光纤传感专用光缆制造技术

本发明专利技术涉及光纤传感领域，提供一种能规模化生产的光纤传感专用光缆，其具有预制在内的S型光纤，并具有良好的拉伸性能和力学稳定性。一种方案为，包括光纤和抗拉元件，还包括一个扁平的带体，光纤和抗拉元件设置在带体内，共同沿带体的长度方向上行进、在宽度方向上周期性弯曲，呈S形，带体的材料主要为热塑性塑料、橡胶或塑料橡胶复合物。该类带状光缆可以具有很高的拉伸量，并通过其力学结构调节传递到传感光纤的应变或应力，通过差异化设计，实现多种具有不同目的和规格的光纤传感专用光缆。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及光纤传感领域，尤其是一种光纤传感专用光缆。
技术介绍
在光纤传感应用
，有如下原因常常需要将探测光纤或光缆布设为S型、即周期性弯曲行进：探测光纤布设在高压单芯电缆的外护套内，或柔性管道(如海洋复合柔性管)的管壁内；在上盘和安装过程中，电缆或柔性管道的弯曲会在探测光纤所在部位形成沿长度方向上1％至5％的拉伸或压缩。光缆中光纤余长一般不大于0.3％，机械强度上光纤允许应变不大于1％；因此，如果探测光缆呈直线布设，则可能被拉断或产生高损耗问题。另外，传感光纤受张力或扭力将严重影响其对温度或振动的探测。在应力或应变的量测过程中，总希望光纤具有更大的量程。实际的故障点如岩土开裂、柔性管道隆起等，可使光纤局部拉伸率超过允许值1％。另外，在张力下光纤微弯结构对应力或应变敏感，可以加以利用。中国专利公开号CN101521055B，公开日2010年12月1日，名称为光纤复合电力电缆，公开了一种光纤复合电力电缆，光纤位于电缆核心和护套之间，光纤沿着电缆长度方向蛇形放置于所述电缆核心上。光纤沿着电力电缆长度方向蛇形放置，电力电缆弯曲或扭曲时光纤不会跷曲，所以可以防止光纤被拉断或引发高损耗。中国专利公开号CN1588013A，公开日2005年3月2日，名称为蛇形光纤传感器埋入与测试方法及其蛇形光纤传感器，公开了一种蛇形光纤传感器埋入与测试方法及其蛇形光纤传感器，用于岩层变形和破坏情况观测；其中蛇形光纤传感器由套管和光纤组成，光纤的外径上串联连接两根或两根以上长度10～20mm或12～18mm范围的圆筒短节套管。由于光纤在大口径的套管内能形成呈蛇形的光纤，具有许多个微弯点，可以感知到岩层的初始变形，同时具有足够余长，也能监测宏观变形，可达到35～50mm，远高于对混凝土变形开裂监测的要求。这些技术方案的不足之处是在布设光缆的过程中需要通过施加外力使光缆或光纤形成S形，工序复杂，特别是如果采用手工完成，可靠性和一致性难以保证；S型光缆或
光纤本身结构松垮、力学稳定性差，进线时容易出错，产出废品。中国专利公开号CN201820019U，公开日2011年5月4日，名称为带状传感光缆，公开了一种用于测量温度的带状传感光缆，包括光纤和带状护套，光纤呈弯曲绕制状布置于带状护套内，光纤的长度是带状护套长度的1.1～100倍；光纤的弯曲绕制状包括椭圆形、圆形、8字形、螺旋形和正弦波形中的一种。该方案的目的是通过在单位长度内绕制更长距离光纤来提高光纤传感系统探测局部区域的温度的灵敏度和精确度。该方案试图解决的是一个静态几何问题，而非力学或运动学问题。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是提供一种能规模化生产的光纤传感专用光缆，其具有预制在内的S型光纤，并具有良好的拉伸性能和力学稳定性。为了解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种光纤传感专用光缆，包括光纤和抗拉元件，还包括一个扁平的带体，所述光纤和抗拉元件设置在所述带体内，共同沿所述带体的长度方向上行进、在宽度方向上周期性弯曲，呈S形，所述带体的材料主要为热塑性塑料、橡胶或塑料橡胶复合物。另一种光纤传感专用光缆，包括光纤和包围所述光纤的光纤套管，还包括带体，所述光纤套管全部或部分设置在所述带体内或表面，所述光纤套管呈S形，所述带体的材料主要为热塑性塑料、橡胶或塑料橡胶复合物。作为本专利技术的优选方案之一，上述两种光纤传感专用光缆，所述带体设有应力释放孔、应力释放槽、应力释放凹陷三种结构中的一种，两种或全部。作为本专利技术的优选方案之一，上述两种光纤传感专用光缆，所述带体表面设有凸起。作为本专利技术的优选方案之一，上述两种光纤传感专用光缆，所述S形的形状在控制点为三角波顶点的二次或三次样条曲线、由相互外切的圆弧组成的曲线、由相切的圆弧和直线段交替组成的曲线、正弦曲线中选取。作为本专利技术的优选方案之一，上述两种光纤传感专用光缆，还包括两个加强元件，分别设置在所述带体的两个边缘。作为本专利技术的优选方案之一，上述两种光纤传感专用光缆，所述光纤上刻有光纤光栅。作为本专利技术的优选方案之一，上述第一种光纤传感专用光缆，所述抗拉元件为芳纶纤维、包围所述光纤的金属管或它们的组合。作为本专利技术的优选方案之一，上述第二种光纤传感专用光缆，所述光纤套管固定在
