CN104049298A - 一种振动敏感光纤及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种振动敏感光纤及其制造方法,属于光纤技术领域。振动敏感光纤包括纤芯、包覆在纤芯外部的石英包层及包覆在石英包层外部的中模量涂覆层,所述中模量涂覆层固化后的杨氏模量介于50MPa至200MPa之间,所述中模量涂覆层单边壁厚介于70μm至150μm之间,在中模量涂覆层外部包覆有振动增敏层。本发明采用一层中模量涂覆层替代普通市售光纤中低模量内涂覆层与高模量外涂覆层,并采用了具有高弹性作为振动增敏层,可有效提高光纤对声音等机械振动的敏感性,提高光纤作为振动、声音传感介质的性能,从而提高相应的检测、监测系统的灵敏度。
Description
技术领域
本发明涉及一种振动敏感光纤及其制造方法,属于光纤技术领域。
技术背景
随着工、农、医、安防等领域的高速发展,振动给人们带来的信息越来越重要,可以被有效地探测和识别,并利用振动信息为人类带来极大的利益。例如,地震监测、管道渗漏探测、周界防范预警及轨道沿途监测等领域就在很大程度上依赖于对振动的探测。此外,由于应力及温度引发的振动敏感光纤变形同样可以用于监测其它领域的参量变化。
传统的传感探测器是通过沿受试区域铺设传感器探头的方式获取信息的,其缺点在于成本高且占据空间较大。目前较为先进的探测手段是利用光纤传感器,这种方法具有抗电磁干扰和原子辐射、重量轻、体积小、绝缘、耐高温及耐腐蚀等众多优异的性能,同时由于光纤传输损耗低、频带宽,使得光纤传感器在组网和传输距离方面与传统的传感器相比具有无可比拟的优势。
大多数光纤传感器基于光纤光栅的工作原理来实现的,其优点是在传感领域的适用面广,缺点在于光纤光栅的成本较普通光纤高。对于振动的传感,还有一类成本相对低廉、使用较为简单的振动敏感光纤或称之为声增敏光纤。振动敏感光纤是一种既用于传输光信号又作为振动传感介质的光纤,可以形象地近似认为振动敏感光纤是由无数个微小的振动感知器串联起来的,相当于分布式传感系统中的感应模块与传输模块。振动敏感光纤的波导结构与普通通信光纤相类似,只是光纤涂覆层及护套层选用了比较利于包括声波在内的振动传播的所谓弹性体材料,使得光纤对其接触到的包括声波在内的机械振动信号比较敏感,可通过光纤的传输相位解析出振动信号的很多信息。例如将振动敏感光纤贴输油管道布放,当管道出现泄漏时,泄漏流体与泄漏孔壁产生摩擦,在管壁上激发出应力波,即泄漏声发射信号。由于光纤贴于管壁,此应力波作用于光纤上,光纤的长度和使传输光的光程发生变化。由于干涉仪中顺时针和逆时针传输的两束光到达泄漏点的时间不同,因此两束光的光程变化不同,这样两束光间就存在一个光程差,此光程差就是由于泄漏信号引起的,并包含有泄漏信号的相关信息。而这个光程差在干涉信号中反应为光的相位差,因此解调出此相位差就可得到泄漏信号的相关信息,通过实时检测干涉信号的变化,可实现管道泄漏检测。再如在周界安防监测中,将振动敏感光纤敷设于受控区域地面下,对于入侵的踩踏振动可给出及时的报警。
美国海军实验室在IEEE量子电子学报的光纤传感器技术,1982年,QE-18(4):626-665》(Thomas G.Giallorenzi,Joseph A.Bucaro,AnthonyDandridge et al,Optical fiber sensor technology,IEEE Journal of quantumelectronics,1982,QE-18(4):626-665)一文中针对光纤涂覆层的单边壁厚、模量等参数对光纤的声灵敏度进行了较为深入的讨论。该文首先分析声敏产生的机理及影响因素。光纤的振动敏感特性通常用ΔΦ/(ΦΔP)来表征,含义是单位压强引起的光纤中相位的变化量占光纤中总相位数的比例,通常这个比例是10-12/dyn/cm2数量级(1dyn/cm2=0.1Pa)。ΔP为作用在光纤上的附加声压,单位为Pa或者dyn/cm2。光纤在受到声波作用后,由于声压ΔP使得光纤在轴向和径向分别产生了εz与εr的应变,从而导致了光纤内光波的相位发生了改变,可用公式(1)表示为:
