CN103576268A - 一种新型测温光缆 - Google Patents

Abstract

一种新型测温光缆，由内到外依次为芯层、包层、涂覆层、缓冲层、金属铠包层、加强层与外护层；所述芯层为实心结构，芯层的外壁包裹有包层，包层的外壁包裹有涂覆层，涂覆层的外壁包裹有缓冲层，缓冲层的外壁包裹有金属铠包层，金属铠包层的外壁包裹有加强层，加强层的外壁包裹有外护层；所述芯层、包层的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层的折射率大于包层的折射率；所述缓冲层由芳纶填充而成，填充方式为编织式。本设计不仅能实现高精度、高响应、高强度的光纤测温，而且结构简单、使用寿命较长。

Description

一种新型测温光缆

技术领域

本发明涉及光纤测温领域，尤其涉及一种新型测温光缆，具体适用于在电缆隧道、电缆沟、石油管道等环境条件下，提供一种高精度、高响应、高强度的测温光缆。

背景技术

目前，在分布式测温领域中，光纤测温技术已经逐步代替了传统的测温技术，成为电缆隧道、石油管道测温应用领域中的首选技术。在光纤测温应用中，提高测温的精度、时间响应等性能，并设计出能够适用于严苛使用环境下的测温传感光缆成为现在光纤测温技术发展的一个重要方向，即光纤测温不仅需要让外界环境或物体的温度能够较直接地传进光纤芯层，同时测温信号还必须能较高地被激发，此外，还需能增强测温光缆的强度，使其适用于多种应用环境。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术中存在的精度较差、响应较慢、强度较弱的缺陷与问题，提供一种高精度、高响应、高强度的新型测温光缆。

为实现以上目的，本发明的技术解决方案是：一种新型测温光缆，包括芯层、包层与涂覆层，所述芯层为实心结构，芯层的外壁包裹有包层，该包层的外壁包裹有涂覆层；

所述测温光缆还包括缓冲层、金属铠包层、加强层与外护层；所述涂覆层的外壁包裹有缓冲层，该缓冲层的外壁包裹有金属铠包层，该金属铠包层的外壁包裹有加强层，该加强层的外壁包裹有外护层。

所述缓冲层由芳纶填充而成，填充股数为1–3股，填充方式为编织式；所述缓冲层的厚度为0.2mm–0.4mm。

所述外护层采用氟塑料或聚氨酯制造而成；所述外护层的厚度为0.2mm–0.5mm。

所述芯层的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层的折射率为1.43–1.49，芯层的直径为0.06mm–0.11mm；

所述包层的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层的折射率为1.42–1.46，包层的直径为0.123mm–0.126mm；

所述芯层的折射率大于包层的折射率。

所述涂覆层的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层的折射率为1.5–1.7，涂覆层的厚度为0.055mm–0.065mm。

所述金属铠包层由钢带、铝带或铜带绕包在缓冲层之外而成，绕包的节距为0.2mm–0.5mm；所述金属铠包层的厚度为0.1mm–0.3mm。

所述加强层由芳纶填充而成，填充股数为3–8股，填充方式为直铺式；所述加强层的厚度为0.2mm–0.5mm。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

1、本发明一种新型测温光缆一共包括七层结构，从内到外依次是芯层、包层、涂覆层、缓冲层、金属铠包层、加强层与外护层，其中，芯层、包层、涂覆层主要负责光的传递精度与响应速度，缓冲层、加强层、外护层主要负责光缆的强度，即光缆抗侧压、抗刮擦踩踏、抗高强拉力、耐环境变化的能力，而金属铠包层既能提高光缆的强度，又能提高光缆的传温速度，便于提高测温效果；前述测温光缆的七层结构，既能使本设计在850nm、1310nm、1550nm等多个波长的范围内确保测温激光信号的长期稳定可靠地传输和高效率稳定的耦合，又能使本设计满足抗侧压、耐刮擦弯折、抗高拉力、高强度、高可靠性、长使用寿命等实际工程使用需求。因此，本发明能够实现高精度、高响应、高强度的光纤测温。

