CN113959629A - 应力应变测温缆及其制作方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种应力应变测温缆，包括单模光纤、紧包光纤和多模光纤，单模光纤和多模光纤外分别设有螺纹松套钢管，紧包光纤外设有G‑FRP铠装加强，G‑FRP铠装加强两侧设有EVA，螺纹松套钢管和G‑FRP铠装加强外设挤出有半导电PE护套。步骤为：EVA挤出至G‑FRP表面；将带有EVA涂层的G‑FRP绞合于紧包光纤上；螺纹松套管分别对单模光纤和多模光纤进行绞合；在螺纹松套管和G‑FRP铠装加强和半导电PE护套进行挤出时，螺纹松套管采用挤管式工艺，G‑FRP铠装加强采用全挤压式工艺。能够将此三合一的光缆填充在电缆内部的间隙内，并且保持长时间的对力的应变的一致性。
Description
技术领域
本发明涉及光缆领域，具体是一种应力应变测温缆及其制作方法。
背景技术
随着城市的快速发展各类电缆在我国的大规模应用，因周围复杂的应用环境和人为因素导致电缆事故逐年增加。因此，针对如何设计出一款能够内置于电缆，使其同时能够进行温度、振动、应变传感监测的光缆以确保电缆在生产、施工、使用过程中的稳定性，成为我们当前电力电缆内置传感光缆技术研究和分析的关键点。
目前要对电缆温度、振动、应变同时监测必须要有三款不同结构的光缆，运用于如电站的输送，地铁站内的光缆内等，光缆的间隙非常的小，如果需要将三种功能合用在一起，则要求其体积非常的小，其中应变性能因为结构问题目前国内还没有一款光缆能够成功用于电缆内部，电缆内如果采用三根不同结构光缆同时布放进去在高压电缆生产制造过程中还是存在很大的风险且没有实际应用案例。目前国内有应用的两款光缆分别为：直径3.0mm双芯圆型金属螺旋铠光缆可用于测温，2.8mm*5.2mm双芯无缝不锈钢管光缆可用于测温。以上两种都只能满足对电缆的温度监测而无法实现对应力与振动分布情况对有效监测。
在已经公开的文件CN201920104537-易敷设易开剥应力传感光缆中，由内至外依次包括光纤、紧包层、以及光缆护套层，所述光缆护套层内布置有若干加强元件，所述光缆护套层包括光缆护套、与所述光缆护套连接的胶水帽、与所述胶水帽连接的光缆锥头，其中，所述光缆护套的横截面为半圆形，所述胶水帽的横截面为箭头形，所述光缆锥头的一端与所述胶水帽连接，另一端的横截面为反向箭头形，所述光缆锥头以及胶水帽通过胶水粘结于待测物内。
传统的应变力光缆用于检测力的时候，由于和护套之间受到的力无法及时得到同步，所以在内部涂有胶水，以此来保证力的同步，但是，光缆的使用往往需要十年以上之久，胶水容易出现脱胶干掉的现象，使得力在传输的时候得不到一致性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明公开了一种应力应变测温缆及其制作方法，能够将此三合一的光缆填充在电缆内部的间隙内，并且保持长时间的对力的应变的一致性。
本发明的技术方案为：应力应变测温缆，包括单模光纤、紧包光纤和多模光纤，单模光纤和多模光纤外分别设有螺纹松套钢管，紧包光纤外设有G-FRP铠装加强，G-FRP铠装加强两侧设有EVA，螺纹松套钢管和G-FRP铠装加强外设挤出有半导电PE护套。
进一步地，紧包光纤通过EVA和G-FRP铠装加强连接，半导电PE护套通过EVA和G-FRP铠装加强相连。
进一步地，紧包光纤相对于G-FRP铠装加强为负余长，紧包光纤的外径为0.45mm±0.05mm。
进一步地，G-FRP铠装加强呈单向“S”绞合于紧包光纤的外围，G-FRP铠装加强的外径为0.4mm±0.05mm，绞合节距为55mm±5mm。
进一步地，螺纹松套钢管内单模光纤、紧包光纤和多模光纤的余长为螺纹松套钢管的0.135%到0.150%之间，螺纹松套钢管的外径为1.1mm±0.05mm。
进一步地，单模光纤、紧包光纤和多模光纤在同一水平面上，即半导电PE护套呈扁平型结构，半导电PE护套的高为2.5mm±0.1mm，宽为5.2mm±0.2mm，来适应光缆内部的细小间隙。
进一步地，紧包光纤用于应变监测，单模光纤用于振动监测，多模光纤用于温度传感监测。
一种用于制作应力应变测温缆的方法， 包括下列步骤：
步骤1）EVA通过高温挤出至单根G-FRP铠装加强的外表面，厚度为0.1mm±0.05mm，将G-FRP铠装加强通过水冷至常温，EVA在120℃的时候，表面就会呈粘性；
步骤2）将带有EVA涂层的G-FRP铠装加强绞合于紧包光纤上，绞合时确保紧包光纤相对于G-FRP铠装加强为负余长，紧包光纤通过放线张力控制达到预应变为2000个微应变，G-FRP铠装加强绞合部分放线张力控制在350g±10g；
