CN202720369U

CN202720369U - 一种沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆

Info

Publication number: CN202720369U
Application number: CN201220335164.6U
Authority: CN
Inventors: 郑欢; 葛辉良; 曹云龙; 桑卫兵; 冯亚非
Original assignee: 715th Research Institute of CSIC
Current assignee: 715th Research Institute of CSIC
Priority date: 2012-07-11
Filing date: 2012-07-11
Publication date: 2013-02-06
Anticipated expiration: 2022-07-11

Abstract

本实用新型涉及一种沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆，包括至少一根用于测量应变的应变光纤、至少一根用于测量温度的温度光纤、用于对温度光纤隔离应变的应变隔离护套、用于减小温度光纤和应变隔离护套摩擦的填充物、用于防水防腐蚀的光缆防护层、用于和被测结构粘接的粘接层，所述的应变光纤与温度光纤分布于光缆保护层上，该光缆保护层的外围上设有一层粘接层，且该光缆保护层的两端设有用于增加光缆强度的第一加强件和第二加强件；在该温度光纤和应变隔离护套间加入填充物。本实用新型有益的效果：解决温度和应变同时、分布式测量，光缆与被测结构表面的粘接工艺，光缆强度增强，光缆的易实施和工程防护的问题。

Description

一种沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆

技术领域

本实用新型涉及光缆领域，主要是一种沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆，能粘接在物体表面作为传感器使用。

背景技术

近年来，基于布里渊散射的分布式光纤传感技术（BOTDA）得到广泛的应用。当超过布里渊功率阈值的激光脉冲打入光纤中，激光脉冲的能量将从高频向低频发生迁移，频率偏移量f满足下式给出：

f=2nv/λ

其中n为光纤的折射率，v为光纤中的声速，λ为激光脉冲的波长。

由于声速v与光纤的应变和温度有关，故可以将光纤做成光缆与被测物粘接，利用光纤中的布里渊频移量间接测量被测物所受的形变和温度。因此能够实现应变或温度测量的传感光缆是基于布里散射的分布式光纤传感器的一项核心组件。

目前国外对于应变或温度传感光缆进行了大量的研究工作。如日本Neubrex公司就设计实现了FN-SIL-1型光缆，该光缆适用于对混凝土的内应变进行监测，但无法对物体表面的应变进行有效监测。虽然该公司也有适用于表面应变测量的FN-SSL-3系列，但其采用的是两根相同的带状光纤，只能测试应变信息，无法给出温度特性，而且它采用泡沫粘合材料进行粘接，不利于恶劣环境和长时间监测。

国内在此方面也有相关的研究，部分实用新型也形成了专利，但都存在不同的缺陷和不足。如实用新型201020686743.6公开了一种温度应变感测光缆，其技术方案是在护套底部附着胶黏层以解决光缆与被测结构的粘接工艺问题。该技术方案没有解决光缆的工程防护，以及光缆除胶黏层以外部分与被测结构的粘接工艺问题。实用新型201020650002.2公开了一种铠装保护的全紧结构分布式应变传感光缆，其技术方案是对于紧套光纤进行铠装，以增强光缆强度。该技术方案无法对温度和应变量同时测量。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆，以解决温度和应变同时、分布式测量，光缆与被测结构表面的粘接工艺，光缆强度增强，光缆的易实施和工程防护的问题。

本实用新型的目的是通过如下技术方案来完成的，它包括至少一根用于测量应变的应变光纤、至少一根用于测量温度的温度光纤、用于对温度光纤隔离应变的应变隔离护套、用于减小温度光纤和应变隔离护套摩擦的填充物、用于防水防腐蚀的光缆防护层、用于和被测结构粘接的粘接层，所述的应变光纤与温度光纤分布于光缆保护层上，该光缆保护层的外围上设有一层粘接层，且该光缆保护层的两端设有用于增加光缆强度的第一加强件和第二加强件；在该温度光纤和应变隔离护套间加入填充物。

作为优选，所述的应变光纤和温度光纤是同种、单模光纤。

作为优选，所述的应变隔离护套是金属圆管。

作为优选，所述的粘接层采用环氧树脂和硅硐结构粘接胶材料制成。

本实用新型的有益效果为：1、通过引入应变光纤和温度光纤，解决了物体表面每个位置点的温度和应变信息同时测量的问题；2、通过粘接层，解决了光缆与被测结构表面的粘接工艺问题；3、通过引入加强件，解决了光缆的抗拉、抗压强度问题；4、采用扁平双芯室内皮线光缆结构，既方便于在被测物表面贴装，也利于工程成缆实现；5、通过引入应变隔离护套，解决了光缆水密、油密、耐酸碱、抗老化、无烟阻燃等工程防护问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图。

