CN115508968A

CN115508968A - 一种变化缠绕节距传感光缆

Info

Publication number: CN115508968A
Application number: CN202211430597.4A
Authority: CN
Inventors: 谭枫; 赵静; 缪小明; 周娟; 钱慧慧; 缪威玮; 李新建; 朱鹏宇
Original assignee: Jiangsu Zhongtian Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Zhongtian Technology Co Ltd
Priority date: 2022-11-16
Filing date: 2022-11-16
Publication date: 2022-12-23
Anticipated expiration: 2042-11-16
Also published as: CN115508968B

Abstract

本发明属于通信光缆技术领域，提供了一种变化缠绕节距传感光缆，中心加强件的材质和与内铠装层的组合直径设置有利于减少外界传输能量损耗，提高传感光缆的探测灵敏度；将缆中光纤单元绕中心加强件以变化缠绕节距连续螺旋缠绕布放，并且设计了缠绕布放的缠绕节距或缠绕圈数的规律，保证传感光缆稳定的传输性能的同时，使传感光缆的灵敏度呈现强弱组合分布，能适应被探测信号在探测区域的强弱变化，保持传感光缆的空间分辨能力，使传感光缆能长距离铺设，并且相比于全段密绕型缠绕光纤的传感光缆设计，本申请减少了光纤的应用长度，节约了成本。

Description

一种变化缠绕节距传感光缆

技术领域

本申请涉及通信光缆技术领域，尤其涉及一种变化缠绕节距传感光缆。

背景技术

随着光纤技术的发展，光纤已经不再局限于通信介质功能，光纤传感技术伴随着光纤通信技术的发展而迅速发展起来，其是以光波为载体，光纤为媒质，感知和传输外界被测信号的新型传感技术。未来，基于分布式光纤传感的光缆产品，因其能很好的接入光通信网络，同时兼具经济性、灵活性、连续性、长距离、高精度、实时监测的特点，将广泛应用于电力电缆、石油管线、隧道路基、建筑桥梁、结构健康、岩土工程、大坝水文、海洋勘探等领域的探测与安防。

现有传感光缆作为光纤分布式传感系统的载体，在实际应用过程中，缆中光纤多为直放，光纤直放时，单位光缆长度内分布的单根传感光纤的长度有限，导致探测灵敏度不高。虽然可以通过密集缠绕光纤等方式增加光纤长度进而提高灵敏度，但是该方法牺牲了传感距离，损失了传感光缆的空间分辨率，削弱了分布式光纤传感器的优势，实用性也大大折扣，难以真正应用于工程实践。同时，受应用场景影响，传感光缆需要具有一定的机械强度，如抗弯曲性能、抗拉性能、抗侧压性能，避免在敷设过程中造成光缆的破坏或者信号衰减较大。

发明内容

有鉴于此，本申请的目的在于提供了一种变化缠绕节距传感光缆，解决背景技术中的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种变化缠绕节距传感光缆，所述传感光缆包括：中心加强件、围绕所述中心加强件周向设置的内铠装层、内铠装层之外的光纤单元层；所述中心加强件为弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料；所述光纤单元层包括至少1根光纤单元绕所述内铠装层周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕；所述中心加强件和所述内铠装层的组合直径不小于15倍的光纤单元直径；所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段；每个所述重复段内光纤单元的缠绕节距变化满足：Mn=M1+（n-1）d或Mn=M1*q^n-1，其中n>1，n是每个所述重复段内节距变化的次数，d为相邻两个变化节距的节距差值，d>0，q为相邻两个变化节距的节距比值，q＞0，M1为所述重复段内第1缠绕节距，Mn为重复段内第n缠绕节距；或每个所述重复段内光纤单元的缠绕圈数变化满足：Nn= N1+（n-1）Δn或Nn=N1*p^n-1，Δn为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的差值，Δn>0,p为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的比值，p＞0，N1为所述重复段内第1段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数，Nn为所述重复段内第n段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数。

