CN103985466A - 高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于，包括：位于中心的加强件（1），所述加强件（1）四周设置有松套管（2）和绝缘线芯（3），所述加强件（1）、松套管（2）和绝缘线芯（3）之间的间隙及松套管（2）和绝缘线芯（3）的外围均设置有阻水物（5），所述阻水物（5）的外部挤包内护套（6），所述内护套（6）的外部包覆金属包履层（7），所述金属包履层（7）的外部挤包护套（8），所述护套（8）的外部设置有传感单元（9），所述传感单元（9）的外部紧包外护套（10）。本发明提供的一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，同时具备光纤微小应力和应变传感、远距离光通信以及电力输送的功能。

Description

高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆

技术领域

本发明涉及一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，特别是涉及一种能够用于微小光纤应力和应变传感、远距离光通信以及电力输送的光电复合缆，属于光缆电缆技术领域。

背景技术

光纤围栏报警系统，主要工作原理是由光纤信号反馈系统和信号分辩软件二部分组成，其关键的光纤信号反馈系统主要是由双向共光路的光纤振动传感器组成。双向共光路的光纤振动传感器基于“光纤干涉仪”原理。为了检测微弱振动，对光信号进行双向分路构成平衡光纤干涉仪。当用相干激光器向其发射一束激光，由发射信号和回收信号组成的干涉仪输出干涉光信号，若光纤没有受到外界的扰动，则干涉光信号将保持不变；如果光纤受到外界侵扰而引起光纤的应力应变，如：压力、拉力和触动等，则干涉光的输出波形改变，并产生干涉图像，通过光探测器可检测到这一波形变化的数据信号。如果防区之间相距很远，可以将区域的数据信号通过光纤光缆再将数据信号传到远离的中控室的计算机，进一步通过计算机软件比较和分析这种变化波形的特征，然后分辩出不同事件的真实情况。

目前这种光纤围栏报警系统，通常是在每个小区域的围墙、围栏或地面单独的敷设一根光纤应力传感光缆，然后将各区域的光纤应力传感光缆直接或经过渡的另一根导引光缆联接到光探测器，多个小区域的光纤应力传感光缆经光探测器，将数据信号汇集后再经过通信光缆传输到的中控室的计算机。这种系统主要缺点是，需敷设许多根数的光纤应力传感光缆、导引光缆以及通信光缆，应用受限于小范围、短距离；大区域远距离时需很多芯数光纤的通信光缆将收集到的数据信号传输出去；边远无电力供电的区域无法长期使用需电源的光探测器来处理、转送数据信号。

另外，现有的光纤应力传感光缆和远距离传输光信号的通信光缆是分开采用不同光缆的。原因是二种光缆结构的设计原则不同并相互冲突的。光纤应力传感光缆所设计的结构，为了使光纤对应力和应变很敏感的，光缆中光纤余长不保留或很小，这会对光信号的远距离传输产生不利影响并影响光缆寿命。而传输光信号的通信光缆中的是需要消除光纤对应力和应变敏感性的，为此通信光缆所设计的结构，在光单元以及光缆结构中设置一定的光纤余长，在光缆正常使用应力和应变的范围内，光缆中的通信用的光纤不受这种应力和应变的影响，以达到远距离通信和长期使用寿命。

为解决上述缺陷和不足，研究一种设计合理的新型的复合缆，同时具有对应力和应变敏感、能远距离光通信和电力输送的功能，为实现大区域探测、远距离监控的光纤传感和报警系统提供一种光电复合缆，成为行业中需要解决的一项新技术。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，提供一种能够同时进行光纤微小应力和应变传感、远距离光通信以及电力输送的光纤应力传感光电复合缆。

为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于，包括：位于中心的加强件，所述加强件四周设置有松套管和绝缘线芯，所述松套管和绝缘线芯以同心圆方式绞合在所述加强件的外围，所述加强件、松套管和绝缘线芯之间的间隙及松套管和绝缘线芯的外围均设置有阻水物，所述阻水物的外部挤包内护套，所述内护套的外部包覆金属包履层，所述金属包履层的外部挤包护套，所述护套的外部设置有传感单元，所述传感单元以螺旋方式环绕在所述护套的外面，所述传感单元的外部紧包外护套，所述外护套为弹性护套。

