一種傳感光纜溫度感測方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種傳感光纜溫度感測方法。
【背景技術】
[0002]目前，溫度傳感器廣泛應用于航空航天、能源基站、油氣管道、堤壩、道路橋梁、電纜等設備和設施，用于施工質量監(jiān)測、長期健康監(jiān)測和火災報警等。
[0003]電子溫度傳感器在實際應用中表現(xiàn)出易受電磁干擾、穩(wěn)定性差、測量范圍小和信號傳輸距離短等缺點，尤其在多點探測時，大量的信號傳輸線路給現(xiàn)場施工造成極大不便。而溫度傳感光纜具有監(jiān)測靈敏度高、體積小、重量輕、安全防爆等優(yōu)點。
[0004]溫度傳感光纜，如基于強度調制的溫度傳感光纜雖然突破了傳統(tǒng)的電子類溫度傳感器的某些局限性，但其本身仍然具有以下缺陷，比如受環(huán)境影響較大、定位困難及測量結果重復性差等。從結構而論，現(xiàn)有的光纖光柵類傳感光纜需要熔接光纖光柵，即在光纖靜止狀態(tài)單個地制備光柵，再采用光纖熔接機將多個光柵逐個熔接，制作光纜時也需要相應制作多節(jié)護套。這就存在光柵制備效率低，光纖上的熔接點多、損耗大，光柵串接數(shù)量受到限制并且最終的光柵陣列機械性能差等缺點，不能完全滿足實際應用對光纖光柵傳感光纜的要求。
[0005]另外，光柵對于應力和溫度都很敏感，在實際應用中必須減弱或消除應力的影響。而在成纜和光纜布設過程中，光纖光纜會經(jīng)常受到拉伸、彎曲、踩踏等，如果處理不好，會引起溫度測量不準確，甚至使傳感光纜失效。
[0006]綜上所述，用于溫度傳感的光纖光柵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、光纖強度低、損耗大、光纜可靠性差、光柵易受應力影響、光纜結構復雜等問題。

【發(fā)明內容】

[0007]本發(fā)明所要解決的技術問題在于針對上述現(xiàn)有技術存在的不足提供一種結構設置合理，光纖強度高、損耗小，測量與傳輸距離長，傳感性能可靠，基于光纖光柵陣列傳感光纜的溫度感測方法。
[0008]本發(fā)明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為:以光柵陣列傳感光纜作為傳感和傳輸元件，以時分復用技術和波分復用技術的復合方法作為分布式傳感信號解調技術進行溫度感測，所述的傳感光纜包括外護套和傳感光纖，傳感光纖敷設在外護套內，所述的傳感光纖為拉絲時直接在線刻入光柵的全同光柵陣列光纖，所述的外護套為一次擠塑成型的整體型外護套。
[0009]按上述方案，所述的溫度感測包括以下步驟:
光源輸出的一窄帶脈沖信號耦合進入光柵陣列，該窄帶脈沖信號以固定頻率重復，且信號的波長周期性連續(xù)調諧變化；
入射到與脈沖波長一致的光柵上時，脈沖信號部分被光柵反射回解調儀，剩余部分繼續(xù)向前傳輸，如果入射脈沖波長與光柵中心波長不一致，脈沖信號直接透射過去直至遇到中心波長一致的光柵；
根據(jù)脈沖信號返回時間、光柵反射信號波長和反射光強，分析計算出光柵的空間位置和傳感參數(shù)值的大小。
[0010]按上述方案，所述的光源為SLED光源、ASE光源或者是掃描激光光源，溫度傳感的工作波長在1.55μπι或1.31 μm波段；溫度傳感范圍是一 40°C?120°C;通過解調儀確定光柵的位置并能測定該位置上光柵的中心波長隨溫度的變化。
[0011]按上述方案，所述傳感光纖上的光柵為弱反射布喇格光柵，反射率為1 %?0.0001%。光柵陣列的中心波長的最大波動值小于0.lnm。
[0012]按上述方案，所述的傳感光纖為一條連續(xù)的無熔接點的全同光柵陣列光纖；所述的傳感光纖中連續(xù)刻寫光柵的數(shù)量為為5?10000個；溫度感測的空間分辨率為相鄰兩個光柵的距離，相鄰兩個光柵的距離為0.5m?20m。
[0013]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脂涂覆層或碳涂覆層或金屬涂覆層構成。
[0014]按上述方案，所述傳感光纖的靜態(tài)抗拉強度大于或等于55N，且光柵陣列光纖的整體經(jīng)過lOOkpsi張力的動態(tài)篩選。
[0015]按上述方案，在外護套內設置有金屬鎧裝層，所述的傳感光纖松弛敷設在金屬鎧裝層內。
[0016]按上述方案，在外護套和金屬鎧裝層之間設置有非金屬加強層；所述的外護套徑向截面為圓形或蝶形。
