CN201173985Y - 用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆 - Google Patents

用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆 Download PDF

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吴海生
张悦
何愿
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一种用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆，包括温敏光纤、金属软管式承力保护套、包覆所述金属软管式承力保护套的高导热高分子复合材料光缆外护套层，所述温敏光纤设于所述金属软管式承力保护套内。其中，所述金属软管式承力保护套为不锈且耐腐蚀的金属材料制成的缠绕包裹结构。本实用新型由于采用了高导热的金属软管式承力保护套和具有高导热系数特点的高导热高分子复合材料光缆外护套层，使得用于探测温度的特种结构温敏传感光缆的温度灵敏度以及温度探测传感器的反应时间性能都得到极大的提高。极大地降低了对温度探测器主机的光电元器件性能要求和温度探测主机的成本。同时也具备了抗拉、抗砸、抗扭、防鼠咬等工程应用实用特性。

Description

用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆
技术领域
本实用新型属于温度探测与火灾报警技术领域，特别涉及一种基于光纤波导拉曼散射原理，用于探测温度的温敏传感光纤缆。
背景技术
火灾防范是城市安全防范和企业安全生产中十分关注的焦点。火灾发生的重要条件之一，就是易燃易爆物体的温度达到了燃烧点温度。因此，对长距离区域温度的精确监控是防范火灾的重要手段。电缆过热故障可引起严重损失的火灾。煤矿井下温度监控是控制瓦斯爆炸的关键之一。火灾也是公路隧道、越江隧道以及地铁隧道等狭长区域所面临的高度危险之一。
同时一些生产工艺流程和生活中，需要长距离、高精度、定位测温。如：石油钻探、石化生产、烟草与胶片生产流水线、各类管道输送测温与检漏、地下空间、货物存储、水库大坝等场合温度监控，都需要一种能够长距离分布式探测温度的传感器。
由于光纤具有径细、质软、重量轻的机械性能；绝缘、无感应的电气性能；耐水、耐高温、耐腐蚀的化学性能等，它能够在人达不到的地方(如高温区)，或者对人有害的地区(如核辐射区)，起到人的耳目的作用，而且还能超越人的生理界限，接收人的感官所感受不到的外界信息。而且其本身的传光特性，可实现“传”、“感”一体化。这其中就包括了应用极广的光纤缆式温度传感器。
图1是用于温度测量与火灾报警的光纤缆式传感器原理图。其中激光二极管(LaserDiode，LD)发出的激光在光纤中传输过程中，由于光纤局部受热，发生拉曼散射，回传至光电二极管(photo diode，PD)。根据该原理，测量温度的光纤缆作为温度检测探头，连接集成应用了光纤波导、光纤通信、激光雷达、微弱信号处理电路、计算机数据分析等高科技的综合技术的探测器，对需要进行温度检测与火灾报警的大面积区域、管道、隧道、巷道、仓库，进行几公里～几十公里的长距离的线状和网状敷设，组成温度测量网络系统。用于目前电子温感探头和电缆式火灾检测方法都“无能为力”的场合。就能够随时、准确地知道特种光纤缆所敷设区域上的任何位置的温度变化，并进行定点、定温的监控和火灾报警。
其中，用于长距离探测温度，并传输温度信息的特种结构温度探测光缆是光缆式温度传感器的重要组成部分。
但是，目前国内外用于探测温度的感温光纤缆，均利用现有的通信用光缆制作技术制作，包括用现有的通信用室内软光缆结构制作感温光缆；或采用光纤复合地线(Optical GroundWire，OPGW)光缆金属管式结构制作感温光缆。
由于上述用于通信的光缆的结构设计与材料选用，目的均是要减弱外界温度对光纤缆信息传输的影响。因此，其材料的选用与结构设计均是为了要避免和减缓热传导效应。所以，采用此种材料和结构的光缆制作的感温光缆，其温度敏感性和反应速度必然是不理想的。这对于消防火灾报警和工业流程控制中，反应时间达到毫秒级/公里的要求，显然是难以满足要求的。势必会极大地衰弱温度探测传感光纤缆所探测到的温度信号，从而会极大地提高对探测器主机中激光收发器的功率与灵敏度、微弱信号处理电路等器件和电路设计的成本和难度。
