CN218413001U - 一种多维增敏振动传感光缆 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多维增敏振动传感光缆，包括竖向增敏层、横向增敏层、环向增敏层和弹性护套，竖向增敏层置于最内侧，竖向增敏层外部设横向增敏层，横向增敏层外部设环向增敏层，环向增敏层外部设弹性护套。本实用新型中，根据振动方向设置竖向增敏层、横向增敏层与环向增敏层，竖向增敏层通过质量振子的动力放大作用方式增大竖向振动，横向增敏层采用紧包护套增强振动的传递效果与约束其他方向振动的方式来增强横向振动，环向增敏层通过弹性体增加接受振动传递面积来增大环向振动，使光纤的弹光效应增强，增加了振动传感光缆的感测范围与测量精度，解决普通光纤用于感测外部振动能量时出现的反映迟钝、响应范围窄与监测准确率低等问题。

Description

一种多维增敏振动传感光缆

技术领域

本实用新型属于光纤传感技术领域，具体涉及一种多维增敏振动传感光缆。

背景技术

分布式光纤振动传感技术已经在资源勘探、地震监测、结构安全和周界安防等领域展现出巨大的应用潜力。振动传感光缆作为分布式光纤振动传感技术的传感元件，对振动信号或能量的感测结果具有至关重要的影响。而目前所采用的振动传感光缆大多采用普通的单模光缆，外界微小的振动无法引起其光学效应的改变，进而无法对外界微小的振动进行感知，从而导致振动信号的测量范围变窄，限制了分布式光纤传感技术的进一步发展。为了提高振动传感光缆对外界振动的感测能力，亟需一种灵敏度更高的振动传感光缆。

振动主要分为面波和体波，面波的方向平行于结构体，体波的方向垂直于结构体。面波一般可以通过增加光缆与结构体的耦合程度从而增强振动的传递，但对于体波，由于波的运动方向与铺设在结构体上的光缆垂直，故对于普通振动光缆，其仅有内部光纤的横截面可以感测振动，从而导致接受振动的面积小，敏感度低。

中国发明专利，申请号为201310080255.9，公开了一种高敏感度振动探测光缆，该光缆将振动填充材料改成弹性树脂材料来减小振动传递的损失，从而实现振动的增敏，但是上述方式并未增强传递给光缆的振动，仅减小了振动传递的损失，若外界传递给光缆的振动很小，该方式将无法发挥增敏作用。

中国实用新型专利，申请号为201621302969.5，公开了一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆，该振动传感光缆将光缆护套改成金属材质的护套，为了增强光缆接受振动的面积，将光缆设计成扁平状。若外界传递给光缆的是平行于光缆的面波，可以在一定程度上增强光缆的灵敏度，但是，若外界振动传递过来的是垂直于光缆的体波，上述方式并不能实现光缆的增敏。

因此，设计出感测范围宽、监测精度高的振动传感光缆具有重要的现实意义。

实用新型内容

为解决现有技术中存在的技术问题，本实用新型的目的在于提供一种多维增敏振动传感光缆。

为实现上述目的，达到上述技术效果，本实用新型采用的技术方案为：

一种多维增敏振动传感光缆，包括同轴设置的竖向增敏层、横向增敏层、环向增敏层和弹性护套，所述竖向增敏层置于最内侧，所述竖向增敏层外部设置有横向增敏层，所述横向增敏层外部设置有环向增敏层，所述环向增敏层外部设置有弹性护套。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述竖向增敏层包括第一光纤、定点端子、质量振子和铠装护套，所述第一光纤上设置有若干个定点端子和质量振子，所述铠装护套包覆第一光纤、定点端子和质量振子，所述铠装护套的直径略大于定点端子的直径，所述铠装护套不限制质量振子的竖向振动。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述定点端子内表面通过胶水与第一光纤外表面粘贴固定，所述定点端子外表面通过胶水与铠装护套的内表面粘贴固定，相邻两个定点端子之间设置一个质量振子，所述定点端子、质量振子、铠装护套同轴设置。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述质量振子采用卡接或胶接的方式固定在相邻两个定点端子之间的中心位置，所述质量振子的质量与相邻两个定点端子组成的定点区间长度成正比。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述横向增敏层包括同轴设置的第二光纤与紧包护套，所述紧包护套包住第二光纤，所述紧包护套与竖向增敏层的铠装护套平行且相切。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述环向增敏层包括第三光纤与弹性体，所述第三光纤沿弹性体外表面环向设置，所述弹性体的内表面与横向增敏层的外表面相切。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述第三光纤的环向螺距设置为两倍的弹性体直径。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述弹性体采用圆筒状的弹性聚氨酯结构。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述弹性护套为使用弹性聚乙烯材料制成的护套。

