CN107422439A - 一种地下管廊监测光缆 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地下管廊监测光缆，所述监测光缆依次设有外护套、金属屏蔽网、碳化硅芳纶纤维、不锈钢铠管和多根监测光纤，所述监测光纤依次设有涂覆层、包层和纤芯；所述外护套材质为聚四氟乙烯，俗称特氟隆，所述碳化硅芳纶纤维由碳化硅纤维和芳纶纤维混合编织而成，为光缆提供高搞拉强度和耐热性、耐氧化性防护以及良好的介电性和化学稳定性；所述金属屏蔽网和不锈钢铠管为监测光缆提供搞电磁干扰和监测光纤的信号屏蔽作用；监测光纤监测温度信号、采集位置信号和传输光信号；本发明采用监测光纤检测温度和位置信号，用特氟隆作用外护套、用碳化硅芳纶纤维防护层应对地下管廊的特殊环境，温度监测灵敏、实时性好，监测位置准确。

Description

一种地下管廊监测光缆

技术领域

本发明涉及监测光缆技术设备领域，特别涉及一种地下管廊监测光缆。

背景技术

地下综合管廊是城市的超级大动脉，它将给城市带来从内到外的活力，而地下管线建设规模不足、管理水平不高等问题亦日益凸显。一些城市相继发生大雨内涝、管线泄漏爆炸、路面塌陷、设施被盗等事件，严重影响了人民群众生命财产安全和城市运行秩序。

现有技术中，综合管廊属于地下封闭空间，湿气渗透直接影响监控设备有效运行；强烈电磁干扰会造成设备故障；火灾会迅速消耗管廊内部氧气，并产生大量有害气体，甚至引起爆炸；管廊内部环境十分恶劣，抢修难度很大，对抢修人员也将造成人身安全威胁；现有技术的缺点是：传统监测传感器无法适应高湿、强电磁干扰和腐蚀性环境，对地下管廊的温度监测实时性差、位置准确性差。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供了一种地下管廊监测光缆，针对现有技术中的不足，设计监测光缆进行温度监测和位置监测，采用特氟隆作用外护套，增加耐腐蚀、耐高湿性能；采用碳化硅芳纶纤维防护层应对地下管廊的特殊环境条件，碳化硅的耐热性、耐氧化性和高强度有利于监测光缆的适应性；采用金属屏蔽网和不锈钢铠管作为搞电磁干扰层，内置多根监测光纤，感知温度和位置信息，传输温度信号；使得对地下管廊的温度监测灵敏、实时性好，监测位置准确。

为达到上述目的，本发明的技术方案如下：一种地下管廊监测光缆，包括外护套、金属屏蔽网、碳化硅芳纶纤维、不锈钢铠管、涂覆层、包层、纤芯，其特征在于：

所述监测光缆从外至内依次紧密设置有外护套、金属屏蔽网、碳化硅芳纶纤维、不锈钢铠管和多根监测光纤，所述监测光纤从外至内依次设置有涂覆层、包层和纤芯；所述外护套材质为聚四氟乙烯，其商品名为“特氟隆”(Teflon,Flu on),其耐腐蚀、耐高温和密封性均适合于地下管廊的恶劣环境；所述碳化硅芳纶纤维由碳化硅纤维和芳纶纤维混合编织而成，为光缆提供高搞拉强度和耐热性、耐氧化性防护以及良好的介电性和化学稳定性；所述金属屏蔽网和不锈钢铠管为监测光缆提供搞电磁干扰和监测光纤的信号屏蔽作用；所述涂覆层材质为聚丙烯酸酯，所述包层为掺杂的二氧化硅，所述纤芯材质为二氧化硅，作用监测温度信号、采集位置信号和传输光信号。

优选的，所述外护套外径尺寸范围为3.3±0.10mm；所述金属屏蔽网采用0.07mm不锈钢编织丝，6×16锭编织丝编织，覆盖面积达50％以上，单边壁厚为0.07mm，用于屏蔽辐射，光缆满足长期1000N的拉力强度，光纤不发生断裂，编织后外径尺寸范围为3.0±0.10mm。

