CN112415683B - 一种温度传感光缆 - Google Patents

Abstract

本申请涉及一种温度传感光缆，其包括外护套、感温光单元和发热电单元；感温光单元设于所述外护套内；发热电单元设于所述外护套内，所述发热电单元包括导电层、绝缘护层和至少两根导体，所述导体间隔布置，并穿设于所述导电层内，所述导电层位于所述绝缘护层内；以及，所述外护套和所述绝缘护层上均具有用于渗透水通过的开孔，所述导电层采用正温度系数导电高分子材料制作而成。本申请可以解决相关技术中无法自限温、探测灵敏度不足的问题。

Description

一种温度传感光缆

技术领域

本申请涉及光纤传感技术领域，特别涉及一种温度传感光缆。

背景技术

对于大坝渗透探测以及各种管路如水管、蒸汽管路由的渗透探测，一直是行业内的难题。

相关技术中的温度探测技术是用温度传感光缆，其工作原理为：温度传感光缆中加热铜丝给光纤套管加热，使得光纤套管的温度高于被测物。一旦出现渗漏，基于热传导，渗透水流带走光缆的外护套、铠装层的热量，从而带走光纤套管的热量，进而使光纤套管温度下降，如果加热铜丝的热量无法迅速补充到光纤套管上，或者加热铜丝的热量低于渗透水流带走的热量，则光纤套管温度迅速降低，系统报警。

然而，上述温度传感光缆存在如下几个问题：

其一、温度控制有缺陷，产品无法做到自限温。温度传感光缆采用加热铜丝，通电后加热铜丝发热，温度上升，只要有电压和电流，加热铜丝便会持续加热，导致光纤套管的温度无法控制，过高的温度会损伤光纤，即使线路中增加温度控制器，光纤的温度也不稳定，波动很大，监测系统探测的温度曲线持续波动，容易造成系统误报警或者不报警。

其二、探测强度和范围不足。必须有大量泄漏水流，并且水流直接浇在传感光缆上，水流才能带走光缆本身的热量，光纤的温度才能降低，小的渗透水流或者周围渗水，难以带走光缆自身的热量，光纤温度不下降，监测系统无法探测到。

其三、探测灵敏度不足。温度传感光缆受到加热铜丝的功率、光缆结构、水流的流量和速度以及周围环境的影响，例如光缆结构紧凑，加热铜丝与光纤套管近距离接触，光缆外层用铠装层加外护套保护，当渗透水流浇在光缆外护套上时，一方面，通过铠装层和外护套所能带走的光缆的热量有限，另一方面，随着光缆温度的下降，加热铜丝的加热功率提高，通过热量的持续传递，使得光纤的温度不会下降到监测系统设定的报警温度，故此时可能会出现系统不会报警的情况，从而使得感温探测失去意义。

发明内容

本申请实施例提供一种温度传感光缆，以解决相关技术中无法自限温、探测灵敏度不足的问题。

本申请实施例提供了一种温度传感光缆，其包括：

外护套；

感温光单元，其设于所述外护套内；

发热电单元，其设于所述外护套内，所述发热电单元包括导电层、绝缘护层和至少两根导体，所述导体间隔布置，并穿设于所述导电层内，所述导电层位于所述绝缘护层内；以及，

所述外护套和所述绝缘护层上均具有用于渗透水通过的开孔，所述导电层采用正温度系数导电高分子材料制作而成。

一些实施例中，所述导电层采用遇水导电失效的复合型导电高分子材料制作而成。

一些实施例中，所述导电层位于相邻的两根导体之间的部分开设有若干开槽，所述开槽沿所述导体的长度方向依次布置。

一些实施例中，所述感温光单元包括沿径向由内而外依次布置的感温光纤、光纤护套和内护层。

一些实施例中，所述感温光纤采用多模光纤或光栅光纤；和/或，

所述光纤护套采用尼龙弹性体、热塑性聚酯弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、聚对苯二甲酸丁二醇酯、阻燃聚乙烯或耐高温低烟无卤阻燃聚烯烃制作而成；和/或，

所述内护层采用聚乙烯、阻燃聚乙烯、耐高温低烟无卤阻燃聚烯烃、热塑性聚氨酯弹性体或者聚氯乙烯制作而成。

一些实施例中，所述感温光单元还包括设于所述光纤护套和内护层之间的加强层或铠装层；或，

所述感温光单元还包括设于所述光纤护套和内护层之间的加强层和铠装层，且所述加强层和所述铠装层沿径向由内而外依次布置。

一些实施例中，当所述感温光单元包含有加强层时，所述加强层采用阻水纱、芳纶纱、阻水芳纶纱、玻璃纱或阻水玻璃纱；

当所述感温光单元包含有铠装层时，所述铠装层采用玻璃带、铝带、钢带、不锈钢螺纹管或编织带。

一些实施例中，所述温度传感光缆还包括设于所述外护套内且围绕在所述感温光单元周围的填充绳和/或填充纱。

一些实施例中，当所述温度传感光缆包含有填充绳时，所述填充绳采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或者低烟无卤阻燃聚烯烃；