其中,P11与P12为光弹系数,n为纤芯折射率,ΔΦ是光纤由于声压的作用导致的传输信号相位变化量,单位为弧度rad,Φ为受试长度光纤内总的信号相位数,单位亦为rad。上式右边第一项是ΔΦ/(ΦΔP)的一部分,这部分受光纤长度影响;第二项与第三项是受纤芯折射率所调制,与弹光效应有关。将光纤看做圆柱体,并认为光纤石英包层外有若干层不同的涂覆层所组成,结合各层材料的杨氏模量Ei与泊松比νi,并结合一定的边界条件可推导出(1)式中ΔΦ/(ΦΔP)与εz i与εz p及εr p的关系,其中εz p及εr p是受弹光效应影响的轴向及径向应变。该文采用内软外硬双层护套的结构实现光纤的振动敏感特性。文中给出了光纤涂覆壁厚与光纤声灵敏度之间的关系图,指出ΔΦ/(ΦΔP)绝对值是随着壁厚增加而增大的。文章还指出除了涂覆层的壁厚因素,光纤涂覆层的杨氏模量增加可提高光纤的声灵敏度。该文同时给出材料体积模量恒定时(4×1010dyn/cm2),不同杨氏模量的涂覆层材料的壁厚导致的光纤灵敏度的变化。可以看出杨氏模量高的材料,其声灵敏度能随壁厚的增加更快地接近该种材料的理论极限值约6.2×10-12dyn/cm2。此外,研究还发现光纤声敏特性与涂覆层材料的体积模量有关系,即体积模量低可提高光纤的声敏性能:当体积模量增大时,光纤声敏度下降得较为迅速,特别是杨氏模量大的材料,其体积模量的增大将显著降低声敏性。
国内在国外研究基础上同样认为光纤的振动灵敏度是外涂覆层材料弹性模量和外涂覆层截面积乘积的函数,高弹性模量与较大的壁厚均可提高振动敏感性能。
下表列出了国内可以购买到的涂覆材料及弹性体聚合物的一些相关性能参数,其中杨氏模量E、体积模量K与泊松比μ之间存在关系式:
K=E/[3(1-2μ)] (2)
常规光纤的内涂覆层与外涂覆层所用涂料的参数分别以KG100与KG200为代表。其中,KG100模量非常小,用于缓冲;而KG200模量比较大,起到耐压、耐磨等保护作用。从前文所述的研究结论可知,杨氏模量太低则不利于光纤的振动敏感性,因此使得用该类光纤制作出的外径1mm左右的振动敏感光纤的ΔΦ/(ΦΔP)值往往低于2×10-12dyn/cm2,不能满足使用要求。
发明内容
针对上述技术问题,本发明所要解决的技术问题在于提供一种温度稳定的振动敏感光纤,该光纤结构简单,可作为射电望远镜、卫星跟踪站以及相控雷达阵等系统的通信光纤,具备温度相位稳定特性,提高信号接收、处理的准确性与可靠性。
本发明另一个要解决的技术问题是提供一种上述振动敏感光纤的制造方法。
为解决上述技术问题,本发明的技术解决方案是这样实现的:一种振动敏感光纤,所述光纤包括纤芯、包覆在纤芯外部的包层及包覆在包层外部的中模量涂覆层,所述中模量涂覆层固化后的杨氏模量介于50MPa至200MPa之间,所述中模量涂覆层单边壁厚介于70μm至150μm之间。
进一步地,所述中模量涂覆层外部包覆有振动增敏层,所述振动增敏层为由Hytrel、PVC或ETFE中的一种材料挤塑形成,所述振动增敏层的单边壁厚介于75μm至250μm之间。
进一步地,所述振动增敏层的外部包覆有外护层。
一种制造上述振动敏感光纤的方法,所述制造方法包括下述步骤,准备光纤预制棒,包含纤芯与包层;将光纤预制棒进行拉丝,并进行中模量涂覆层涂覆,在中模量涂覆层外侧采用压力式挤塑工艺包覆振动增敏层以及外护层,使光纤的振动增敏层与中模量涂覆层之间紧密相贴,振动增敏层与外护层之间紧密相贴。
进一步地,光纤预制棒拉制并同时涂覆一层中模量涂覆层,所述拉丝及涂覆参数如下:
参数名称 | 参数值 |
牵引速度(m/min) | 150~250 |
拉丝炉温度(℃) | 2050~2150 |
涂料模量(MPa) | 50~200 |
涂料温度(℃) | 40~50 |
涂覆压力(MPa) | 0.02~0.04 |
模具孔径(μm) | 240~450 |
包层直径(μm) | 80~130 |
中模量涂覆层外径(μm) | 220~430 |
进一步地,所述振动增敏层,选择弹性体材料hytrel、PVC、ETFE中的一种作为挤塑原料。该挤塑工艺的参数如下:
进一步地,所述外护层,选择聚氨酯(TPU)或聚烯烃中的一种材料作为挤塑原料,该挤塑工艺的参数如下:
参数名称 | 参数值 | 参数值 |
挤塑材料 | 聚氨酯(TPU) | 聚烯烃(凯波5505) |
牵引速度(m/min) | 50~60 | 50~60 |
挤塑机机颈温度(℃) | 165~175 | 150~170 |
挤塑机机颈压力(MPa) | 45~55 | 35~45 |
模芯口内径(μm) | 600~700 | 750~800 |
模套口内径(μm) | 900~1400 | 1500~1800 |
螺杆外径(mm) | 30~45 | 30~45 |
螺杆转速(rpm) | 12~15 | 12~15 |
外护层外径(μm) | 900~1000 | 900~1000 |
进一步地,所述光纤预制棒的制造方法如下:
1)、采用MCVD工艺对石英玻璃沉积管置于车床上,通过火焰喷灯进行高温火焰抛光,沉积管内通SF6气流,用于消除沉积管内表面及外表面的划痕、杂质及收缩气泡;辐射高温计随喷灯一起运动用于测温;
