一种应力响应复合光缆的制作方法

本发明涉及光纤领域，更具体地，涉及一种应力响应复合光缆。

背景技术：

光纤是一种复合材料，其由内层的石英部分和外涂覆层共同组合而成。不仅大量应用于常规通信领域，同时也被应用到传感、测量、控制、数据采集等其他高科技领域，例如采矿工业、航空航天工业、军事、石油天然气以及高温医疗应用等。光纤预警系统基于光纤传感技术的原理，利用光纤作为传感器，测试应力和/或温度等的变化，进行预警。

基于相干瑞利散射技术的分布式光纤预警系统，通过检测从光纤各部分散射回来的后向散射光的光强来获得并定位外界振动信号，当传感光缆周边有人员活动、机械操作等事件时，事件产生的振动信号会引起光缆中传输光的相位以及偏振态发生变化，系统捕捉分析变化后的光信号特征，从而报警和定位。其中相位敏感光时域反射计(phase-sensitiveopticaltimedominereflectometer，φ-otdr)光纤预警系统以普通单模光纤作为光传输和传感载体，可实现长距离实时监测和精确定位，比如对工程挖掘或路面塌陷等进行远程预警。而布里渊光时域分析仪(botda)利用光纤介质的布里渊散射。由于介质分子内部存在的一定形式的振动，引起介质折射率随时间和空间周期性起伏，从而产生自发声波场。光定向入射到光纤介质时受到该声波场的作用，产生布里渊散射。在普通石英单模光纤中，布里渊散射光的频移与光纤的有效折射率和超声声速有关。而温度和应力都能改变光纤的折射率和超声声速，只要检测光纤中布里渊频移的变化，就可以得到温度或应力在光纤上的分布。一般来说测温采用基于raman散射的分布式光纤温度传感系统，通常采用布里渊光时域分析仪(botda)来做分布式光纤应变测量，可广泛用于大型基础设施、地质灾害等的远程安全监测和安全预警。

由此可知，目前对以光纤为基础进行安全预警的传感光纤系统需求越来越多。但是由于光缆应用的场所和环境复杂，尤其是在恶劣天气或野外环境中，暴露在环境中或深埋于地下的光缆容易受到影响，在有强电磁干扰的情况下普通光缆更容易受到影响，甚至通信信号的中断，同时光缆也容易老化损坏。

因此，需要一种能在恶劣环境下具有良好耐久性，能抗电磁干扰以及长距离使用能源依赖低的光缆。

技术实现要素：

针对现有技术的缺陷，本发明涉及一种应力响应复合光缆，其为长距离无源分布式系统，其在恶劣天气或环境下具有良好的耐久性，同时能抗强电磁干扰。

为实现上述发明目的，本发明采用的技术方案为：

一种应力响应复合光缆，其包括带保护层的应变光纤、加强件、光纤和加强件之间的填充物、包裹住应变光纤、加强件以及填充物的护套层以及涂覆在护套层外的电磁屏蔽层和耐候层，其中，所述应变光纤的保护层包括内保护层、中间保护层和外保护层三层，所述内保护层为聚酰亚胺涂层，所述中间保护层为聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层，所述外保护层为热致性液晶共聚酯pet/phb涂层；所述护套层包括内护套层和外护套层，所述内护套层为陶瓷纤维编织层，所述外护套层为耐燃材料层，所述电磁屏蔽层为石墨烯膜内层和溅射镀金膜外层。

优选地，所述聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层中包含5-75wt％的聚芳醚酮和25-95wt％的聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物。其中，所述聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物中聚硅氧烷占聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物总重量的10-50％。

优选地，所述内保护层厚度为30-40μm，所述中间保护层厚度为1-2mm，所述外保护层厚度为10-20μm。

本发明的光缆内部的光纤表面具有三层保护层，第一层内保护层是常规的聚酰亚胺涂层，其是公知的也是光纤中应用极多的耐高温涂层，专利cn101726792a中公开的光纤表面经两次涂覆聚酰亚胺涂层，得到的光纤长期使用温度就可达300℃以上。第二层中间保护层是厚度为1-2mm的聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层，聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物具有极好的阻燃性能和高温稳定性，复配了聚芳醚酮后，得到的三元共聚物在具有极佳的耐火阻燃性能的同时，还具有了良好的抗冲击强度和抗撕拉强度，由此为光缆提供了相应的保护性能。第三层外保护层为热致性液晶共聚酯pet/phb涂层，其具有高强度、高耐燃性、高模量以及极小的熔融加工特性，使用其作为光纤外保护层，在提高光纤耐高温性能的同时也提高了光纤强度。

优选地，所述填充物为芳纶纤维，其一方面可以对光缆起到一定的支撑作用，另一方面，有效减少光纤和加强件之间的摩擦，减少光缆内部的扰动。

优选地，所述陶瓷纤维编织层采用陶瓷纤维经纱和石英玻璃纤维经纱编织形成。优选地，可以采用16锭极细编织机编织。该陶瓷纤维编织层一方面绝缘耐火，另一方面可作为强度构件，为制得的光缆提供有力的强度支撑。

优选地，所述耐燃材料层为聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮或聚芳醚酮的卷绕带或通过对聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮或聚芳醚酮进行挤出或涂覆形成，该耐燃材料层的厚度为0.1-0.5mm。

优选地，所述应变光纤为三根单模光纤。

优选地，所述石墨烯膜的制备方法为：将氧化石墨烯溶于水中，超声分散形成均匀的氧化石墨烯溶液，将光缆浸渍在得到的氧化石墨烯溶液，均匀涂覆一层石墨烯膜，然后干燥即可。

本发明采用石墨烯膜和涂覆与石墨烯膜上的溅射镀金膜结合作为电磁屏蔽层，结合了石墨烯高导热、高韧性、低密度的优点和金膜的高电磁屏蔽性、高耐腐蚀性的优点，是一种能高效抗电磁屏蔽同时质量轻、厚度薄、导热性能好(能快速吸收并转换能量，可以用于高功率电磁波辐射场的电磁屏蔽)的电磁屏蔽层。

