一種振動(dòng)傳感光纜及其使用方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種振動(dòng)傳感光纜及其使用方法，屬于光纖傳感技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]光纖振動(dòng)傳感光纜的用途之一是用于開(kāi)發(fā)光纖周界安防系統(tǒng)。周界安防系統(tǒng)是指對(duì)某一區(qū)域的邊界進(jìn)行防范或當(dāng)該邊界被外來(lái)事物侵入后報(bào)警的防范體系。周界安防技術(shù)與產(chǎn)品最初主要用于一些重要軍事區(qū)域的邊界安全防范，目前已擴(kuò)展到國(guó)界、機(jī)場(chǎng)周界、工業(yè)園區(qū)周界、居民小區(qū)周界以及高鐵沿線、油氣輸送管線、電力輸送線路等，周界安防技術(shù)與產(chǎn)品的市場(chǎng)需求量不斷擴(kuò)大。周界安防產(chǎn)品中，發(fā)展歷史較長(zhǎng)、應(yīng)用較廣泛的電類周界安防產(chǎn)品主要有紅外對(duì)射系統(tǒng)、泄露電纜、電子脈沖圍欄等，這些系統(tǒng)都是室外有源系統(tǒng)，易受電磁干擾和環(huán)境、氣象影響，誤報(bào)率高，定址不準(zhǔn)確。光纖類周界安防技術(shù)是新型周界安防技術(shù)，目前主要有利用光纖后向散射信號(hào)的光時(shí)域反射(ODTR)周界安防技術(shù)和基于干涉技術(shù)的光纖周界安防系統(tǒng)。ODTR技術(shù)對(duì)多點(diǎn)入侵的定位分析復(fù)雜，很難準(zhǔn)確定位?；诟缮嬖淼闹芙缂夹g(shù)由于是相位調(diào)制型，所以對(duì)入射光的偏振態(tài)和外界的影響比較敏感，誤報(bào)率高，精確定位比較困難。為解決精確定位的問(wèn)題，一些機(jī)構(gòu)開(kāi)發(fā)了基于光纖光柵的光纖周界安防系統(tǒng)，但由于采用高反射率(強(qiáng))光柵焊接制備傳感光纜，由于受光源帶寬的限制，一根光纖上復(fù)用光柵的數(shù)量有限，限制了系統(tǒng)探測(cè)的距離或范圍。另外由于是焊接光柵制備傳感光纜，光纖的抗拉強(qiáng)度大大降低，傳感光纜的長(zhǎng)期可靠性不高，不能完全滿足實(shí)際應(yīng)用對(duì)光纖光柵振動(dòng)傳感光纜的要求。由此可見(jiàn)，光纖光柵振動(dòng)傳感光纜需要解決的是光柵陣列中的光柵制備效率低、光柵數(shù)量少、光纖強(qiáng)度低、損耗大、光纜可靠性差、光纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜等問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足提供一種結(jié)構(gòu)設(shè)置合理、光纖強(qiáng)度高、損耗小，測(cè)量與傳輸距離長(zhǎng)、傳感性能可靠、易于制作的振動(dòng)傳感光纜及其使用方法。
[0004]本發(fā)明為解決上述提出的問(wèn)題所采用的技術(shù)方案為:包括有外護(hù)套和傳感光纖，傳感光纖敷設(shè)在外護(hù)套內(nèi)，其特征在于所述的傳感光纖為拉絲時(shí)直接在線刻入光柵的全同光柵陣列光纖，光柵的反射率為-20dB?-70dB，在外護(hù)套內(nèi)設(shè)置有金屬銷裝層，所述的傳感光纖松弛敷設(shè)在金屬鎧裝層內(nèi)，所述的外護(hù)套為一次擠塑成型的整體型外護(hù)套。
[0005]按上述方案，所述的傳感光纖為一條連續(xù)的無(wú)熔接點(diǎn)的全同光柵陣列光纖。
[0006]按上述方案，所述傳感光纖上連續(xù)刻寫(xiě)光柵的數(shù)量為5?10000個(gè)，兩個(gè)相鄰光柵之間的間距為Im?200m。
[0007]按上述方案，所述的傳感光纖由刻入光柵的裸光纖表面涂覆樹(shù)脂涂覆層或碳涂敷層或金屬涂敷層構(gòu)成。
[0008]按上述方案，所述傳感光纖的靜態(tài)抗拉強(qiáng)度大于或等于55N，且光纖的整體經(jīng)過(guò)10kpsi張力的動(dòng)態(tài)篩選。
[0009]按上述方案，所述的傳感光纖外包覆緊套層或松套層，分別構(gòu)成緊套傳感光纖和松套傳感光纖。
[0010]按上述方案，在外護(hù)套和金屬鎧裝層之間設(shè)置有非金屬加強(qiáng)層。
按上述方案，所述的外護(hù)套徑向截面為圓形或蝶形。
[0011]按上述方案，所述的外護(hù)套中沿周向間隔或在兩側(cè)設(shè)置有加強(qiáng)件。
[0012]本發(fā)明提供的光纖光柵陣列傳感光纖是一種光纖光柵準(zhǔn)分布式傳感器，其中的光纖光柵可以是等距離排列，也可以是不等距離排列。使用單脈沖紫外激光束曝光，采用相位掩模板法刻寫(xiě)光柵，制備出弱反射光纖光柵，對(duì)裸光纖連續(xù)曝光，制備出全同弱光柵陣列。刻寫(xiě)光柵裝置為準(zhǔn)分子激光器結(jié)合相位掩模板，設(shè)置在光纖拉絲塔出絲口下方，準(zhǔn)分子激光器輸出的單脈沖紫外激光束經(jīng)光闌整形，經(jīng)過(guò)透鏡聚焦，照射到掩模板上，從而在近乎緊貼掩模板的裸光纖上寫(xiě)入光柵?？虒?xiě)光柵過(guò)程中受到電腦控制，相鄰光柵之間的間距和激光強(qiáng)度均可按要求設(shè)置，整套裝置在勻速下拉的裸光纖上連續(xù)自動(dòng)刻寫(xiě)光柵?？虒?xiě)光柵后對(duì)光纖進(jìn)行涂敷。