2)、使用MCVD车床在石英玻璃沉积管内沉积内包层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 1900~2200 |
氦气He | 1900~2200 |
四氯化硅SiCl4 | 1000~1600 |
三氯氧磷POCl3 | 100~150 |
六氟化硫SF6 | 10~15 |
将火焰抛光好的石英玻璃沉积管安置在MCVD车床上,用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅SiCl4与三氯氧磷POCl3载入石英管内沉积包层,辅以氦气增强石英管内热均匀性以及六氟化硫气体作为抛光气体;
3)、使用MCVD车床在2)得到的内包层内沉积芯层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 1900~2200 |
四氯化硅SiCl4 | 100~120 |
四氯化锗GeCl4 | 80~100 |
用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配合的四氯化硅及四氯化锗载入石英管内沉积芯层,在氢氧焰作用下生成芯层;
4)、将沉积了石英包层和纤芯的石英管熔缩并烧结成透明的光纤预制棒,最后将光纤预制棒拉制成光纤后进行涂覆。
本发明可带来以下有益效果:采用本发明制成的光纤预制棒可选用市售的光纤预制棒,涂料可选用市售的中模量涂料,振动增敏层可选用市售的弹性体聚合物材料。选择合适的涂覆壁厚及压力式挤塑工艺,可使得光纤具备较高的振动敏感特性,既起到缓冲层的作用又起到抵抗外力破坏的作用,满足周界防范预警、地震监测、管道渗漏探测、矿井监测以及轨道沿途监测等系统的振动传感兼通信要求。
附图说明
图1为本发明振动敏感光纤结构示意图。
图2为实施例1的光纤振动敏感特性测试数据线。
图3为实施例2的光纤振动敏感特性测试数据线。
图4为实施例3的光纤振动敏感特性测试数据线。
图中标号说明:1-纤芯;2-包层,3-中模量涂覆层,4-振动增敏层,5-外护层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细说明。
如图1所示,本发明一种振动敏感光纤,包括纤芯1、包层2、中模量涂覆层3、振动增敏层4及外护层5。
所述包层2包覆在纤芯1外部,在包层2外部是中模量涂覆层3,所述中模量涂覆层3固化后的杨氏模量介于50MPa至200MPa之间,所述中模量涂覆层3单边壁厚介于70μm至150μm之间,即涂覆层单边壁厚=(涂覆层外径-包层直径)/2。
所述中模量涂覆层3外部依次包覆有振动增敏层4和外护层5,所述振动增敏层4为由Hytrel、PVC或ETFE中的一种材料挤塑形成,所述振动增敏层4的单边壁厚介于75μm至250μm之间,即增敏层单边壁厚=(增敏层外径-涂覆层外径)/2。
一种制造上述振动敏感光纤的方法,分为如下步骤:
第一步用MCVD法或其它方法制造传感、传输所需的光纤预制棒,包含纤芯1与包层2;第二步是将光纤预制棒进行光纤拉丝,并在包层2外涂覆中模量涂覆层3;第三步利用压力式挤塑工艺将振动增敏层4挤塑至中模量涂层3的外侧;第四步是利用压力式挤塑工艺将外护层5挤塑至振动增敏层4的外侧。
下面以具体示例说明:
(一)实施例1的振动敏感光纤的主要参数如下:
该振动敏感光纤制造方法如下:
步骤1:采用MCVD工艺对石英玻璃沉积管置于车床上通过火焰喷灯进行高温火焰抛光,沉积管内通SF6气流,用于消除沉积管内表面及外表面的划痕、杂质及收缩气泡;辐射高温计随喷灯一起运动用于测温;
步骤2:使用MCVD车床在石英玻璃沉积管内沉积内包层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 2000 |
氦气He | 2100 |
四氯化硅SiCl4 | 1400 |
三氯氧磷POCl3 | 120 |
六氟化硫SF6 | 15 |
将火焰抛光好的石英玻璃沉积管安置在MCVD车床上,用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅与三氯氧磷载入石英管内沉积包层,辅以氦气增强石英管内热均匀性以及六氟化硫气体作为抛光气体,沉积8层,火焰灯行进速度140mm/min;
步骤3:使用MCVD车床在步骤2得到的内包层内沉积芯层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 1900 |
四氯化硅SiCl4 | 100 |
四氯化锗GeCl4 | 80 |