2、本发明一种新型测温光缆中的缓冲层、加强层均由芳纶填充而成，其中，缓冲层中芳纶的填充方式为编织式，该种填充方式在保护光纤的基础上，能够确保测温光纤在光缆中的自然状态，从而提高测温精度和空间分辨率；加强层中芳纶的填充方式为直铺式，该种填充方式使得填充后的加强层具有很高的抗拉伸性能，从而增强测温光缆整体的抗拉强度，使其成为整个光缆结构中唯一的承担高强拉力的单元。因此，本发明不仅能提高测温的精度，而且能增强光缆的抗拉强度。

3、本发明一种新型测温光缆中芯层、包层的制造材料均为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层的折射率大于包层的折射率，且芯层采用较大芯层直径多模设计；该设计不仅能够兼顾高测温精度、高温度响应性能、高可靠传输、长寿命工作等需求，而且能满足接续方面通用的要求，提高接头、熔接产品互换性能，延长使用寿命。因此，本发明不仅能实现高精度、高响应、高强度的光纤测温，而且使用寿命较长。

4、本发明一种新型测温光缆中的金属铠包层由钢带、铝带或铜带绕包在缓冲层之外而成，既能形成一层有较高保护强度的金属层，又能满足光纤弯曲状态下的传输性能，此外，金属材料还比其他聚酯高分子材料的导热速度快，便于提高测温精度与响应速度。因此，本发明不仅强度较高，保护能力较强，而且导热能力较强，测温精度与响应速度较高。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

图中：芯层1、包层2、涂覆层3、缓冲层4、金属铠包层5、加强层6、外护层7。

具体实施方式

以下结合附图说明和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

参见图1，一种新型测温光缆，包括芯层1、包层2与涂覆层3，所述芯层1为实心结构，芯层1的外壁包裹有包层2，该包层2的外壁包裹有涂覆层3；

所述测温光缆还包括缓冲层4、金属铠包层5、加强层6与外护层7；所述涂覆层3的外壁包裹有缓冲层4，该缓冲层4的外壁包裹有金属铠包层5，该金属铠包层5的外壁包裹有加强层6，该加强层6的外壁包裹有外护层7。

所述缓冲层4由芳纶填充而成，填充股数为1–3股，填充方式为编织式；所述缓冲层4的厚度为0.2mm–0.4mm。

所述外护层7采用氟塑料或聚氨酯制造而成；所述外护层7的厚度为0.2mm–0.5mm。

所述芯层1的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层1的折射率为1.43–1.49，芯层1的直径为0.06mm–0.11mm；

所述包层2的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层2的折射率为1.42–1.46，包层2的直径为0.123mm–0.126mm；

所述芯层1的折射率大于包层2的折射率。

所述涂覆层3的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层3的折射率为1.5–1.7，涂覆层3的厚度为0.055mm–0.065mm。

所述金属铠包层5由钢带、铝带或铜带绕包在缓冲层4之外而成，绕包的节距为0.2mm–0.5mm；所述金属铠包层5的厚度为0.1mm–0.3mm。

所述加强层6由芳纶填充而成，填充股数为3–8股，填充方式为直铺式；所述加强层6的厚度为0.2mm–0.5mm。

本发明的原理说明如下：

（一）、芯层：

芯层——折射率为1.43–1.49（超出这个范围，在工艺上比较难实现，需要调整掺杂量较大），直径为0.06mm–0.11mm（这个设计取决于光纤耦合的效率，太小耦合效率不高，太大容易产生弯曲损耗漏光），由均质掺杂石英玻璃（掺氟、掺锗、掺磷或掺硼等）或纯石英玻璃组成。本芯层为实心结构，采用较大芯层直径多模设计，较普通多模光纤的芯层直径较大，提高了光纤的测温效率和精度（芯层大，包层厚度减少，阻挡效果变弱，外层的温度就能更快传到芯层进行作用），确保了长期稳定导光的效果，延长了产品的使用寿命，而制造材料的均质属性则能使芯层的折射率保持一致，实现阶跃型折射率分布，有利于激光功率的均匀分布，最终兼顾高测温精度、高温度响应性能、高可靠传输、长寿命工作等需求。