[0017]按上述方案，所述的外護套中沿周向間隔或在兩側設置有加強件。
[0018]本發(fā)明提供的光纖光柵陣列傳感光纜是一種光纖布喇格光柵準分布式傳感器，其中的布喇格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光柵，制備出弱反射布喇格光柵，對裸光纖連續(xù)曝光，制備出全同弱光柵陣列?？虒懝鈻叛b置為準分子激光器結合相位掩模板，設置在光纖拉絲塔出絲口下方，準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入光柵。刻寫光柵過程中受到電腦控制，相鄰光柵之間的間距和激光強度均可按要求設置，整套裝置在勻速下拉的裸光纖上連續(xù)自動刻寫光柵?？虒懝鈻藕髮饫w進行涂敷。然后對光柵陣列進行力學檢測和解調檢測合格后制成傳感光纜，最后通過光纖光柵陣列信號解調技術還原測試信號。
[0019]光柵陣列波分復用技術由于波長調制的特性，每個光纖布喇格光柵都會占用一定的帶寬，同時彼此之間不允許重疊。因此，光纖光柵的波分復用技術受到光源帶寬以及光柵波長幅寬的限制，一根光纖上復用30個光柵基本已經(jīng)達到極限。由于一根光纖上光柵復用的數(shù)量超過30個時，單獨用波分復用技術難以進行信號解調。本發(fā)明的光纖光柵傳感器采用波分復用技術和時分復用技術復合使用的方法，這是一種基于傳感脈沖信號隨時間和波長二元變化關系的分布式光纖光柵傳感信號解調技術，所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，可以多至10000個或更多，溫度感測方法的監(jiān)測“步長”就是相鄰兩個光柵之間的間距，光纜探測的最大距離可達50km，根據(jù)實際應用的需要來確定。
[0020]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熔接點，強度高，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)明的傳感光纜結構設置簡單合理，抗壓抗拉的機械性能強，抗環(huán)境干擾能力強，在光纜受到張力時光纖能一直處于松弛狀態(tài)，保證其中光柵不受力，能夠穩(wěn)定精確地測量；3、采用基于時分/波分混合復用信號解調技術進行傳感，突破了現(xiàn)有傳感光纜的局限性，定位快速精確，測量結果重復性好，易于進行長距離多點分布測量，可多路復用并構成傳感網(wǎng)絡。
【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明第一個實施例的徑向剖面結構圖。
[0022]圖2為本發(fā)明第二個實施例的徑向剖面結構圖。
[0023]圖3為本發(fā)明第三個實施例的徑向剖面結構圖。
[0024]圖4為本發(fā)明第四個實施例的徑向剖面結構圖。
[0025]圖5為本發(fā)明第五個實施例的徑向剖面結構圖。
[0026]圖6為本發(fā)明一個實施例中一組全同弱光柵陣列解調圖譜。
[0027]圖7為本發(fā)明一個實施例中連續(xù)6個位置處的光柵的譜形圖。
[0028]圖8、圖9分別為本發(fā)明一個實施例中光柵陣列上不同位置處的兩個光柵的中心波長隨時間的變化曲線。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖對本發(fā)明作進一步的詳細說明。作為本發(fā)明傳感件的傳感光纜的實施例為五個。
[0030]第一個實施例如圖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套3，在外護套內設置有金屬鎧裝2，在金屬鎧裝層內松弛敷設傳感光纖1 ;其中，所述外護套可由聚氯乙烯護套料、阻燃護套料或耐電痕護套料制成；所述的金屬鎧裝層可由鋁塑復合帶、鋼塑復合帶、螺旋鋼鎧、鋼絞線或不銹鋼管構成，金屬鎧裝層的孔徑為0.8?6mm ；所述的傳感光纖為拉絲時直接在線刻入光柵的全同光柵陣列光纖，刻寫光柵的數(shù)量為5?10000個，兩個相鄰光柵之間的間距為0.5m?20m，可為等距或不等距，所述傳感光纖上的光柵為弱反射布喇格光柵，反射率為1%?0.0001%。所述的傳感光纖由刻入光柵的裸光纖表面涂覆樹脂涂覆層構成，涂覆層為1~2層。所述的外護套為一次擠塑成型的整體型外護套。本實施例中光