在一些实施例中，所述传感光缆还包括所述光纤单元层外由内至外依次包覆设置的第一绕包带和第一外护层，所述第一外护层中设置增强元件。

在一些实施例中，所述光纤单元层内还包括填充单元，所述光纤单元和所述填充单元绕周向均匀分布，所述光纤单元层中所述光纤单元和所述填充单元螺旋绞合。

在一些实施例中，所述传感光缆还包括所述光纤单元层外由内向外依次包覆设置的第一绕包带和第一外护层、外铠装层、第二绕包带、第二外护层。

在一些实施例中，所述光纤单元呈扁平带状，所述光纤单元中光纤的数量至少有一根，并且所述光纤在所述光纤单元的扁平带状内呈连续的正弦分布。

第二方面，本申请实施例中提供了一种变化缠绕节距传感光缆，所述传感光缆包括中心加强件，所述中心加强件为弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料，所述中心加强件表面分布着连续的螺旋凹槽，光纤单元填充在所述螺旋凹槽内绕所述中心加强件周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕，所述中心加强件的直径不小于15倍的光纤单元直径；所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段，每个所述重复段内光纤单元的缠绕节距变化满足：Mn=M1+（n-1）d或Mn=M1*q^n-1，其中n>1，n是每个所述重复段内节距变化的次数，d为相邻两个变化节距的节距差值，d>0，q为相邻两个变化节距的节距比值，q＞0，M1为所述重复段内第1缠绕节距，Mn为重复段内第n缠绕节距；或每个所述重复段内光纤单元的缠绕圈数变化满足：Nn= N1+（n-1）Δn或Nn= N1*p^n-1，Δn为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的差值，Δn>0, p为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的比值，p＞0，N1为所述重复段内第1段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数，Nn为所述重复段内第n段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数。

在一些实施例中，所述传感光缆还包括由内向外依次包覆设置的第一绕包带和第一外护层，所述第一绕包带包覆在所述中心加强件和所述光纤单元外，所述第一外护层包覆在所述第一绕包带外，所述第一外护层中设置增强元件。

在一些实施例中，所述传感光缆还包括由内向外依次包覆设置的第一绕包带、第一外护层、外铠装层、第二绕包带、第二外护层，所述第一绕包带包覆在所述中心加强件和所述光纤单元外。

在一些实施例中，所述光纤单元呈扁平带状，并且光纤在所述光纤单元的扁平带状内呈连续的正弦分布。

本申请所能达到的有益效果。

本申请所提供的一种变化缠绕节距传感光缆，在中心加强件周向设置有内铠装层，增强了光缆的抗拉性能；中心加强件采用弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料，并且所述中心加强件和内铠装层的组合直径不小于15倍的光纤单元直径，有利于减少外界传输能量损耗，提高传感光缆的探测灵敏度；本申请中将缆中光纤单元绕中心加强件以变化缠绕节距连续螺旋缠绕布放，所述传感光缆包括多个等长的连续重复段，所述重复段中光纤单元的缠绕节距或缠绕圈数呈一定的变化规律，保证传感光缆稳定的传输性能的同时，使传感光缆的灵敏度呈现强弱组合分布，能适应被探测信号（例如声波、振动信号）在探测区域的强弱变化，比较弱的信号被高灵敏度段传感光缆接收，比较强的信号用低灵敏度段的传感光缆即可接收，保持传感光缆的空间分辨能力，同时使传感光缆能长距离铺设，并且相比于全段密绕型缠绕光纤的传感光缆设计，本申请减少了光纤的应用长度，节约了成本。

此外，本申请中还对光缆的结构进行设计，以提升光缆的机械性能。一些实施例中通过传感光缆的光纤单元层内还包括填充单元，进一步增强了传感光缆的整体强度，增强了光缆的耐弯曲性能、抗侧压性能、抗拉性能。一些实施例中提供了一种抗侧压的多芯传感光缆，从内到外依次包括中心加强件、内铠装层、光纤单元层、第一绕包带、第一外护层、外铠装层、第二绕包带、第二外护层的结构设计，设置了内外两层铠装层、内外两层绕包带、内外两层外护层，进一步增强了传感光缆的整体的强度，以及增强了传感光缆的耐弯曲性能、抗侧压性能、抗拉性能。

此外，在本申请的一些实施例中将光纤单元设计为扁平带状，并且光纤在所述光纤单元的扁平带状内呈连续的正弦分布，带状的光纤单元能更好的贴合在中心加强元件表面，减少间隙，提高检测信号的灵敏度，同时光纤在树脂内连续的正弦分布，更进一步的提高单位光缆长度内的光纤长度，拓宽可探测的范围，提高探测灵敏度。

此外，本申请的一些实施例的所述传感光缆的中心加强件表面分布着连续的螺旋凹槽，光纤单元填充在所述螺旋凹槽内绕所述中心加强件周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕，相较于将光纤单元直接螺旋缠绕在中心加强件表面，减少了中心加强件与护层之间的间隙，降低了间隙内空气对声波的阻力，提高声波信号探测的灵敏度。

