CN114859490B - 一种超弱光纤光栅预应力光缆及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种超弱光纤光栅预应力光缆的制备方法，包括裸光纤紧包和制铠的步骤，还包括螺旋铠管在绕线架的多组滚轮中回绕后，对其中一组滑轮分别施加配重，采用弱光栅分析仪检测超弱光栅波长漂移量与不同配重质量的关系，根据预应力要求选择配重质量；将胶封定点后的螺旋铠管固定在绕线架上，添加配重后被牵引进入加捻机完成加捻。本发明提出的方法，在对光纤光栅螺旋铠内定点封装的基础上，通过配重施加预应力，保证螺旋铠多股加捻时的预应力恒定，既能有效保护内层的光纤光栅，又确保光缆不受外层保护套回缩的影响，使该光缆可以长期保持预应力状态。本发明在现有的生产光纤光缆的基础上，工艺改进小，生产线改造成本低，光缆的生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及光纤光栅传感技术领域，尤其涉及一种超弱光纤光栅预应力光缆及其制备方法。
背景技术
光纤光栅传感器由于其精度高、轻便、耐腐蚀、抗电磁干扰等一系列优点已被广泛应用于岩土工程、结构安全、安防监测等场合。特别是随着超弱光纤光栅的量产和普及，其相对于传统光纤光栅具有更大的复用容量，单根光纤上可刻写成千上万个传感点，更加适用于大型项目工程的分布式监测需求。将超弱光纤光栅应用于实际工程检测时，需要对该光纤传感器预先施加预应力，以保证光纤传感器在感知外界物理量变化时具备良好的性能。
现有对光纤光栅预先施加预应力主要方式，是在将光缆固定于待测物时对其添加预应力，以保证传感器可以正常工作，这极大的限制了传感器的应用领域和固定方式；此外，由于实际工程中的不可控因素，无法确定不同的传感光缆具有相同的预应力，这直接影响了传感器的检测性能，最终导致光纤光栅的预应力被减弱甚至于消失。
发明内容
针对现有技术中所存在的不足，本发明提供了一种超弱光纤光栅预应力光缆的制备方法，以解决现有光纤光栅预应力光缆的预应力是实际应用时不稳定的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种超弱光纤光栅预应力光缆的制备方法，包括以下步骤：
S1裸光纤紧包：将包含超弱光纤光栅的裸光纤紧包加粗到指定的规格；
S2制铠：对紧包光纤采用金属螺旋带铠装，铠装时在两个超弱光栅之间注入适量胶水，将光纤与螺旋铠等间距逐点胶封固定得到螺旋铠管；
S4配重测算：螺旋铠管在绕线架的多组滚轮中回绕后，对其中一组滑轮分别施加不同质量的配重，利用螺旋铠光纤盘的牵引力以及螺旋光纤与多组滑轮之间的摩擦力平衡配重的拉力，采用弱光栅分析仪检测超弱光栅波长漂移量与不同配重质量的关系，根据预应力要求选择配重质量；
S5铠管上架：将胶封定点后的螺旋铠管绕盘后，固定在绕线架上，在选定的滑轮组上加挂选定的配重，牵引光纤进入加捻机，并导引到光缆卷线盘上；
S6铠管加捻：在光缆卷线盘的牵引力作用下，螺旋铠管被多股钢丝加捻成光缆；
S7披覆绕盘：将加捻后的光缆披覆外护套，喷涂米标和生产信息并绕盘。
优选的方案中，还包括S8预应力检测：将绕盘后的光缆静置24小时以上，采用弱光栅分析仪检测光纤阵列相对于紧包光纤的波长漂移量，折算预应变量。由于光缆绞合加工过程中容易产生残余应力，经过24小时静置，残余应力释放较为充分，再测量波长漂移量时可以准确获取光缆的预应力值，为后续加工参数的配置提供指导。
优选的方案中，S6铠管加捻时，控制螺旋铠管的进给速度，以及加捻钢丝与螺旋铠管的结合力，避免螺旋铠管受挤压变形，以稳定内部光纤的预应力保持不变。
优选的方案中，所述裸光纤的纤芯直径为9 μm，裸光纤上刻写多个超弱光纤光栅阵列，所述超弱光纤光栅的反射率为0.1%-0.01%。
