CN111736281B - 一种解决余长问题的光纤光栅阵列测温光缆及工艺 - Google Patents

一种解决余长问题的光纤光栅阵列测温光缆及工艺 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺，包括以下步骤：螺旋护套管成型的同时，将阵列光栅光纤穿入到螺旋护套管内；在螺旋护套管的成型端和收线端各设置一定滑轮，在两个定滑轮之间的下方设置一组质量可调的动滑轮配重块；在动滑轮配重块的重力作用下，控制成型端和收线端的收线速度，使螺旋护套管处于拉伸状态，以控制阵列光栅光纤在螺旋护套管内的余长。

Description

一种解决余长问题的光纤光栅阵列测温光缆及工艺
技术领域
本发明属于光纤光栅传感相关技术领域，主要介绍了一种能解决连续性光纤光栅阵列测温传感光缆余长问题的新工艺结构。
背景技术
随着光纤光栅传感技术的发展，连续型阵列光栅传感技术，因其“大容量、高精度、长距离、高可靠”的技术特点，逐渐替代了传统型分布式传感光纤和点式布拉格强光栅传感器在相关领域的应用，也符合了物联网时代高速发展的要求。
然后，大容量的光纤光栅阵列传感光缆的封装工艺，尤其是广泛应用于测温领域的阵列光栅测温光缆的研究，目前还不成熟，采用传统的通信光缆成缆技术所制作的传感光缆，存在负余长、余长不可控的问题，导致工程施工中，阵列光栅传感光缆内部光栅受力失效。
要解决阵列光栅传感光缆内部受力失效问题，就要解决阵列光栅余长问题。阵列光栅测温传感光缆不同于传统通信光缆，因为光栅阵列具有光栅对应力-温度双重敏感性，要想实现测温功能，就必须解决应力对光栅的影响，那么用于封装光栅的内部需结构，就不能采用通信光缆传统的油膏或织物填充方式，而一般通信光缆的余长解决方法，恰恰又是通过各种填充方式来实现的，所以阵列光栅测温光缆的成缆工艺，无成法可依，具有一定的技术难度。
所以要把阵列光栅测温传感技术很好地应用于工程上，亟待开发一种新的光缆工艺结构，解决余长问题。
发明内容
本发明的目的在于解决光纤光栅阵列测温传感光缆的成缆余长问题。
为达上述目的，本发明提供了一种解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺，包括以下步骤：
螺旋护套管成型的同时，将阵列光栅光纤穿入到螺旋护套管内；
在螺旋护套管的成型端和收线端各设置一定滑轮，在两个定滑轮之间的下方设置一组质量可调的动滑轮配重块；
在动滑轮配重块的重力作用下，并控制收线端的收线速度，使螺旋护套管处于拉伸状态，以控制阵列光栅光纤在螺旋护套管内的余长。
接上述技术方案，所述螺旋护套管为干式无填充不锈钢套管。
接上述技术方案，所述螺旋护套管内设有多根加强筋。
本发明还提供了一种光纤光栅阵列测温光缆，包括裸纤和螺旋状护套管，所述裸纤上刻有光纤光栅阵列，封装在所述螺旋状护套管内，该光纤光栅阵列测温光缆通过上述技术方案解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺制作。
本发明还提供了一种实现上述技术方案的解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺的光纤余长加工装置，该光缆加工装置包括支架，该支架上固定两个定滑轮，其中一个定滑轮作为螺旋护套管成型端的定位导向轮，另一个定滑轮作为螺旋护套管收线端的定位导向轮；
该光缆加工装置还包括控制***，用于控制螺旋护套管的成型端和收线端的收放速度；
该支架上还固定有直线导轨，该直线导轨上安装有动滑轮轴承滑动支座，该动滑轮轴承滑动支座上设有一动滑轮，该动滑轮可随动滑轮轴承滑动支座沿直线导轨的轨道轴向滑动并可沿轮芯自由旋转；
该动滑轮轴承滑动支座上还固定有配重块。
接上述技术方案，该动滑轮轴承滑动支座上设有一吊杆，与动滑轮轴承滑动支座连接，所述配重块固定在所述吊杆上。
接上述技术方案，该支架上还固定有限位开关支座，其上设有上限位开关和下限位开关，两个限位开关连接控制***，用于调节收线端的速度。
接上述技术方案，当收线端速度大于成型端速度时，螺旋护套管收紧，动滑轮上移，并触发上限位开关，上限位开关将信号传给控制***，控制***通过降低收线端的速度，使得螺旋护套管放松，动滑轮下移，上限位开关复位；当收线端速度小于成型端时，螺旋护套管放松，动滑轮下移，并触发下限位开关，下限位开关将信号传给控制***，控制***通过提高收线端的速度，使得螺旋护套管收紧，动滑轮上移，下限位开关复位。