为使本申请的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。

图1示出了本申请一种变化缠绕节距传感光缆的结构示意图；

图2示出了本申请一种传感光缆的光纤单元等间距缠绕的结构示意图；

图3示出了本申请一种变化缠绕节距传感光缆的光纤单元的缠绕结构示意图；

图4示出了本申请一种多芯传感光缆的结构示意图；

图5示出了本申请一种抗侧压的多芯传感光缆的结构示意图；

图6示出了本申请一种变化缠绕节距传感光缆中光纤单元呈扁平带状的结构示意图；

图7示出了本申请一种变化缠绕节距传感光缆中中心加强件上设计连续凹槽以容纳光纤单元的结构示意图。

其中：1-中心加强件、2-内铠装层、3-光纤单元层、4-第一绕包带、5-第一外护层、6-撕裂绳、7-增强元件、8-光纤单元、9-中心轴线、10-填充单元、11-外铠装层、12-第二绕包带、13-第二外护层、14-螺旋凹槽、15-第一增强元件。

具体实施方式

本申请的说明书和权利要求书及所述附图中的术语“包含”与“包括”、“含有”或“特征在于”同义，并且是包括端点在内或是开放式的，并且不排除额外的未叙述的要素或方法步骤。“包含”是权利要求语言中使用的技术术语，意思指存在所述要素，但也可以增加其它要素并且仍形成在所述权利要求范围内的构造或方法。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释，此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。本申请中术语“约”意味着包含由所述值的微小变化（至多+/-10%）。

现有传感光缆作为光纤分布式传感系统的载体，在实际应用过程中，缆中光纤多为直放，光纤直放时，单位光缆长度内分布的单根传感光纤的长度有限，导致探测灵敏度不高。虽然可以通过密集缠绕光纤等方式增加光纤长度进而提高灵敏度，但是该方法牺牲了传感距离，丧失传感器的空间分辨能力，削弱了分布式光纤传感器的优势，实用性也大大折扣，难以真正应用于工程实践。同时，受应用场景影响，传感光缆需要具有一定的机械强度，如抗弯曲性能、抗拉性能、抗侧压性能，避免在敷设过程中造成光缆的破坏。

基于此，本发明实施例中提供了一种变化缠绕节距传感光缆，所述传感光缆包括：中心加强件、围绕所述中心加强件周向设置的内铠装层、内铠装层之外的光纤单元层、所述光纤单元层外由内至外依次设置的第一绕包带和第一外护层；所述中心加强件为弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料；所述光纤单元层包括至少1根光纤单元绕所述内铠装层周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕；所述中心加强件和所述内铠装层的组合直径不小于15倍的光纤单元直径；所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段，每个所述重复段内光纤单元的缠绕节距或缠绕圈数的呈等差数列变化或等比数列变化。上述实施例中的一种变化缠绕节距传感光缆，在中心加强件周向设置有内铠装层，增强了光缆的抗拉性能；中心加强件采用弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料，并且中心加强件和内铠装层的组合直径不小于15倍的光纤单元直径，有利于减少外界传输能量损耗，提高传感光缆的探测灵敏度；将缆中光纤单元绕中心加强件以变化缠绕节距连续螺旋缠绕布放，所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段，所述重复段中光纤单元的缠绕节距或缠绕圈数呈等差数列变化或等比数列变化，保证传感光缆稳定的传输性能的同时，使传感光缆的灵敏度呈现强弱组合分布，能适应被探测信号（例如声波、振动信号）在探测区域的强弱变化，比较弱的信号被高灵敏度段传感光缆接收，比较强的信号用低灵敏度段的传感光缆即可接收，同时保持传感光缆的空间分辨能力，还同时使传感光缆能长距离铺设，并且相比于全段密绕型缠绕光纤的传感光缆设计，本申请还减少了光纤的应用长度，节约了成本。

为了提升光缆的机械性能，本申请还对传感光缆的结构进行了改进。一些实施例中通过传感光缆的光纤单元层内还包括填充单元，进一步增强了传感光缆的整体强度，增强了光缆的耐弯曲性能、抗侧压性能、抗拉性能。一些实施例中提供了一种抗侧压的多芯传感光缆，从内到外依次包括中心加强件、内铠装层、光纤单元层、第一绕包带、第一外护层、外铠装层、第二绕包带、第二外护层的结构设计，设置了内外两层铠装层、内外两层绕包带、内外两层外护层，进一步增强了传感光缆的整体的强度，以及增强了传感光缆的耐弯曲性能、抗侧压性能、抗拉性能。

