CN1737629A - 分布式光纤传感器的成缆结构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分布式光纤传感器的成缆结构，它是由传感光缆、传输参考光缆构成的截面为8字型光缆，小半径的传感光缆和大半径的传输参考光缆，连接在一起，共同构成分布式传感光纤光缆，构成可为分散式、并列式、紧凑式或内嵌式结构，传输参考光缆其构成方式可以是层绞式结构、骨架式结构或中心束管式结构，传感光缆的构成为骨架式结构或中心束管式结构，这样的结构设计，既不影响通信系统传输，又可做为传感器的参考光纤，使参考光纤尽量减弱外界空间物理场对其的影响，起到参考光纤的作用，使传感光纤处于外界空间物理场调制的灵敏状态，起到传感光纤的作用。

Description

分布式光纤传感器的成缆结构

技术领域

本发明涉及一种分布式光纤传感器的成缆结构。

背景技术

分布式光纤传感器因其可测量径向空间物理场的振动、压力、应力、温度、辐射等量，引起人们的极大关注。依照空间物理场的振动、压力、温度、辐射等等物理量对光纤的所传送的光的强度、相位、偏振态、频率进行调制的原理提出了大量分布式光纤传感的模型。

同时，提出对空间物理场的振动、压力、应力、温度、辐射等等物理量对光纤的所传送的光的强度、相位、偏振态、频率进行调制的分布点进行定位的方法：主要有各种光时域法，差频法、时延法、不平衡的干涉法等。上述分布式光纤传感器(系统)的两个方面即提高传感灵敏度和准确定位的研究存在着内在的矛盾。解决这个矛盾的方法提出了引进参考光纤作为标准信号和将传感光纤按物理量不同，增加敏感涂层形成传感信号，便于比较和进行信号分析，很明显存在不易工程化和商品化的问题。

发明内容

本发明的目的就是按现有的光纤成缆设备和工艺流程，光纤成缆内的加强元件和光纤成缆内护层不做较大改变的原则，改变分布式光纤传感器(系统)的成缆结构，解决分布式光纤传感器(系统)的工程化和商品化的问题。

本发明的方案是这样实现的：它是由传感光缆、传输参考光缆构成的截面为8字型光缆，小半径的传感光缆，大半径的传输参考光缆，连接在一起，共同构成分布式传感光纤光缆，构成可为分散式、并列式、紧凑式或内嵌式结构；

对于传输参考光缆，其构成方式可以是层绞式结构、骨架式结构或中心束管式结构，层绞式结构是由一根加强构件位于光缆中心，光纤束呈梅花形位于光纤松套内，光纤松套紧密位于加强构件的周围，外套光缆护套管；骨架式结构是由一根加强构件位于光缆中心，光纤束数呈不等量松散状位于光纤松套内，光纤松套位于加强构件的周围紧靠光缆护套管处，外套光缆护套管；中心束管式结构是由一根光纤松套位于光缆中心，光纤松套内的光纤束呈梅花形位于光纤松套内，加强构件紧密位于光纤松套的周围，外套光缆护套管；为使光缆外观圆整，光纤之间、光纤松套之间、光纤松套和加强构件之间可用填充绳、填充复合物填补空位，光缆护套管内可用包带及扎纱将光缆芯包扎紧，包带材料应是强度足够的聚酯带、聚酯无纺布带、吸水膨胀带或其它合适的带材，包带层可以纵包也可以绕包，纵包层外允许再有扎纱；光缆常用护套有铝-聚乙烯粘结护套、钢-聚乙烯粘结护套、聚乙烯护套和钢丝铠装等护套，在深水中宜用金属密封护套；可用外护套套在光缆护套管外，外护套用黑色聚乙烯或聚乙烯烃共聚物或半硬聚氯乙烯材料。传输参考光缆内的光纤可做为传感器的参考光纤，也可做为传输网的传输光纤用。这样的结构设计，即不影响通信系统传输又可做为本传感器的参考光纤，使参考光纤尽量减弱外界空间物理场对其的影响，起到参考光纤的作用。