在本实用新型提供的一种多维增敏振动传感光缆中，所述多维增敏振动传感光缆的光纤表面设有光纤涂覆层，所述光纤涂覆层的厚度小于0.2mm。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

本实用新型公开了一种多维增敏振动传感光缆，根据振动方向设置竖向增敏层、横向增敏层与环向增敏层，竖向增敏层通过质量振子的动力放大作用方式增大竖向振动，横向增敏层采用紧包护套增强振动的传递效果与约束其他方向振动的方式来增强横向振动，环向增敏层通过弹性体增加接受振动传递面积来增大环向振动，使光纤的弹光效应增强，从而增加振动传感光缆的感测范围与测量精度，解决普通光纤用于感测外部振动能量时出现的反映迟钝、响应范围窄与监测准确率低等问题。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型的横向增敏层的结构示意图；

其中，1为竖向增敏层；2为横向增敏层；3为环向增敏层；4为弹性护套；11为第一光纤；12为定点端子；13为质量振子；14为铠装护套；21为第二光纤；22为紧包护套；31为第三光纤；32为弹性体。

具体实施方式

下面对本实用新型进行详细阐述，以使本实用新型的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本实用新型的保护范围做出更为清楚明确的界定。

以下给出一个或多个方面的简要概述以提供对这些方面的基本理解。此概述不是所有构想到的方面的详尽综览，并且既非旨在指认出所有方面的关键性或决定性要素亦非试图界定任何或所有方面的范围。其唯一的目的是要以简化形式给出一个或多个方面的一些概念以为稍后给出的更加详细的描述之序。

如图1-2所示，一种多维增敏振动传感光缆，包括竖向增敏层1、横向增敏层2、环向增敏层3和弹性护套4，其中，竖向增敏层1置于最内侧，横向增敏层2紧贴竖向增敏层 1外表面设置，环向增敏层3包住竖向增敏层1与横向增敏层2，弹性护套4包住环向增敏层3，通过设置竖向增敏层1、横向增敏层2及环向增敏层3提高了振动传感光缆对外部不同方向微小振动的感测能力，增大了振动传感光缆的探测范围。

在本实用新型中，竖向增敏层1包括第一光纤11、定点端子12、质量振子13和铠装护套14，定点端子12内表面通过胶水与第一光纤11外表面粘贴固定，定点端子12外表面通过胶水与铠装护套14的内表面粘贴固定，定点端子12的外径与铠装护套14的内径相切，质量振子13穿过第一光纤11中心，定点端子12、质量振子13、铠装护套14同轴设置，具体的，定点端子12设置有若干个，质量振子13采用卡接或胶接的方式固定在相邻两个定点端子12之间的中心位置，且其质量与相邻定点端子12组成的定点区间长度成正比，铠装护套14的直径略大于定点端子12的直径，且不限制质量振子13的竖向振动。

横向增敏层2包括同轴设置的第二光纤21与紧包护套22，紧包护套22包住第二光纤 21，紧包护套22与铠装护套14平行且相切。本实用新型通过设置第二光纤21与紧包护套22增加耦合而增强振动的传递，实现横向增敏。