为了进一步提高传感光缆的灵敏度，本申请还对传感光缆中的中心加强件和光纤单元的结构进行了特殊设计。在本申请的一些实施例中将光纤单元设计为扁平带状，并且光纤在所述光纤单元的扁平带状内呈连续的正弦分布，带状的光纤单元能更好的贴合在中心加强元件表面，减少间隙，提高检测信号的灵敏度，同时光纤在树脂内连续的正弦分布，更进一步的提高单位光缆长度内的光纤长度，拓宽可探测的范围，提高探测灵敏度。本申请的一些实施例的所述传感光缆的中心加强件表面分布着连续的螺旋凹槽，光纤单元填充在所述螺旋凹槽内绕所述中心加强件周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕，相较于将光纤单元直接螺旋缠绕在中心加强件表面，减少了中心加强件与护层之间的间隙，降低了间隙内空气对声波的阻力，提高声波信号探测的灵敏度。

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，都属于本申请保护的范围。

在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

实施例1

本实施例1中提供了一种变化缠绕节距传感光缆，如图1中所示，从内到外依次包括中心加强件1、围绕所述中心加强件1周向设置的内铠装层2、内铠装层2之外的光纤单元层3、第一绕包带4、第一外护层5。光纤单元层3采用至少 1 根光纤单元8沿中心加强件1和内铠装层2连续螺旋密绕，并通过胶水固化固定。

本实施例中的中心加强件1为弹性体，例如采用热塑性聚烯烃弹性体（TPO）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、热塑性硫化橡胶（TPV），例如可以选自聚乙烯弹性体、聚烯烃弹性体、聚丙烯弹性体之一或组合，例如可以为热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)。在其它一些实施例中，中心加强件1为内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料，可以加强光缆的强度，但是不会损失测量的灵敏度。热塑性弹性材料，例如热塑性聚烯烃弹性体（TPO）、热塑性聚酯弹性体（TPEE）、热塑性聚氨酯弹性体橡胶(TPU)、或热塑性硫化橡胶（TPV）等等。金属元件，例如可以为钢丝。非金属元件可以为纤维增强塑料（FRP），如玻璃纤维增强塑料杆、芳纶纤维增强塑料杆、碳纤维增强塑料杆等。

本实施例中内铠装层2可以为钢丝或纤维增强塑料（FRP），如玻璃纤维增强塑料杆、芳纶纤维增强塑料杆、碳纤维增强塑料杆等。内铠装层2螺旋绞合在所述中心加强件1外，通过胶水固化固定。

所述第一绕包带4是聚酰亚胺薄膜（即PI膜)是薄膜类绝缘材料，由均苯四甲酸二酐(PMDA)和二胺基二苯醚( ODA)在强极性溶剂中经缩聚并流延成膜再经亚胺化而成。黄色透明，相对密度1.39-1.45。聚酰亚胺薄膜具有优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性，能在－269℃～280℃的温度范围内长期使用，短时可达到400℃的高温。

第一外护层5可采用热塑性弹性材料，如TPU、TPV、TPO、TPEE等，该类材料可以作为吸声材料，具有较好的吸声作用，减少声波反射损耗，可以提高光缆对声波信号探测的灵敏度；同时热塑性弹性体材料可以提高成型单元的柔软性、弹性，保证较好的耐油、耐水、耐寒、耐霉菌性能。在另一些实施例中，例如对一些使用要求较高的场景，如油矿井，第一外护层5可采用氟塑料，提高光缆的耐温等级。

本实施例中第一外护层5中设置增强元件7，所述增强元件7可以为纤维增强塑料（FRP）、也可以为金属元件，如磷化钢丝、镀锌钢丝、镀锌钢绞线或者镀铜钢绞线等，上述增强元件7的设置进一步增强了光缆的抗弯曲性能。

本实施例中第一外护层5和第一绕包带4的PI膜之间埋设撕裂绳6，撕裂绳6与光缆的轴线平行，撕裂绳6至少设置一条。在其它一些实施例中撕裂绳6有至少两条，并且至少两条撕裂绳6沿光缆的圆周均匀分布。撕裂绳的设置方便了光缆的开剥，方便了光缆敷设后后期的维护与维修。

本实施例中光纤单元8为紧包光纤，也即紧套光纤，外径尺寸0.6mm～3.0mm。在其它一些实施例子中，光纤单元也可为松套光纤，外径尺寸0.6mm～3.0mm，每个松套结构内光纤芯数可不小于1芯。例如在一些实施例中，所述光纤单元为单芯光纤，缠绕节距0.1mm～100mm，缠绕角度范围10°＜α＜90°。例如在一些实施例中，所述光纤单元为多芯光纤，缠绕节距15mm～300mm，缠绕角度范围10°＜α＜90°。