用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅及四氯化锗载入石英管内沉积芯层,在氢氧焰作用下生成芯层,沉积4层,火焰灯行进速度140mm/min;
步骤4:将沉积了包层和芯层的石英管熔缩并烧结成透明的光纤预制棒,最后将光纤预制棒拉制成光纤后进行涂覆;
步骤5:将步骤4制造的光纤预制棒拉制并同时涂覆一层中模量涂覆层,拉丝及涂覆参数如下:
参数名称 | 参数值 |
牵引速度(m/min) | 150 |
拉丝炉温度(℃) | 2050 |
涂料模量(MPa) | 95 |
涂料温度(℃) | 40 |
涂覆压力(MPa) | 0.02 |
模具孔径(μm) | 320 |
包层直径(μm) | 80 |
中模量涂覆层外径(μm) | 300 |
中模量涂覆层单边壁厚(μm) | 110 |
步骤6:将步骤5拉制的光纤进行振动增敏层挤塑,选择弹性体材料5526作为挤塑原料。该挤塑工艺的主要参数如下:
步骤7:将步骤6挤塑的光纤进行外护层5挤塑,选择聚氨酯(TPU)材料作为挤塑原料。挤塑所用的模芯、模套采用压力式设计,将挤塑层与被挤塑的光纤无间隙紧套。挤塑出的光纤即为振动敏感光纤。该挤塑工艺的主要参数如下:
参数名称 | 参数值 |
挤塑材料 | 聚氨酯(TPU) |
牵引速度(m/min) | 50 |
挤塑机机颈温度(℃) | 165 |
挤塑机机颈压力(MPa) | 45 |
模芯口内径(μm) | 700 |
模套口内径(μm) | 1100 |
螺杆外径(mm) | 30 |
螺杆转速(rpm) | 12 |
外护层外径(μm) | 900 |
实施例1的振动敏感试验结果如图2所示,实施例1制作出的光纤的振动敏感值为3.5×10-12dyn/cm2。
(二)实施例2的振动敏感光纤的主要参数如下:
光纤主要参数名称 | 参数值 |
模场直径 | 8μm |
包层直径 | 125μm |
中模量涂覆层材料 | 飞凯KG500 |
中模量涂覆层外径 | 300μm |
振动增敏层材料 | PVC HP17653 |
振动增敏层外径 | 600μm |
外护层材料 | 聚氨酯(TPU) |
外护层外径 | 1000μm |
该制动敏感光纤制造方法如下:
步骤1:采用MCVD工艺对石英玻璃沉积管置于车床上通过火焰喷灯进行高温火焰抛光,沉积管内通SF6气流,用于消除沉积管内表面及外表面的划痕、杂质及收缩气泡;辐射高温计随喷灯一起运动用于测温;
步骤2:使用MCVD车床在石英玻璃沉积管内沉积内包层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 2100 |
氦气He | 2000 |
四氯化硅SiCl4 | 1600 |
三氯氧磷POCl3 | 150 |
六氟化硫SF6 | 10 |
将火焰抛光好的石英玻璃沉积管安置在MCVD车床上,用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅与三氯氧磷载入石英管内沉积包层,辅以氦气增强石英管内热均匀性以及六氟化硫气体作为抛光气体,沉积16层,火焰灯行进速度140mm/min;
步骤3:使用MCVD车床在步骤2得到的内包层内沉积芯层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 2200 |
四氯化硅SiCl4 | 100 |
四氯化锗GeCl4 | 100 |
用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅及四氯化锗载入石英管内沉积芯层,在氢氧焰作用下生成芯层,沉积7层,火焰灯行进速度140mm/min;
步骤4:将沉积了包层和芯层的石英管熔缩并烧结成透明的光纤预制棒,最后将光纤预制棒拉制成光纤后进行涂覆;
步骤5:将步骤4制造的光纤预制棒拉制并同时涂覆一层中模量涂覆层,拉丝及涂覆参数如下:
参数名称 | 参数值 |
牵引速度(m/min) | 200 |
拉丝炉温度(℃) | 2100 |
涂料模量(MPa) | 95 |
涂料温度(℃) | 45 |
涂覆压力(MPa) | 0.04 |
模具孔径(μm) | 350 |
包层直径(μm) | 125 |
中模量涂覆层外径(μm) | 330 |
中模量涂覆层单边壁厚(μm) | 87.5 |
步骤6:将步骤5拉制的光纤进行振动增敏层挤塑,选择弹性体材料PVCHP17653作为挤塑原料。该挤塑的主要参数如下:
参数名称 | 参数值 |
挤塑材料 | PVC HP17653 |
牵引速度(m/min) | 70 |
