專利名稱：一種沿物體表面敷設(shè)的分布式應(yīng)變和溫度監(jiān)測光纜的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及光纜領(lǐng)域，主要 是一種沿物體表面敷設(shè)的分布式應(yīng)變和溫度監(jiān)測光纜，能粘接在物體表面作為傳感器使用。
背景技術(shù)：
近年來，基于布里淵散射的分布式光纖傳感技術(shù)(BOTDA)得到廣泛的應(yīng)用。當(dāng)超過布里淵功率閾值的激光脈沖打入光纖中，激光脈沖的能量將從高頻向低頻發(fā)生遷移，頻率偏移量f滿足下式給出f=2nv/λ其中η為光纖的折射率，V為光纖中的聲速，λ為激光脈沖的波長。由于聲速V與光纖的應(yīng)變和溫度有關(guān)，故可以將光纖做成光纜與被測物粘接，利用光纖中的布里淵頻移量間接測量被測物所受的形變和溫度。因此能夠?qū)崿F(xiàn)應(yīng)變或溫度測量的傳感光纜是基于布里散射的分布式光纖傳感器的一項(xiàng)核心組件。目前國外對于應(yīng)變或溫度傳感光纜進(jìn)行了大量的研究工作。如日本Neubrex公司就設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了 FN-SIL-I型光纜，該光纜適用于對混凝土的內(nèi)應(yīng)變進(jìn)行監(jiān)測，但無法對物體表面的應(yīng)變進(jìn)行有效監(jiān)測。雖然該公司也有適用于表面應(yīng)變測量的FN-SSL-3系列，但其采用的是兩根相同的帶狀光纖，只能測試應(yīng)變信息，無法給出溫度特性，而且它采用泡沫粘合材料進(jìn)行粘接，不利于惡劣環(huán)境和長時(shí)間監(jiān)測。國內(nèi)在此方面也有相關(guān)的研究，部分實(shí)用新型也形成了專利，但都存在不同的缺陷和不足。如實(shí)用新型201020686743.6公開了一種溫度應(yīng)變感測光纜，其技術(shù)方案是在護(hù)套底部附著膠黏層以解決光纜與被測結(jié)構(gòu)的粘接工藝問題。該技術(shù)方案沒有解決光纜的工程防護(hù)，以及光纜除膠黏層以外部分與被測結(jié)構(gòu)的粘接工藝問題。實(shí)用新型201020650002. 2公開了一種鎧裝保護(hù)的全緊結(jié)構(gòu)分布式應(yīng)變傳感光纜，其技術(shù)方案是對于緊套光纖進(jìn)行鎧裝，以增強(qiáng)光纜強(qiáng)度。該技術(shù)方案無法對溫度和應(yīng)變量同時(shí)測量。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，而提供一種沿物體表面敷設(shè)的分布式應(yīng)變和溫度監(jiān)測光纜，以解決溫度和應(yīng)變同時(shí)、分布式測量，光纜與被測結(jié)構(gòu)表面的粘接工藝，光纜強(qiáng)度增強(qiáng)，光纜的易實(shí)施和工程防護(hù)的問題。本實(shí)用新型的目的是通過如下技術(shù)方案來完成的，它包括至少一根用于測量應(yīng)變的應(yīng)變光纖、至少一根用于測量溫度的溫度光纖、用于對溫度光纖隔離應(yīng)變的應(yīng)變隔離護(hù)套、用于減小溫度光纖和應(yīng)變隔離護(hù)套摩擦的填充物、用于防水防腐蝕的光纜防護(hù)層、用于和被測結(jié)構(gòu)粘接的粘接層，所述的應(yīng)變光纖與溫度光纖分布于光纜保護(hù)層上，該光纜保護(hù)層的外圍上設(shè)有一層粘接層，且該光纜保護(hù)層的兩端設(shè)有用于增加光纜強(qiáng)度的第一加強(qiáng)件和第二加強(qiáng)件；在該溫度光纖和應(yīng)變隔離護(hù)套間加入填充物。作為優(yōu)選，所述的應(yīng)變光纖和溫度光纖是同種、單模光纖。[0011]作為優(yōu)選，所述的應(yīng)變隔離護(hù)套是金屬圓管。作為優(yōu)選，所述的粘接層采用環(huán)氧樹脂和硅硐結(jié)構(gòu)粘接膠材料制成。本實(shí)用新型的有益效果為1、通過引入應(yīng)變光纖和溫度光纖，解決了物體表面每個(gè)位置點(diǎn)的溫度和應(yīng)變信息同時(shí)測量的問題；2、通過粘接層，解決了光纜與被測結(jié)構(gòu)表面的粘接工藝問題；3、通過引入加強(qiáng)件，解決了光纜的抗拉、抗壓強(qiáng)度問題；4、采用扁平雙芯室內(nèi)皮線光纜結(jié)構(gòu)，既方便于在被測物表面貼裝，也利于工程成纜實(shí)現(xiàn)；5、通過引入應(yīng)變隔離護(hù)套，解決了光纜水密、油密、耐酸堿、抗老化、無煙阻燃等工程防護(hù)問題。

