CN208902928U - 一种弱光纤光栅感温光缆 - Google Patents

Abstract

一种弱光纤光栅感温光缆，包括弱光纤光栅阵列、与所述弱光纤光栅阵列分段固定的导引线，所述弱光纤光栅阵列、导引线套在塑料套管内，塑料套管外包覆有编织层。所述弱光纤光栅阵列上刻有多个全同或波分复用的光纤光栅阵列，光纤光栅阵列的涂覆层为改性的聚丙烯酸酯层或透紫外涂覆层。本实用新型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，同时通过控制导引线的张力产生轴向的长度冗余，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，且光缆结构简单，便于制备。

Description

一种弱光纤光栅感温光缆

技术领域

本实用新型涉及一种光纤光栅感温光缆，具体是一种弱光纤光栅感温光缆。

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。在诸如大坝温度场、水环境、土壤含水率等的温度监测中，要求传感器具有很高的精度，且不产生自热。光纤光栅温度传感器是一种无源传感装置，热传导性能差，具有抗电磁干扰、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。但为了提高光纤的机械性能，传统光纤制备时多在直径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，导致玻璃化转变前后的热膨胀系数出现波动，影响光纤光栅传感器感温的线性度，进而影响测量的精度。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，对大量光栅串构成的光纤光栅阵列的封装研究也不多。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，不仅制作工艺复杂，而且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，不适用于高精度温度传感的场合。受传统光栅成缆结构和方法的限制，光纤光栅温度传感器一般测量精度只有0.5℃，大温度范围内的线性度不佳，应用范围十分有限。

发明内容

针对现有光纤光栅感温光缆温度精度低、线性度不佳的问题，本实用新型提出了一种弱光纤光栅感温光缆，该发明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，同时通过控制导引线的张力产生轴向的长度冗余，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，且光缆结构简单，便于制备，在弱光纤光栅温度传感领域具有重要的应用价值。

本实用新型采取的技术方案为：

一种弱光纤光栅感温光缆，包括弱光纤光栅阵列、与所述弱光纤光栅阵列分段固定的导引线，所述弱光纤光栅阵列、导引线套在塑料套管内，塑料套管外包覆有编织层。所述弱光纤光栅阵列上刻有多个全同或波分复用的光纤光栅阵列，光纤光栅阵列的涂覆层为改性的聚丙烯酸酯层或透紫外涂覆层。

所述导引线直径大于0.5mm～1mm,所述导引线在施加预张力后与所述弱光纤光栅阵列2间隔固定，固定点的间隔为30cm。

所述固定点采用UV胶粘接、紫外线固化，固定点直径小于1mm。

所述塑料套管空套在所述弱光纤光栅阵列和所述导引线的外围，塑料套管内径2.0mm～3.0mm，外径4.0mm～5.0mm，厚度为2mm。

所述导引线施加的预张力大小与光缆长度有关，光缆越长，施加的预张力越大；导引线施加的预张力大小与塑料套管的内径有关，内径越小，施加的预张力越大。

所述编织层为纤维编织，对所述塑料套管外径进行二次包覆。

本实用新型一种弱光纤光栅感温光缆，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，与此同时，通过控制导引线的预张力产生轴向的长度冗余，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)、光缆结构简单，制备容易，性价比高：

以导引线作为载体，将光纤光栅阵列固定在导引线上，消除光纤光栅阵列在成缆时应力的影响，结构简单。光纤光栅阵列和导引线固定后，可以穿入塑料套管，或者挤塑成型，工艺简单，成本低廉，性价比高。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图。

图2为本实用新型的弱光纤光栅阵列结构示意图。

具体实施方式

如图1、图2所示，一种弱光纤光栅感温光缆，包括弱光纤光栅阵列2、与所述弱光纤光栅阵列2分段固定的导引线5。所述弱光纤光栅阵列2、导引线5套在塑料套管4内，塑料套管4外包覆有编织层1，形成光纤光栅感温光缆。

所述弱光纤光栅阵列2上刻有多个全同光栅，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；光纤光栅阵列的涂覆层6为改性的聚丙烯酸酯层或透紫外涂覆层，热膨胀系数为5.5·10^-7/℃为20～30um。

