一種高強(qiáng)度溫度傳感光纜的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種高強(qiáng)度溫度傳感光纜，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，溫度傳感器廣泛應(yīng)用于航空航天、能源基站、油氣管道、堤壩、道路橋梁、電纜等設(shè)備和設(shè)施，用于施工質(zhì)量監(jiān)測(cè)、長期健康監(jiān)測(cè)和火災(zāi)報(bào)警等。
[0003]電子溫度傳感器在實(shí)際應(yīng)用中表現(xiàn)出易受電磁干擾、穩(wěn)定性差、測(cè)量范圍小和信號(hào)傳輸距離短等缺點(diǎn)，尤其在多點(diǎn)探測(cè)時(shí)，大量的信號(hào)傳輸線路給現(xiàn)場(chǎng)施工造成極大不便。而溫度傳感光纜具有監(jiān)測(cè)靈敏度高、體積小、重量輕、安全防爆等優(yōu)點(diǎn)。
[0004]溫度傳感光纜，如基于強(qiáng)度調(diào)制的溫度傳感光纜雖然突破了傳統(tǒng)的電子類溫度傳感器的某些局限性，但其本身仍然具有以下缺陷，比如受環(huán)境影響較大、定位困難及測(cè)量結(jié)果重復(fù)性差等。從結(jié)構(gòu)而論，現(xiàn)有的光纖光柵類溫度傳感光纜需要熔接光纖光柵，即在光纖靜止?fàn)顟B(tài)單個(gè)地制備光柵，再采用光纖熔接機(jī)將多個(gè)光柵逐個(gè)熔接，制作光纜時(shí)也需要相應(yīng)制作多節(jié)護(hù)套。這就存在光柵制備效率低，光纖上的熔接點(diǎn)多、損耗大，光柵串接數(shù)量受到限制并且最終的光柵陣列機(jī)械性能差等缺點(diǎn)，不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)光纖光柵傳感光纜的要求。
[0005]另外，光柵對(duì)于應(yīng)力和溫度都很敏感，在實(shí)際應(yīng)用中必須減弱或消除應(yīng)力的影響。而在成纜和光纜布設(shè)過程中，光纖光纜會(huì)經(jīng)常受到拉伸、彎曲、踩踏等，如果處理不好，會(huì)引起溫度測(cè)量不準(zhǔn)確，甚至使傳感光纜失效。
[0006]綜上所述，用于傳感的光纖光柵光纜需要解決的是光柵陣列中的光柵制備效率低、光柵數(shù)量少、光纖強(qiáng)度低、損耗大、光纜可靠性差、光柵易受應(yīng)力影響、光纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)置合理，強(qiáng)度高、損耗小，測(cè)量與傳輸距離長，傳感性能可靠，易于制作的高強(qiáng)度溫度傳感光纜。
[0008]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術(shù)方案為:包括有外護(hù)套和傳感光纖，傳感光纖敷設(shè)在外護(hù)套內(nèi)，其特征在于所述的傳感光纖為拉絲時(shí)直接在線刻入光柵的全同光柵陣列光纖，在外護(hù)套內(nèi)設(shè)置有金屬鎧裝層，所述的傳感光纖松弛敷設(shè)在金屬鎧裝層內(nèi)，所述的外護(hù)套為一次擠塑成型的整體型外護(hù)套。
[0009]按上述方案，所述的傳感光纖為一條連續(xù)的無熔接點(diǎn)的全同光柵陣列光纖。
[0010]按上述方案，所述傳感光纖的靜態(tài)抗拉強(qiáng)度大于或等于55N，且光纖的整體經(jīng)過lOOkpsi張力的動(dòng)態(tài)篩選。
[0011 ] 按上述方案，所述傳感光纖上連續(xù)刻寫光柵的數(shù)量為5?10000個(gè)，兩個(gè)相鄰光柵之間的間距為0.5m?20m。
[0012]按上述方案，所述傳感光纖上的光柵為弱反射布喇格光柵，反射率為1 %?0.0001%。
[0013]按上述方案，所述的傳感光纖由刻入光柵的裸光纖表面涂覆樹脂涂覆層或碳涂覆層或金屬涂覆層構(gòu)成。
[0014]按上述方案，所述的傳感光纖外包覆緊套層或松套層，分別構(gòu)成緊套傳感光纖和松套傳感光纖。
[0015]按上述方案，在外護(hù)套和金屬鎧裝層之間設(shè)置有非金屬加強(qiáng)層。
[0016]按上述方案，所述的外護(hù)套徑向截面為圓形或蝶形。
[0017]按上述方案，所述的外護(hù)套中沿周向間隔或在兩側(cè)設(shè)置有加強(qiáng)件。
[0018]本發(fā)明提供的光纖光柵陣列傳感光纜是一種光纖布喇格光柵準(zhǔn)分布式傳感器，其中的布喇格光柵可以是等距離排列，也可以是不等距離排列。使用單脈沖紫外激光束曝光，采用相位掩模板法刻寫光柵，制備出弱反射布喇格光柵，對(duì)裸光纖連續(xù)曝光，制備出全同弱光柵陣列?？虒懝鈻叛b置為準(zhǔn)分子激光器結(jié)合相位掩模板，設(shè)置在光纖拉絲塔出絲口下方，準(zhǔn)分子激光器輸出的單脈沖紫外激光束經(jīng)光闌整形，經(jīng)過透鏡聚焦，照射到掩模板上，從而在近乎緊貼掩模板的裸光纖上寫入光柵?？虒懝鈻胚^程中受到電腦控制，相鄰光柵之間的間距和激光強(qiáng)度均可按要求設(shè)置，整套裝置在勻速下拉的裸光纖上連續(xù)自動(dòng)刻寫光柵?？虒懝鈻藕髮?duì)光纖進(jìn)行涂敷。
