專利名稱：高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布式光纖傳感系統(tǒng)，特別涉及一種高空間分辨力分布式光纖傳 感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來(lái)，由拉曼散射或者布里淵散射光時(shí)域反射測(cè)量?jī)x構(gòu)成的分布式光纖傳感系 統(tǒng)得到了很快的發(fā)展，其測(cè)量精度和測(cè)量距離基本上能滿足大部分工程實(shí)用化的需求。但 是，分布式光纖傳感系統(tǒng)的空間分辨力(能準(zhǔn)確測(cè)量被測(cè)物體傳感量所需要的最短傳感光 纖長(zhǎng)度)一般在1米左右，也就是說(shuō)分布式光纖傳感系統(tǒng)測(cè)量到的溫度(應(yīng)變)為1米范 圍內(nèi)的平均值，如果測(cè)量的溫度(應(yīng)變)變化發(fā)生在一個(gè)很小的局部區(qū)域時(shí)(長(zhǎng)和寬均小 于1米)，將導(dǎo)致測(cè)量的溫度(應(yīng)變)低于實(shí)際值，而且溫度(應(yīng)變)變化區(qū)域的尺寸越小 則偏差越大，這就成為了分布式光纖傳感系統(tǒng)準(zhǔn)確測(cè)量局部區(qū)域溫度(應(yīng)變)的瓶頸。為 提高局部區(qū)域的測(cè)量精度，必須提高系統(tǒng)的空間分辨力。提高空間分辨力的辦法，一般是增加傳感系統(tǒng)主機(jī)的信號(hào)采樣頻率，并降低分布 式光纖傳感系統(tǒng)中激光器的脈沖寬度。對(duì)于IOOMHz的采樣頻率和IOns的激光器脈沖寬度， 所要求的最短傳感光纖長(zhǎng)度一般為1米；如果將采樣頻率提高到400MHz，同時(shí)將激光器的 脈沖寬度降低到2. 5ns，那么所要求的所要求的最短傳感光纖長(zhǎng)度將縮短到0. 25米。在此 情況下，進(jìn)一步縮短傳感光纖長(zhǎng)度受到采樣速率的進(jìn)一步提高和激光器脈沖寬度進(jìn)一步減 小的限制，因此，這種解決方案的成本比較高，發(fā)展空間也受到限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方法簡(jiǎn)單，成本低廉，且能有效提 高空間分辨力的分布式光纖傳感系統(tǒng)。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種高空間分辨力分布式光纖 傳感系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)主機(jī)(4)和傳感光纖(1)，其特征在于所述的傳感光纖(1)包括 至少一段扁平狀的帶狀光纜(9)或至少一個(gè)光纖盤式傳感探頭(5)；所述帶狀光纜(9)或 光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置。所述帶狀光纜(9)或光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)，包括至少一根纖 芯，傳感光纖類型為單模或多模光纖。所述扁平狀的帶狀光纜(9)包括帶狀光纖護(hù)套(2)和置于護(hù)套內(nèi)的傳感光纖(1)， 帶狀光纜(9)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置，其為由一個(gè)光纖圈或兩個(gè)以上的光纖 圈串聯(lián)而成，光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波形中的一種，或者上述 形狀的任意組合。所述光纖盤式傳感探頭(5)包括光纖盤式傳感探頭封裝外殼(3)和置于外殼內(nèi)的 傳感光纖(1)，光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖⑴呈彎曲繞制狀布置，其為由一個(gè)光 纖圈或兩個(gè)以上的光纖圈串聯(lián)而成，光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波