优选的，所述碳化硅芳纶纤维，用10股碳化硅纤维和10股3160D进口芳纶混合编织成碳化硅芳纶纤维，具有不吸收潮气，不产生老化、分解的特点，适用于地下管廊密封性空间，无需经常性更换。

优选的，所述不锈钢铠管采用304材质不锈钢螺旋制成圆形管径，保证监测光纤在不锈钢铠管内自然弯曲，具有耐高压，抗强拉优点，单边壁厚为0.4mm，所述不锈钢铠管管径为1.9mm—2.1mm。

优选的，所述涂覆层、包层、纤芯合成0.6mm紧包监测光纤，所述监测光纤采用多根0.6mm着色紧包光纤×6芯0.6mm紧包光纤。

所述监测光缆具有耐腐蚀性，抗氧化性，抗老化性；满足工作温度在-40℃到+150℃之间，无光纤断裂及护套开裂；长期工作压力600N,短期我作压力800N，光纤信号不受影响；敷设允许弯曲半径达到20倍缆径。

本发明的工作原理为：光缆在线监测系统采用拉曼散射原理和光时域反射技术实现温度和距离的测定；拉曼散射原理是依据光在光纤中传播过程中，产生后向拉曼散射光谱的温度效应；当入射的光量子与光纤物质分子产生碰撞时，产生弹性碰撞和非弹性碰撞，弹性碰撞时，光量子和物质分子之间没有能量交换，光量子的频率不发生任何改变，表现为瑞利散射光保持与入射光相同的波长；在非弹性碰撞时，发生能量交换，光量子可以释放或吸收声子，表现为产生一个波长较长的斯托克斯光和一个波长较短的反斯托克斯光；由于反斯托克斯光受温度影响比较敏感，系统采用以斯托克斯光通道作为参考通道，反斯托克斯光通道作为信号通道，有两者的比值可以消除光源信号波动、光纤弯曲等非温度因素，实现对温度信息的采集；光时域反射技术(即OTDR原理)是对空间分布的温度实现空间测量的理论基础，根据激光脉冲在光纤中传输时入射光经过背向散射返回到光纤入射端所需时间，然后乘以光速即可测得激光脉冲在光纤中传播的长度，进而实现定位。

本发明监测光缆采用铁氟龙材料作为外敷被材料，具有高强度的耐腐蚀性，抗氧化性，采用碳化硅芳纶纤维作为加强件，增加了光纤的拉力，在潮湿密封空间使用的机械性能，也不会影响光缆本身特性及监测的准确性。

通过上述技术方案，本发明技术方案的有益效果是：采用多根监测光纤作为监测光缆进行温度检测和位置采集，采用特氟隆作用外护套、采用碳化硅芳纶纤维防护层应对地下管廊的特殊环境，碳化硅的耐热性、耐氧化性和高强度有利于监测光缆的适应性；采用金属屏蔽网和不锈钢铠管作为搞电磁干扰层，内置多根监测光纤，感知温度和位置信息，传输温度信号；使得对地下管廊的温度监测灵敏、实时性好，监测位置准确；温度信息通过光缆信号传输，不受电磁干扰，防潮湿，绝缘性能强，监测光缆具有监测可燃气体浓度、温度模拟量、显示及报警功能，及时监测出故障位置，并作出相应的响应显示。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例所公开的一种地下管廊监测光缆横截面示意图。

图中数字和字母所表示的相应部件名称：

1.外护套 2.金属屏蔽网 3.碳化硅芳纶纤维

4.不锈钢铠管 5.涂覆层 6.包层 7.纤芯

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1，本发明提供了一种地下管廊监测光缆，包括外护套、金属屏蔽网、碳化硅芳纶纤维、不锈钢铠管、涂覆层、包层、纤芯。