[0019]光柵陣列波分復(fù)用技術(shù)由于波長調(diào)制的特性，每個(gè)光纖布喇格光柵都會(huì)占用一定的帶寬，同時(shí)彼此之間不允許重疊。因此，光纖光柵的波分復(fù)用技術(shù)受到光源帶寬以及光柵波長幅寬的限制，一根光纖上復(fù)用30個(gè)光柵基本已經(jīng)達(dá)到極限。本發(fā)明提供的光纖光柵陣列傳感光纜其中的光柵數(shù)目至少有5個(gè)，可以多至10000個(gè)或更多，根據(jù)需要確定。然而一根光纖上光柵復(fù)用的數(shù)量超過30個(gè)時(shí)，單獨(dú)用波分復(fù)用技術(shù)難以進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。
[0020]本發(fā)明的光纖光柵傳感器使用方法為:采用波分復(fù)用技術(shù)和時(shí)分復(fù)用技術(shù)復(fù)合使用的方法，這是一種基于傳感脈沖信號(hào)隨時(shí)間和波長二元變化關(guān)系的分布式光纖光柵傳感信號(hào)解調(diào)技術(shù)，光源輸出的一窄帶脈沖信號(hào)耦合進(jìn)入光柵陣列，該窄帶脈沖信號(hào)以固定頻率重復(fù)，且信號(hào)的波長周期性連續(xù)調(diào)諧變化，入射到與脈沖波長一致的光柵上時(shí)，脈沖信號(hào)部分被光柵反射回到解調(diào)儀，剩余部分繼續(xù)向前傳輸；如果入射脈沖波長與光柵中心波長不一致，脈沖信號(hào)直接透射過去直至遇到中心波長一致的光柵；根據(jù)脈沖信號(hào)返回時(shí)間、光柵反射信號(hào)波長和反射光強(qiáng)，分析計(jì)算出光柵的空間位置和傳感參數(shù)值的大小。
[0021]本發(fā)明的有益效果是:1、在線制備的全同光柵陣列光纖上無熔接點(diǎn)，強(qiáng)度高，傳輸損耗小，光柵的一致性好，所制備的光纖光柵陣列可以直接一次成纜；2、本發(fā)明的傳感光纜結(jié)構(gòu)設(shè)置簡單合理，抗壓抗拉的機(jī)械性能強(qiáng)，在光纜受到張力時(shí)光纖能一直處于松弛狀態(tài)，保證其中光柵不受力，能夠穩(wěn)定精確地測(cè)量；并且抗環(huán)境干擾能力強(qiáng)，施工方便，使用成本低；3、采用基于時(shí)分/波分混合復(fù)用信號(hào)解調(diào)技術(shù)進(jìn)行傳感，突破了現(xiàn)有傳感光纜的局限性，定位快速精確，測(cè)量結(jié)果重復(fù)性好，易于進(jìn)行長距離多點(diǎn)分布測(cè)量，可多路復(fù)用并構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)。
【附圖說明】
[0022]圖1為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖2為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0024]圖3為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0025]圖4為本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0026]圖5為本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0027]圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一組全同弱光柵陣列解調(diào)圖譜。
[0028]圖7為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中連續(xù)6個(gè)位置處的光柵的譜形圖。
[0029]圖8、圖9分別為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中光柵陣列上不同位置處的兩個(gè)光柵的中心波長隨時(shí)間的變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0030]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0031]本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例如圖1所示，為一種圓形光纖光柵陣列溫度傳感光纜，包括有圓形截面的外護(hù)套3，在外護(hù)套內(nèi)設(shè)置有金屬鎧裝2，在金屬鎧裝層內(nèi)松弛敷設(shè)傳感光纖1 ;其中，所述外護(hù)套可由聚氯乙烯護(hù)套料、阻燃護(hù)套料或耐電痕護(hù)套料制成；所述的金屬鎧裝層可由鋁塑復(fù)合帶、鋼塑復(fù)合帶、螺旋鋼鎧、鋼絞線或不銹鋼管構(gòu)成，金屬鎧裝層的孔徑為0.8?6_ ;所述的傳感光纖為拉絲時(shí)直接在線刻入光柵的全同光柵陣列光纖，刻寫光柵的數(shù)量為5?10000個(gè)，兩個(gè)相鄰光柵之間的間距為0.5m?20m，可為等距或不等距，所述傳感光纖上的光柵為弱反射布喇格光柵，反射率為1%?0.0001%。所述的傳感光纖由刻入光柵的裸光纖表面涂覆樹脂涂覆層構(gòu)成，涂覆層為1?2層。所述的外護(hù)套為一次擠塑成型的整體型外護(hù)套。本實(shí)施例中光纜直徑2_，螺旋鋼鎧直徑1_，光纜長度1964m，其中的光柵之間的間距為2m。
[0032]第二個(gè)實(shí)施例