聚合物模量(MPa) | 300 |
挤塑机机颈温度(℃) | 160 |
挤塑机头压力(MPa) | 80 |
模芯口内径(μm) | 500 |
模套口内径(μm) | 1500 |
螺杆外径(mm) | 30 |
螺杆转速(rpm) | 15 |
振动增敏层外径(μm) | 600 |
步骤7:将步骤6挤塑的光纤进行外护层挤塑,选择聚氨酯(TPU)材料作为挤塑原料。挤塑所用的模芯、模套采用压力式设计,将挤塑层与被挤塑的光纤无间隙紧套。挤塑出的光纤即为振动敏感光纤。该挤塑工艺的主要参数如下:
参数名称 | 参数值 |
挤塑材料 | 聚氨酯(TPU) |
牵引速度(m/min) | 50 |
挤塑机机颈温度(℃) | 165 |
挤塑机机颈压力(MPa) | 45 |
模芯口内径(μm) | 700 |
模套口内径(μm) | 1400 |
螺杆外径(mm) | 30 |
螺杆转速(rpm) | 12 |
外护层外径(μm) | 1000 |
实施例2的振动敏感试验结果如图3所示,实施例2制作出的光纤的振动敏感值为4.1×10-12dyn/cm2。
(三)实施例3的振动敏感光纤的主要参数如下:
光纤主要参数名称 | 参数值 |
模场直径 | 8μm |
包层直径 | 125μm |
中模量涂覆层材料 | 飞凯KG500 |
中模量涂覆层外径 | 300μm |
振动增敏层材料 | ETFE750 |
振动增敏层外径 | 700μm |
外护层材料 | 聚烯烃(凯波5505) |
外护层外径 | 1000μm |
该振动敏感光纤制造方法如下:
步骤1:采用MCVD工艺对石英玻璃沉积管置于车床上通过火焰喷灯进行高温火焰抛光,沉积管内通SF6气流,用于消除沉积管内表面及外表面的划痕、杂质及收缩气泡;辐射高温计随喷灯一起运动用于测温;
步骤2:使用MCVD车床在石英玻璃沉积管内沉积内包层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 2200 |
氦气He | 2200 |
四氯化硅SiCl4 | 1500 |
三氯氧磷POCl3 | 150 |
六氟化硫SF6 | 15 |
将火焰抛光好的石英玻璃沉积管安置在MCVD车床上,用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅与三氯氧磷载入石英管内沉积包层,辅以氦气增强石英管内热均匀性以及六氟化硫气体作为抛光气体,沉积14层,火焰灯行进速度140mm/min;
步骤3:使用MCVD车床在步骤2得到的内包层内沉积芯层,原材料配比如下:
原材料名称 | 流量ml/min |
氧气O2 | 2200 |
四氯化硅SiCl4 | 120 |
四氯化锗GeCl4 | 90 |
用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅及四氯化锗载入石英管内沉积芯层,在氢氧焰作用下生成芯层,沉积层数沉积9层,火焰灯行进速度140mm/min;
步骤4:将沉积了包层和芯层的石英管熔缩并烧结成透明的光纤预制棒,最后将光纤预制棒拉制成光纤后进行涂覆;
步骤5:将步骤4制造的光纤预制棒拉制并同时涂覆一层中模量涂覆层,拉丝及涂覆参数如下:
参数名称 | 参数值 |
牵引速度(m/min) | 200 |
拉丝炉温度(℃) | 2150 |
涂料模量(MPa) | 95 |
涂料温度(℃) | 45 |
涂覆压力(MPa) | 0.03 |
模具孔径(μm) | 350 |
包层直径(μm) | 125 |
中模量涂覆层外径(μm) | 330 |
中模量涂覆层单边壁厚 | 87.5μm |
步骤6:将步骤5拉制的光纤进行振动增敏层挤塑,选择弹性体材料ETFE750作为挤塑原料。该挤塑的主要参数如下:
参数名称 | 参数值 |
挤塑材料 | ETFE750 |
牵引速度(m/min) | 70 |
聚合物模量(MPa) | 800 |
挤塑机机颈温度(℃) | 320 |
挤塑机头压力(MPa) | 60 |
模芯口内径(μm) | 500 |
模套口内径(μm) | 1520 |
螺杆外径(mm) | 45 |
螺杆转速(rpm) | 15 |
振动增敏层外径(μm) | 700 |
步骤7:将步骤6挤塑的光纤进行外护层挤塑,选择聚烯烃(凯波5505)材料作为挤塑原料。挤塑所用的模芯、模套采用压力式设计,将挤塑层与被挤塑的光纤无间隙紧套。挤塑出的光纤即为振动敏感光纤。该挤塑工艺的主要参数如下:
参数名称 | 参数值 |
挤塑材料 | 聚烯烃(凯波5505) |
牵引速度(m/min) | 50 |
