CN208861010U - 一种骨架式光纤光栅感温光缆 - Google Patents

Abstract

一种骨架式光纤光栅感温光缆，包括中心加强件，中心加强件外包覆有带凹槽的骨架，所述凹槽为多个，凹槽内设有特种光纤光栅阵列，所述骨架外包覆有包带层，所述包带层最外层包覆有外包层。所述特种光纤光栅阵列上刻有若干全同或波分复用的光纤光栅阵列，阵列的涂覆层为改性的聚丙烯酸酯或透紫外涂覆层。本实用新型一种骨架式光纤光栅感温光缆，该光缆温度传感精度达到0.01℃，在0℃~80℃范围内，线性度良好，且光缆结构简单，易于批量生产。

Description

一种骨架式光纤光栅感温光缆

技术领域

本实用新型涉及一种光纤光栅感温光缆，具体涉及一种骨架式光纤光栅感温光缆。

背景技术

随着光纤光栅串以及弱光栅阵列的普及，光纤光栅传感器应用于分布式测温场合越来越多。在诸多温度监测场合，要求温度传感器具有很高的精度和响应速度要求，同时能识别光栅的具体位置。光纤光栅温度传感器是一种无源传感装置，具有不产生自热、抗电磁干扰、高灵敏度、轻质柔性、多参量复合传感、大空间分布式测量等显著优点，在上述传感领域具有广泛的应用前景。但光纤光栅传感器对温度和应变都非常敏感，在应变作用下，其温度特性会呈现出明显的非线性。当光栅阵列成缆或弯曲时都会产生局部微应变，严重影响传感器的绝对精度。此外，光纤本身是一种多层的结构，纤芯为轻掺杂的SiO2，包层为SiO2，两者的热膨胀系数相近。为了提高光纤的机械性能，传统光纤多在直径125um包层上两次涂覆聚丙烯酸酯，形成直径250um光纤，由于两次涂覆的聚丙烯酸酯热膨胀系数与SiO2膨胀系数均不同，且聚丙烯酸酯在温度升高时会出现明显的玻璃化转变，影响光纤光栅传感器感温的线性度，进而影响测量精度。已有的大量研究往往只考虑温度和应变的交叉问题，很少关注涂覆层的影响，对光纤光栅阵列的封装也涉及也不多。中国专利“一种准分布式光纤光栅温度传感器的封装结构及方法”(专利号：ZL：201010185984.7)提出采用三次金属包覆的封装结构，制作工艺复杂，多层包覆后热膨胀系数不一致，极易导致温度传感的非线性。因此，传统的光纤光栅温度传感器一般测量精度只有0.5℃，线性度不佳，需要分段修正温度系数来改善测量精度，很难适用于高精度测量场合。与此同时，传统光纤光栅成缆时多采用非金属材料制作保护层，非金属材料的导热性能普遍较低，会降低光缆的响应速度，影响光缆的温度传感性能。

发明内容

针对现有光纤光栅感温光缆温度精度低、线性度不佳、响应度速度慢的问题。本实用新型提出了一种骨架式光纤光栅感温光缆，通过匹配设计光纤光栅阵列的涂覆层来改善传感器阵列的线性度，同时将光栅阵列分段固定在骨架槽内，消除了成缆时应力的交叉影响。该光缆温度传感精度达到0.01℃，在0℃～80℃范围内，线性度良好，且光缆结构简单，易于批量生产。在高精度、有快速响应要求的温度传感场合具有重要的应用价值。

本实用新型采取的技术方案为：

一种骨架式光纤光栅感温光缆，包括中心加强件，中心加强件外包覆有带凹槽的骨架，所述凹槽为多个，凹槽内设有特种光纤光栅阵列，所述骨架外包覆有包带层，所述包带层最外层包覆有外包层。

所述特种光纤光栅阵列上刻有若干全同或波分复用的光纤光栅，阵列的涂覆层为改性的聚丙烯酸酯或透紫外涂覆层。

所述特种光纤光栅阵列预留冗余后，用UV胶固定在凹槽底部，冗余量约为5％，冗余部分均匀分布，处于自由状态且不露出到凹槽外。

所述固定点采用UV胶粘接、紫外线固化，固定点直径小于1mm，且两点之间的间距为20mm。

所述骨架的凹槽中定点固化磁性胶。

所述包带层为铝带或钢带。

所述外包层为金属丝编制层。

本实用新型一种骨架式光纤光栅感温光缆，具有以下有益效果：

1)、温度精度高：

通过匹配设计光纤光栅阵列的涂覆层来改善传感器阵列的线性度，同时控制光纤光栅产生长度冗余固定，消除了成缆时应力的交叉影响，温度传感精度达到0.01℃，在0℃～80℃范围内，线性度良好。

2)、响应速度快，光栅位置标记方便：

热传导通过金属编织层和金属包带的速度快，温升能快速作用在传感光栅上，温度响应速度快；在空闲的骨架槽内点注磁性胶，方便成缆后采用磁性探测仪非接触定位光栅的位置，便于工程中定点铺设。

