一种供水管道内敷设的振动监测用传感光缆的制作方法

1.本实用新型涉及一种传感光缆，特别是一种供水管道内敷设的振动监测用传感光缆，属于传感技术领域。


背景技术：

2.随着光纤传感技术的发展，利用光纤传感对油气输送、供水、供暖等管道的泄漏、防外力破坏、管道变形等进行监测的技术备受重视。尤其是利用分布式光纤测温（dts）技术或分布式声波传感技术对各类如天然气、输油、供热、输水及其它管道的泄漏进行监测的应用越来越多。很多新建管道线路，在管线规划时就已经考虑光纤传感监测方案，并与管道同步建设。通常，是在管道下方、侧面及上方一定范围内，沿管道路由同步敷设一根或多根光缆，当管道某处发生泄漏时，通过泄漏处温度变化或泄漏时产生的声波、振动引起光缆中光纤的拉曼散射或瑞利散射的变化，经传感监测设备解调分析，判断出管道发生泄漏及泄漏的位置，从而发出警告。
3.对于新建管道，在管线建设的同时，同步敷设一条“伴行光缆”用于通信及管道健康监测，光缆位于管道外部的下方、侧方的土壤中直埋敷设。考虑到机械碾压、地层塌陷、地层位移、冻土层温差变化等地形变化可能对光缆造成损伤，伴行光缆的结构大多为钢丝或钢带铠装作为增强元件。虽然目前结构的伴行光缆可以对光缆起到很好的机械保护，但这个结构的光缆柔软性较差；而且这些金属保护元件大大降低了光纤对声波、振动的灵敏度。进一步提高伴行光缆对声波、振动的灵敏度也是目前光纤传感领域的攻关难题之一。
4.如果将光纤传感监测技术在现有管道甚至已运行多年的老旧管线推广应用，传统做法是沿这些管道周边重新开挖沟道敷设光缆，这个方案无论是从城市规划、施工费用、对公共交通的影响等方面考虑，实现的难度极大，而且施工过程还有可能对现有管道造成损坏。但不可否认的是，管道运行时间越长，出现泄露或遭外力损坏的可能性越大，对其进行运行健康监测的迫切性越大。因此，需要重新设计一种可直接在管道内敷设，不需要管道外开挖，并可以对管道泄露、振动进行实时监测的新型光缆。