所述弹性护套包括橡塑弹性体，所述橡塑弹性体的材质包括聚胺酯或丁腈聚氯乙烯复合物。

所述传感单元设计位置靠近本发明的复合缆的外部，同时还采用了橡塑弹性体为材料的外护套，使得在复合缆外部环境的应力或应变发生变化时，能灵敏的把应力或应变传递到传感单元，使传感单元中的光纤能感受微小的应力或应变的改变，并经过光探测器显示出干涉光的输出波形改变的变化特征和大小，实现了对微小应力或应变的检测及判断。

所述橡塑弹性体，在常温下具有高弹性，可敏感地将外界对复合缆产生的微小应力和应变传递至传感单元；另外橡塑弹性体还具有抗湿滑、耐低温、耐老化、耐腐蚀、外力撤出后复原性好的特性。

所述传感单元包括位于所述传感单元中心的紧包光纤和在所述紧包光纤外围以同心圆方式排列的若干保护件，所述传感单元的个数为1根或2根。

所述保护件包括钢丝或KFRP或FRP或芳纶。

复合缆靠外部采用螺旋方式环绕的传感单元，利于消除复合缆正常宏观弯曲对传感单元的不利影响，螺旋方式放置传感单元，是为了更有效的测量各个方向传递过来的应力或应变，使各个方向传递过来的应力或应变都能在其中一段传感单元上反应出来，大大提高了复合缆的检测灵敏度。

现有的用于检测应力和应变的缆，一般是放置在海底其他外力或应变较大的地点来应用的，若有外力或应变，则这个外力或应变将是很大的，用传统的检测缆的结构是可以反映出来的，

现有的检测缆检测应力和应变不敏感，不能用于微小应力和应变的检测，只能应用于外力大的领域，如海底。

而本发明的应用领域是放置在浅地下、围墙或栏栅上用的，人和物能够接近或接触的地面、围墙或栏栅上，这些地点经常会产生一些微小的外力，利用传统的检测缆无法实现微小应力和应变的检测，而本发明的结构具有检测微小应力和应变的能力，其传感单元就能反映出微小应力应变的变化，也能反映出较大的应力应变的变化，使本发明的使用范围更加广泛，能够分析各种应力应变。

所述加强件四周还设置有填充绳，所述填充绳、松套管和绝缘线芯以同心圆方式绞合在所述加强件的外围，所述加强件、松套管、绝缘线芯和填充绳之间的间隙及松套管、绝缘线芯和填充绳的外围均设置有阻水物。

所述松套管的个数为至少1根，所述松套管内设置有光纤和纤膏；所述绝缘线芯的个数为2根，所述绝缘线芯为铜导体外挤包塑料绝缘层。

所述松套管内的光纤设置有一定余长，松套管内纤膏和有一定余长的光纤的设置，有效的缓解了微小应力和应变对光纤的影响，使得松套管内的光纤对本发明外部环境的应力和应变不敏感，利于光信号在光纤中正常传输到远距离监控中心的计算机上，实现了远距离光通信的功能。

通过绝缘线芯的设置，使本发明能够对光探测器进行供电，特别是大区域的系统，若有多个光探测器，或附近电力供应困难，则可通过复合缆中的二根绝缘线芯对光探测器进行供电，实现了电力输送的功能。

所述内护套和护套的材质均为聚乙烯护套料。

所述金属包履层的材质为铝带或钢带或铝塑复合带或钢塑复合带。

金属包履层为相对钢性的保护材料，使本发明具备一定的耐拉伸特性。

所述阻水物的材质包括光缆填充膏、扎纱、阻水纱和阻水带中的一种或几种。

本发明提供的一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，最外层为橡塑弹性体；传感单元的结构为紧包光纤外设保护件；传感单元以螺旋方式环绕在护套的外部的设置，均实现了对微小应力和应变的检测功能，具备检测高灵敏度，使应用范围更加广泛；本发明运用一根缆就实现了对环境的应力和应变的敏感探测、远距离的光信号传输和光探测器所需电力供应等功能，可简化布缆并降低成本；本发明使得大区域探测、远距离监控的光纤防卫报警系统有了实现的应用途径，适合大规模的推广应用，特别适用于边防线、岛屿等范围大、距离远的区域应用该类防卫报警系统，既具有产业上的很高的利用价值，又具有优良的社会和军事效益。