附图中的标号分别为：1、应变光纤；21、温度光纤；22、填充物；23、应变隔离护套；3、光缆防护层；4、粘接层；51、第一加强件；52、第二加强件。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型做详细的介绍：如附图1所示，本实用新型包括至少一根用于测量应变的应变光纤1、至少一根用于测量温度的温度光纤21、用于对温度光纤隔离应变的应变隔离护套23、用于减小温度光纤21和应变隔离护套23摩擦的填充物22、用于防水防腐蚀的光缆防护层3、用于和被测结构粘接的粘接层4，其特征在于：所述的应变光纤1与温度光纤21分布于光缆保护层3上，该光缆保护层3的外围上设有一层粘接层4，且该光缆保护层3的两端设有用于增加光缆强度的第一加强件51和第二加强件52；在该温度光纤21和应变隔离护套23间加入填充物22。填充物22采用芳纶纱，用于光缆的抗拉伸防护，并减小温度光纤21和应变隔离护套23之间的摩擦力，进一步隔离应变对于温度光纤21的影响。

所述的应变光纤1和温度光纤21是同种、单模光纤；光缆保护层3采用低烟无卤材料，用于水密、油密、绝缘、老化特性的工程防护；粘接层4采用环氧树脂和硅硐结构粘接胶材料，用于光缆与物体表面的粘接；应变隔离护套23采用直径1.6mm的不锈钢管，用于隔离应变对于温度光纤21的影响。

其中应变光纤1可以多于一根，可采用直径0.9mm的G657A1型抗弯曲裸光纤，用于检测多路大范围物体表面的应变信息，也可作为施工防护的备用光纤；

温度光纤21可采用直径0.6mm的G657A1型抗弯曲裸光纤，用于检测多路大范围物体表面的温度信息，也可作为施工防护的备用温度光纤；温度光纤21与应变光纤1应保证是同一型号光纤。

该技术方案的理论依据和工作原理如下：

为解决应变和温度的同时、分布式测量，引入应变光纤1和温度光纤21，其中温度光纤21不受应变影响。被测结构的应变和温度被光缆感知，当泵浦光和探测光输入到光缆中，且探测光频率落在泵浦光的布里渊增益谱范围内时，根据光纤中的受激布里渊散射原理，光缆内的探测光将得到放大。探测光扫描布里渊增益谱，即可得到光缆中每个位置点处的布里渊频谱分布。布里渊频谱峰值频移f与光缆所受应变ε和温度T满足下列关系：

f=aε+bT

其中，a，b分别为该光缆的频移应变系数和频移温度系数。

故应变纤引起的频移f1满足：

f1=aε+bT

由于温度光纤21不受应变影响，故温度纤引起的布里渊频移f2只与光缆的温度有关，具体为：

f2=bT

由f1和f2可推出，光缆（被测物）所受应变ε和温度T为：

ε=(f1-f2)/a

T=f2/b

其中，光缆的频移应变系数和频移温度系数可以通过实验进行标定，温度光纤21和应变光纤1的频移量可以由实验测得，且由于光缆的应变和温度信息与被测物的应变和温度信息相对应，故被测物表面每个位置点的应变和温度信息即可同时得到。

为解决光缆与被测结构表面的粘接工艺问题，在光缆保护层3的外围加上一层粘接层4。粘接层4可选用聚乙烯、聚丙烯等极性材料，由于极性材料的表面张力较大，水对其接触角大于120度，故采用工业用环氧树脂对极性材料和被测结构进行粘接时，粘接强度较大，易于光缆和被测结构的复合；

为解决光缆的抗拉和抗压问题，引入第一加强件51和第二加强件52。为了增强温度光纤21的抗拉特性，在温度光纤21和应变隔离护套23间加入抗拉填充物22，如芳纶纱等；

本光缆采用扁平双芯室内皮线光缆结构，可以采用成缆工艺上常用的挤压式成缆方法实现，工程上具有可实施性；

为解决光缆的工程防护问题，在粘接层4和光纤之间加入光缆防护层3。光缆防护层3可以采用采用无卤阻燃材料，由于该材料具有优良的水密、油密、耐酸碱、抗老化、无烟阻燃等性能，有利于光缆的工程防护。

本实用新型不局限于上述实施方式，不论在其形状或材料构成上作任何变化，凡是采用本实用新型所提供的结构设计，都是本实用新型的一种变形，均应认为在本实用新型保护范围之内。

Claims

1.一种沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆，其特征在于：包括至少一根用于测量应变的应变光纤（1）、至少一根用于测量温度的温度光纤（21）、用于对温度光纤隔离应变的应变隔离护套（23）、用于减小温度光纤（21）和应变隔离护套（23）摩擦的填充物（22）、用于防水防腐蚀的光缆防护层（3）、用于和被测结构粘接的粘接层（4），所述的应变光纤（1）与温度光纤（21）分布于光缆保护层（3）上，该光缆保护层（3）的外围上设有一层粘接层（4），且该光缆保护层（3）的两端设有用于增加光缆强度的第一加强件（51）和第二加强件（52）；在该温度光纤（21）和应变隔离护套（23）间加入填充物（22）。

2.根据权利要求1所述的沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆，其特征在于：所述的应变光纤（1）和温度光纤（21）是同种、单模光纤。

3.根据权利要求1所述的沿物体表面敷设的分布式应变和温度监测光缆，其特征在于：所述的应变隔离护套（23）是金属圆管。