CN102023061A - 双通道布里渊光纤光缆传感器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种双通道布里渊光纤光缆传感器，能够同时监测温度和压力。它的构成是：两根并行布里渊光纤，一根为紧套光纤，一根为松套光纤，紧套光纤用于测压力，松套光纤用于测温度；两根光纤中间夹着一根加强丝，外裹高分子材料(纤维增强树脂GFRP)，组成截面为方形的光缆(8mm×4mm)。能够布置在油井、矿井、隧道、大坝、桥梁、公路、电缆上，实现分布式温度和压力的实时在线监测。

Description

双通道布里渊光纤光缆传感器 
技术领域
本发明涉及一种双通道布里渊光纤光缆传感器，涉及该传感器的制造方法及其在长距离温度和压力监测上的用途，属于光纤传导及传感器技术领域。 
技术背景
针对重大工程和基础设施的健康监测和诊断是一项贯穿整个工程生命周期的技术，从工程施工、运营管理一直到拆除都需要进行监测。所谓健康监测就是指利用现场的、无损的监测方式获得结构内部信息，分析包括结构在内的各种特征，以便了解结构因损伤或者退化造成的改变。结构健康监测的基础是传感单元，目前常用的传感元件限于监测距离、耐久性、精度等问题，已经成为阻碍健康监测发展的瓶颈。光纤传导技术具有敏感元件小、高耐久、绝对测量及分布式监测等特点，在传感领域和实际工程监测中起着越来越重要的作用，有逐步取代电子类传感器，成为健康监测首选技术的趋势。 
目前应用最广的光纤传感技术是光纤Bragg光栅技术，其应变和温度传感性能已成熟，但限于其结构和量程，对较大面积和较长距离的监测等特殊的监测要求仍不能满足，如分布式监测液体的温度和压力、土层的温度和压力等。光纤布里渊光时域分析技术作为新兴的分布式监测系统，弥补了光纤光栅传感器的不足，成为光纤传感发展的方向。此技术目前已有应变监测方面的应用，还没有温度和压力同时监测方面的应用，是因为布里渊频移是温度和压力同时作用产生，其他布里渊光纤光缆传感器无法解决交叉敏感问题。 
本发明得到的双通道布里渊光纤光缆传感器，能够同时监测温度和压力，可以应用于油井、矿井、隧道、大坝、桥梁、公路、电缆等长距离、大范围的监测，具有广泛的应用前景。 
发明内容
本发明的目的在于提供双通道布里渊光纤光缆传感器，得到的双通道布里渊光纤光缆传感器能够同时监测温度和压力。 
本发明提供的技术方案是：两根并行光纤，一根为紧套光纤，一根为松套光纤，紧套光纤用于测压力，松套光纤用于测温度；两根光纤中间夹着一根加强丝，外裹高分子材料(纤维增强树脂GFRP)，组成截面为方形的光缆(8mm×4mm)，见说明书附图1 
本发明所述的光纤为布里渊光纤，为特种光纤，光纤中加入特殊的布里渊散射增敏剂(含光增敏稀有金属元素)，增加了光通透性，加强了布里渊散射的灵敏度。 
本发明所述的加强丝可以是但不仅是钢丝、合金丝等。 
本发明所述的高分子材料可以是但不仅是高分子塑料、橡胶等。 
本发明提供的双通道布里渊光纤光缆传感器能够布置在油井、矿井、隧道、大坝、桥梁、公路、电缆上，实现分布式温度和压力的实时在线监测。 
附图说明：附图1双通道布里渊光纤光缆传感器截面图 
具体实施方式
实施案例1 
在光纤生产机上，给芯径为50μm的布里渊光纤上套，将外径为250μm的紫外光固化一次涂覆特殊的布里渊散射增敏剂光纤与油膏同时加入到高模量塑料制成的松套管中，光纤在套管内可以移动。用外径为250μm的紫外光固化一次涂覆特殊的布里渊散射增敏剂光纤直接紧套一层材料制成900μm紧套光纤。其中，上紧套的布里渊光纤称为紧套布里渊光纤，用于监测压力；上松套的布里渊光纤称为松套布里渊光纤，用于监测温度。 
实施案例2 
在光缆生产机上，取紧套布里渊光纤和松套布里渊光纤各一根，相距3mm，中间放置直径为1mm的合金丝，包裹材料为高分子塑料，按光缆(8mm×4mm)进行生产，获得(8mm×4mm)的双通道布里渊光纤光缆。 
实施案例3 
在光缆生产机上，取紧套布里渊光纤和松套布里渊光纤各一根，相距3.5mm，中间放置直径为1.5mm的合金丝，包裹材料为高分子塑料，按光缆(8mm×4mm)进行生产，获得(8mm×4mm)的双通道布里渊光纤光缆。 
双通道布里渊光纤光缆的有关特性研究： 
1、基本参数 
1.1光纤芯径直径50μm 
1.2光缆直径(8mm×4mm) 
1.3色散系数(1288nm)：0～3.5ps/nm·km 
1.4衰减(1550nm)：0.1～0.3dB/km 
1.5光缆截止波长：1260nm 
1.6零色散波长：1300～1324nm 
1.7零色散斜率：0.092ps/km·nm2 
2、抗拉强度分析 
在10吨拉力机上做强度拉力实验，得到该光钎抗拉强度为700Mpa，满足实际应用的要求。 
3、温度监测分析 
在200℃恒温箱中从30℃(室温度以上)到100℃起每隔5℃保温1小时测得16组数据，通过拟合，得到温度系数0.0019GHZ/℃，线性度：0.9956，见表1 
表1温度和频移相关数据 
  温度   频移GHZ
  26   10.6862
  28   10.6871
  30   10.6893
  32   10.6946
  35   10.6993
  40   10.7055
  45   10.7173
  46   10.7166
  47   10.7188
  50   10.7257
  55   10.7342
  62   10.7494
  65   10.7541
  70   10.7663
  75   10.7728
  77   10.7809
本发明的双通道布里渊光纤光缆，具有很好的温度和频移相关性，可以用于温度监测。 
4、压力监测分析 
把光缆放在一个封闭的容器中，用40Mpa试压机从0Mpa到20Mpa每隔1Mpa保持10分钟，测得21组数据，通过拟合得到了压力系数0.0021GHZ/Mpa，线性度0.9937，见表 2 
表2压力和频移相关数据 
  压力(Mpa)   频移GHZ(57.23m)
  2   10.5557
  4   10.5543
  6   10.5591
  8   10.5627
  10   10.5679
  12   10.5708
  14   10.5889
  16   10.5851
  18   10.5912
本发明的双通道布里渊光纤光缆，具有很好的压力和频移相关性，可以用于温度监测。 
与其他光纤传感器相比，本发明的双通道布里渊光纤光缆传感器具有以下4个方面的优点： 
1.分布式监测：光纤光栅技术是点监测，光纤是信号传导通道，光栅是监测单元，只有在设置光栅的点上，才能进行监测；而双通道布里渊光纤光缆传感器，既是信号传导通道，又是监测单元，可以进行任何一点的监测。 
2.成活率高：光纤光栅技术需要将光栅连接在光纤上，产生了大量的连接点，实际使用时，由于环境的复杂性，导致接触不良，甚至脱离失活。而双通道布里渊光纤光缆传感器，不存在此问题。 
3.监测距离远：光纤光栅技术由于自身的原因，监测的距离有限，一般只有几百米，而双通道布里渊光纤光缆传感器可以监测几公里，甚至几十公里。 
4.同时监测温度和压力：与其他布里渊光纤技术相比，本发明具有双通道的优势，一般技术只能测应变，而双通道布里渊光纤光缆传感器可以同时监测温度和压力，具有更大的应用范围和更好的应用前景。 