挤塑机机颈温度(℃) | 165 |
挤塑机机颈压力(MPa) | 45 |
模芯口内径(μm) | 800 |
模套口内径(μm) | 1800 |
螺杆外径(mm) | 30 |
螺杆转速(rpm) | 12 |
外护层外径(μm) | 1000 |
实施例3的振动敏感试验结果如图4所示,实施例3制作出的光纤的振动敏感值为4.6×10-12dyn/cm2。
上述的光纤预制棒也可以采其它方法制造,或者直接购买。
上述的对实施例的描述是为便于该技术领域的普通技术人员能理解和应用本发明。熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对这些实施例做出各种修改,并把在此说明的一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。因此,本发明不限于这里的实施例,本领域技术人员根据本发明的揭示,不脱离本发明范畴所做出的改进和修改都应该在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种振动敏感光纤,所述光纤包括纤芯及包覆在纤芯外部的包层,其特征在于:所述包层外部包覆有中模量涂覆层,所述中模量涂覆层固化后的杨氏模量介于50MPa至200MPa之间,所述中模量涂覆层单边壁厚介于70μm至150μm之间,所述中模量涂覆层外部包覆有振动增敏层。
2.根据权利要求1所述的振动敏感光纤,其特征在于:所述振动增敏层为由Hytrel、PVC或ETFE中的一种材料挤塑形成,所述振动增敏层的单边壁厚介于75μm至250μm之间。
3.根据权利要求2所述的振动敏感光纤,其特征在于:所述振动增敏层的外部包覆有外护层。
4.一种制造权利要求1所述的振动敏感光纤的方法,其特征在于:所述制造方法包括下述步骤,准备光纤预制棒,包含纤芯与包层;将光纤预制棒进行拉丝,并进行中模量涂覆层涂覆,在中模量涂覆层外侧采用压力式挤塑工艺包覆有振动增敏层以及外护层,使光纤的振动增敏层与中模量涂覆层之间紧密相贴,振动增敏层与外护层之间紧密相贴。
5.根据权利要求4所述的振动敏感光纤的制造方法,其特征在于:光纤预制棒拉制并同时涂覆一层中模量涂覆层,所述拉丝及涂覆参数如下:
6.根据权利要求4所述的振动敏感光纤的制造方法,其特征在于:所述振动增敏层,选择弹性体材料hytrel、PVC、ETFE中的一种作为挤塑原料,该挤塑工艺的参数如下:
。
7.根据权利要求4所述的振动敏感光纤的制造方法,其特征在于:所述外护层,选择聚氨酯(TPU)或聚烯烃中的一种材料作为挤塑原料,该挤塑工艺的参数如下:
8.根据权利要求4所述的振动敏感光纤的制造方法,其特征在于:所述光纤预制棒的制造方法如下:
1)、采用MCVD工艺对石英玻璃沉积管置于车床上,通过火焰喷灯进行高温火焰抛光,沉积管内通SF6气流,用于消除沉积管内表面及外表面的划痕、杂质及收缩气泡;辐射高温计随喷灯一起运动用于测温;
2)、使用MCVD车床在石英玻璃沉积管内沉积内包层,原材料配比如下:
将火焰抛光好的石英玻璃沉积管安置在MCVD车床上,用高纯氧气通过鼓泡的方式将上述配比的四氯化硅SiCl4与三氯氧磷POCl3载入石英管内沉积包层,辅以氦气增强石英管内热均匀性以及六氟化硫气体作为抛光气体;
3)、使用MCVD车床在2)得到的内包层内沉积芯层,原材料配比如下:
将上述配比的高纯氧气通过鼓泡的方式将四氯化硅及四氯化锗载入石英管内沉积芯层,在氢氧焰作用下生成芯层;
4)、将沉积了石英包层和纤芯的石英管熔缩并烧结成透明的光纤预制棒,最后将光纤预制棒拉制成光纤后进行涂覆。
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Cited By (10)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105628169A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-01 | 中国科学院半导体研究所 | 基于分布式光纤声传感技术的光纤水听器系统 |
CN105974544A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-09-28 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种传感通信复合光缆 |
CN106530544A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-03-22 | 国网山东省电力公司肥城市供电公司 | 一种光纤光栅阵列周界入侵系统 |