（二）、包层：

包层——折射率为1.42–1.46，直径为0.123mm–0.126mm（超出这个范围，熔接或做接头进行耦合的时候，工艺上很难实现，也会增大耦合损耗），由均质掺杂石英玻璃（掺氟、掺锗、掺磷或掺硼等）或纯石英玻璃组成，且芯层的折射率大于包层的折射率。包层的直径范围的设计能满足接续方面通用的要求，提高接头、熔接产品互换性能，延长使用寿命。此外，芯层的折射率大于包层的折射率是形成波导结构的必要条件，对光纤传光性能有作用。

（三）、涂覆层：

涂覆层——折射率为1.5–1.7，厚度为0.055mm–0.065mm，由丙烯酸树脂或硅橡胶等制成。涂覆层的折射率较高，主要起着保护包层表面的作用，根据使用环境选择不同的耐温等级的涂覆材料，比如丙烯酸树脂、硅橡胶等。

（四）、缓冲层：

缓冲层——厚度为0.2mm–0.4mm（缓冲层的厚度主要是要配合股数，达到一定的股数方能实现网状结构对光纤的保护缓冲作用，但过厚又会增加工艺难度和产品成本），填充股数为1–3股，采用编织体结构（编织结构能够提供对外界的作用的缓冲，编织体结构就是相当于芳纶材料的一个网兜结构将光纤包裹，使得光缆整体缓冲效果更好）的芳纶纤维材料（如杜邦公司的产品）填充而成。缓冲层填充芳纶材料的股数为1–3股，根据不同的使用环境的要求，缓冲层的厚度有一定的区别，能保证光纤在编织体结构的缓冲层网状结构之中的自然状态（选择编织的节距，并同步控制光纤放线与芳纶放线的比例，就可以控制光纤在结构中的状态），使得光纤不受外界环境应变、施工拖拽等条件的影响，确保了测温光纤的性能稳定，从而确保测温的精度和空间分辨率。

（五）、金属铠包层：

金属铠包层——厚度为0.1mm–0.3mm，由钢带、铝带或铜带绕包在缓冲层之外而成，绕包的节距控制在0.2mm–0.5mm之间（金属铠包层的厚度和绕包节距是为了实现金属铠包层绕包的强度和伸缩性，厚度太小强度不够，厚度太大光缆过硬，不方便使用；绕包节距是为了实现金属铠包层的占空比）。金属铠包层通过厚度与节距的控制，既能在缓冲层之外形成一层有较高保护强度的金属层，增强光缆的保护能力，抗侧压、踩踏等，又能够满足光纤弯曲状态下的传输性能。此外，金属材料比其他聚酯高分子材料的导热速度快，能提高测温的精度与响应速度。

（六）、加强层：

加强层——厚度为0.2mm–0.5mm（加强层的厚度主要是要配合股数，达到一定的股数方能实现足够的抗拉强度，但过厚又会增加工艺难度和产品成本），填充股数为3–8股，采用直铺结构的芳纶纤维材料填充而成。加强层的设计目的是增强测温光缆整体的抗拉强度，直铺结构的芳纶加强纤维材料具有很高的抗拉伸性能，成为整个光缆结构中唯一的承担高强拉力的单元。加强层的具体厚度取决于性能整体需求，以满足在电力隧道、石油油井等不同应用条件下的施工拖拽拉力强度的要求。

（七）、外护层：

外护层——厚度为0.2mm–0.5mm（若外护层的厚度太薄，强度不够，抗弯折、摩擦、刮擦等外界环境影响的能力下降；厚度太厚又会增加工艺难度和产品成本），采用氟塑料（杜邦公司）或聚氨酯制造而成，该材料具有耐腐蚀、耐高低温、阻燃、绝缘等优良性能，是外护材料的较完善选择。外护层的厚度取决于性能整体需求，满足抗外界踩踏，不破损，抗刮擦，耐酸，耐碱，阻燃（UL94-V0等级），耐超高电压等要求，厚度达到设计要求方能保证光缆在施工和使用的过程中不会出现破损的现象。