步骤3）螺纹松套管分别对单模光纤和多模光纤进行绞合，进行成缆，螺纹松套管的放线张力控制在150g±10g，目的是为了保持单模光纤和多模光纤在螺纹松套管里面的余长保持在0.135%到0.150%之间；
步骤4）在螺纹松套管和G-FRP铠装加强和半导电PE护套进行挤出时，螺纹松套管采用挤管式工艺，G-FRP铠装加强采用全挤压式工艺。
本发明的有益之处：1、本发明在螺纹松套管和G-FRP铠装加强外同时基础有半导电PE护套，能够减小整体的体积，应力应变测温缆能够塞进光缆的3mm的间隙内，从而同时实现对电缆温度、振动、应变的监测。
2、本发明在G-FRP铠装加强表面涂覆有EVA层，在进行挤出的时候，EVA能够在光缆十年以上的使用过程中始终保持紧包光纤和最外部的光缆的受力的时候达到一致性。
3、本发明将电缆温度、振动、应变合一起，同步使用，只需要一个系统就可以实现三种功能，大大降低了使用单位的使用成本。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的松套光纤段在不同加载重量下的应变分布图；
图3为本发明的紧包光纤段在不同加载重量下的应变分布图；
图4为本发明的光纤应力分布测试图；
图5为本发明的光纤加载线性图；
图6为本发明的紧包光纤恢复情况比对图；
其中：1、紧包光纤，2、G-FRP铠装加强，3、EVA，4、螺纹松套钢管，5、单模光纤，6、多模光纤，7、半导电PE护套。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面结合附图详细描述本发明的具体实施方式，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
实施例1
应力应变测温缆，包括单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6，单模光纤5和多模光纤6外分别设有螺纹松套钢管4，紧包光纤1外设有G-FRP铠装加强2，G-FRP铠装加强2两侧设有EVA3，螺纹松套钢管4和G-FRP铠装加强2外设挤出有半导电PE护套7。
紧包光纤1通过EVA3和G-FRP铠装加强2连接，半导电PE护套7通过EVA3和G-FRP铠装加强2相连，紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1的外径为0.45mm。
G-FRP铠装加强2呈单向“S”绞合于紧包光纤1的外围，G-FRP铠装加强2的外径为0.4mm，绞合节距为55mm。
螺纹松套钢管4内单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6的余长为螺纹松套钢管4的0.135%到0.150%之间，螺纹松套钢管4的外径为1.1mm。
单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6在同一水平面上，即半导电PE护套7呈扁平型结构，半导电PE护套7的高为2.5mm，宽为5.2mm。
紧包光纤1用于应变监测，单模光纤5用于振动监测，多模光纤6用于温度传感监测。
一种用于制作应力应变测温缆的方法， 包括下列步骤：
步骤1）EVA3通过高温挤出至单根G-FRP铠装加强2的外表面，厚度为0.1mm±0.05mm，将G-FRP铠装加强2通过水冷至常温；
步骤2）将带有EVA3涂层的G-FRP铠装加强2绞合于紧包光纤1上，绞合时确保紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1通过放线张力控制达到预应变为2000个微应变，G-FRP铠装加强2绞合部分放线张力控制在350g；
步骤3）螺纹松套管4分别对单模光纤5和多模光纤6进行绞合，进行成缆，螺纹松套管4的放线张力控制在150g；
步骤4）在螺纹松套管4和G-FRP铠装加强2和半导电PE护套7进行挤出时，螺纹松套管4采用挤管式工艺，G-FRP铠装加强2采用全挤压式工艺。
实施例2
应力应变测温缆，包括单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6，单模光纤5和多模光纤6外分别设有螺纹松套钢管4，紧包光纤1外设有G-FRP铠装加强2，G-FRP铠装加强2两侧设有EVA3，螺纹松套钢管4和G-FRP铠装加强2外设挤出有半导电PE护套7。
紧包光纤1通过EVA3和G-FRP铠装加强2连接，半导电PE护套7通过EVA3和G-FRP铠装加强2相连，紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1的外径为0.4mm。