优选的方案中，S2制铠时，采用环氧AB胶沿螺旋铠装层的缝隙灌入至定点处内部，螺旋铠与内层超弱光纤光栅定点连接后，使螺旋铠受到的预应力传递到内层超弱光纤光栅上。
优选的方案中，S6铠管加捻时，加捻钢丝以多股绞合的方式缠绕在螺旋铠装层上。
优选的方案中，所述配重的悬挂方式为：在所述绕线架上铰接一连接杆，连接杆的末端铰接一动滑轮，所述配重悬挂在所述连接杆上。该设计方便配重的加挂和取下，与此同时，当加工非预应力缆时，可以直接编入滑轮组，便于设备通用。
本发明还提供了由本发明的方法制备得到的超弱光纤光栅预应力光缆。
相比于现有技术，本发明具有如下有益效果：
本发明与现有技术相比，主要具有以下有益效果：
1.本发明提出的方法，在对光纤光栅螺旋铠内定点封装的基础上，通过配重施加预应力，保证螺旋铠多股加捻时的预应力恒定，既能有效保护内层的光纤光栅，又确保光缆不受外层保护套回缩的影响，使该光缆可以长期保持预应力状态。
2.本发明的方法，通过滑轮组合实现生产的同时在线给光纤光栅添加预应力，并通过在线加捻钢丝的绞合保持该预应力，在现有的生产光纤光缆的基础上，工艺改进小，生产线改造成本低，光缆的生产成本低。
3.本发明生产的光缆，结构简单，有效避免了光栅加捻啁啾和预应力回弹的问题，可实现自动化批量生产，为光纤光栅光缆的规模化生产提供一种经济可行的制作方法。
附图说明
图1为本发明的方法中步骤状态示意图。
上述附图中：1、螺旋铠管；2、定滑轮；3、连接杆；4、配重；5、动滑轮。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明中的技术方案进一步说明。
作为本发明的一种实施例，参阅附图1，本实施例提供了一种超弱光纤光栅预应力光缆的制备方法，包括以下步骤：
S1裸光纤紧包：将包含超弱光纤光栅的裸光纤紧包加粗到指定的规格；
S2制铠：对紧包光纤采用金属螺旋带铠装，严格控制光纤的余量，铠装时在两个超弱光栅之间注入适量胶水，将光纤与螺旋铠等间距逐点胶封固定得到螺旋铠管1；
S4配重测算：螺旋铠管1在绕线架的多组滚轮中回绕后，对其中一组滑轮分别施加不同质量的配重4，利用螺旋铠光纤盘的牵引力以及螺旋光纤与多组滑轮之间的摩擦力平衡配重4的拉力，采用弱光栅分析仪检测超弱光栅波长漂移量与不同配重质量的关系，根据预应力要求选择配重质量；
S5铠管上架：将胶封定点后的螺旋铠管1绕盘后，固定在绕线架上，在选定的滑轮组上加挂选定的配重4，牵引光纤进入加捻机，并导引到光缆卷线盘上；
S6铠管加捻：在光缆卷线盘的牵引力作用下，螺旋铠管被多股钢丝加捻成光缆；
S7披覆绕盘：将加捻后的光缆披覆外护套，喷涂米标和生产信息并绕盘。
本实施例中，绕线架的多组滑轮组合为定滑轮与动滑轮组合，光栅通过滑轮后被张进，从而添加预应力，滑轮组合的主要作用为增加滑轮与光栅之间的摩擦力，以此平衡光纤光栅受到的预应力，从而确保超弱光纤光栅在接受预拉力的同时，加捻钢丝可在线对螺旋铠进行封装，保证了该超弱光纤光栅可以稳定地保持预应力状态。
本实施例中，根据负重重量、光纤与滑轮之间的摩擦力大小，可调整滑轮的个数，特别是定滑轮的个数；根据预应力的要求，还可以再不同绕线部位添加动滑轮个数，并在添加的动滑轮上增设负重，以使得光纤达到更大的预应力状态，同时使得不断绕线段的光纤受力更加均匀；本实施例S6铠管加捻时，控制螺旋铠管的进给速度，以及加捻钢丝与螺旋铠管的结合力，避免螺旋铠管受挤压变形，以稳定内部光纤的预应力保持不变。
在另一种优选实施例中，还包括步骤8，预应力检测：将绕盘后的光缆静置24小时以上，采用弱光栅分析仪检测光纤阵列相对于紧包光纤的波长漂移量，折算预应变量。
在另一种优选实施例中，所述裸光纤的纤芯直径为9 μm，裸光纤上刻写多个超弱光纤光栅阵列，所述超弱光纤光栅的反射率为0.1%-0.01%,，本实施例中，纤芯直径小，并且光纤光栅的反射率低，从而能够适用于更广泛的工程应用中，特备是高精度、高灵敏度的精确检测中。