实施例：

参见图1，一种新型测温光缆，由内到外依次为芯层1、包层2、涂覆层3、缓冲层4、金属铠包层5、加强层6与外护层7；所述芯层1为实心结构，芯层1的外壁包裹有包层2，该包层2的外壁包裹有涂覆层3，该涂覆层3的外壁包裹有缓冲层4，该缓冲层4的外壁包裹有金属铠包层5，该金属铠包层5的外壁包裹有加强层6，该加强层6的外壁包裹有外护层7；

所述芯层1的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层1的折射率为1.43–1.49，芯层1的直径为0.06mm–0.11mm；所述包层2的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层2的折射率为1.42–1.46，包层2的直径为0.123mm–0.126mm，芯层1的折射率大于包层2的折射率；所述涂覆层3的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层3的折射率为1.5–1.7，涂覆层3的厚度为0.055mm–0.065mm；

所述缓冲层4由芳纶填充而成，填充股数为1–3股，填充方式为编织式，缓冲层4的厚度为0.2mm–0.4mm；所述金属铠包层5由钢带、铝带或铜带绕包在缓冲层4之外而成，绕包的节距为0.2mm–0.5mm，金属铠包层5的厚度为0.1mm–0.3mm；所述加强层6由芳纶填充而成，填充股数为3–8股，填充方式为直铺式，加强层6的厚度为0.2mm–0.5mm；所述外护层7采用氟塑料或聚氨酯制造而成，外护层7的厚度为0.2mm–0.5mm。

上述设计一种新型测温光缆可以实现高精度、高响应、方便铺设等环境要求下的高强度光纤测温要求，不仅实现了850nm、1310nm、1550nm等多个波长的测温激光信号长期稳定可靠地传输和高效率稳定的耦合两个重要指标保证，而且能保证光缆的抗侧压、抗刮擦踩踏、抗高强拉力、耐环境变化、高强度等实际工程使用中的需求，确保了光缆产品在工程中的长期稳定可靠工作，此外，本设计结构简单，易于加工制作，产品性能易于检测，高性能。

Claims (7)

1.一种新型测温光缆，包括芯层（1）、包层（2）与涂覆层（3），所述芯层（1）为实心结构，芯层（1）的外壁包裹有包层（2），该包层（2）的外壁包裹有涂覆层（3），其特征在于：

所述测温光缆还包括缓冲层（4）、金属铠包层（5）、加强层（6）与外护层（7）；所述涂覆层（3）的外壁包裹有缓冲层（4），该缓冲层（4）的外壁包裹有金属铠包层（5），该金属铠包层（5）的外壁包裹有加强层（6），该加强层（6）的外壁包裹有外护层（7）。

2.根据权利要求1所述的一种新型测温光缆，其特征在于：所述缓冲层（4）由芳纶填充而成，填充股数为1–3股，填充方式为编织式；所述缓冲层（4）的厚度为0.2mm–0.4mm。

3.根据权利要求1或2所述的一种新型测温光缆，其特征在于：所述外护层（7）采用氟塑料或聚氨酯制造而成；所述外护层（7）的厚度为0.2mm–0.5mm。

4.根据权利要求1或2所述的一种新型测温光缆，其特征在于：

所述芯层（1）的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，芯层（1）的折射率为1.43–1.49，芯层（1）的直径为0.06mm–0.11mm；

所述包层（2）的制造材料为均质掺杂石英玻璃或纯石英玻璃，包层（2）的折射率为1.42–1.46，包层（2）的直径为0.123mm–0.126mm；

所述芯层（1）的折射率大于包层（2）的折射率。

5.根据权利要求4所述的一种新型测温光缆，其特征在于：所述涂覆层（3）的制造材料为丙烯酸树脂或硅橡胶，涂覆层（3）的折射率为1.5–1.7，涂覆层（3）的厚度为0.055mm–0.065mm。

6.根据权利要求1或2所述的一种新型测温光缆，其特征在于：所述金属铠包层（5）由钢带、铝带或铜带绕包在缓冲层（4）之外而成，绕包的节距为0.2mm–0.5mm；所述金属铠包层（5）的厚度为0.1mm–0.3mm。

7.根据权利要求1或2所述的一种新型测温光缆，其特征在于：所述加强层（6）由芳纶填充而成，填充股数为3–8股，填充方式为直铺式；所述加强层（6）的厚度为0.2mm–0.5mm。

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