所述监测光缆从外至内依次紧密设置有外护套1、金属屏蔽网2、碳化硅芳纶纤维3、不锈钢铠管4和多根监测光纤，所述监测光纤从外至内依次设置有涂覆层5、包层6和纤芯7；所述外护套1材质为特氟隆,其耐腐蚀、耐高温和密封性均适合于地下管廊的恶劣环境；所述碳化硅芳纶纤维3由碳化硅纤维和芳纶纤维混合编织而成，为光缆提供高搞拉强度和耐热性、耐氧化性防护以及良好的介电性和化学稳定性；所述金属屏蔽网2和不锈钢铠管4为监测光缆提供搞电磁干扰和监测光纤的信号屏蔽作用；所述涂覆层5材质为聚丙烯酸酯，所述包层6为掺杂的二氧化硅，所述纤芯7材质为二氧化硅，作用监测温度信号、采集位置信号和传输光信号。

所述外护套1外径尺寸范围为3.3±0.10mm；所述金属屏蔽网2采用0.07mm不锈钢编织丝，6×16锭编织丝编织，覆盖面积达50％以上，单边壁厚为0.07mm，编织后外径尺寸范围为3.0±0.10mm。

所述碳化硅芳纶纤维3，用10股碳化硅纤维和10股3160D进口芳纶混合编织成碳化硅芳纶纤维。

所述不锈钢铠管4采用304材质不锈钢螺旋制成圆形管径，单边壁厚为0.4mm，所述不锈钢铠管管径为1.9mm—2.1mm。

所述涂覆层5、包层6、纤芯7合成0.6mm紧包监测光纤，所述监测光纤采用多根0.6mm着色紧包光纤×6芯0.6mm紧包光纤。

所述监测光缆具有耐腐蚀性，抗氧化性，抗老化性；满足工作温度在-40℃到+150℃之间，无光纤断裂及护套开裂；长期工作压力600N,短期我作压力800N，光纤信号不受影响；敷设允许弯曲半径达到20倍缆径。

本发明具体操作步骤为：所述监测光缆由外至内包含外护套1、金属屏蔽网2、碳化硅芳纶纤维3、不锈钢铠管4、涂覆层5、包层6、纤芯7；

1、所述外护套1材质为聚四氟乙烯商品名为“特氟隆”(Teflon,Flu on),简PTEE或F4,俗称塑料王,是当今世界上矾最耐腐蚀的材料之一,是对密封性和耐腐蚀性要求比较高的产品最理想材料；经干燥、高温烧结、定型等工序而制成的特种管材，具有高度的化学稳定性，能承受所有的强酸，包括氢氟酸、浓盐酸、硝酸、发烟硫酸、有机酸等，具有低的摩擦系数，摩擦系数一般仅为0.04，是一种非常优异的自润滑材料，且摩擦系数不随温度的变化而变化；抗粘性优良，管内壁不易粘附胶体及化学品，具有优异的耐老化性，可长期于室外使用；具有优异的电绝缘性能：PTFE为高度的非极性材料，具有良好的介电性，电阻极大，介电常数为2.0左右，在所有电绝缘材料中是最小的。同时具有良好的机械性能、加工性能和阻燃性能，由这种材料做成的外护套光缆特别适合在环境比较恶劣的条件下使用；

2、所述金属屏蔽网2采用304不锈钢丝编织完成，具有屏蔽效果，同时起抗扭的作用，可以增强光缆的抗扭转性能，以及对瞬间侧压冲击的弹性保护。同时可以显著提升光缆的抗拉性能；

3、所述碳化硅芳纶纤维3，是由碳化硅纤维和芳纶纤维混合编织而成，由于地下管廊的特殊环境条件，对光缆的耐氧化有很高要求，碳化硅的耐热性和耐氧化性均优于碳纤维，强度达1960～4410MPa，在最高使用温度下强度保持率在80％以上，模量为176.4～294GPa，化学稳定性也好，最高使用温度可达1200℃。芳纶纤维，即芳香族聚酞胺纤维，是以芳香族化合物为原料经缩聚纺丝制得的合成纤维；芳纶纤维具有良好的抗冲击和耐疲劳性能，有良好的介电性和化学稳定性，主要作用是在光纤受到外力作用时起抗拉作用；

4、所述不锈钢铠管4包覆在监测光纤外，具有防咬、防蚁的功能以及良好的抗弯、抗压、抗电磁干扰能力，通过应用耐腐蚀性能强304不锈钢材料制成的无油型无缝钢管护层，提高光缆的抗挤压和抗拉特性；