在另一种优选实施例中，S2制铠时，采用环氧AB胶沿螺旋铠装层的缝隙灌入至定点处内部，螺旋铠与内层超弱光纤光栅定点连接后，使螺旋铠受到的预应力传递到内层超弱光纤光栅上。
本实施例通过在螺旋铠装层的缝隙中灌入胶水，使螺旋铠与内层的纤芯定点连接，这样避免铠装后纤芯相对于螺旋铠收缩，进而预应力减小甚至消失的情形发生，本实施例有效的实现被施加预应力后的纤芯被动的保持预应力状态，并且不可自发的减小；并且这一保持的预应力状态通过连续的、自动化生产线在线实现，这保证了光缆的不同部位的预应力大小一致，并且预应力状态稳定，能够保证在工程应用时，标准统一，使得检测结果可靠。
在另一种优选实施例中，S6螺旋铠管1加捻时，加捻钢丝以多股绞合的方式缠绕在螺旋铠装层上，加捻钢丝不具备回弹和收缩的能力，以确保加捻以后加捻钢丝不会收缩变形，引起预应力变化，以达到使纤芯保持预应力状态的目的。
在另一种优选实施例中，参阅附图1，所述配重的悬挂方式为：在所述绕线架上铰接一连接杆3，连接杆3的末端铰接一动滑轮5，所述配4重悬挂在所述连接杆3上。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.一种超弱光纤光栅预应力光缆制备方法，其特征是，包括以下步骤：
S1裸光纤紧包：将包含超弱光纤光栅的裸光纤紧包加粗到指定的规格；
S2制铠：对紧包光纤采用金属螺旋带铠装，铠装时在两个超弱光栅之间注入适量胶水，将光纤与螺旋铠等间距逐点胶封固定得到螺旋铠管；
S4配重测算：螺旋铠管在绕线架的多组滚轮中回绕后，对其中一组滑轮分别施加不同质量的配重，利用螺旋铠光纤盘的牵引力以及螺旋光纤与多组滑轮之间的摩擦力平衡配重的拉力，采用弱光栅分析仪检测超弱光栅波长漂移量与不同配重质量的关系，根据预应力要求选择配重质量，所述配重的悬挂方式为：在所述绕线架上铰接一连接杆，连接杆的末端铰接一动滑轮，所述配重悬挂在所述连接杆上；
S5铠管上架：将胶封定点后的螺旋铠管绕盘后，固定在绕线架上，在选定的滑轮组上加挂选定的配重，牵引光纤进入加捻机，并导引到光缆卷线盘上；
S6铠管加捻：在光缆卷线盘的牵引力作用下，螺旋铠管被多股钢丝加捻成光缆；
S7披覆绕盘：将加捻后的光缆披覆外护套，喷涂米标和生产信息并绕盘。
2.根据权利要求1所述的一种超弱光纤光栅预应力光缆制备方法，其特征是，还包括：
S8预应力检测：将绕盘后的光缆静置24小时以上，采用弱光栅分析仪检测光纤阵列相对于紧包光纤的波长漂移量，折算预应变量。
3.根据权利要求1所述的一种超弱光纤光栅预应力光缆制备方法，其特征是，S6铠管加捻时，控制螺旋铠管的进给速度，以及加捻钢丝与螺旋铠管的结合力，避免螺旋铠管受挤压变形，以稳定内部光纤的预应力保持不变。
4.根据权利要求1所述的一种超弱光纤光栅预应力光缆制备方法，其特征是：所述裸光纤的纤芯直径为9 μm，裸光纤上刻写多个超弱光纤光栅阵列，所述超弱光纤光栅的反射率为0.1%-0.01%。
5.根据权利要求1所述的一种超弱光纤光栅预应力光缆制备方法，其特征是：S2制铠时，采用环氧AB胶沿螺旋铠装层的缝隙灌入至定点处内部，螺旋铠与内层超弱光纤光栅定点连接后，使螺旋铠受到的预应力传递到内层超弱光纤光栅上。
6.根据权利要求1所述的一种超弱光纤光栅预应力光缆制备方法，其特征是：S6铠管加捻时，加捻钢丝以多股绞合的方式缠绕在螺旋铠装层上。
7.一种超弱光纤光栅预应力光缆，其特征是：由权利要求1-6任意一项所述的方法制得。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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