实用新型内容
本实用新型的目的在于，提供一种基于光纤波导原理，具有高敏感特点的，用于探测温度的温敏传感光缆。
一种用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆，包括温敏光纤、金属软管式承力保护套、包覆所述金属软管式承力保护套的高导热高分子复合材料光缆外护套层，所述温敏光纤设于所述金属软管式承力保护套内。
其中，所述金属软管式承力保护套为不锈且耐腐蚀的金属材料制成的缠绕包裹结构。
其中，为保证导热效果，所述高导热高分子复合材料光缆外护套层的导热系数应该尽可能选择导热系数大的材料，本实用新型中选择的材料的导热系数介于0.5～2W/m·K。
本实用新型由于采用了高导热的金属软管式承力保护套和具有高导热系数特点的高导热高分子复合材料光缆外护套层，使得用于探测温度的特种结构温敏传感光缆的温度灵敏度以及温度探测传感器的反应时间性能都得到极大的提高。极大地降低了对温度探测器主机的光电元器件性能要求和温度探测主机的成本。同时也具备了抗拉、抗砸、抗扭、防鼠咬等工程应用实用特性。
附图说明
图1是用于温度测量与火灾报警的光纤缆式传感器原理图；
图2是本实用新型用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆的结构示意图。
具体实施方式
如图2所示，一种用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆，包括温敏光纤1、金属软管式承力保护套2、包覆所述金属软管式承力保护套2的高导热高分子复合材料光缆外护套层3，所述温敏光纤1设于所述金属软管式承力保护套2内。
其中，所述金属软管式承力保护套2为不锈且耐腐蚀的金属材料制成的缠绕包裹结构。
其中，所述高导热高分子复合材料光缆外护套层3的导热系数介于0.5～2W/m·K。例如可采用美国LNP公司合成的高导热高分子复合材料，它是由聚烯烃PP为基础材料，陶瓷无机材料纳米导热助剂和改善材料力学特性的PS高分子聚合物混炼而成的。其具有比普通光缆护套料高5倍以上的导热特性，并有绝缘特性。
本实用新型工作过程如下：
将用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆连接在温度探测器主机上，并沿需要探测温度的区域进行敷设后。由于高导热高分子复合材料光缆外护套层3和金属软管式承力保护套2具有的高导热性，比普通光缆更快地将周围环境温度传导到温敏光纤1上。因此，在温度探测主机的激光雷达波照射下，在光纤波导中比普通单(多)模光纤更快地形成了拉曼散射波，从而使温度探测主机的激光雷达波接收器能够轻而易举地接收到被光纤波导温敏传感光缆探测到的周围环境温度调制过的拉曼散射波信号。因此，使用了本实用新型发明的具有特种材料和结构的光纤波导温敏传感光缆后，对温度探测主机的激光收发模块、微弱信号处理电路等光电元器件的性能指标要求，将显著降低，从而降低产品成本。
本实用新型具有高敏感的优势和特点。可广泛应用于城市安全防范和企业安全生产中的火灾报警以及生产工艺流程和生活中温度控制中。

Claims (3)

1、一种用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆，其特征在于：所述用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆包括温敏光纤、金属软管式承力保护套、包覆所述金属软管式承力保护套的高导热高分子复合材料光缆外护套层，所述温敏光纤设于所述金属软管式承力保护套内。
2、根据权利要求1所述的用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆，其特征在于：所述金属软管式承力保护套为不锈且耐腐蚀的金属材料制成的缠绕包裹结构。
3、根据权利要求1所述的用于探测温度的高敏感光纤波导传感缆，其特征在于：所述高导热高分子复合材料光缆外护套层的材料的导热系数介于0.5～2W/m·K。
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