环向增敏层3包括第三光纤31与弹性体32，第三光纤31沿弹性体32外表面环向设置，环向螺距设置为两倍的弹性体32直径，弹性体32采用圆筒状的弹性聚氨酯结构，弹性体32的内表面与横向增敏层2的外表面相切。本实用新型将第三光纤31缠绕在弹性体 32上后，弹性体32与第三光纤31可以一起作为传感单元，进而可以使接受体波的面积从光纤的截面积变成弹性体32与第三光纤31组合体的截面积，从而增加了振动的接受面积，从而实现了环向增敏。

第一光纤11、第二光纤21、第三光纤31表面分别设有光纤涂覆层，光纤涂覆层的材质可选择丙烯酸酯或聚酰亚胺，厚度小于0.2mm，丙烯酸酯耐温80℃，聚酰亚胺耐温280℃。

弹性护套4优选使用弹性聚乙烯材料制成，弹性护套4具有较高的弹性。

本实用新型的工作原理为：

外部声波或振动能量先传递到弹性护套4上，再从弹性护套4传递到弹性体32上，弹性体32会产生振动，然后会带动缠绕其上的第三光纤31振动，弹性体32由于增加了环向振动的接受面积，于是可将环向振动进行放大，从而实现环向增敏；弹性体32振动的同时会将振动传递给紧包护套22与铠装护套14，紧包护套22被弹性体32与铠装护套 14约束，于是紧包护套22横向的刚度较环向刚度更弱，因此更多的振动集中在横向，采用紧包护套22可以减小传递给第二光纤21的振动损失，从而实现横向增敏；铠装护套14 会将振动传递给质量振子13，质量振子13会将外部的振动进行动力放大，从而使第一光纤11的振动增强，从而实现竖向增敏，最终使得振动传感光缆的感测范围加宽，监测精度提高。

本实用新型未具体描述的部分或结构采用现有技术或现有产品即可，在此不做赘述。

以上所述仅为本实用新型的实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是利用本实用新型说明书内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，包括同轴设置的竖向增敏层、横向增敏层、环向增敏层和弹性护套，所述竖向增敏层置于最内侧，所述竖向增敏层外部设置有横向增敏层，所述横向增敏层外部设置有环向增敏层，所述环向增敏层外部设置有弹性护套。

2.根据权利要求1所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述竖向增敏层包括第一光纤、定点端子、质量振子和铠装护套，所述第一光纤上设置有若干个定点端子和质量振子，所述铠装护套包覆第一光纤、定点端子和质量振子，所述铠装护套的直径略大于定点端子的直径，所述铠装护套不限制质量振子的竖向振动。

3.根据权利要求2所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述定点端子内表面通过胶水与第一光纤外表面粘贴固定，所述定点端子外表面通过胶水与铠装护套的内表面粘贴固定，相邻两个定点端子之间设置一个质量振子，所述定点端子、质量振子、铠装护套同轴设置。

4.根据权利要求3所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述质量振子采用卡接或胶接的方式固定在相邻两个定点端子之间的中心位置，所述质量振子的质量与相邻两个定点端子组成的定点区间长度成正比。

5.根据权利要求1所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述横向增敏层包括同轴设置的第二光纤与紧包护套，所述紧包护套包住第二光纤，所述紧包护套与竖向增敏层的铠装护套平行且相切。

6.根据权利要求1所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述环向增敏层包括第三光纤与弹性体，所述第三光纤沿弹性体外表面环向设置，所述弹性体的内表面与横向增敏层的外表面相切。

7.根据权利要求6所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述第三光纤的环向螺距设置为两倍的弹性体直径。

8.根据权利要求6所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述弹性体采用圆筒状的弹性聚氨酯结构。

9.根据权利要求1所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述弹性护套为使用弹性聚乙烯材料制成的护套。

10.根据权利要求1所述的一种多维增敏振动传感光缆，其特征在于，所述多维增敏振动传感光缆的光纤表面设有光纤涂覆层，所述光纤涂覆层的厚度小于0.2mm。

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