在本实施例中光纤单元采用单模光纤，具有优异的抗弯曲性能，在φ7.5mm的芯轴直径下缠绕1圈，光纤宏弯损耗1550nm≤0.01dB；成缆后保证稳定的光纤传输性能，1550nm衰减不超过1.0dB/km。上述性能的光纤单元的选用，一方面使本实施例中光缆具有较好的抗弯曲性能，另一方面缆中信号衰减小，信号探测的灵敏度好。

本实施例中传感光缆，将缆中光纤单元螺旋缠绕布放，保证光缆稳定的传输性能的同时，提高单位光缆长度内的光纤长度，进一步拓宽可探测的范围，提高探测灵敏度；同时第一外护层和中心加强件为增敏材质，可减少外界传输能量损耗，可提高传感光缆的检测灵敏度。内铠装层的设置增强了光缆的抗拉性能，外护套以及其中的增强元件对光缆进行保护，增强了传感光缆整体的强度和抗弯曲性能。PI膜以其优良的耐高低温性、电气绝缘性、粘结性、耐辐射性、耐介质性等特点，也对光纤单元起到一定的保护作用。

假如光纤单元层3中光纤单元8绕中心加强件1等节距螺旋缠绕，如图2中所示，等节距螺旋缠绕，即每增加1圈时，增加的光缆长度恒定，并且增加的光纤单元的长度恒定。

定义：n为密绕的圈数，L₀为始端未绕光纤单元的光缆长度，Ln为密绕n圈后光缆长度，Ls为末端未绕光纤单元的光缆长度，光纤单元直径为d、中心加强单元直径为D、缠绕节距为M、缠绕角度为α（光纤单元8与所缠绕的中心加强件1的中心轴线9之间的夹角，在本申请中取光纤单元8相邻的最高点和最低点的连接线与中心轴线9的夹角为缠绕角度α）。

定义：光纤密绕比K=光纤长度/光缆长度=L_光纤/L_光缆 (本申请中未绕光纤的缆长不计算在L_光缆内，即只计算从第1圈至第n圈的光纤长度和光缆长度) 。

可知：缠绕节距

公式（1）；

光纤密绕比

公式（2）；

绞合角度

公式（3）；

密绕圈数

；

整体光缆长度

。

其中：

①节距M为正数，即M＞0（mm）；

②缠绕角度0≤α＜90°；

③本申请中心加强件和内铠装层的组合直径D不小于光纤单元的最小宏弯损耗直径d_{光纤最小宏弯}，即D≥d_{光纤最小宏弯}。光纤单元的最小宏弯损耗直径d_{光纤最小宏弯}，满足光纤单元在d_{光纤最小宏弯}下缠绕1圈，光纤单元在1550nm宏弯损耗≤0.02dB（即最小宏弯损耗直径d_{光纤最小宏弯}是指满足围绕中心加强件和内铠装层缠绕1圈，光纤单元在1550nm宏弯损耗≤0.02dB的中心加强件最小直径），有利于降低光纤单元缠绕对光纤衰减性能的影响，提高光纤信号传输的能力。中心加强件和内铠装层的组合直径即两者组合后的等效直径，在一些实施例中可以使中心加强件和所述内铠装层的组合直径不小于15倍的光纤单元直径，从而使所述组合直径大于光纤单元的最小宏弯损耗直径，降低光纤单元缠绕对光纤衰减性能的影响，提高光纤信号传输的能力。

④光纤密绕比K为不小于1的正数，即K≥1。

本实施例中光纤单元层3中光纤单元8绕中心加强件1和内铠装层2可变节距和圈数密绕。传感光缆中的光纤单元8分为多个等长的连续的重复段，所述重复段的光纤单元的密绕节距或光纤单元的密绕圈数也可以呈现一定的变化形式。

如图3中所示，所述重复段中光纤单元的密绕节距可为M1、M2、M3……Mn，每个重复段中可变节距数量n，n>1；每段节距对应的密绕圈数为N1、N2、N3……Nn;则每段节距对应的绞合角度α1、α2、α3……αn，光纤密绕比K1、K2、K3……Kn，分别满足上述公式（3）、公式（2）。

进一步的，密绕光纤单元部分光缆长度

为：

进一步的，光缆整体密绕比

为：

在一些实施例中，重复段中光纤单元密绕节距的变化可满足等差数列，即Mn=M1+（n-1）d，其中n>1，n是每个所述重复段内节距变化的次数，d为相邻两个变化节距的节距差值，d>0， M1为所述重复段内第1缠绕节距，Mn为重复段内第n缠绕节距。例如，在一些实施例中可通过工艺控制实现1KM长度的传感光缆，“1m长 5mm节距+1m长 10mm节距+1m长 15mm节距+1m长 20mm节距”重复循环密绕。