对于传感光缆，其构成为骨架式结构或中心束管式结构。

骨架式结构有一光缆支架，加强构件位于光缆支架中心，光纤松套管位于光缆支架边缘，传感光纤束位于光纤松套管中，外套护套；中心束管式结构是松套管位于光缆中心，内置传感光纤束，外套护套；管内可填充混合物、撕裂绳以及包带及扎纱将光缆芯包扎紧。其构成材料同[100]。这样的结构设计，使传感光纤处于外界空间物理场的调制的灵敏状态，起到传感光纤的作用。

由于光缆为8字型相连，其强度由于金属及非金属护套和中心加强件的作用，可采取直埋方式施工，同时保持普通光缆强度。紧骨架结构设计，不仅提高灵敏度，感知外界空间物理场的变化，而且是为了起到接头防进水的作用。

对于内8字型光缆的组成结构，层绞式光缆中可以将一个束管及其以内的所有结构，替换成传感光缆中心束管式结构以内的传感结构；骨架式结构可以将1个光缆槽替换成中心束管式结构中传感光缆骨架式结构；中心束管式结构可以将加强构件替换成传感光缆的骨架式结构或中心束管式结构。

对于传感和参考光纤的选用，按实际测量量的要求(灵敏度和定位精度)，本发明可提供普通单模光纤，多模光纤，单模光纤和多模光纤混用，各类特种光纤，如保偏光纤、高双折射光纤和纯单模光纤、光栅光纤等的成缆实际应用的工程化结构系统。

依照空间物理场的振动、压力、温度、辐射等物理量对光纤的所传送的光的强度、相位、偏振态、频率进行调制的原理提出了大量分布式光纤传感的模型。同时，提出对空间物理场的振动、压力、温度、辐射等等物理量对光纤的所传送的光的强度、相位、偏振态、频率进行调制的分布点进行定位的方法：主要有各种光时域法，差频法、时延法、不平衡的干涉法等。上述分布式光纤传感器(系统)的两个方面即提高传感灵敏度和准确定位的研究存在着内在的矛盾。解决这个矛盾的方法提出了引进参考光纤作为标准信号和将传感光纤按物理量不同增加敏感涂层形成传感信号，便于比较和进行信号分析，很明显存在不易工程化和商品化的问题。本实用新型的分布式传感光缆的工程化结构系统的设计就是解决了分布式光纤传感器(系统)的工程化和商品化的技术问题。本发明的分布式传感光缆的工程化结构系统的设计就是解决了分布式光纤传感器(系统)的工程化和商品化的技术问题。

这样的结构设计，即不影响通信系统传输又可做为传感器的参考光纤，使参考光纤尽量减弱外界空间物理场对其的影响，起到参考光纤的作用。

这样的结构设计，使传感光纤处于外界空间物理场的调制的灵敏状态，起到传感光纤的作用。

附图说明

图1类8字形光缆分散型截面结构示意图。

图2类8字形光缆并列型截面结构示意图。

图3类8字形光缆紧凑型截面结构示意图。

图4内8字形光缆截面结构示意图。

图5传输参考光缆层绞式结构截面示意图。

图6传输参考光缆骨架式结构截面示意图。

图7传输参考光缆中心束管式结构截面示意图。

图8传感光缆光缆骨架式结构截面示意图。

图9传感光缆中心束管式结构截面示意图。

具体实施方式

下面根据附图对本发明所述的分布式光纤传感器的成缆结构进行详细的叙述。

类8字型光缆[300]是由小半径传感光缆[200]，大半径传输参考光缆[100]构成，大半径传输参考缆[100]和小半径传感缆[200]一次工艺相连，共同构成分布式传感光纤光缆[300]，分布式传感光纤光缆[300]的构成可为分散式(图1)、并列式(图2)、紧凑式(图3)或内嵌式(图4)。