3形中的一種，或者上述形狀的任意組合。所述傳感系統(tǒng)主機(jī)(4)為拉曼散射或布里淵散射光時(shí)域反射測(cè)量裝置。所述傳感系統(tǒng)主機(jī)(4)與傳感光纖(1)的一端相連，構(gòu)成單端測(cè)量方式；或與傳感 光纖(1)的首末端相連，構(gòu)成雙端測(cè)量方式。本發(fā)明技術(shù)方案提供的傳感系統(tǒng)空間分辨率由光纖彎曲的方式，彎曲尺寸以及彎 曲圈數(shù)決定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點(diǎn)1、由于采用了將光纖呈彎曲繞制狀布置的技術(shù)方案，增加了傳感光纖的有效長(zhǎng) 度，可以提高光纖傳感系統(tǒng)探測(cè)局部區(qū)域內(nèi)的溫度(應(yīng)變)的能力，也就是提高了空間分辨 力。2、本發(fā)明提出的光纖盤式傳感探頭由于其體積比較小，相當(dāng)于一個(gè)點(diǎn)式的傳感探 頭，因而形成了一種利用分布式光纖傳感機(jī)理構(gòu)成點(diǎn)式傳感器的方法，也就是說(shuō)利用現(xiàn)有 的分布式光纖傳感技術(shù)，通過(guò)采用光纖盤式的傳感探頭可以形成分布式與點(diǎn)式相結(jié)合的傳 感系統(tǒng)。一個(gè)分布式傳感系統(tǒng)相當(dāng)于數(shù)百個(gè)點(diǎn)式傳感頭串聯(lián)構(gòu)成的點(diǎn)式傳感系統(tǒng)。3、由于僅僅通過(guò)增加光纖彎曲的圈數(shù)就可以十倍，數(shù)十倍地增加空間分辨力，本 發(fā)明的技術(shù)方案具有成本低廉，簡(jiǎn)單易行，效果明顯的特點(diǎn)。


圖1是本發(fā)明實(shí)施例提供的高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)示意圖；圖2 圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)中各種呈彎 曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、傳感光纖；2、帶狀光纖護(hù)套；3、光纖盤式傳感探頭封裝外殼；4、傳感系統(tǒng) 主機(jī)；5 (6，7，8)、光纖盤式傳感探頭；9、帶狀光纜。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步描述實(shí)施例一參見(jiàn)圖1所示，它是本實(shí)施例提供的高空間分辨力分布式光纖傳感系 統(tǒng)示意圖；該系統(tǒng)包括傳感主機(jī)4和傳感光纖1，傳感光纖1的首尾端與傳感系統(tǒng)主機(jī)4相 連，構(gòu)成雙端測(cè)量方式。傳感光纖1由一段帶狀光纜9，以及四個(gè)光纖盤式傳感探頭5，6，7，8串聯(lián)而成，其 中帶狀光纜9，光纖盤式傳感探頭5，6內(nèi)部光纖的繞制方式為橢圓形，繞制方法參見(jiàn)附圖2， 它是本實(shí)施例提供的呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；其具體繞制路徑為光纖從 a開(kāi)始，經(jīng)b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)b，再到達(dá)c，再到達(dá)d，最終到達(dá)f，完成一個(gè) 橢圓單元的敷設(shè)。其中，過(guò)程從b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)b，可重復(fù)多次。到達(dá) f后則開(kāi)始下一個(gè)橢圓單元的繞制過(guò)程，以此類推。對(duì)于圖1中的帶狀光纜9，包含多個(gè)橢 圓單元，而光纖盤式傳感探頭5和6只包含一個(gè)橢圓單元。光纖盤式傳感探頭7和8只包 含一個(gè)圓形單元。帶狀光纖的護(hù)套材料可以有多種，如使用阻燃PVC，LSZH等材料，光纖可以用裸光 纖或者緊套光纖繞制，光纖繞制成橢圓單元后可以用導(dǎo)熱硅膠固定在光纖護(hù)套中。光纖盤
4式傳感探頭的封裝外殼材料也有多種，比如可以采用鋁，氧化鋁陶瓷等材料，光纖繞制完橢 圓或者圓形單元后可以用導(dǎo)熱硅膠固定。圖2中，帶狀傳感光纜的最小寬度與光纖的最小曲率半徑有關(guān)，如果采用康寧公 司ClearCurve抗彎曲單模光纖(彎曲半徑為15mm)，再加上封裝外套的厚度約2mm，圖2 中帶狀傳感光纜的最小寬度可做到34mm，厚度可以做到小于2_6mm。在實(shí)際應(yīng)用中，分布 式光纖傳感系統(tǒng)一般要求光纖的總損耗不超過(guò)10dB，對(duì)圖2的光纖繞制方案中的損耗進(jìn)行 估算如下(以康寧ClearCurve抗彎曲單模光纖為例10圈直徑為30mm光纖的損耗小于 0. OldB)采用本實(shí)施例圖2中的光纖繞法，帶狀傳感光纜內(nèi)光纖橢圓的長(zhǎng)軸長(zhǎng)度為0. Im, 寬度為30mm，里面繞制的每圈光纖計(jì)算長(zhǎng)度為23. 