在一些实施例中，重复段中光纤单元密绕节距的变化可满足等比数列，即Mn=M1*q^n-1，其中n>1，n是每个所述重复段内节距变化的次数，q为相邻两个变化节距的节距比值，q＞0，M1为所述重复段内第1缠绕节距，Mn为重复段内第n缠绕节距。例如，在一些实施例中可通过工艺控制实现1KM长度的传感光缆，“1m长 10mm节距+1m长 20mm节距+1m长 40mm节距”重复循环密绕。

在一些实施例中，重复段内光纤单元的密绕圈数的变化可满足等差数列，即Nn=N1+（n-1）Δn，n为光缆中可变节距的次数，n>1，Δn为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的差值，Δn>0；N1为所述重复段内第1段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数，Nn为所述重复段内第n段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数。例如，在一些实施例中可通过工艺控制实现1KM长度的传感光缆，“1m长 10圈+1m长 8圈+1m长 6圈+1m长4圈+1m长 2圈”重复循环密绕。

在一些实施例中，等长的每段传感光缆内光纤单元的密绕圈数可满足等比数列，即Nn= N1*p^n-1，n为光缆中可变节距的次数，n>1，p为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的比值，p＞0，N1为所述重复段内第1段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数，Nn为所述重复段内第n段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数。例如，在一些实施例中可通过工艺控制实现1KM长度的传感光缆，“1m长 2圈+1m长 4圈+1m长 8圈+1m长 16圈”重复循环密绕。

本发明中将缆中光纤单元绕中心加强件和内铠装层以变化缠绕节距连续螺旋缠绕布放，所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段，所述重复段中光纤单元的缠绕节距或缠绕圈数呈等差数列变化或等比数列变化，保证传感光缆稳定的传输性能的同时，使传感光缆的灵敏度呈现强弱组合分布，能适应被探测信号（例如声波、振动信号）在探测区域的强弱变化，比较弱的信号被高灵敏度段传感光缆接收，比较强的信号用低灵敏度段的传感光缆即可接收，同时保持传感光缆的空间分辨能力，同时使传感光缆能长距离铺设，并且相比于全段密绕型缠绕光纤的传感光缆设计，本申请还减少了光纤的应用长度，节约了成本。

实施例2

本实施例2中提供了另一种多芯传感光缆，实施例2与上述实施例1中光缆的主要不同在于光缆的结构设计，特别是光纤单元层3的设计。

如图4中所示，本实施例2中从内到外依次包括中心加强件1、内铠装层2、光纤单元层3、第一绕包带4、第一外护层5。其中，光纤单元层3采用多根光纤单元8和多根填充单元10螺旋绞合。所述填充单元10可以为钢丝或纤维增强塑料（FRP），如玻璃纤维增强塑料杆、芳纶纤维增强塑料杆、碳纤维增强塑料杆等。光纤单元7为紧套光纤，也可以为松套光纤。本实施例中传感光缆的其它部件和光纤单元的变化节距的缠绕设计参见实施例1，这里不再重复赘述。

本实施例中通过传感光缆的加强结构设计，其中从内到外依次包括中心加强件1、内铠装层2、光纤单元层3、第一绕包带4、第一外护层5的结构设计，并且光纤单元层3中螺旋绞合有填充单元，进一步增强了传感光缆的整体机械性能，增强了传感光缆的耐弯曲性能、抗侧压性能、抗拉性能。

实施例3

本实施例3中提供了一种抗侧压的多芯传感光缆，如图5中所示，实施例3与上述实施例1-2中光缆的主要不同在于光缆的结构设计，特别是增强结构和保护层的设计。

如图5中所示，传感光缆从内到外依次包括中心加强件1、内铠装层2、光纤单元层3、第一绕包带4、第一外护层5、外铠装层11、第二绕包带12、第二外护层13。光纤单元层3采用至少1根光纤单元8沿内铠装层2以变化缠绕节距连续螺旋密绕。具体的缠绕节距的变化参考实施例1中的描述，此处不再赘述。

外铠装层11的材质可以为钢丝或纤维增强塑料（FRP），如玻璃纤维增强塑料杆、芳纶纤维增强塑料杆、碳纤维增强塑料杆等。双层铠装层增加了传感光缆的抗拉、抗侧压性能，使传感光缆更适合地埋敷设。

第二绕包带12可以为聚酰亚胺薄膜（PI膜）、无纺布、阻水布、聚酯带（麦拉带）、聚丙烯绕包带、无纺布绕包带、聚氯乙烯绕包带、聚四氟乙烯带（PTFE）、玻璃纤维布、云母带等等。第一绕包带4和第二绕包带12起缓冲和衬垫作用，第一绕包带4还可以保护内部的光纤单元层3，同时根据不同材质的选取，分别起防水、隔热、防腐或防老化等不同的作用。

