实现保护作用，还将光纤封装在各种规格的不锈钢管中，使经过封装后的光纤具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，以满足各种运输、储存、敷设条件和方式以及不同环境条件下的使用要求，同时尽可能减小其机械体积，并改善因外力所引起的光纤微弯和环境温度变化引起的压缩应变，保持光纤固有的优良传输特性。

在实际应用中，直接裸光纤作为敏感元件，无法胜任石化、土木工程机构等粗放式施工（如混凝土浇筑等恶劣环境）。因此，采用合适的封装工艺对裸光纤进行保护，是将光纤传感器在实际工程应用中推广的核心环节。传感器探头的布设方式强烈依赖检测对象的结构特征，如在山体滑坡、地基沉降、石油管道、高速公路等对象中，所选择的布设工艺几乎完全不同，同时结构材料存在一定差异性（如弹性模量差异性等），因此选用特种光纤（如碳涂覆光纤等）或研发具有高耐久性、高抗拉强度的分布式光纤传感器，并辅以合适的布设工艺，是将光纤传感技术在环境恶劣工程领域中推广的重要环节。

目前急需一种将传感和传输融为一体的易于安装布设的光纤及光纤传感器。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供一种结构简单、能够使碳纤维等纤维材料轴向均匀包覆在光纤周围的纤维包覆的光纤。

还提供了一种可以在环境恶劣工程领域中推广应用的光纤传感器及实时监测的工程结构。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该纤维包覆的光纤，其特征在于：包括光纤本体和多条纤维，纤维的直径小于光纤本体的直径，且纤维与光纤本体平行设置，多条纤维通过封装基材均匀包裹在光纤本体的周围。

优选的，所述纤维和光纤本体均具有张力，且纤维的张力大于光纤本体的张力。

优选的，所述纤维为碳纤维。利用碳纤维能耐受大应变和高温的能力，解决几百度的高温下光纤的大应变与存活问题，塑料与FRP封装都解决不了该问题。碳纤维具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能优良、工艺性好等特点，在多个行业得到了广泛的应用，本实施例采用碳纤维对光纤进行封装，提高光纤在恶劣环境下的耐受性和安装施工的便捷性。

优选的，光纤本体的直径是碳纤维直径的8~15倍。

优选的，所述碳纤维的数量为1万~1.5万条。

优选的，所述碳纤维的数量为1.2万条。

优选的，所述封装基材为胶粘剂。利用胶粘剂将碳纤维或其他纤维粘结在光纤本体的周围，加工方便，而且保证碳纤维与光纤本体的充分接触，为光纤本体提供可靠保护。

一种光纤传感器，其特征在于：包括光收发构件和上述的纤维包覆的光纤，纤维包覆的光纤端部连接光收发构件。

一种实时监测的工程结构，其特征在于：所述工程结构包括浇筑基础，上述的纤维包覆的光纤被直接浇筑埋设在浇筑基础内。

与现有技术相比，该纤维包覆的光纤的上述技术方案所具有的有益效果是：本实用新型通过纤维为光纤本体提供保护，提高光纤在恶劣环境下的耐受性和安装施工的便捷性，该纤维包覆的光纤不仅具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，而且布设方式不依赖检测对象的结构特征。

采用该纤维包覆的光纤生产的光纤传感器可以在环境恶劣工程领域中推广应用。将该纤维包覆的光纤应用到工程结构中，纤维包覆的光纤被直接浇筑在浇筑基础内，敏感度高，检测精度高。

附图说明

图1为该纤维包覆的光纤的截面示意图。

图2为现有光纤布设方式的示意图。

图3为现有工程结构监测的示意图。

图4为本实用新型的实时监测的工程结构的示意图。

图5为本实用新型的监测示意图。

其中：1、光纤本体 2、碳纤维 3、浇筑基础 4、光纤 5、钢管。

具体实施方式

图1~5是该纤维包覆的光纤的最佳实施例，下面结合附图1~5对本实用新型做进一步说明。

参照图1，该纤维包覆的光纤，包括光纤本体1和多条纤维，纤维的直径小于光纤本体1的直径，且纤维与光纤本体1平行设置，多条纤维通过封装基材均匀包裹在光纤本体1的周围。通过纤维为光纤本体1提供保护，提高光纤在恶劣环境下的耐受性和安装施工的便捷性，该纤维包覆的光纤不仅具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，而且布设方式不依赖检测对象的结构特征。

