一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆制造技术

本发明专利技术提供了一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆，该振动传感光缆包括光纤、金属基带、金属通孔和粘合剂。将光纤置于带有半椭圆形槽的金属基带中，通过对贴粘合方式将两片金属基带和光纤固化成铠装整体光缆。该金属基带铠装振动传感光缆设计为光纤提供一种加工简易且低成本的铠装增强保护方式，极大提高振动传感光缆使用寿命，且传感光缆可焊接到待监测区域，长期保持处于高灵敏度振动待接收状态；且该金属基带铠装振动传感光缆的设计能实现将振动扰动更多的转换到光纤的形变上，极大提高振动传感灵敏度，进一步实现超微弱振动信号如声波的长距离分布式光纤实时监听。该发明专利技术可以应用于分布式光纤振动传感应用领域。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及分布式光纤振动传感测量
，具体涉及一种可进一步提高振动响应灵敏度的传感光缆。
技术介绍
基于相位敏感光时域反射技术的分布式光纤振动传感系统，用光纤作为传感单元实现全分布式振动实时监测，在三个层面上极具创新应用价值。首先，利用普通通信光纤作为振动传感单元，其具有体积小、重量轻、绝缘、耐高温、耐腐蚀、可超长距离传输、抗电磁干扰能力强和使用方便等优点，具备隐秘性和保密性，可广泛应用于各种危险场合，并且便于接入光纤通信网络，进而在应用层面上还可实现面向物联网应用的高性能光纤传感网络。其次，由于注入的是光脉冲信号，根据散射光相对于注入光脉冲的时间差，即可实现空间定位，全分布式光纤传感技术充分利用光纤一维空间连续分布的特点，可准确测出光纤沿线上任一点被测量场（如变形、振动、冲击等）在时间和空间上的信息分布，整个光纤链路既是连续感知元件，又是低损耗传输通道，可实现对防区范围每个部位远程实时监控。最后，利用高相干激光器作为传感光源（一般要求激光源线宽<10kHz），从光纤一端注入高相干激光脉冲，脉冲光在光纤沿线激发高相干后向瑞利散射光，由于注入的脉冲光有一定的时间脉宽（几十ns量级），光纤中保持时空同步的后向瑞利散射光将发生多光束干涉现象，当光纤线路由于振动、冲击、入侵或者声波等发生扰动时，相应位置处光纤的折射率及长度将会发生动态变化，导致该位置处瑞利散射光的干涉谱发生相应变化，通过对瑞利散射光干涉谱的幅度及相位信息进行解调，即可获得振动扰动的全部信息。分布式光纤振动传感系统属于传感领域的前沿技术，单通道振动传感距离可以实现50公里以上，振动监测频率范围可实现1kHz以上，空间定位精度可以达到5米以内，目前大部分研究工作基本还处于实验室，但一些工程应用也在逐步开展之中，在实际应用工程中，光纤是以光缆的形式得到应用的，不同的应用场合对光缆及其使用布置均有苛刻的要求。目前已有的长距离分布式光纤振动传感系统技术，在应用方面主要存在两个问题，一、部分场合振动传感灵敏度不够，目前该技术实现的探测灵敏度基本可达到100nε量级，但在一些高灵敏度振动监测场合，如微弱振动、声波侦听等领域，灵敏度仍远远不够；二、在恶劣的室外应用环境中，光纤如何被有效保护起来，但又可以充分发挥其作为振动传感单元的效果，这是一个非常值得研究的工程应用问题。而目前长距离（>10公里）的传感光缆主要釆用各类常规的光通信光缆，护套多为塑料等高分子材料。用于振动传感时，具有塑料外护套的光缆有振动缓冲作用，减弱了振动信号和降低了传感灵敏度，且外形为圆型的光缆与振动波是线接触，因而振动信息传递效率极低；即使外形为扁平状的光缆，塑料外护套的机械性能和可响应的振动频率均较低。在一些要求较高的场合，这些光缆完全都不能满足应用要求。
技术实现思路
为了克服目前分布式光纤振动传感系统所用传感光缆的缺点，更好地满足在保持长距离、高振动响应频率的性能参数同时，实现振动响应灵敏度的进一步提升优化和传感光缆的保护加强，本专利技术提供一种金属基带铠装加强的传感光缆设计，以及在应用中的具体布置方法。一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆，其包括光纤、金属基带、金属通孔和粘合剂；它可以实现为光纤提供一种加工简易且低成本的铠装增强保护方式，提高振动传感光缆使用寿命；能实现将振动扰动更多的转换到光纤形变上，提高振动传感灵敏度；它可以焊接到待监测区域，长期保持处于高灵敏度振动待接收状态。金属基带由两片互对称的带凹槽的金属片构成，光纤通过涂覆层或粘合剂固定在两片互对称的带凹槽的金属片之间且位于由所述凹槽中，光纤和两片所述金属片通过粘合剂粘结固化成整体。进一步地，所述凹槽为半椭圆形槽。进一步地，光纤为一根或多根，纤芯为圆形，纤芯直径为3~15μm；光纤包层为圆形，包层直径为80~440μm。进一步地，光纤为带涂覆层的普通单模或多模光纤，光纤尺寸为250μm。