当所述温度传感光缆包含有填充纱时，所述填充纱采用玻璃纱、芳纶纱或者聚酯纱。

一些实施例中，所述正温度系数导电高分子材料采用结构型导电高分子材料；和/或，

所述外护套和/或所述绝缘护层采用开孔发泡材料制作而成。

本申请提供的技术方案带来的有益效果包括：

本申请实施例提供了一种温度传感光缆，其一方面，导电层采用正温度系数导电高分子材料制作而成，发热电单元包括导电层、绝缘护层和两根导体，电流由两根导线经导电层形成相互并联的回路，接通电源后，电能使导电层温度升高，由于导电层采用正温度系数导电高分子材料，其电阻率具有很高的正温度系数，随着温度的升高，其电阻随之增加，加热功率下降，然而随着感温光单元对热量的吸收，加热电单元温度会下降，导电层的电阻减小，加热输出功率提高，继续通电过程中，随着感温光单元的温度提高到一定程度后，感温光单元吸收的热量会减少，此时加热电单元的温度逐步上升，导电层的电阻增大，加热功率降低，当达到一定温度后，其温度处于动态平衡，不再升高。因此，本申请随着被加热体系的温度可以自动调节输出功率，直至温度平衡，达到自限温作用，不会出现持续加热的温度控制问题，监测系统中也不用温度控制器。

其二方面，由于外护套和绝缘护层上均具有用于渗透水通过的开孔，即使渗漏点出现在温度传感光缆周边，渗漏水流也会经外护套流入光缆，渗入绝缘护层，从而接触到正温度系数导电高分子材料，造成正温度系数导电高分子材料中的掺杂物或正温度系数导电高分子材料中的导电填料性能改变，失去导电性，从而使得发热电单元停止加热，感温光单元温度下降，监测系统检测到感温光单元温度下降，系统报警，从而可以大大提高探测灵敏度和探测范围。

其三方面，由于发热电单元接通电源后，电流由导线经导电层形成相互并联的回路，因此发热电单元可以根据需要裁剪成需要的长度，当泄漏点的水流造成正温度系数导电高分子材料失去导电性后，其它区域的正温度系数导电高分子材料正常工作，不受泄漏点的影响，因此泄漏点的感温光单元温度下降，线路上其它点的温度正常，不影响线路上其它点的温度探测，从而根据监测系统温度曲线中温度下降报警点的定位，能够确定泄漏点的位置，便于准确的查找到泄漏点。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例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申请的一些实施例，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为本申请实施例提供的温度传感光缆结构示意图；

图2为本申请实施例提供的导体与导电层位置关系示意图；

图3为图2中A-A向截面图；

图4为图3中设有开槽时的示意图。

图中：1、外护套；2、感温光单元；20、感温光纤；21、光纤护套；22、加强层；23、铠装层；24、内护层；3、发热电单元；30、导体；31、导电层；32、绝缘护层；33、开槽；34、连接桥；4、填充绳；5、填充纱。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种温度传感光缆，其能解决相关技术中无法自限温、探测灵敏度不足的问题。

参见图1所示，本申请实施例提供了一种温度传感光缆，其包括外护套1、感温光单元2和发热电单元3；其中，

感温光单元2设于外护套1内，参见图1所示，感温光单元2可以设置在外护套1的中间位置；

发热电单元3设于外护套1内，参见图1所示，发热电单元3包括导电层31、绝缘护层32和至少两根导体30，参见图2和图3所示，导体30间隔地布置，并穿设于导电层31内，使导电层31包覆在导体30外壁上，导电层31位于绝缘护层32内，导体30也即导线，可以采用两根，一根零线一根火线，也可以在此基础上增加一根地线；以及，外护套1和绝缘护层32上均具有用于渗透水通过的开孔，开孔沿外护套1和绝缘护层32的长度方向布满外护套1和绝缘护层32的外壁上，导电层31采用正温度系数导电高分子材料制作而成。

本实施例的原理如下：

导电高分子材料包括复合型导电高分子材料和结构型导电高分子材料，对于正温度系数导电高分子材料而言，其电阻随着温度的升高而增加，同时加热功率下降，而当温度下降时，其电阻下降，同时加热功率上升。