圖I是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。附圖中的標(biāo)號分別為1、應(yīng)變光纖；21、溫度光纖；22、填充物；23、應(yīng)變隔離護(hù)套；·3、光纜防護(hù)層；4、粘接層；51、第一加強(qiáng)件；52、第二加強(qiáng)件。
具體實(shí)施方式
下面將結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做詳細(xì)的介紹如附圖I所示，本實(shí)用新型包括至少一根用于測量應(yīng)變的應(yīng)變光纖I、至少一根用于測量溫度的溫度光纖21、用于對溫度光纖隔離應(yīng)變的應(yīng)變隔離護(hù)套23、用于減小溫度光纖21和應(yīng)變隔離護(hù)套23摩擦的填充物22、用于防水防腐蝕的光纜防護(hù)層3、用于和被測結(jié)構(gòu)粘接的粘接層4，其特征在于所述的應(yīng)變光纖I與溫度光纖21分布于光纜保護(hù)層3上，該光纜保護(hù)層3的外圍上設(shè)有一層粘接層4，且該光纜保護(hù)層3的兩端設(shè)有用于增加光纜強(qiáng)度的第一加強(qiáng)件51和第二加強(qiáng)件52 ；在該溫度光纖21和應(yīng)變隔離護(hù)套23間加入填充物22。填充物22采用芳綸紗，用于光纜的抗拉伸防護(hù)，并減小溫度光纖21和應(yīng)變隔離護(hù)套23之間的摩擦力，進(jìn)一步隔離應(yīng)變對于溫度光纖21的影響。所述的應(yīng)變光纖I和溫度光纖21是同種、單模光纖；光纜保護(hù)層3采用低煙無鹵材料，用于水密、油密、絕緣、老化特性的工程防護(hù)；粘接層4采用環(huán)氧樹脂和硅硐結(jié)構(gòu)粘接膠材料，用于光纜與物體表面的粘接；應(yīng)變隔離護(hù)套23采用直徑I. 6mm的不銹鋼管，用于隔離應(yīng)變對于溫度光纖21的影響。其中應(yīng)變光纖I可以多于一根，可采用直徑O. 9mm的G657A1型抗彎曲裸光纖，用于檢測多路大范圍物體表面的應(yīng)變信息，也可作為施工防護(hù)的備用光纖；溫度光纖21可米用直徑O. 6mm的G657A1型抗彎曲裸光纖,用于檢測多路大范圍物體表面的溫度信息，也可作為施工防護(hù)的備用溫度光纖；溫度光纖21與應(yīng)變光纖I應(yīng)保證是同一型號光纖。該技術(shù)方案的理論依據(jù)和工作原理如下為解決應(yīng)變和溫度的同時(shí)、分布式測量，引入應(yīng)變光纖I和溫度光纖21，其中溫度光纖21不受應(yīng)變影響。被測結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和溫度被光纜感知，當(dāng)泵浦光和探測光輸入到光纜中，且探測光頻率落在泵浦光的布里淵增益譜范圍內(nèi)時(shí)，根據(jù)光纖中的受激布里淵散射原理，光纜內(nèi)的探測光將得到放大。探測光掃描布里淵增益譜，即可得到光纜中每個(gè)位置點(diǎn)處的布里淵頻譜分布。布里淵頻譜峰值頻移f與光纜所受應(yīng)變ε和溫度T滿足下列關(guān)系f=a ε +bT[0023]其中，a，b分別為該光纜的頻移應(yīng)變系數(shù)和頻移溫度系數(shù)。故應(yīng)變纖引起的頻移fl滿足f l=a ε +bT由于溫度光纖21不受應(yīng)變影響，故溫度纖引起的布里淵頻移f2只與光纜的溫度有關(guān)，具體為f2=bT由f I和f2可推出，光纜(被測物)所受應(yīng)變ε和溫度T為ε =(fl-f2)/aT=f2/b其中，光纜的頻移應(yīng)變系數(shù)和頻移溫度系數(shù)可以通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行標(biāo)定，溫度光纖21和應(yīng)變光纖I的頻移量可以由實(shí)驗(yàn)測得，且由于光纜的應(yīng)變和溫度信息與被測物的應(yīng)變和溫度信息相對應(yīng)，故被測物表面每個(gè)位置點(diǎn)的應(yīng)變和溫度信息即可同時(shí)得到。為解決光纜與被測結(jié)構(gòu)表面的粘接工藝問題，在光纜保護(hù)層3的外圍加上一層粘接層4。