[0013]光柵陣列波分復(fù)用技術(shù)由于波長(zhǎng)調(diào)制的特性，每個(gè)光纖光柵都會(huì)占用一定的帶寬，同時(shí)彼此之間不允許重疊。因此，光纖光柵的波分復(fù)用技術(shù)受到光源帶寬以及光柵波長(zhǎng)幅寬的限制，一根光纖上復(fù)用30個(gè)光柵基本已經(jīng)達(dá)到極限。本發(fā)明提供的光纖光柵陣列傳感光纜其中的光柵數(shù)目至少有5個(gè)，可以多至10000個(gè)或更多，根據(jù)需要確定。然而一根光纖上光柵復(fù)用的數(shù)量超過(guò)30個(gè)時(shí)，單獨(dú)用波分復(fù)用技術(shù)難以進(jìn)行信號(hào)解調(diào)。
[0014]本發(fā)明采用全同弱光柵陣列技術(shù)、光時(shí)域反射技術(shù)和光纖干涉技術(shù)復(fù)合使用的方法，采集高頻振動(dòng)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)對(duì)振動(dòng)信號(hào)的定位和探測(cè)。
[0015]本發(fā)明提供一種分布式光纖光柵傳感器使用方法:脈沖寬度長(zhǎng)于光纖光柵陣列中相鄰兩個(gè)光柵之間反射所需時(shí)間的單波長(zhǎng)相干激光光源或多波長(zhǎng)相干激光光源入射到光纖中，相鄰兩個(gè)光纖光柵之間的反射光之間發(fā)生干涉，干涉信號(hào)通過(guò)光電探測(cè)器傳送到控制器，控制器采集不同時(shí)間的干涉信號(hào)，對(duì)光纖光柵陣列傳感器件進(jìn)行地址查詢及光波長(zhǎng)信息查詢，實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖上某相鄰兩個(gè)光柵之間的振動(dòng)信號(hào)的探測(cè)。
[0016]傳感所使用的光源是單波長(zhǎng)相干激光光源或多波長(zhǎng)相干激光光源，振動(dòng)傳感的工作波長(zhǎng)在1.55μπι或1.3Ιμπι波段。振動(dòng)探測(cè)的最大距離是50km。
[0017]本發(fā)明的有益效果是:1、在線制備的全同光柵陣列光纖上無(wú)熔接點(diǎn)，強(qiáng)度高，傳輸損耗小，光柵的一致性好，所制備的光纖光柵陣列可以直接一次成纜;2、本發(fā)明的傳感光纜結(jié)構(gòu)設(shè)置簡(jiǎn)單合理，抗壓抗拉的機(jī)械性能強(qiáng)，在光纜受到張力時(shí)光纖能一直處于松弛狀態(tài)，保證其中光柵不受力，能實(shí)現(xiàn)對(duì)光纖上任意一對(duì)相鄰兩個(gè)光柵之間的振動(dòng)信號(hào)的探測(cè)；3、采用全同弱光柵陣列技術(shù)、光時(shí)域反射技術(shù)和光纖干涉技術(shù)復(fù)合使用的方法進(jìn)行傳感，突破了現(xiàn)有傳感光纜的局限性，定位快速精確，測(cè)量結(jié)果重復(fù)性好，易于進(jìn)行長(zhǎng)距離多點(diǎn)分布測(cè)量，可多路復(fù)用并構(gòu)成傳感網(wǎng)絡(luò)。
【附圖說(shuō)明】
[0018]圖1為本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0019]圖2為本發(fā)明第二個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0020]圖3為本發(fā)明第三個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0021 ]圖4為本發(fā)明第四個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0022]圖5為本發(fā)明第五個(gè)實(shí)施例的徑向剖面結(jié)構(gòu)圖。
[0023]圖6為本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例中一組全同弱光柵陣列解調(diào)圖譜。
【具體實(shí)施方式】
[0024]以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說(shuō)明。
[0025]本發(fā)明第一個(gè)實(shí)施例如圖1所示，為一種圓形光纖光柵陣列傳感光纜，包括有圓形截面的外護(hù)套3，在外護(hù)套內(nèi)設(shè)置有金屬鎧裝2，在金屬鎧裝層內(nèi)松弛敷設(shè)傳感光纖I;其中，所述外護(hù)套可由聚氯乙烯護(hù)套料、阻燃護(hù)套料或耐電痕護(hù)套料制成;所述的金屬鎧裝層可由鋁塑復(fù)合帶、鋼塑復(fù)合帶、螺旋鋼鎧、鋼絞線或不銹鋼管構(gòu)成，金屬鎧裝層的孔徑為0.8?6mm ;所述的傳感光纖為拉絲時(shí)直接在線刻入光柵的全同光柵陣列光纖，刻寫(xiě)光柵的數(shù)量為5?10000個(gè)，兩個(gè)相鄰光柵之間的間距為Im?200m，可為等距或不等距，所述傳感光纖上的光柵為弱反射光纖光柵，反射率為-20dB?-70dB。所述的傳感光纖由刻入光柵的裸光纖表面涂覆樹(shù)脂涂覆層構(gòu)成，涂覆層為I?2層。所述的外護(hù)套為一次擠塑成型的整體型外護(hù)套。本實(shí)施例中光纜直徑2mm，螺旋鋼銷直徑Imm，光纜長(zhǎng)度196