基于这一特性，本申请中，其一方面，导电层采用正温度系数导电高分子材料制作而成，发热电单元包括导电层、绝缘护层和两根导体，电流由两根导线经导电层形成相互并联的回路，接通电源后，电能使导电层温度升高，由于导电层采用正温度系数导电高分子材料，其电阻率具有很高的正温度系数，随着温度的升高，其电阻随之增加，加热功率下降，然而随着感温光单元对热量的吸收，加热电单元温度会下降，导电层的电阻减小，加热输出功率提高，继续通电过程中，随着感温光单元的温度提高到一定程度后，感温光单元吸收的热量会减少，此时加热电单元的温度逐步上升，导电层的电阻增大，加热功率降低，当达到一定温度后，其温度处于动态平衡，不再升高。因此，本申请随着被加热体系的温度可以自动调节输出功率，直至温度平衡，达到自限温作用，不会出现持续加热的温度控制问题，监测系统中也不用温度控制器。

其二方面，由于外护套和绝缘护层上均具有用于渗透水通过的开孔，即使渗漏点出现在温度传感光缆周边，渗漏水流也会经外护套流入光缆，渗入绝缘护层，从而接触到正温度系数导电高分子材料，造成正温度系数导电高分子材料中的掺杂物或正温度系数导电高分子材料中的导电填料性能改变，失去导电性，从而使得发热电单元停止加热，感温光单元温度下降，监测系统检测到感温光单元温度下降，系统报警，从而可以大大提高探测灵敏度和探测范围。

其三方面，由于发热电单元接通电源后，电流由导线经导电层形成相互并联的回路，因此发热电单元可以根据需要裁剪成需要的长度，当泄漏点的水流造成正温度系数导电高分子材料失去导电性后，其它区域的正温度系数导电高分子材料正常工作，不受泄漏点的影响，因此泄漏点的感温光单元温度下降，线路上其它点的温度正常，不影响线路上其它点的温度探测，从而根据监测系统温度曲线中温度下降报警点的定位，能够确定泄漏点的位置，便于准确的查找到泄漏点。

在一些优选的实施例中，导电层31采用遇水导电失效的复合型导电高分子材料制作而成。这种复合型导电高分子材料遇水后其导电性能失效，比如可以选用聚烯烃、聚苯乙烯、聚苯硫醚或树脂等。

在一些优选的实施例中，参见图4所示，导电层31位于相邻的两根导体30之间的部分开设有若干开槽33，开槽33沿导体30的长度方向依次布置，相邻的两个开槽33之间的导电层31形成连接桥34，一方面，设置开槽33，可以减少导电层31的用量，降低造价，另一方面，可以对光缆进行减重，实现轻量化，有利于运输以及布设。

需要说明的是，开槽33的结构有多种形式，比如，可以是贯穿导电层31的贯穿槽，也可以是在导电层31内的气泡形式。

在一些优选的实施例中，参见图1所示，感温光单元2包括沿径向由内而外依次布置的感温光纤20、光纤护套21和内护层24。

感温光纤20采用多模光纤或光栅光纤，根据需要总光纤芯数为1～12芯。在监测系统中收集多模光纤或者光纤光栅的各个测点的温度，从而汇集成一条平滑的温度曲线，一旦出现水流泄漏点，该位置测点的温度下降，监测系统即响应报警。

光纤护套21为感温光纤20外的保护层，可以采用尼龙弹性体PA、热塑性聚酯弹性体TPEE、热塑性聚氨酯弹性体TPU、聚对苯二甲酸丁二醇酯PBT、阻燃聚乙烯或耐高温低烟无卤阻燃聚烯烃LSZH制作。

内护层24为感温光单元2的最外层保护层，起到耐磨损、阻水和抗压扁等作用，可以采用聚乙烯PE、阻燃聚乙烯、耐高温低烟无卤阻燃聚烯烃LSZH、热塑性聚氨酯弹性体TPU或者聚氯乙烯PVC制作。

在一些优选的实施例中，参见图1所示，感温光单元2还包括设于光纤护套21和内护层24之间的加强层22或铠装层23；或，

感温光单元2还包括设于光纤护套21和内护层24之间的加强层22和铠装层23，且加强层22和铠装层23沿径向由内而外依次布置。

加强层22可以增加抗拉力和阻水作用，可以采用阻水纱、芳纶纱、阻水芳纶纱、玻璃纱或阻水玻璃纱；

铠装层23可以增加抗拉力和机械压力，可以采用玻璃带、铝带、钢带、不锈钢螺纹管或编织带，编织带可以采用金属或非金属形式。

在一些优选的实施例中，参见图1所示，温度传感光缆还包括设于外护套1内且围绕在感温光单元2周围的填充绳4和/或填充纱5。

填充绳4可以用来保持传感光缆的结构稳定，增加传感光缆的保温性能，同时提高产品抗压扁性能，根据实际需要，可以选用一根或多根，比如其数量可以为2、4、6或8根，可以采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或者低烟无卤阻燃聚烯烃制作；