进一步地，金属基带的材料为铜、铝或不锈钢，基带的厚度为0.1~0.6mm，宽度为30~100mm，长度根据传感距离确定。进一步地，所述的金属通孔为金属基带上的镂空序列，通孔为圆孔、方孔或者长方形孔，其孔径或边长为2~10mm，便于实现通过金属通孔将振动传感光缆焊接到金属结构件上。进一步地，所述的粘合剂选用高强度高稳定性的适用于金属与玻璃的粘合剂。本专利技术基本原理如下：使用常规通信单模光纤作为传感光缆可以实现超长距离的振动监测，由于光纤芯径非常细（带涂覆层直径250微米），无法对振动信号进行良好接收及传递，因而振动导致光纤形变太微小，相应位置处光纤的折射率及长度发生相应变化也极其微弱，最终导致振动信号无法被监测到。另外，这种裸光纤没有采取保护增强，在实际的工程环境中极易被弄断而导致无法使用。而普通有保护增强的常规传感光缆，护套多为塑料等高分子材料，振动传感时塑料外护套具有振动缓冲作用，减弱了振动信号，且外形为圆型的光缆其振动信息传递效率极低；即使外形为扁平状的光缆，塑料外护套的机械性能和可响应的振动频率均较低。为了解决实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种金属基带扁平式复合振动传感光缆，包括光纤和金属基带，金属基带有对称两片，均加工有半椭圆形槽，通过对贴方式将光纤固定在椭圆槽中，再通过涂覆层或者粘合剂，将光纤和两片金属基带粘结固化成整体。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点和技术效果：（1）该金属基带铠装加强传感光缆设计为光纤提供一种加工简易且低成本的铠装增强保护方式，极大提高传感光缆使用寿命，且传感光缆可焊接到待监测区域，长期保持处于高灵敏度振动待接收状态；（2）该金属基带铠装加强传感光缆设计能将振动扰动更多的转换到光纤的形变上，极大提高振动监测的灵敏度，可实现超微弱振动信号如声波的长距离分布式实时监听。附图说明图1为实例中基于光纤与金属基带复合结构实现提高振动传感灵敏度的原理图；图2为实例中高灵敏度金属基带铠装加强传感光缆的结构正视图；图3为实例中高灵敏度金属基带铠装加强传感光缆的侧视图；图4为实例中高灵敏度金属基带铠装加强传感光缆的应用安装示意图。具体实施方式下面结合实施例和附图对本专利技术的具体实施作进一步说明，但本专利技术的实施和保护不限于此，需指出的是，以下若有未特别详细说明之处，均是本领域技术人员可参照现有技术实现的。本专利技术提出高灵敏度金属基带铠装加强传感光缆为扁平式复合结构，如图1所示，首先，该扁平式复合结构为光纤提供了一种极其简便的铠装增强保护，使得光纤不易被折断或压碎，提高其使用寿命；其次，该扁平式复合结构提供一个较为良好的振动接收面，振动波传导至金属薄片，引起金属薄片发生形变，由于金属薄片与光纤固定成一个整体，金属薄片的形变将带动光纤形变，这种结构能将振动扰动更多的转换到光纤的形变上，使得相应位置处光纤的折射率及长度变化更剧烈，导致该位置处瑞利散射光的干涉谱发生变化更明显，通过对瑞利散射光干涉谱的幅度及相位信息进行解调，即可获得高灵敏度的振动信息监测；最后，金属薄片扁平式复合传感光缆有利于具体工程应用布置，可以将金属薄片绷紧后直接焊接在金属固定杆上，使得复合传感光缆一直处于高灵敏度的振动待接收状态。图2是本实例高灵敏度金属基带铠装传感光缆结构正视示意图，该高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆包括光纤1、金本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆，其特征在于包括光纤（1）、金属基带（2）、金属通孔（3）和粘合剂（4）；金属基带（2）由两片互对称的带凹槽的金属片构成，光纤（1）通过涂覆层或粘合剂（4）固定在两片互对称的带凹槽的金属片之间且位于由所述凹槽中，光纤和两片所述金属片通过粘合剂（4）粘结固化成整体。

【技术特征摘要】
1.一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆，其特征在于包括光纤（1）、金属基带（2）、金属通孔（3）和粘合剂（4）；金属基带（2）由两片互对称的带凹槽的金属片构成，光纤（1）通过涂覆层或粘合剂（4）固定在两片互对称的带凹槽的金属片之间且位于由所述凹槽中，光纤和两片所述金属片通过粘合剂（4）粘结固化成整体。2.如权利要求1所述的一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆，其特征在于所述凹槽为半椭圆形槽。3.如权利要求1所述的一种高灵敏度金属基带铠装振动传感光缆，其特征在于光纤（1），光纤为一根或多根，纤芯为圆形，纤芯直径为3~15μm；光纤包层为圆形，包层直径为80~440μm。4.如...

【专利技术属性】
技术研发人员：甘久林，杨中民，吴郁清，李炯，
申请(专利权)人：华南理工大学，
类型：发明
国别省市：广东;44