CN110045457A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-23 | 电子科技大学 | 一种基于包层软化和多包层结构的声波增敏光纤 |
CN110849463A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-02-28 | 武汉理工大学 | 一种水声传感光缆及其增敏涂敷方法 |
CN111579051A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-25 | 武汉理工大学 | 一种光纤覆金属箔的水声压增敏装置 |
CN113219582A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-06 | 烽火通信科技股份有限公司 | 一种光纤和用于测量光纤侧面受压性能的装置 |
CN113534330A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-22 | 上海传输线研究所(中国电子科技集团公司第二十三研究所) | 一种增益泵浦一体化掺铥光纤及其制作方法 |
EP3844539A4 (en) * | 2018-08-31 | 2023-01-18 | The University Of Sydney | PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF FIBERS |
CN116661079A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-08-29 | 江苏中天科技股份有限公司 | 传感光缆 |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN106352245B (zh) * | 2016-09-30 | 2020-01-10 | 天津市誉航润铭科技发展有限公司 | 一种管道泄漏监测定位传感器 |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4468091A (en) * | 1980-03-20 | 1984-08-28 | Optelecom, Incorporated | Fiber optic energy sensor and demodulation system and method of making same |
WO2007124216A2 (en) * | 2006-04-20 | 2007-11-01 | University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education | Optical fiber for detecting stress and associated method |
US20120227504A1 (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-13 | US Seismic Systems, Inc. | Fiber optic acoustic sensor arrays and systems, and methods of fabricating the same |
CN202710806U (zh) * | 2012-06-01 | 2013-01-30 | 东莞华纤光电传感技术有限公司 | 新型振动光缆 |
CN203149174U (zh) * | 2013-03-14 | 2013-08-21 | 东捷光电科技(苏州)有限公司 | 一种高敏感度振动探测光缆 |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN202119948U (zh) * | 2011-04-29 | 2012-01-18 | 长飞光纤光缆有限公司 | 一种通用型分布式传感光缆 |
-
2014
- 2014-06-16 CN CN201410267562.2A patent/CN104049298B/zh active Active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4468091A (en) * | 1980-03-20 | 1984-08-28 | Optelecom, Incorporated | Fiber optic energy sensor and demodulation system and method of making same |