Claims (8)

1.双通道布里渊光纤光缆传感器，能够同时监测温度和压力。它的构成是：两根并行布里渊光纤，一根为紧套光纤，一根为松套光纤，紧套光纤用于测压力，松套光纤用于测温度；两根光纤中间夹着一根加强丝，外裹高分子材料(纤维增强树脂GFRP)，组成截面为方形的光缆(8mm×4mm)。
2.权利要求1所述布里渊光纤，为特种光纤，光纤中加入特殊的布里渊散射增敏剂(含光增敏稀有金属元素)，增加了光通透性，加强了布里渊散射的灵敏度。
3.权利要求1所述布里渊光纤数量可以是但不仅是两根，最少为两根，可增加数量不限。
4.权利要求1所述加强丝可以是但不仅是钢丝、合金丝等。
5.权利要求1所述高分子材料可以是但不仅是纤维增强树脂GFRP、高分子塑料、橡胶等。
6.权利要求1所述截面可以是但不仅是方形(8mm×4mm)，其他形状和尺寸也在权利要求范围内。
7.权利要求1所述双通道布里渊光纤光缆传感器，能够同时监测温度和压力。
8.权利要求1所述双通道布里渊光纤光缆传感器能够布置在油井、矿井、隧道、大坝、桥梁、公路、电缆上，实现分布式温度和压力的实时在线监测。
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