填充纱5可以用来增加传感光缆的机械拉伸、抗压扁性能，根据实际需要，可以选用一根或多根，比如其数量可以为2、4、6或8根，可以采用玻璃纱、芳纶纱或者聚酯纱制作。

在一些优选的实施例中，正温度系数导电高分子材料采用复合型导电高分子材料，或正温度系数导电高分子材料采用结构型导电高分子材料，此时可以采用具有掺杂物的结构型导电高分子材料。

在一些优选的实施例中，外护套1和/或绝缘护层32采用开孔发泡材料制作而成，其中需要说明的是，虽然外护套1和绝缘护层32都可以使用开孔发泡材料制作，以确保二者上具有供渗水流入的开孔，但是在具体选择开孔发泡材料时，用来制作绝缘护层32的开孔发泡材料要求有绝缘性能，而用来制造外护套1的开孔发泡材料不要求有绝缘性能。

感温光单元外观结构可以为圆形、椭圆形或者方形等，发热电单元外观结构可以为扁平形、椭圆形或者方形等，根据需要数量可以为2、4或6根，导体可以采用单股铜线、多股铜线或者多股镀锡铜线等制作。

在本申请的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在本申请中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上所述仅是本申请的具体实施方式，使本领域技术人员能够理解或实现本申请。对这些实施例的多种修改对本领域的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申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本申请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申请的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (9)

1.一种温度传感光缆，其特征在于，其包括：

外护套（1）；

感温光单元（2），其设于所述外护套（1）内；

发热电单元（3），其设于所述外护套（1）内，所述发热电单元（3）包括导电层（31）、绝缘护层（32）和至少两根导体（30），所述导体（30）间隔布置，并穿设于所述导电层（31）内，所述导电层（31）位于所述绝缘护层（32）内；以及，

所述外护套（1）和所述绝缘护层（32）上均具有用于渗透水通过的开孔，所述导电层（31）采用正温度系数导电高分子材料制作而成；

所述导电层（31）采用遇水导电失效的复合型导电高分子材料制作而成。

2.如权利要求1所述的温度传感光缆，其特征在于：所述导电层（31）位于相邻的两根导体（30）之间的部分开设有若干开槽（33），所述开槽（33）沿所述导体（30）的长度方向依次布置。

3.如权利要求1所述的温度传感光缆，其特征在于：所述感温光单元（2）包括沿径向由内而外依次布置的感温光纤（20）、光纤护套（21）和内护层（24）。

4.如权利要求3所述的温度传感光缆，其特征在于：

所述感温光纤（20）采用多模光纤或光栅光纤；和/或，

所述光纤护套（21）采用尼龙弹性体、热塑性聚酯弹性体、热塑性聚氨酯弹性体、聚对苯二甲酸丁二醇酯、阻燃聚乙烯或耐高温低烟无卤阻燃聚烯烃制作而成；和/或，

所述内护层（24）采用聚乙烯、阻燃聚乙烯、耐高温低烟无卤阻燃聚烯烃、热塑性聚氨酯弹性体或者聚氯乙烯制作而成。

5.如权利要求3所述的温度传感光缆，其特征在于：

所述感温光单元（2）还包括设于所述光纤护套（21）和内护层（24）之间的加强层（22）或铠装层（23）；或，

所述感温光单元（2）还包括设于所述光纤护套（21）和内护层（24）之间的加强层（22）和铠装层（23），且所述加强层（22）和所述铠装层（23）沿径向由内而外依次布置。

6.如权利要求5所述的温度传感光缆，其特征在于：

当所述感温光单元（2）包含有加强层（22）时，所述加强层（22）采用阻水纱、芳纶纱、阻水芳纶纱、玻璃纱或阻水玻璃纱；

当所述感温光单元（2）包含有铠装层（23）时，所述铠装层（23）采用玻璃带、铝带、钢带、不锈钢螺纹管或编织带。

7.如权利要求1所述的温度传感光缆，其特征在于：所述温度传感光缆还包括设于所述外护套（1）内且围绕在所述感温光单元（2）周围的填充绳（4）和/或填充纱（5）。

8.如权利要求7所述的温度传感光缆，其特征在于：

当所述温度传感光缆包含有填充绳（4）时，所述填充绳（4）采用聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯或者低烟无卤阻燃聚烯烃；

当所述温度传感光缆包含有填充纱（5）时，所述填充纱（5）采用玻璃纱、芳纶纱或者聚酯纱。

9.如权利要求1所述的温度传感光缆，其特征在于：

所述正温度系数导电高分子材料采用结构型导电高分子材料；和/或，

所述外护套（1）和/或所述绝缘护层（32）采用开孔发泡材料制作而成。

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