G-FRP铠装加强2呈单向“S”绞合于紧包光纤1的外围，G-FRP铠装加强2的外径为0.35mm，绞合节距为50mm。
螺纹松套钢管4内单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6的余长为螺纹松套钢管4的0.150%，螺纹松套钢管4的外径为1.05mm。
单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6在同一水平面上，即半导电PE护套7呈扁平型结构，半导电PE护套7的高为2.4mm，宽为5mm。
紧包光纤1用于应变监测，单模光纤5用于振动监测，多模光纤6用于温度传感监测。
一种用于制作应力应变测温缆的方法， 包括下列步骤：
步骤1）EVA3通过高温挤出至单根G-FRP铠装加强2的外表面，厚度为0.05mm，将G-FRP铠装加强2通过水冷至常温；
步骤2）将带有EVA3涂层的G-FRP铠装加强2绞合于紧包光纤1上，绞合时确保紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1通过放线张力控制达到预应变为2000个微应变，G-FRP铠装加强2绞合部分放线张力控制在340g；
步骤3）螺纹松套管4分别对单模光纤5和多模光纤6进行绞合，进行成缆，螺纹松套管4的放线张力控制在140g；
步骤4）在螺纹松套管4和G-FRP铠装加强2和半导电PE护套7进行挤出时，螺纹松套管4采用挤管式工艺，G-FRP铠装加强2采用全挤压式工艺。
实施例3
应力应变测温缆，包括单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6，单模光纤5和多模光纤6外分别设有螺纹松套钢管4，紧包光纤1外设有G-FRP铠装加强2，G-FRP铠装加强2两侧设有EVA3，螺纹松套钢管4和G-FRP铠装加强2外设挤出有半导电PE护套7。
紧包光纤1通过EVA3和G-FRP铠装加强2连接，半导电PE护套7通过EVA3和G-FRP铠装加强2相连，紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1的外径为0.5mm。
G-FRP铠装加强2呈单向“S”绞合于紧包光纤1的外围，G-FRP铠装加强2的外径为0.45mm，绞合节距为60mm。
螺纹松套钢管4内单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6的余长为螺纹松套钢管4的0.135%到0.150%之间，螺纹松套钢管4的外径为1.05mm。
单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6在同一水平面上，即半导电PE护套7呈扁平型结构，半导电PE护套7的高为2.6mm，宽为5.4mm。
紧包光纤1用于应变监测，单模光纤5用于振动监测，多模光纤6用于温度传感监测。
一种用于制作应力应变测温缆的方法， 包括下列步骤：
步骤1）EVA3通过高温挤出至单根G-FRP铠装加强2的外表面，厚度为0.15mm，将G-FRP铠装加强2通过水冷至常温；
步骤2）将带有EVA3涂层的G-FRP铠装加强2绞合于紧包光纤1上，绞合时确保紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1通过放线张力控制达到预应变为2000个微应变，G-FRP铠装加强2绞合部分放线张力控制在350g；
步骤3）螺纹松套管4分别对单模光纤5和多模光纤6进行绞合，进行成缆，螺纹松套管4的放线张力控制在160g；
步骤4）在螺纹松套管4和G-FRP铠装加强2和半导电PE护套7进行挤出时，螺纹松套管4采用挤管式工艺，G-FRP铠装加强2采用全挤压式工艺。
实施例4
应力应变测温缆，包括单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6，单模光纤5和多模光纤6外分别设有螺纹松套钢管4，紧包光纤1外设有G-FRP铠装加强2，G-FRP铠装加强2两侧设有EVA3，螺纹松套钢管4和G-FRP铠装加强2外设挤出有半导电PE护套7。
紧包光纤1通过EVA3和G-FRP铠装加强2连接，半导电PE护套7通过EVA3和G-FRP铠装加强2相连，紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1的外径为0.47mm。
G-FRP铠装加强2呈单向“S”绞合于紧包光纤1的外围，G-FRP铠装加强2的外径为0.42mm，绞合节距为57mm。
螺纹松套钢管4内单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6的余长为螺纹松套钢管4的0.140%，螺纹松套钢管4的外径为1.12mm。