所述带体上，固定的方式为粘结、卡槽固定或它们的组合。作为本专利技术的优选方案之一，上述第二种光纤传感专用光缆，还包括抗拉元件、抗压元件或它们的组合，设置在所述光纤套管内。本专利技术的有益效果在于：可以形成一种结构稳定和一致性高的带状光缆，容易实现规模化生产，以平整的形态上盘和下盘，并高效地完成布设，特别有利于电缆、柔性管内置传感光纤的自动化布设。该类带状光缆可以具有很高的拉伸量，并通过其力学结构调节传递到传感光纤的应变或应力，通过差异化设计，实现多种具有不同目的和规格的光纤传感专用光缆。附图说明包括6幅附图，说明如下：图1是本专利技术的实施例1的结构图；图2是本专利技术的实施例2的结构图；图3是本专利技术的实施例3的结构图；图4是本专利技术的实施例4的结构图；图5是本专利技术的实施例5的结构图；图6是本专利技术的实施例6的结构图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的具体实施方式作详细说明。实施例1图1是本专利技术的实施例1的结构图。光纤1含被覆层外径250微米，抗拉元件2为不锈钢管，外径2.5mm，内置光纤1，并充油膏；带体3材料为聚氯乙烯。带体3宽度为50mm，厚度为1.0mm；抗拉元件2呈S型，由弯曲半径为50mm的圆弧和直线段组成，节距180mm。该光缆在制造过程中，先通过机械将内置光纤1的抗拉元件2弯曲成S型，再用热塑工艺加上带体3。这样，可以确保抗拉元件2无预应力，带面平整。由上述结构可以看到，带体3结构轻薄、材料具有低弹性模数和良好塑性，能确保
在拉伸率不大于3％和压缩率不大于3％时，施加在抗拉元件2上的力有限，光纤1不受张力。抗拉元件2同时提供了抗侧压的功能。本方案主要为内置传感光纤的电缆和柔性管提供专用光缆，适用于对温度或振动的检测。在安装和使用过程中，传感光纤不受张力或扭力。实施例2图2是本专利技术的实施例2的结构图。光纤1和抗拉元件2呈S形曲线，设置在带体3内部；带体3上，光纤1和抗拉元件2周边开有应力释放孔4和应力释放槽5。光纤1和抗拉元件2的S形曲线可以在双圆弧线、正弦曲线、B样条曲线中选择，根据S形曲线的宽度要求、光纤1的允许最小弯曲半径、余长率要求进行选择。光纤1的允许最小弯曲半径主要由光纤1本身的耐弯性能和总损耗要求决定。在长距离(几千米至几十千米)检测中，总损耗必须严格控制，一般多模和单模光纤的最小弯曲半径为50mm；弯曲不敏感的光纤可以采用更小的值，如G.657系列可达10mm至5mm。在短距离检测中，只要总损耗允许，一般多模和单模光纤的最小弯曲半径可以小于50mm。这里的余长率指在S形曲线长度超过带体长度的比率，即前者除以后者再减去一。在允许弯曲半径相同的情况下，双圆弧线在获得余长率方面具有最高的效率，参见表1；正弦曲线具有较低的效率，参见表2；一般的样条曲线在以上两者之间。单位：mm表1双圆弧线的余长率单位：mm表2正弦曲线的余长率样条曲线为控制点为三角波顶点的二次或三次样条曲线，可采用AutoCAD软件的NURB本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种光纤传感专用光缆，包括光纤和抗拉元件，其特征在于，还包括一个扁平的带体，所述光纤和抗拉元件设置在所述带体内，共同沿所述带体的长度方向上行进、在宽度方向上周期性弯曲，呈S形，所述带体的材料主要为热塑性塑料、橡胶或塑料橡胶复合物。

【技术特征摘要】
1.一种光纤传感专用光缆，包括光纤和抗拉元件，其特征在于，还包括一个扁平的带体，所述光纤和抗拉元件设置在所述带体内，共同沿所述带体的长度方向上行进、在宽度方向上周期性弯曲，呈S形，所述带体的材料主要为热塑性塑料、橡胶或塑料橡胶复合物。2.一种光纤传感专用光缆，包括光纤和包围所述光纤的光纤套管，其特征在于，还包括带体，所述光纤套管全部或部分设置在所述带体内或表面，所述光纤套管呈S形，所述带体的材料主要为热塑性塑料、橡胶或塑料橡胶复合物。3.根据权利要求1或权利要求2所述光纤传感专用光缆，其特征在于，所述带体设有应力释放孔、应力释放槽、应力释放凹陷三种结构中的一种，两种或全部。4.根据权利要求1或权利要求2所述光纤传感专用光缆，其特征在于，所述带体表面设有凸起。5.根据权利要求1或权利要求2所述光纤传...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨青，
申请(专利权)人：杨青，
类型：发明
国别省市：上海;31