所述导引线5直径大于0.5mm～1mm,所述导引线5在施加预张力后与所述弱光纤光栅阵列2间隔固定，固定点3的间隔为30cm。所述固定点3采用UV胶粘接、紫外线固化，固定点3直径小于1mm。由于每两个光栅传感点之间的间距从几十厘米到几米不等，因此并非每两个固定点3之间都有光栅传感点，且光栅传感点与固定点3之间的距离应不小于5cm。

所述塑料套管4空套在所述弱光纤光栅阵列2和所述导引线5的外围，塑料套管4内径2.0mm～3.0mm，外径4.0mm～5.0mm，厚度为2mm。

所述导引线5施加的预张力大小与光缆长度有关，光缆越长，施加的预张力越大。当光缆长度较大时，并带的光纤在套管中所受的摩擦力越大，局部拉伸情况越严重，这需要足够的余量保证栅区不受应力的影响。因此，通过提升预张力，可以保证导引线在正常情况下收缩后，光栅阵列有足够的余量。

所述导引线5施加的预张力大小与塑料套管4的内径有关，内径越小，施加的预张力越大。塑料套管4的内径越小，并带的光纤在套管中所受的摩擦力越大，局部拉伸情况越严重，这需要足够的余量保证栅区不受应力的影响。因此，通过提升预张力，可以保证导引线在正常情况下收缩后，光栅阵列有足够的余量。

所述编织层1为纤维编织，对所述塑料套管4外径进行二次包覆，提升塑料套管的抗拉性能，方便直接放置。

本实用新型所述弱光纤光栅阵列2其示意图如图2所示，由光纤纤芯9、光纤光栅阵列8、纤芯包层7、涂覆层6构成。光纤纤芯9包覆着材料为SIO2的包层形成直径为125um的裸纤；光栅制备可以是在裸纤上通过掩模板在线刻写技术刻有若干全同或波分复用的光纤光栅阵列8，也可以先涂覆透紫外涂覆层，然后再根据需求刻写光栅阵列，单个光栅长度约为10um，两个光栅之间的间距从几十厘米到几米不等。光栅阵列外涂覆有超薄的聚丙烯酸酯涂覆层或透紫外涂覆层，热膨胀系数为5.5×10^-7/℃,厚度为20～30um。

本实用新型提供的一种光纤光栅感温光缆以尼龙丝作为载体，将光纤光栅留有冗余的分段固定在导引线上，消除了成缆时应力交叉影响。固定后的光纤光栅和导引线空套在塑料套管4中可以进一步消除应变影响，保护光纤光栅不受破坏。整个光缆制作简单，成本低廉，测温精准，且易于大规模的生产。

Claims (7)

1.一种弱光纤光栅感温光缆，包括弱光纤光栅阵列(2)、与所述弱光纤光栅阵列(2)分段固定的导引线(5)，其特征在于：所述弱光纤光栅阵列(2)、导引线(5)套在塑料套管(4)内，塑料套管(4)外包覆有编织层(1)；

所述弱光纤光栅阵列(2)上刻有多个全同或波分复用的光纤光栅阵列，光纤光栅阵列的涂覆层(6)为改性的聚丙烯酸酯层或透紫外涂覆层。

2.根据权利要求1所述一种弱光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述导引线(5)直径大于0.5mm～1mm。

3.根据权利要求1所述一种弱光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述导引线(5)在施加预张力后与所述弱光纤光栅阵列(2)间隔固定，固定点(3)的间隔为30cm。

4.根据权利要求3所述一种弱光纤光栅感温光缆，其特征在于：固定点(3)直径小于1mm。

5.根据权利要求1所述一种弱光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述塑料套管(4)空套在所述弱光纤光栅阵列(2)和所述导引线(5)的外围。

6.根据权利要求5所述一种弱光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述塑料套管(4)内径2.0mm～3.0mm，外径4.0mm～5.0mm，厚度为2mm。

7.根据权利要求1所述一种弱光纤光栅感温光缆，其特征在于：所述编织层(1)为纤维编织，对所述塑料套管(4)外径进行二次包覆。