单模光纤5、紧包光纤1和多模光纤6在同一水平面上，即半导电PE护套7呈扁平型结构，半导电PE护套7的高为2.5mm±0.1mm，宽为5.21mm。
紧包光纤1用于应变监测，单模光纤5用于振动监测，多模光纤6用于温度传感监测。
一种用于制作应力应变测温缆的方法， 包括下列步骤：
步骤1）EVA3通过高温挤出至单根G-FRP铠装加强2的外表面，厚度为0.1mm±0.05mm，将G-FRP铠装加强2通过水冷至常温；
步骤2）将带有EVA3涂层的G-FRP铠装加强2绞合于紧包光纤1上，绞合时确保紧包光纤1相对于G-FRP铠装加强2为负余长，紧包光纤1通过放线张力控制达到预应变为2000个微应变，G-FRP铠装加强2绞合部分放线张力控制在355g；
步骤3）螺纹松套管4分别对单模光纤5和多模光纤6进行绞合，进行成缆，螺纹松套管4的放线张力控制在155g；
步骤4）在螺纹松套管4和G-FRP铠装加强2和半导电PE护套7进行挤出时，螺纹松套管4采用挤管式工艺，G-FRP铠装加强2采用全挤压式工艺。
图2和图3分别为光纤应力测试和光纤应力分布测试，可以看出紧包光纤受到的应变分布均匀松套光纤温度能感受到变化作用。
对测试结果进一步分析，如下为拉伸实验数据的表格，松套拉伸段ID=747-822，紧包拉伸段ID=1118-1192，选择L1=77.81m，ID1=761；L2=115.85m，ID2=1133两处，分析其应变值（以零负载为初始基准）的变化趋势。
图4为拉伸数据测试
图4展示了紧包光纤115.85m位置，从0到11kg不同加载重量下的应变变化。可以看出，测试结果线性度非常好，由此说明紧包光纤测量应变分布是有高可靠性的。
图5和图6松套光纤77.81m位置不同加载重量下应变变化，紧包光纤恢复情况如图所示撤除所有加载量紧包光纤应变分布基本能完全恢复。
Claims (8)
1.应力应变测温缆，包括单模光纤、紧包光纤和多模光纤，其特征在于：所述单模光纤和多模光纤外分别设有螺纹松套钢管，所述紧包光纤外设有G-FRP铠装加强，所述G-FRP铠装加强两侧设有EVA，所述螺纹松套钢管和G-FRP铠装加强外设挤出有半导电PE护套。
2.根据权利要求1所述的应力应变测温缆，其特征在于：所述紧包光纤通过EVA和G-FRP铠装加强连接，所述半导电PE护套通过EVA和G-FRP铠装加强相连。
3.根据权利要求1所述的应力应变测温缆，其特征在于：所述紧包光纤相对于G-FRP铠装加强为负余长，所述紧包光纤的外径为0.45mm±0.05mm。
4.根据权利要求1所述的应力应变测温缆，其特征在于：所述G-FRP铠装加强呈单向“S”绞合于紧包光纤的外围，所述G-FRP铠装加强的外径为0.4mm±0.05mm，绞合节距为55mm±5mm。
5.根据权利要求1所述的应力应变测温缆，其特征在于：所述螺纹松套钢管内单模光纤、紧包光纤和多模光纤的余长为螺纹松套钢管的0.135%到0.150%之间，所述螺纹松套钢管的外径为1.1mm±0.05mm。
6.根据权利要求1所述的应力应变测温缆，其特征在于：所述单模光纤、紧包光纤和多模光纤在同一水平面上，即半导电PE护套呈扁平型结构，所述半导电PE护套的高为2.5mm±0.1mm，宽为5.2mm±0.2mm。
7.根据权利要求1所述的应力应变测温缆，其特征在于：所述紧包光纤用于应变监测，所述单模光纤用于振动监测，所述多模光纤用于温度传感监测。
8.一种用于制作权利要求1所述的应力应变测温缆的方法，其特征在于，包括下列步骤：
步骤1）EVA通过高温挤出至单根G-FRP铠装加强的外表面，厚度为0.1mm±0.05mm，将G-FRP铠装加强通过水冷至常温；
步骤2）将带有EVA涂层的G-FRP铠装加强绞合于紧包光纤上，绞合时确保紧包光纤相对于G-FRP铠装加强为负余长，紧包光纤通过放线张力控制达到预应变为2000个微应变，G-FRP铠装加强绞合部分放线张力控制在350g±10g；
步骤3）螺纹松套管分别对单模光纤和多模光纤进行绞合，进行成缆，螺纹松套管的放线张力控制在150g±10g；
步骤4）在螺纹松套管和G-FRP铠装加强和半导电PE护套进行挤出时，螺纹松套管采用挤管式工艺，G-FRP铠装加强采用全挤压式工艺。
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- 2021-09-27 CN CN202111133711.2A patent/CN113959629A/zh active Pending
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