粘接層4可選用聚乙烯、聚丙烯等極性材料，由于極性材料的表面張力較大，水對其接觸角大于120度，故采用工業(yè)用環(huán)氧樹脂對極性材料和被測結(jié)構(gòu)進(jìn)行粘接時(shí)，粘接強(qiáng)度較大，易于光纜和被測結(jié)構(gòu)的復(fù)合；為解決光纜的抗拉和抗壓問題，引入第一加強(qiáng)件51和第二加強(qiáng)件52。為了增強(qiáng)溫度光纖21的抗拉特性，在溫度光纖21和應(yīng)變隔離護(hù)套23間加入抗拉填充物22，如芳綸紗等;本光纜采用扁平雙芯室內(nèi)皮線光纜結(jié)構(gòu)，可以采用成纜工藝上常用的擠壓式成纜方法實(shí)現(xiàn)，工程上具有可實(shí)施性；為解決光纜的工程防護(hù)問題，在粘接層4和光纖之間加入光纜防護(hù)層3。光纜防護(hù)層3可以采用采用無鹵阻燃材料，由于該材料具有優(yōu)良的水密、油密、耐酸堿、抗老化、無煙阻燃等性能，有利于光纜的工程防護(hù)。本實(shí)用新型不局限于上述實(shí)施方式，不論在其形狀或材料構(gòu)成上作任何變化，凡是采用本實(shí)用新型所提供的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都是本實(shí)用新型的一種變形，均應(yīng)認(rèn)為在本實(shí)用新型保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種沿物體表面敷設(shè)的分布式應(yīng)變和溫度監(jiān)測光纜，其特征在于包括至少一根用于測量應(yīng)變的應(yīng)變光纖(I)、至少一根用于測量溫度的溫度光纖(21)、用于對溫度光纖隔離應(yīng)變的應(yīng)變隔離護(hù)套(23)、用于減小溫度光纖(21)和應(yīng)變隔離護(hù)套(23)摩擦的填充物(22)、用于防水防腐蝕的光纜防護(hù)層(3)、用于和被測結(jié)構(gòu)粘接的粘接層(4)，所述的應(yīng)變光纖(I)與溫度光纖(21)分布于光纜保護(hù)層(3)上，該光纜保護(hù)層(3)的外圍上設(shè)有一層粘接層(4)，且該光纜保護(hù)層(3)的兩端設(shè)有用于增加光纜強(qiáng)度的第一加強(qiáng)件(51)和第二加強(qiáng)件(52);在該溫度光纖(21)和應(yīng)變隔離護(hù)套(23)間加入填充物(22)。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沿物體表面敷設(shè)的分布式應(yīng)變和溫度監(jiān)測光纜，其特征在于所述的應(yīng)變光纖(I)和溫度光纖(21)是同種、單模光纖。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的沿物體表面敷設(shè)的分布式應(yīng)變和溫度監(jiān)測光纜，其特征在于所述的應(yīng)變隔離護(hù)套(23)是金屬圓管。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種沿物體表面敷設(shè)的分布式應(yīng)變和溫度監(jiān)測光纜，包括至少一根用于測量應(yīng)變的應(yīng)變光纖、至少一根用于測量溫度的溫度光纖、用于對溫度光纖隔離應(yīng)變的應(yīng)變隔離護(hù)套、用于減小溫度光纖和應(yīng)變隔離護(hù)套摩擦的填充物、用于防水防腐蝕的光纜防護(hù)層、用于和被測結(jié)構(gòu)粘接的粘接層，所述的應(yīng)變光纖與溫度光纖分布于光纜保護(hù)層上，該光纜保護(hù)層的外圍上設(shè)有一層粘接層，且該光纜保護(hù)層的兩端設(shè)有用于增加光纜強(qiáng)度的第一加強(qiáng)件和第二加強(qiáng)件；在該溫度光纖和應(yīng)變隔離護(hù)套間加入填充物。本實(shí)用新型有益的效果解決溫度和應(yīng)變同時(shí)、分布式測量，光纜與被測結(jié)構(gòu)表面的粘接工藝，光纜強(qiáng)度增強(qiáng)，光纜的易實(shí)施和工程防護(hù)的問題。
文檔編號G01B11/16GK202720369SQ20122033516
公開日2013年2月6日 申請日期2012年7月11日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月11日
發(fā)明者鄭歡, 葛輝良, 曹云龍, 桑衛(wèi)兵, 馮亞非 申請人:中國船舶重工集團(tuán)公司第七一五研究所