技术实现要素：

5.本实用新型所要解决的技术问题是提供一种供水管道内敷设的振动监测用传感光缆，可以直接敷设在供水管道内、柔软且灵敏度高。
6.为解决上述技术问题，本实用新型所用的技术方案是：
7.一种供水管道内敷设的振动监测用传感光缆，其特征在于：包含中心加强件、若干光单元、内护套和外护套，若干光单元绞合在中心加强件的外侧构成缆芯，内护套套设在缆芯的外侧，外护套套设在内护套的外侧，其中，内护套采用热塑性聚氨酯弹性体材料制成，外护套采用高密度聚乙烯材料制成。
8.进一步地，所述中心加强件采用玻璃纤维增强塑料杆frp。
9.进一步地，所述光单元绞合后光单元的轴线与光缆轴线之间的夹角为30-50
°
。
10.进一步地，所述光单元包含光纤、光纤紧包层和光纤保护管，光纤紧包层套设在光纤外侧，光纤保护管套设在光纤紧包层外侧且与光纤紧包层之间留有间隙。
11.进一步地，所述光纤采用普通单模石英光纤或抗弯曲单模石英光纤。
12.进一步地，所述光纤紧包层采用尼龙、热塑性聚酯弹性体tpee或聚对苯二甲酸丁二醇酯pbt。
13.进一步地，所述光纤保护管采用聚对苯二甲酸丁二醇酯pbt或聚丙烯pp。
14.进一步地，所述光纤保护管与光纤紧包层之间间隙内设置有填充材料，填充材料采用纤膏或增强纤维。
15.进一步地，所述缆芯与内护套之间间隙内设置有多个填充件，填充件采用聚对苯二甲酸丁二醇酯pbt、芳纶纤维增强塑料杆kfrp或芳纶纤维纱。
16.进一步地，所述缆芯与内护套之间间隙内设置有撕裂绳。
17.本实用新型与现有技术相比，具有以下优点和效果：
18.1、本实用新型采用全非金属结构光缆，光缆较为柔软，且抗拉强度高，使光缆可以直接应用于现有供水管道中，借助水流的推力将光缆敷设在供水管道内部，感知管道泄漏处的声波、振动信号或者管道外部机械破坏的振动信号，实现对管道的泄漏及外部破坏监测；因此本实用新型无需在管道周边开挖沟道，可以避免因开挖沟道造成的管道损坏，并且节约施工成本；此外，与在管道外围沟道敷设光缆相比，光缆敷设在管道内部可避免后期人力、动物或环境变动对光缆的损坏，更安全可靠；
19.2、本实用新型采用热塑性聚氨酯弹性体内护套、直径增大的紧包光纤、保护管内填充纤膏、以及高密度聚乙烯外护套的结构设计，提高了声波能量从光缆外部传递到光纤过程中的耦合效率，从而增强了光缆的声波传感灵敏度；
20.3、本实用新型采用pbt、pp等材料作为光纤保护管，与常规的紧套光缆采用pvc或lszh保护管相比，增强了光缆的抗压能力，能有效防止光缆在施工过程因外力压扁导致光纤损坏；
21.4、本实用新型光单元螺旋形绞合，可以通过调节绞合节距，使光纤轴线与光缆轴线的角度为30-50
°
，使光缆能感知来自不同方向传输的声波能量，从而提高了光缆对不同方向声波能量的传感灵敏度。
附图说明
22.图1是本实用新型的一种供水管道内敷设的振动监测用传感光缆的示意图。
23.图2是本实用新型的光单元的示意图。
具体实施方式
24.为了详细阐述本实用新型为达到预定技术目的而所采取的技术方案，下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清晰、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的部分实施例，而不是全部的实施例，并且，在不付出创造性劳动的前提下，本实用新型的实施例中的技术手段或技术特征可以替换，下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。
25.如图1所示，本实用新型公开了一种供水管道内敷设的振动监测用传感光缆，包含
中心加强件1、若干光单元2、内护套3和外护套4，若干光单元2绞合在中心加强件1的外侧构成缆芯，内护套3套设在缆芯的外侧，外护套4套设在内护套3的外侧。其中，内护套3采用热塑性聚氨酯弹性体材料制成，能很好的将外部微弱的声波、振动能量传递给光纤保护管和光纤，从而起到增加传感灵敏度的效果。外护套4采用高密度聚乙烯材料制成，高密度聚乙烯的声阻抗较小，与水的声阻抗较为接近，能有效降低声波能量在水与护套界面处的反射，提高声波向光缆内部传递耦合的效率，增强光缆传感的灵敏度。本实用新型的内护套3和外护套4的材料符合饮用水卫生安全标准要求，可直接浸泡在供水管道中，不会引起饮用水卫生、健康风险。
26.中心加强件1采用玻璃纤维增强塑料杆frp。本实施例中，中心加强件1的直径为1.2mm，其其拉伸强度≥1100mpa，弹性模量≥50gpa，线膨胀系数≤8
×
10-6
/℃。
27.光单元2绞合后光单元2的轴线与光缆轴线之间的夹角为30-50
°
。使光缆能感知来自不同方向传输的声波能量，从而提高了光缆对不同方向声波能量的传感灵敏度。
28.如图2所示，光单元2包含光纤5、光纤紧包层6和光纤保护管7，光纤紧包层6套设在光纤5外侧，光纤保护管7套设在光纤紧包层6外侧且与光纤紧包层6之间留有间隙。
29.光纤5采用普通单模石英光纤或抗弯曲单模石英光纤。每个光单元2中光纤5的芯数至少为1芯。
30.光纤紧包层6采用尼龙、热塑性聚酯弹性体tpee或聚对苯二甲酸丁二醇酯pbt等热塑性高分子材料，这些热塑性高分子材料具有较高的抗拉强度，对光纤具有较好的保护作用。本实施例中，光纤紧包层6外径为0.9～1.2mm。
31.光纤保护管7采用聚对苯二甲酸丁二醇酯pbt或聚丙烯pp等热塑性材料制成圆形管状，其内径比光纤紧包层外径大0.2～0.6mm。本实施例中，光纤保护管7的外径为2.5mm，内径为1.7mm。与常规光缆用pvc、lszh材质保护管相比，pbt保护管硬度更高，其抗压、抗拉能力更高，对内部光纤具有更好的保护作用。
32.光纤保护管7与光纤紧包层6之间间隙内设置有填充材料8，填充材料8采用纤膏或增强纤维。使紧包光纤周围和保护管5内部的空间没有空气，提高声波能量向光纤传递时的耦合效率，降低声波传递过程中的能量损失。
33.缆芯与内护套3之间间隙内设置有多个填充件9，填充件9采用聚对苯二甲酸丁二醇酯pbt、芳纶纤维增强塑料杆kfrp或芳纶纤维纱。填充件9的直径根据光纤保护管7之间的间隙大小确定，确保光纤保护管7绞合成缆芯时外观圆整，且增强光缆的抗拉力。本实施例中，四根光单元2绞合在中心加强件1的外侧形成缆芯，绞合时在光单元2的光纤保护管7的间隙之间塞入填充件9。
34.缆芯与内护套3之间间隙内设置有撕裂绳10，方便对光缆进行外护套的剥离。
35.以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容做出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但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，在本实用新型的精神和原则之内，对以上实施例所作的任何简单的修改、等同替换与改进等，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围之内。