4cm，橢圓單元的總長(zhǎng)度最小為系統(tǒng)本身 的空間分辨力，假定為2米，計(jì)算得出光纖的繞制圈數(shù)為8. 5圈(假定實(shí)際繞制圈數(shù)為9 圈)，其損耗小于0. 009dB。如果帶狀傳感光纜的長(zhǎng)度為50米(包含相互串聯(lián)的500個(gè)橢 圓環(huán))，總的彎曲損耗為9dB (來(lái)回)。光纖總長(zhǎng)度計(jì)算為1053米，單模光纖在1550nm處 的損耗為 0. 25dB/km，光在1053米的光纖里來(lái)回的損耗為 0. 5dB，帶狀光纜總的損耗為 9dB+0. 5dB = 9. 5dB，小于總的容許損耗10dB，因此實(shí)施例一中可以接50米長(zhǎng)的圖2所示的 帶狀光纜，該帶狀光纜的空間分辨力為0. 1-0. 2米，與原系統(tǒng)相比提高了 10-20倍。對(duì)于光纖盤式傳感探頭5，6，按照?qǐng)D2的橢圓繞法，包含一個(gè)橢圓單元，光纖的繞 制圈數(shù)為9圈，損耗按照上文的估計(jì)為0. 009dB，其尺寸大概為34X 110mm，類似于一個(gè)點(diǎn)式 的光纖傳感探頭。對(duì)于7，8的光纖盤式傳感探頭，內(nèi)部光纖的繞制方法為圓形，假定圓的直 徑為30mm，繞制2米長(zhǎng)光纖的圈數(shù)計(jì)算為21圈，總的損耗估計(jì)為0. 02dB。如果總的容許損 耗為10dB，圓形的光纖盤式傳感探頭可以串聯(lián)250個(gè)，傳感探頭的尺寸估計(jì)在34mm左右。 橢圓繞法的光纖盤式傳感探頭可以串聯(lián)555個(gè)。因此分布式傳感系統(tǒng)可以接數(shù)百個(gè)光纖盤 式的傳感探頭，此時(shí)一個(gè)分布式的傳感系統(tǒng)相當(dāng)于一個(gè)數(shù)百個(gè)點(diǎn)式傳感頭串聯(lián)構(gòu)成的點(diǎn)式 傳感系統(tǒng)。參見(jiàn)附圖3，它是本實(shí)施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其圓形帶狀光纜繞制路徑光纖從a開(kāi)始，經(jīng)b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)b，再到達(dá) c,再到達(dá)d，最終到達(dá)f，完成一個(gè)圓形單元的敷設(shè)。其中，過(guò)程從b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到 達(dá)e，再到達(dá)b，可重復(fù)多次。到達(dá)f后則開(kāi)始下一個(gè)圓形單元的繞制過(guò)程，以此類推。參見(jiàn)附圖4，它是本實(shí)施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其“8”字形帶狀光纜繞制路徑為光纖從a開(kāi)始，經(jīng)b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)f， 再到達(dá)g，再到達(dá)d，再到達(dá)h，再到達(dá)b，再到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)f，最終到達(dá)i， 完成一個(gè)“8”字形單元的敷設(shè)。其中，從b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)f，再到達(dá)g， 再到達(dá)d，再到達(dá)h，再到達(dá)b，再到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)f，可重復(fù)多次。到達(dá)i 后則開(kāi)始下一個(gè)“8”字形單元的繞制過(guò)程，以此類推。參見(jiàn)附圖5，它是本實(shí)施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其螺旋形帶狀光纜繞制路徑為光纖從a開(kāi)始，經(jīng)b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)b，再 到達(dá)c，再到達(dá)f，再到達(dá)g，再到達(dá)h，再到達(dá)i，再到達(dá)f，最終到達(dá)j，完成一個(gè)螺旋形單元 的敷設(shè)。其中過(guò)程從b到達(dá)c，再到達(dá)d，再到達(dá)e，再到達(dá)b，再到達(dá)c，和過(guò)程從f到達(dá)g， 再到達(dá)h，再到達(dá)i，再到達(dá)f，均可重復(fù)多次。