3)、光缆结构简单，制备容易，性价比高：

以既有光缆骨架作为载体，将光纤光栅阵列固定在骨架槽内，消除光纤光栅阵列在成缆时应力的影响，结构简单，可以沿用现有光缆的生产工艺，成本低廉，性价比高。

附图说明

图1为本实用新型光纤光栅感温光缆的截面示意图。

图2为本实用新型光纤光栅感温光缆的结构示意图。

图3为本实用新型的特种光纤光栅阵列结构示意图。

具体实施方式

如图1～图3所示，一种骨架式光纤光栅感温光缆，包括中心加强件1，中心加强件1外包覆有带凹槽2的骨架4，所述凹槽2为多个，凹槽2内设有特种光纤光栅阵列3，所述骨架4外包覆有包带层5，所述包带层5最外层包覆有外包层6。

所述特种光纤光栅阵列3上刻有若干全同或波分复用的光纤光栅，例如所有弱光栅阵列的波长为1550nm，相关理论和实验已经证明，当光栅的反射下降到0.01％左右时，一个阵列上允许1000个相同波长的光栅。当然，如果光栅阵列数量大于1000个，或者空间分辨率小于3米时，可以在相同波长的光栅之间插入不同的波长，简称波分复用。具体组合形式可以是时分/波分复用，或者波分/时分复用；阵列的涂覆层12为改性的聚丙烯酸酯或透紫外涂覆层，热膨胀系数为5.5×10-7/℃,厚度为20～30um。

所述特种光纤光栅阵列3预留冗余后，固定在骨架4的凹槽2内，固定点8的间隔20cm。所述凹槽2宽度大于2mm，深度大于3.0mm。凹槽2有2个或3个。

所述固定点8采用UV胶粘接、紫外线固化，固定点8直径小于1mm。

所述骨架4的凹槽2中定点固化磁性胶7，方便成缆后识别光栅的位置。

所述包带层5为铝带或钢带。

所述外包层6为金属丝编制层。

所述中心加强件1为为金属加强件，直径1.6毫米。

所述特种光纤光栅阵列3反射率0.01％，工作波长1550nm。

特种光纤光栅阵列3在凹槽2内的固定方式，其示意图如图2所示。特种光纤光栅阵列3预留冗余后，用UV胶固定在凹槽2底部，冗余量约为5％，冗余部分均匀分布，处于自由状态且不能露出到凹槽2外。固定点8大小约为1mm，且两点之间的间距为20mm。由于两个光栅之间的间距为几十毫米到几米不等，因此不是并非每两个固定点8之间都会有一个光栅，固定点8与光栅之间的距离大于5cm。光栅对应的凹槽2处用磁性胶7固化标记。注：固化的磁性胶7仅作为标记，便于成缆后识别光栅的位置，不用于固定。

特种光纤光栅阵列3示意图如图3所示。纤芯9为轻度掺杂繁的SiO2材料，直径10～50um。纤芯包层11为SiO2材料，包覆在纤芯外，包覆后的裸纤直径为125um。通过掩膜板在线刻写的方法，得到的刻有若干全同或波分复用的光纤光栅10，光纤光栅阵列10的涂覆层12为改性的聚丙烯酸酯或透紫外涂覆层，热膨胀系数为5.5×10-7/℃,厚度为20～30um。

综上所述，本实用新型一种骨架式光纤光栅感温光缆，通过在裸纤上涂覆比较薄的改性的聚丙烯酸酯涂覆层改善了光纤光栅的线性度；利用在骨架槽内将特种光纤光栅预留冗余后固定，消除了应力的交叉感染；同时在光栅位置用固化的磁性胶7进行标记，方便了成缆后光栅位置的检测，在光纤温度传感领域具有重要价值。

Claims (6)

1.一种骨架式光纤光栅感温光缆，包括中心加强件（1），其特征在于：中心加强件（1）外包覆有带凹槽（2）的骨架（4），所述凹槽（2）为多个，凹槽（2）内设有特种光纤光栅阵列（3），所述骨架（4）外包覆有包带层（5），所述包带层（5）最外层包覆有外包层（6）。

2.根据权利要求1所述一种骨架式光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述特种光纤光栅阵列（3）上刻有若干全同或波分复用的光纤光栅，阵列的涂覆层（12）为改性的聚丙烯酸酯或透紫外涂覆层。

3.根据权利要求1所述一种骨架式光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述特种光纤光栅阵列（3）预留冗余后，用固定在凹槽（2）底部，存在冗余量，冗余部分均匀分布，处于自由状态且不露出到凹槽（2）外。

4.根据权利要求1所述一种骨架式光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述骨架（4）的凹槽（2）中定点固化磁性胶（7）。

5.根据权利要求1所述一种骨架式光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述包带层（5）为铝带或钢带。

6.根据权利要求1所述一种骨架式光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述外包层（6）为金属丝编制层。