本发明产生的有益效果是：本发明螺旋护套管结构的可伸缩性，在成型过程中，通过调整配重块的质量来控制螺旋护套管的预拉伸量，使螺旋护套管内传感裸纤在下线后形成余长并控制余长大小。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明实施例螺旋护套管拉伸原理图；
图2是本发明实施例螺旋护套管自由状态示意图；
图3是本发明实施例光纤余长加工装置示意图一；
图4是本发明实施例光纤余长加工装置示意图二；
图5是本发明实施例阵列光栅测温传感光缆的截面图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明为了消除应力对阵列光栅波长的影响，将阵列光栅光纤采用裸纤形式，封装在一种干式无填充带式螺旋状护套管(以下简称螺旋管)内，此工艺中光纤余长形成原理及控制方法，详见以下说明。
如附图1所示，螺旋护套管成型时，阵列光栅光纤就穿入到管内，在螺旋护套管的成型端到收线端中间，设置一组质量为M的动滑轮配重块，此时，螺旋护套管在配重块的重力作用下，处于拉伸状态，其节距被拉长，记为P1，此时在螺旋护套管的拉伸段取两个标记点，记为A和B，那么，此状态下的螺旋护套管标记段长度记为LAB，阵列光栅光纤长度记为FAB。
由于阵列光栅光纤的穿入与螺旋护套管的成型时同步进行的，所以，LAB＝FAB。
当护套管完成加工下线后，如图2所示，螺旋护套管1处于自由展开状态，不受配重块的影响，节距变小，记为P2，即P2<P1，此状态下，螺旋护套管的标记点记为a和b，其长度记为Lab，其内部阵列光栅光纤的长度记为Fab。
由于P2<P1，所以，LAB>Lab。
而阵列光栅光纤处于螺旋护套管内部，没有收到外力的影响，此时，FAB＝Fab。
综合以上长度关系，可得，Fab＝FAB＝LAB>Lab，即Fab>Lab。可见，本发明所涉及的光纤光栅护套管加工工艺，可使光纤在套管内部，形成正余长。
而余长的大小，取决于螺旋护套管节距P1、P2的大小差异，很明显，这个节距的变化大小，与配重块的质量M相关，M越大，P2与P1的差距越大，阵列光栅光纤与螺旋护套管的长度差距越大，即余长越大，反之亦然，这就是本发明所涉及的余长工艺控制方法。
结合所涉及的余长形成及控制原理，本发明还提供了光缆加工装置，包括支架，该支架上固定两个定滑轮，其中一个定滑轮作为螺旋护套管成型端的定位导向轮，另一个定滑轮作为螺旋护套管收线端的定位导向轮；该光缆加工装置还包括控制***，用于控制螺旋护套管的成型端和收线端的收放速度；该支架上还固定有直线导轨，该直线导轨上安装有动滑轮轴承滑动支座，该动滑轮轴承滑动支座上设有一动滑轮，该动滑轮可随动滑轮轴承滑动支座沿直线导轨的轨道轴向滑动并可沿轮芯自由旋转；该动滑轮轴承滑动支座上还固定有配重块。
如图3、4所示，本发明实施例光纤余长加工装置包括支架1、定滑轮2、定滑轮轴承支座3、动滑轮4、动滑轮轴承滑动支座5、定滑轮6、定滑轮轴承支座7、直线导轨8、吊杆9、砝码10、上限位开关11、下限位开关12、限位开关支座13及控制***(图中未示出)。
光纤余长加工装置中，定滑轮2通过定滑轮轴承支座3固定在支架1上，作为螺旋护套管即螺旋铠成型端定位导向轮，可以自由转动。
定滑轮6通过定滑轮轴承支座7固定在支架1上，作为螺旋铠收线端定位导向轮，可以自由转动。
动滑轮4安装固定在动滑轮轴承滑动支座5上，且动滑轮轴承滑动支座5安装在直线导轨8的轨道上，直线导轨8固定在支架1上，使得动滑轮4具有2个自由度，即沿直线导轨8的轨道轴向滑动，以及沿轮芯自由旋转；
吊杆9与动滑轮轴承滑动支座5的轴杆连接，砝码10安装在吊杆9上，这样，砝码10的重量就通过吊杆9传递给了动滑轮4了，且通过改变砝码10的数量，可以自由控制动滑轮4受到的重力大小，从而控制加载到螺旋铠管14上的重力大小，来控制螺旋铠管14的预张拉节距；
固定有限位开关支座13固定在支架1上，上限位开关11和下限位开关12固定在限位开关支座13上，其功能是，调节收线端的速度——当收线端与成型端速度不一样时，螺旋铠管14会持续收紧或放松，带动动滑轮4及其组件上下移动，螺旋铠管14的预张拉节距会随着动滑轮4的上下移动而产生波动，收线端与成型端速度的差异越大，越突然，动滑轮4及其组件的上下移动的幅度就越大，螺旋铠管14的预张拉节距波动也越大，对余长稳定性的影响就越大，所以收线端的速度是要与成型端进行匹配的。当收线端速度大于成型端速度时，螺旋铠管14收紧，动滑轮4及其组件上移，并触发上限位开关11，上限位开关11将信号传给控制***，控制***通过降低收线端的速度，使得螺旋铠管14放松，动滑轮4及其组件下移，上限位开关11复位；当收线端速度小于成型端时，螺旋铠管14放松，动滑轮4及其组件下移，并触发下限位开关12，下限位开关12将信号传给控制***，控制***通过提高收线端的速度，使得螺旋铠管收紧，动滑轮4及其组件上移，下限位开关12复位——控制***就是通过限位开关的感知来调节收线端与成型端的速度匹配，来达到余长控制的稳定性。