到達(dá)j后則開(kāi)始下一個(gè)螺旋形單元的繞制過(guò)程，以此類推。參見(jiàn)附圖6，它是本實(shí)施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其正弦波形帶狀光纜繞制路徑為光纖從a開(kāi)始，經(jīng)b到達(dá)c，再到達(dá)d，最終到達(dá)e，完成一 個(gè)正弦波形單元的敷設(shè)。到達(dá)e后則開(kāi)始下一個(gè)正弦波形單元的繞制過(guò)程，以此類推。從上述實(shí)施例可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明技術(shù)方案，不用改變傳統(tǒng)分 布式光纖傳感系統(tǒng)主機(jī)的構(gòu)造，就可以將系統(tǒng)的空間分辨率提高十幾倍，并且可以利用光 纖盤式傳感探頭形成基于分布式光纖傳感原理的點(diǎn)式傳感系統(tǒng)，構(gòu)成分布式與點(diǎn)式相結(jié)合 的傳感系統(tǒng)，本發(fā)明實(shí)施方法簡(jiǎn)單，成本低廉，效果明顯。
權(quán)利要求
一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)主機(jī)(4)和傳感光纖(1)，其特征在于所述的傳感光纖(1)包括至少一段扁平狀的帶狀光纜(9)或至少一個(gè)光纖盤式傳感探頭(5)；所述帶狀光纜(9)或光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 帶狀光纜(9)或光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)，包括至少一根纖芯，傳感光纖類 型為單?；蚨嗄９饫w。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 扁平狀的帶狀光纜(9)包括帶狀光纖護(hù)套(2)和置于護(hù)套內(nèi)的傳感光纖(1)，帶狀光纜(9) 中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置，其為由一個(gè)光纖圈或兩個(gè)以上的光纖圈串聯(lián)而成， 光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波形中的一種，或者上述形狀的任意組I=I O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 光纖盤式傳感探頭(5)包括光纖盤式傳感探頭封裝外殼(3)和置于外殼內(nèi)的傳感光纖(1)， 光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置，其為由一個(gè)光纖圈或兩個(gè)以 上的光纖圈串聯(lián)而成，光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波形中的一種， 或者上述形狀的任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 傳感系統(tǒng)主機(jī)(4)為拉曼散射或布里淵散射光時(shí)域反射測(cè)量裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 傳感系統(tǒng)主機(jī)(4)與傳感光纖(1)的一端相連，構(gòu)成單端測(cè)量方式，或與傳感光纖(1)的首 末端相連，構(gòu)成雙端測(cè)量方式。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)主機(jī)(4)和傳感光纖(1)，其傳感光纖包括至少一段扁平狀的帶狀光纜(9)或至少一個(gè)光纖盤式傳感探頭(5)，帶狀光纜或光纖盤式傳感探頭中的傳感光纖呈彎曲繞制狀布置，傳感系統(tǒng)空間分辨率的提高由光纖彎曲的方式、彎曲尺寸以及彎曲圈數(shù)決定。本發(fā)明不用改變傳統(tǒng)分布式光纖傳感系統(tǒng)主機(jī)的構(gòu)造，僅僅通過(guò)增加光纖彎曲圈數(shù)的辦法提高系統(tǒng)的空間分辨力，成本低廉，簡(jiǎn)單易行，效果明顯。
文檔編號(hào)G02B6/44GK101957244SQ20101029358
公開(kāi)日2011年1月26日 申請(qǐng)日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者姜明武, 王兵輝, 陳志標(biāo) 申請(qǐng)人:蘇州光格設(shè)備有限公司