第二外护层13可采用热塑性弹性材料，如TPU、TPV、TPO、TPEE等，该类材料可以作为吸声材料，具有较好的吸声作用，可以提高光缆对声波信号探测的灵敏度；同时热塑性弹性体材料可以提高成型单元的柔软性、弹性，保证较好的耐油、耐水、耐寒、耐霉菌性能。在另一些实施例中，例如对一些使用要求较高的场景，如油矿井，第二外护层13可采用氟塑料，提高光缆的耐温等级。

本实施例中的第一外护层中可不设置撕裂绳和增强元件，本实施例中传感光缆的其它部件和光纤单元的缠绕设计参见实施例1，这里不再详细赘述。

本实施例中提供了一种抗侧压的多芯传感光缆，从内到外依次包括中心加强件1、内铠装层2、光纤单元层3、第一绕包带4、第一外护层5、外铠装层11、第二绕包带12、第二外护层13的结构设计，设置了内外两层铠装层、内外两层绕包带、内外两层外护层，进一步增强了传感光缆的整体的机械强度，增强了传感光缆的耐弯曲性能、抗侧压性能、抗拉性能。

实施例4

本实施例中提供了另一种变化缠绕节距传感光缆，其与实施例1-3中的传感光缆的不同之处在于光纤单元的设计。所述传感光缆包括中心加强件1、围绕所述中心加强件周向设置的内铠装层2、内铠装层2之外的光纤单元层3，所述光纤单元层3外由内向外依次还设置有第一绕包带4、第一外护层5、外铠装层11、第二绕包带12、第二外护层13。所述中心加强件1为弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料。所述光纤单元层3包括至少1个光纤单元绕所述内铠装层周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕。所述中心加强件和所述内铠装层的组合直径不小于15倍的光纤单元直径。如果是扁平带状的光纤单元时，其直径等效为其横截面外接圆的直径。

如图6中所示，为了增强信号探测的灵敏度，本实施例4中光纤单元还可以呈扁平带状，扁平带状的光纤单元8绕所述内铠装层2周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕，具体的缠绕节距的变化参考实施例1中的描述。所述光纤单元中光纤的数量至少有一根（例如1根、2根、3根、4根、5根、6根等等），并且所述光纤在所述光纤单元的扁平带状内呈连续的正弦分布。

在其它一些实施例中，为了缩小传感光缆的外径，可以设计所述光纤单元层外由内向外依次设置有第一绕包带和第一外护层，所述第一外护层中设置增强元件，具体参照实施例1中的描述。

本实施例中带状的光纤单元能更好的贴合在中心加强元件表面，减少间隙，提高检测信号的灵敏度，同时光纤在树脂内连续的正弦分布，更进一步的提高单位光缆长度内的光纤长度，拓宽可探测的范围，提高探测灵敏度。本实施例子中传感光缆的其它部件和缠绕结构的设计参见实施例1-3，这里不再详细赘述。

实施例5

本实施例中提供了另一种变化缠绕节距传感光缆，如图7中所示，所述传感光缆包括中心加强件1，所述中心加强件1为内嵌套金属或非金属的第一增强元件15的热塑性弹性材料，以在保证灵敏度的情况下，增强光缆的整体强度和抗弯曲强度。所述中心加强件1表面分布着连续的螺旋凹槽14，光纤单元8填充在所述螺旋凹槽14内绕所述中心加强件1周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕。螺旋凹槽的宽度和深度大小和光纤单元的横截面的直径或者长度和宽度大小相适应并保证紧凑。所述中心加强件1的直径不小于15倍的光纤单元8的直径。所述传感光缆还包括由内向外依次设置的第一绕包带4、第一外护层5、外铠装层11、第二绕包带12、第二外护层13，所述第一绕包带4包覆在所述中心加强件1和所述光纤单元8外。所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段。每个所述重复段内光纤单元的缠绕节距或缠绕圈数的变化、以及第一绕包带、第一外护层、外铠装层、第二绕包带、第二外护层等的设置参照上述实施例1-4中的描述，这里不再赘述。

本实施例中所述传感光缆的中心加强件表面分布着连续的螺旋凹槽14，光纤单元8填充在所述螺旋凹槽14内绕所述中心加强件1周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕，相较于将光纤单元直接螺旋缠绕在中心加强件表面，减少了中心加强件与护层之间的间隙，降低了间隙内空气对声波的阻力，提高声波信号探测的灵敏度。