WO2007124216A2 (en) * | 2006-04-20 | 2007-11-01 | University Of Pittsburgh - Of The Commonwealth System Of Higher Education | Optical fiber for detecting stress and associated method |
US20120227504A1 (en) * | 2011-03-08 | 2012-09-13 | US Seismic Systems, Inc. | Fiber optic acoustic sensor arrays and systems, and methods of fabricating the same |
CN202710806U (zh) * | 2012-06-01 | 2013-01-30 | 东莞华纤光电传感技术有限公司 | 新型振动光缆 |
CN203149174U (zh) * | 2013-03-14 | 2013-08-21 | 东捷光电科技(苏州)有限公司 | 一种高敏感度振动探测光缆 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
赵鹏等: "用于水升华器监测的光纤声振动传感器研究", 《光学学报》, vol. 34, no. 1, 31 January 2014 (2014-01-31) * |
Cited By (13)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN105628169A (zh) * | 2015-12-28 | 2016-06-01 | 中国科学院半导体研究所 | 基于分布式光纤声传感技术的光纤水听器系统 |
CN105974544A (zh) * | 2016-07-25 | 2016-09-28 | 长飞光纤光缆股份有限公司 | 一种传感通信复合光缆 |
CN106530544A (zh) * | 2016-11-21 | 2017-03-22 | 国网山东省电力公司肥城市供电公司 | 一种光纤光栅阵列周界入侵系统 |
EP3844539A4 (en) * | 2018-08-31 | 2023-01-18 | The University Of Sydney | PROCESS FOR THE MANUFACTURE OF FIBERS |
CN110045457A (zh) * | 2019-04-11 | 2019-07-23 | 电子科技大学 | 一种基于包层软化和多包层结构的声波增敏光纤 |
CN110045457B (zh) * | 2019-04-11 | 2020-06-26 | 电子科技大学 | 一种基于包层软化和多包层结构的声波增敏光纤 |
CN110849463B (zh) * | 2019-10-24 | 2021-11-12 | 武汉理工大学 | 一种水声传感光缆及其增敏涂敷方法 |
CN110849463A (zh) * | 2019-10-24 | 2020-02-28 | 武汉理工大学 | 一种水声传感光缆及其增敏涂敷方法 |
CN111579051A (zh) * | 2020-05-18 | 2020-08-25 | 武汉理工大学 | 一种光纤覆金属箔的水声压增敏装置 |
CN113219582A (zh) * | 2021-04-27 | 2021-08-06 | 烽火通信科技股份有限公司 | 一种光纤和用于测量光纤侧面受压性能的装置 |
CN113534330A (zh) * | 2021-07-01 | 2021-10-22 | 上海传输线研究所(中国电子科技集团公司第二十三研究所) | 一种增益泵浦一体化掺铥光纤及其制作方法 |
CN116661079A (zh) * | 2023-07-26 | 2023-08-29 | 江苏中天科技股份有限公司 | 传感光缆 |
CN116661079B (zh) * | 2023-07-26 | 2023-10-31 | 江苏中天科技股份有限公司 | 传感光缆 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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