5、所述涂覆层5材质为聚丙烯酸酯，增加光纤的机械新能，防止纤芯受灰尘的污染；

6、所述包层6为掺杂的二氧化硅，提供光的全反射条件，主要作用是使光信号封闭在纤芯中传输；

7、所述纤芯7材质为二氧化硅，作用是传输光信号。

通过上述具体实施例，本发明的有益效果是：采用多根监测光纤作为监测光缆进行温度检测和位置采集，采用特氟隆作用外护套、采用碳化硅芳纶纤维防护层应对地下管廊的特殊环境，碳化硅的耐热性、耐氧化性和高强度有利于监测光缆的适应性；采用金属屏蔽网和不锈钢铠管作为搞电磁干扰层，内置多根监测光纤，感知温度和位置信息，传输温度信号；使得对地下管廊的温度监测灵敏、实时性好，监测位置准确；温度信息通过光缆信号传输，不受电磁干扰，防潮湿，绝缘性能强，本质安全；整个系统的信号处理和控制单元处于远离工作区域的控制室，监测光缆具有监测可燃气体(甲烷)浓度、温度模拟量、显示及报警功能；当监控分站、传感器及传输电缆出现故障时，监测光缆能及时监测出故障位置，并作出相应的响应显示。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (6)

1.一种地下管廊监测光缆，其特征在于，包括外护套、金属屏蔽网、碳化硅芳纶纤维、不锈钢铠管、涂覆层、包层、纤芯；所述监测光缆从外至内依次紧密设置有外护套、金属屏蔽网、碳化硅芳纶纤维、不锈钢铠管和多根监测光纤，所述监测光纤从外至内依次设置有涂覆层、包层和纤芯；所述外护套材质为聚四氟乙烯，其商品名为“特氟隆”(Teflon,Flu on),其耐腐蚀、耐高温和密封性均适合于地下管廊的恶劣环境；所述碳化硅芳纶纤维由碳化硅纤维和芳纶纤维混合编织而成，为光缆提供高搞拉强度和耐热性、耐氧化性防护以及良好的介电性和化学稳定性；所述金属屏蔽网和不锈钢铠管为监测光缆提供搞电磁干扰和监测光纤的信号屏蔽作用；所述涂覆层材质为聚丙烯酸酯，所述包层为掺杂的二氧化硅，所述纤芯材质为二氧化硅，作用监测温度信号、采集位置信号和传输光信号。

2.根据权利要求1所述的一种地下管廊监测光缆，其特征在于，所述外护套外径尺寸范围为3.3±0.10mm；所述金属屏蔽网采用0.07mm不锈钢编织丝，6×16锭编织丝编织，覆盖面积达50％以上，单边壁厚为0.07mm，用于屏蔽辐射，光缆满足长期1000N的拉力强度，光纤不发生断裂，编织后外径尺寸范围为3.0±0.10mm。

3.根据权利要求1所述的一种地下管廊监测光缆，其特征在于，所述碳化硅芳纶纤维，用10股碳化硅纤维和10股3160D进口芳纶混合编织成碳化硅芳纶纤维，具有不吸收潮气，不产生老化、分解的特点，适用于地下管廊密封性空间，无需经常性更换。

4.根据权利要求1所述的一种地下管廊监测光缆，其特征在于，所述不锈钢铠管采用304材质不锈钢螺旋制成圆形管径，保证监测光纤在不锈钢铠管内自然弯曲，具有耐高压，抗强拉优点，单边壁厚为0.4mm，所述不锈钢铠管管径为1.9mm—2.1mm。

5.根据权利要求1所述的一种地下管廊监测光缆，其特征在于，所述涂覆层、包层、纤芯合成0.6mm紧包监测光纤，所述监测光纤采用多根0.6mm着色紧包光纤×6芯0.6mm紧包光纤。

6.根据权利要求1所述的一种地下管廊监测光缆，其特征在于，所述监测光缆具有耐腐蚀性，抗氧化性，抗老化性；满足工作温度在-40℃到+150℃之间，无光纤断裂及护套开裂；长期工作压力600N,短期我作压力800N，光纤信号不受影响；敷设允许弯曲半径达到20倍缆径。