在其它一些实施例中，为了缩小传感光缆的外径，可以设计所述光纤单元层外由内向外依次设置有第一绕包带和第一外护层，所述第一外护层中设置增强元件。具体参照实施例1中的描述。

此外，在其它一些实施例中将光纤单元8设计为扁平带状，并且光纤在所述光纤单元8的扁平带状内呈连续的正弦分布。螺旋凹槽14的宽度和深度大小和光纤单元8的大小相适应并保证紧凑。如果是扁平带状的光纤单元8时，光纤单元8直径等效为其横截面外接圆的直径。带状的光纤单元8能更好的贴合在中心加强元件表面，减少间隙，提高检测信号的灵敏度，同时光纤在树脂内连续的正弦分布，更进一步的提高单位光缆长度内的光纤长度，拓宽可探测的范围，提高探测灵敏度。

以上对本申请实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims

1.一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述传感光缆包括：中心加强件、围绕所述中心加强件周向设置的内铠装层、内铠装层之外的光纤单元层；所述中心加强件为弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料；所述光纤单元层包括至少1根光纤单元绕所述内铠装层周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕；所述中心加强件和所述内铠装层的组合直径不小于15倍的光纤单元直径；所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段；

每个所述重复段内光纤单元的缠绕节距变化满足：Mn=M1+（n-1）d或Mn=M1*q^n-1，其中n>1，n是每个所述重复段内节距变化的次数，d为相邻两个变化节距的节距差值，d>0，q为相邻两个变化节距的节距比值，q＞0，M1为所述重复段内第1缠绕节距，Mn为重复段内第n缠绕节距；或每个所述重复段内光纤单元的缠绕圈数变化满足：Nn= N1+（n-1）Δn或Nn= N1*p^n-1，Δn为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的差值，Δn>0, p为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的比值，p＞0，N1为所述重复段内第1段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数，Nn为所述重复段内第n段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数。

2.根据权利要求1中所述的一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述传感光缆还包括所述光纤单元层外由内至外依次包覆设置的第一绕包带和第一外护层，所述第一外护层中设置增强元件。

3.根据权利要求1中所述的一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述光纤单元层内还包括填充单元，所述光纤单元和所述填充单元绕周向均匀分布，所述光纤单元层中所述光纤单元和所述填充单元螺旋绞合。

4.根据权利要求1中所述的一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述传感光缆还包括所述光纤单元层外由内向外依次包覆设置的第一绕包带和第一外护层、外铠装层、第二绕包带、第二外护层。

5.根据权利要求1-4中任一项中所述的一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述光纤单元呈扁平带状，所述光纤单元中光纤的数量至少有一根，并且所述光纤在所述光纤单元的扁平带状内呈连续的正弦分布。

6.一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述传感光缆包括中心加强件，所述中心加强件为弹性体或内嵌套金属或非金属元件的热塑性弹性材料，所述中心加强件表面分布着连续的螺旋凹槽，光纤单元填充在所述螺旋凹槽内绕所述中心加强件周向以变化缠绕节距连续螺旋缠绕，所述中心加强件的直径不小于15倍的光纤单元直径；

所述传感光缆包括多个等长且连续的重复段，每个所述重复段内光纤单元的缠绕节距变化满足：Mn=M1+（n-1）d或Mn=M1*q^n-1，其中n>1，n是每个所述重复段内节距变化的次数，d为相邻两个变化节距的节距差值，d>0，q为相邻两个变化节距的节距比值，q＞0，M1为所述重复段内第1缠绕节距，Mn为重复段内第n缠绕节距；或每个所述重复段内光纤单元的缠绕圈数变化满足：Nn= N1+（n-1）Δn或Nn= N1*p^n-1，Δn为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的差值，Δn>0, p为所述重复段内相邻两段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数的比值，p＞0，N1为所述重复段内第1段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数，Nn为所述重复段内第n段等长的传感光缆的光纤单元缠绕圈数。

7.根据权利要求6中所述的一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述传感光缆还包括由内向外依次包覆设置的第一绕包带和第一外护层，所述第一绕包带包覆在所述中心加强件和所述光纤单元外，所述第一外护层包覆在所述第一绕包带外，所述第一外护层中设置增强元件。

8.根据权利要求6中所述的一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述传感光缆还包括由内向外依次包覆设置的第一绕包带、第一外护层、外铠装层、第二绕包带、第二外护层，所述第一绕包带包覆在所述中心加强件和所述光纤单元外。

9.根据权利要求6-8中任一项中所述的一种变化缠绕节距传感光缆，其特征在于，所述光纤单元呈扁平带状，所述光纤单元中光纤的数量至少有一根，并且所述光纤在所述光纤单元的扁平带状内呈连续的正弦分布。