本发明通过上述装置以及工艺制作的阵列光栅测温传感光缆，如附图5所示，阵列光栅测温传感光缆包括裸纤51和螺旋状护套管52，所述裸纤上刻有光纤光栅阵列，封装在所述螺旋状护套管内。
其中螺旋状护套管为干式无填充螺旋护套管，螺旋护套管内设有多根加强筋53，其外设有外护套层54。
本发明所涉及的光缆封装结构中，裸纤51为阵列光栅光纤，采用裸纤形式，目的是光栅不受应力影响。
本发明所涉及的光缆封装结构中，干式无填充的螺旋护套管52，采用不锈钢带成型，目的是利用不锈钢的优异的防腐性、高低温线性稳定性以及机械高强度，方便控制光纤余长的同时，为光纤提供足够的抗压防护能力和良好的弯曲性能，特别是温度传导性；
本发明所涉及的光缆封装结构中，加强筋53采用的是平行钢丝结构，此结构在通信光缆领域，得到充分应用，其抗拉强度，能给光缆提供良好的轴向抗拉强度，且对护套壁厚影响不大，提供了良好的抗拉强度，同时外护套厚度可以减到最小。
本发明所涉及的光缆封装结构中，外护套层54采用的是HDPE，使阵列光栅测温光缆具有良好的导热性、耐候性、防护级别、机械性能，能适应各种常规工程环境。
本发明所涉及的余长控制工艺，其核心关键是，利用干式无填充螺旋管结构的可伸缩性，在成型过程中，通过调整配重块的质量来控制螺旋管的预拉伸量，使螺旋管内传感裸纤在下线后形成余长并控制余长大小，所以，本螺旋套管的控制工艺，从目的和实现方式上，都是万千区别于传统通信光缆领域的螺旋铠技术的。
应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (7)

1.一种解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺，其特征在于，包括以下步骤：
螺旋护套管成型的同时，将阵列光栅光纤穿入到螺旋护套管内,所述螺旋护套管为干式无填充不锈钢套管；
在螺旋护套管的成型端和收线端各设置一定滑轮，在两个定滑轮之间的下方设置一组质量可调的动滑轮配重块；
在动滑轮配重块的重力作用下，控制成型端和收线端的收线速度，使螺旋护套管处于拉伸状态，以控制阵列光栅光纤在螺旋护套管内的余长。
2.根据权利要求1所述的解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺，其特征在于，所述螺旋护套管内设有多根加强筋。
3.一种光纤光栅阵列测温光缆，其特征在于，包括裸纤和螺旋状护套管，所述裸纤上刻有光纤光栅阵列，封装在所述螺旋状护套管内，该光纤光栅阵列测温光缆通过权利要求1-2中任一项所述的解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺制作。
4.一种实现如权利要求1-2中任一项所述的解决光纤光栅阵列测温光缆余长问题的工艺的光纤余长加工装置，其特征在于，该光纤余长加工装置包括支架，该支架上固定两个定滑轮，其中一个定滑轮作为螺旋护套管成型端的定位导向轮，另一个定滑轮作为螺旋护套管收线端的定位导向轮；
该光缆加工装置还包括控制***，用于控制螺旋护套管的成型端和收线端的收放速度；
该支架上还固定有直线导轨，该直线导轨上安装有动滑轮轴承滑动支座，该动滑轮轴承滑动支座上设有一动滑轮，该动滑轮可随动滑轮轴承滑动支座沿直线导轨的轨道轴向滑动并可沿轮芯自由旋转；
该动滑轮轴承滑动支座上还固定有配重块。
5.根据权利要求4所述的光纤余长加工装置，其特征在于，该动滑轮轴承滑动支座上设有一吊杆，与动滑轮轴承滑动支座连接，所述配重块固定在所述吊杆上。
6.根据权利要求4所述的光纤余长加工装置，其特征在于，该支架上还固定有限位开关支座，其上设有上限位开关和下限位开关，两个限位开关连接控制***，用于调节收线端的速度。
7.根据权利要求6所述的光纤余长加工装置，其特征在于，当收线端速度大于成型端速度时，螺旋护套管收紧，动滑轮上移，并触发上限位开关，上限位开关将信号传给控制***，控制***通过降低收线端的速度，使得螺旋护套管放松，动滑轮下移，上限位开关复位；当收线端速度小于成型端时，螺旋护套管放松，动滑轮下移，并触发下限位开关，下限位开关将信号传给控制***，控制***通过提高收线端的速度，使得螺旋护套管收紧，动滑轮上移，下限位开关复位。
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