下面结合具体实施例对本实用新型做进一步说明，然而熟悉本领域的人们应当了解，在这里结合附图给出的详细说明是为了更好的解释，本实用新型的结构必然超出了有限的这些实施例，而对于一些等同替换方案或常见手段，本文不再做详细叙述，但仍属于本申请的保护范围。

本实施例优选采用的是碳纤维2，充分利用碳纤维2能耐受大应变和高温的能力，解决几百度的高温下光纤的大应变与存活问题，塑料与FRP封装都解决不了该问题。碳纤维2具有比强度高、比模量高、抗疲劳性能优良、工艺性好等特点，在多个行业得到了广泛的应用，本实施例采用碳纤维2对光纤进行封装，提高光纤在恶劣环境下的耐受性和安装施工的便捷性。

光纤本体1的直径是碳纤维2直径的8~15倍，碳纤维2的数量为1.2万条，在光纤本体1的周围均布1.2万条碳纤维2，对光纤本体1提供有效可靠的保护。在加工的过程中，为了改善因外力所引起的微弯和环境温度变化引起的压缩应变，纤维和光纤本体1均具有张力。而且纤维的张力大于光纤本体1的张力，这样设置的目的是一旦光纤受力，首先受力的是纤维，有效保护光纤本体1不受损伤，进一步提高光纤的机械性能。

在本实施例中的封装基材为胶粘剂，每条碳纤维2均匀粘胶之后包覆在光纤本体1的四周，碳纤维2和光纤本体1通过胶粘剂粘接在一起。胶粘剂可以采用树脂。

本实用新型还提出了一种光纤传感器，包括光收发构件和上述的纤维包覆的光纤，纤维包覆的光纤端部连接光收发构件。

采用该纤维包覆的光纤生产的光纤传感器可以在环境恶劣工程领域中推广应用。

参照图2~3，图中为现有光纤在工程的结构应变、裂缝以及位移进行长期监测时的应用，本实施例是以钢管5为例对以往光纤4的安装方式做介绍，以往首先是在浇筑基础3中预埋钢管5，然后将光纤4穿设在钢管5中，这样布设的方式主要存在两个问题，一是钢管5非常细，否则无法起到监测的目的，将光纤4穿设在钢管5中非常困难，成本很高。二是浇筑基础3发生轻微变形后，参照图3，钢管5发生一定的变形，但是此时钢管5中的光纤4并没有发生变形，也就无法监测到浇筑基础3的形变，由此可见以往光纤4的这种布设方式敏感度低，监测效果差。

参照图4~5，本实用新型提出了一种新的检测方式，一种实时监测的工程结构，工程结构包括浇筑基础3，由于本实用新型的光纤4具有更为优异的抗拉、抗压、抗弯、抗扭转、抗冲击等优良机械性能和温度特性，布设方式不依赖检测对象的结构特征，可以上述的纤维包覆的光纤4被直接浇筑在浇筑基础3内，敏感度高，检测精度高，浇筑基础3一旦发生变形，光纤4必定随之发生变形，从而准确地对工程结构进行监测。

本实用新型中的碳纤维2并非是纤维的唯一选择，本领域技术人员可以根据使用环境要求选择其他相适应的纤维材质。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非是对本实用新型作其它形式的限制，任何熟悉本专业的技术人员可能利用上述揭示的技术内容加以变更或改型为等同变化的等效实施例。但是凡是未脱离本实用新型技术方案内容，依据本实用新型的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与改型，仍属于本实用新型技术方案的保护范围。