附图说明

图1为本发明的一种结构的结构示意图；

图2为本发明的另一种结构的结构示意图；

图3为本发明之传感单元的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

实施例1：

如图1、图3所示，一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于，包括：位于中心的加强件1，所述加强件1四周设置有3根松套管2、2根绝缘线芯3和1根填充绳4，所述松套管2、绝缘线芯3和填充绳4以同心圆方式绞合在所述加强件1的外围，所述加强件1、松套管2、绝缘线芯3和填充绳4之间的间隙及松套管2、绝缘线芯3和填充绳4的外围均设置有阻水物5，所述阻水物5的外部挤包内护套6，所述内护套6的外部包覆金属包履层7，所述金属包履层7的外部挤包护套8，所述护套8的外部设置有1根传感单元9，所述传感单元9以螺旋方式环绕在所述护套8的外面，所述传感单元9的外部紧包外护套10，所述外护套10为聚胺酯；松套管2内设置有12根单模光纤和纤膏；绝缘线芯3为铜导体外挤包聚乙烯。

所述传感单元9包括位于所述传感单元9中心的紧包光纤91和在所述紧包光纤91外围以同心圆方式排列的若干保护件92，所述保护件92为6根KFRP。

所述内护套6和护套8的材质均为聚乙烯护套料。

所述金属包履层7的材质为钢塑复合带。

所述阻水物5的材质为光缆填充膏和阻水带的组合。

实施例2：

如图2、图3所示，一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于，包括：位于中心的加强件1，所述加强件1四周设置有4根松套管2和2根绝缘线芯3，所述松套管2和绝缘线芯3以同心圆方式绞合在所述加强件1的外围，所述加强件1、松套管2和绝缘线芯3之间的间隙及松套管2和绝缘线芯3的外围均设置有阻水物5，所述阻水物5的外部挤包内护套6，所述内护套6的外部包覆金属包履层7，所述金属包履层7的外部挤包护套8，所述护套8的外部设置有2根传感单元9，所述传感单元9以螺旋方式环绕在所述护套8的外面，所述传感单元9的外部紧包外护套10，所述外护套10为丁腈聚氯乙烯复合物；松套管2内设置有6根单模光纤和纤膏；绝缘线芯3为铜导体外挤包聚乙烯。

所述传感单元9包括位于所述传感单元9中心的紧包光纤91和在所述紧包光纤91外围以同心圆方式排列的若干保护件92，所述保护件92为芳纶。

所述内护套6和护套8的材质均为聚乙烯护套料。

所述金属包履层7的材质为铝塑复合带。

所述阻水物5为阻水纱。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于，包括：位于中心的加强件（1），所述加强件（1）四周设置有松套管（2）和绝缘线芯（3），所述松套管（2）和绝缘线芯（3）以同心圆方式绞合在所述加强件（1）的外围，所述加强件（1）、松套管（2）和绝缘线芯（3）之间的间隙及松套管（2）和绝缘线芯（3）的外围均设置有阻水物（5），所述阻水物（5）的外部挤包内护套（6），所述内护套（6）的外部包覆金属包履层（7），所述金属包履层（7）的外部挤包护套（8），所述护套（8）的外部设置有传感单元（9），所述传感单元（9）以螺旋方式环绕在所述护套（8）的外面，所述传感单元（9）的外部紧包外护套（10），所述外护套（10）为弹性护套。

2.根据权利要求1所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述弹性护套包括橡塑弹性体，所述橡塑弹性体的材质包括聚胺酯或丁腈聚氯乙烯复合物。

3.根据权利要求1所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述传感单元（9）包括位于所述传感单元（9）中心的紧包光纤（91）和在所述紧包光纤（91）外围以同心圆方式排列的若干保护件（92），所述传感单元（9）的个数为1根或2根。

4.根据权利要求3所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述保护件（92）包括钢丝或KFRP或FRP或芳纶。

5.根据权利要求1所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述加强件（1）四周还设置有填充绳（4），所述填充绳（4）、松套管（2）和绝缘线芯（3）以同心圆方式绞合在所述加强件（1）的外围，所述加强件（1）、松套管（2）、绝缘线芯（3）和填充绳（4）之间的间隙及松套管（2）、绝缘线芯（3）和填充绳（4）的外围均设置有阻水物（5）。

6.根据权利要求5所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述松套管（2）的个数为至少1根，所述松套管（2）内设置有光纤和纤膏；所述绝缘线芯（3）的个数为2根，所述绝缘线芯（3）为铜导体外挤包塑料绝缘层。

7.根据权利要求1所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述内护套（6）和护套（8）的材质均为聚乙烯护套料。

8.根据权利要求1所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述金属包履层（7）的材质为铝带或钢带或铝塑复合带或钢塑复合带。

9.根据权利要求1所述的高灵敏度的光纤应力传感光电复合缆，其特征在于：所述阻水物（5）的材质包括光缆填充膏、扎纱、阻水纱和阻水带中的一种或几种。