对于传输参考光缆[100]，其构成方式可以是层绞式结构(图5)，也可以是骨架式结构(图6)，还可以是中心束管式结构(图7)，其构成形式如图所示。

其中加强构件[101]位于传输参考光缆[100]的中心，加强构件可以是金属的也可以是非金属的依光缆型式而定，外衬垫层[102]，松套管[106]位于加强构件[101]的周围紧密或松散结合，用填充绳[103]、填充复合物，[107]、撕裂绳[110]填补空位，使外观圆整，也可做成松套管[106]位于传输参考光缆[100]的中心，加强构件[101]位于松套管[106]的周围；光纤束[104]呈梅花状被套在松套管[106]内，填充复合物[105]填充管内空间；用包带及扎纱[108]将光缆包扎紧，包带材料是强度足够的聚酯带、聚酯无纺布带、吸水膨胀带或其它合适的带材，包带层可以纵包也可以绕包，纵包层外允许再有扎纱；护套层[109]套在包带层外，光缆常用护套有铝-聚乙烯粘结护套、钢-聚乙烯粘结护套、聚乙烯护套和钢丝铠装等护套，在深水中宜用金属密封护套；有可能在护套层[109]外再套一层外护套[111]，外护套用黑色聚乙烯或聚乙烯烃共聚物或半硬聚氯乙烯材料。传输参考光缆[100]内的光纤可做为传感器的参考光纤，也可做为传输网的传输光纤用。

对于[200]，其构成为骨架式或中心束管式见图(8)和图(9)。其中，加强构件[201]位于传输光缆的中心，由光缆支架[202]固定，松套管[207]固定在光缆支架[202]的边缘，包带及扎纱[203]包扎在其外，外护套[204]套在包带外，传感光纤[205]被套在松套管[207]内，管内用填充混合物[206]，撕裂绳[208]填充，或者传输光缆的中心仅为带有传感光纤的松套管[207]结构，其构成材料同传输参考光缆[100]。

由于光缆为8字型相连，其强度由于金属及非金属护套[109]和中心加强件[101]的作用，可采取直埋方式施工方式，同时保持普通光缆强度。紧骨架结构设计，不仅提高灵敏度感知外界空间物理场的变化，而且是为了起到接头防进水的作用。

对于图(4)，内8字型光缆的组成结构，层绞式光缆中可以将一个束管[106]及其以内的所有结构，替换成图9中[203]以内的传感结构；骨架式结构(图2)可以将1个光缆槽替换成图9中传感光缆骨架式结构；中心束管式结构(图5)可以将[101]替换成图8或图9结构。

对于传感和参考光纤的选用，按实际测量量的要求(灵敏度和定位精度)，本发明可提供普通单模光纤，多模光纤，单模光纤和多模光纤混用，各类特种光纤，如保偏光纤、高双折射光纤和纯单模光纤、光栅光纤等的成缆实际应用的工程化结构系统。

Claims (8)

1、一种分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：它是由传感光缆、传输参考光缆构成的截面为8字型光缆，小半径的传感光缆和大半径的传输参考光缆，连接在一起，共同构成分布式传感光纤光缆，构成可为分散式、并列式、紧凑式或内嵌式结构。

2、根据权利要求1所述的分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：大半径的传输参考光缆其构成方式可以是层绞式结构、骨架式结构或中心束管式结构。

3、根据权利要求2所述的分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：传输参考光缆的层绞式结构是由一根加强构件位于光缆中心，光纤束呈梅花形位于光纤松套内，光纤松套紧密位于加强构件的周围，外套光缆护套管。

4、根据权利要求2所述的分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：传输参考光缆的骨架式结构是由一根加强构件位于光缆中心，光纤束数呈不等量松散状位于光纤松套内，光纤松套位于加强构件的周围紧靠光缆护套管处，外套光缆护套管。

5、根据权利要求2所述的分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：传输参考光缆的中心束管式结构是由一根光纤松套位于光缆中心，光纤松套内的光纤束呈梅花形位于光纤松套内，加强构件紧密位于光纤松套的周围，外套光缆护套管。

6、根据权利要求1所述的分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：传感光缆的构成为骨架式结构或中心束管式结构。

7、根据权利要求6所述的分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：传感光缆的骨架式结构有一光缆支架，加强构件位于光缆支架中心，光纤松套管位于光缆支架边缘，传感光纤束位于光纤松套管中，外套护套。

8、根据权利要求6所述的分布式光纤传感器的成缆结构，其特征在于：传感光缆的中心束管式结构是松套管位于光缆中心，内置传感光纤束，外套护套。

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