优选地，所述加强件为钢丝或frp加强条。

本发明的有益效果为：

本发明的应力响应复合光缆中包括带保护层的应变光纤、加强件、光纤和加强件之间的填充物、包裹住应变光纤、加强件以及填充物的护套层以及涂覆在护套层外的电磁屏蔽层和耐候层，其中的应变光纤由于有3层保护层，使光纤具有优异的耐高温性能的同时也提高了光纤强度；在光纤和加强件之间填充满芳纶纤维，有效减少光纤和加强件之间的摩擦，减少光缆内部的扰动；所述护套层中的陶瓷纤维编织层和耐燃材料层进一步提高了光缆的绝热耐火性能，也进一步加强了光缆的强度；而由石墨烯膜内层和溅射镀金膜外层共同构成的电磁屏蔽层为光缆提供了高效抗电磁屏蔽性能；耐候层使得光缆能在恶劣天气和环境中使用。

综上所述，本发明的应力响应复合光缆是一种体积小、重量轻、测量速度快、适宜长距离使用的无源分布式系统，其对能源依赖低，大大节省供电设备和线路成本，具有优异的抗电磁干扰、抗腐蚀性能，能在恶劣的化学环境、野外环境及强电磁干扰场所使用，具有非常好的可靠性和稳定性，相比于金属传感器具有更好的耐久性。

附图说明

图1是本发明的应力响应复合光缆的结构示意图。

其中：1、应变光纤；2、内保护层；3中间保护层；4、外保护层；5、内护套层；6、外护套层；7、石墨烯膜内层；8、镀金膜外层；9、耐候层；10、加强件。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。本领域技术人员应当知晓，所描述的实施例仅仅是为了阐释的目的，而不旨在用于限制本发明的保护范围。

实施例1

如图1所示，一种应力响应复合光缆，包括带保护层的应变光纤1、加强件、光纤和加强件之间的填充物、包裹住应变光纤1、加强件以及填充物的护套层以及涂覆在护套层外的电磁屏蔽层和耐候层，其中，所述应变光纤1的保护层包括内保护层2、中间保护层3和外保护层4三层，所述内保护层2为厚度为30-40μm的聚酰亚胺涂层，所述中间保护层3为厚度为1-2mm的聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层，所述外保护层4为厚度为10-20μm的热致性液晶共聚酯pet/phb涂层；所述护套层包括内护套层5和外护套层6，所述内护套层5为陶瓷纤维编织层，所述外护套层6为厚度为0.1-0.5mm的聚醚醚酮卷绕带，所述电磁屏蔽层为石墨烯膜内层和溅射镀金膜外层。

其中，所述光纤为石英玻璃单模光纤，所述聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层中包含50wt％的聚芳醚酮和50wt％的聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物。其中，所述聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物中聚硅氧烷占聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物总重量的30％。

实施例2

如图1所示，一种应力响应复合光缆，包括带保护层的应变光纤1、加强件、光纤和加强件之间的填充物、包裹住应变光纤1、加强件以及填充物的护套层以及涂覆在护套层外的电磁屏蔽层和耐候层，其中，所述应变光纤1的保护层包括内保护层2、中间保护层3和外保护层4三层，所述内保护层2为厚度为30-40μm的聚酰亚胺涂层，所述中间保护层3为厚度为1-2mm的聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层，所述外保护层4为厚度为10-20μm的热致性液晶共聚酯pet/phb涂层；所述护套层包括内护套层5和外护套层6，所述内护套层5为陶瓷纤维编织层，所述外护套层6为厚度为0.1-0.5mm的聚四氟乙烯层，所述电磁屏蔽层为石墨烯膜内层和溅射镀金膜外层。

其中，所述光纤为石英玻璃单模光纤，所述聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层中包含5wt％的聚芳醚酮和95wt％的聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物。其中，所述聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物中聚硅氧烷占聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物总重量的50％。

实施例3

如图1所示，一种应力响应复合光缆，包括带保护层的应变光纤1、加强件、光纤和加强件之间的填充物、包裹住应变光纤1、加强件以及填充物的护套层以及涂覆在护套层外的电磁屏蔽层和耐候层，其中，所述应变光纤1的保护层包括内保护层2、中间保护层3和外保护层4三层，所述内保护层2为厚度为30-40μm的聚酰亚胺涂层，所述中间保护层3为厚度为1-2mm的聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层，所述外保护层4为厚度为10-20μm的热致性液晶共聚酯pet/phb涂层；所述护套层包括内护套层5和外护套层6，所述内护套层5为陶瓷纤维编织层，所述外护套层6为厚度为0.1-0.5mm的聚芳醚酮层，所述电磁屏蔽层为石墨烯膜内层和溅射镀金膜外层。

其中，所述光纤为石英玻璃单模光纤，所述聚芳醚酮-聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物涂层中包含75wt％的聚芳醚酮和25wt％的聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物。其中，所述聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物中聚硅氧烷占聚硅氧烷/聚酰亚胺共聚物总重量的10％。

本发明的应力响应复合光缆是一种体积小、重量轻、测量速度快、适宜长距离使用的无源分布式系统，其对能源依赖低，大大节省供电设备和线路成本，具有优异的抗电磁干扰、抗腐蚀性能，能在恶劣的化学环境、野外环境及强电磁干扰场所使用，具有非常好的可靠性和稳定性，相比于金属传感器具有更好的耐久性。