微形传感光单元及其嵌入式应用

1.一种利用微形传感光单元进行应变传感的光缆，它包括微形传感光单元本体，所述微形传感光单元本体嵌入缆线的内部或外部，其包括传感用光纤，所述传感用光纤外包覆有密封的不锈钢管，所述不锈钢管内填充有阻水纤膏；所述传感用光纤的数量为1根或2根或多根，所述不锈钢管内光纤余长范围为：0≤余长＜0.03%，所述不锈钢管外包覆有护套，所述光缆包括管道光缆和埋地光缆，所述管道光缆包括常规通信用光单元和光缆外护套，所述埋地光缆包括常规通信用光单元、光缆铠装钢丝和光缆外护套，其特征在于：所述微形传感光单元不带护套，所述不带护套的微形传感光单元与常规通信用光单元同步绞合于管道光缆内部，所述不带护套的微形传感光单元与光缆铠装钢丝同步绞合于埋地光缆的常规通信用光单元与光缆外护套之间。

微形传感光单元及其嵌入式应用\n技术领域\n[0001] 本发明涉及光纤的分布式在线测量传感，尤其涉及一种微形传感光单元和嵌入式运用该结构的电缆、光缆、架空裸线及海缆。\n背景技术\n[0002] 光纤传感技术是以光为载体、以光纤为媒质、感知外界信息的新型传感技术。利用光纤的各种特性，光纤可以做成各类传感器，但它在空间是点状分布，除了测量点不连续外，还额外需要传输线（光缆或电缆）。\n[0003] 分布式光纤测量传感系统能在整条光纤的连续长度上，以距离的连续函数形式给出被测信息随光纤长度方向的变化，所用的光纤或光缆除了直接成为分布式传感元件还同时用于检测信息的传输。近年来，利用通信光缆或通信光缆中的光单元作为传感传输元件的光纤分布式传感技术己广泛应用在输油气管的泄漏、输电线缆的温度、光缆警戒围栏、大坝桥梁结构健康检测等场合。\n[0004] 分布式光纤测量传感系统大致可分为温度和应变（应力）两大类，两者都希望外界的温度和应变（应力）尽快地传递并作用到光纤上。然而，所有常规通信光缆的结构（包括光单元）设计前提和基本原则都是使缆内的光纤与外部影响（温度、外力、振动、湿潮环境等）尤其对是对外部应力尽可能地隔离，以保证光信号在不受外部影响的条件下可靠传输。所以，对常规通信光缆来说，必定要有一个“应力应变窗口”，即光缆在一定的范围内发生应变时，其中的光纤不受到应力从而不发生应变。为了达到此目的，主要同时采用两种方法：其一是光纤在保护管（光单元）内是松弛的，因通信光缆内光纤数量较多，故光单元的尺寸比较大；其二是光纤相对保护管有冗余长度（光纤余长），为了满足应力应变窗口的需要，该余长应足够大。较大的光单元尺寸使外界物理场信息对光纤的传递产生较大时延，而足够大的余长在较宽的应变范围内使光纤不敏感。所以，釆用常规通信光缆或光单元的光纤分布式传感技术灵敏度低、实时性较差，显然，把常规通信光缆作为分布式传感用并不是最理想的。\n发明内容\n[0005] 本发明的一个目的是提供一种微形传感光单元。\n[0006] 本发明的另一个目的是提供一种运用该微形传感光单元结构的电缆、光缆、架空裸线及海缆。\n[0007] 本发明采用的技术方案是：\n[0008] 微形传感光单元，嵌入缆线的内部或外部，它包括微形传感光单元本体，所述微形传感光单元本体包括传感用光纤，所述传感用光纤外包覆有密封的不锈钢管，所述不锈钢管内填充有阻水纤膏；所述传感用光纤的数量为1根或2根或多根，所述不锈钢管内光纤余长范围为：0≤余长＜0.03%。\n[0009] 所述不锈钢管外包覆有护套。\n[0010] 一种利用所述的微形传感光单元进行测温的电缆，所述电缆包括导体芯线和电缆外护套，还包括微型传感光单元，所述微形传感光单元的不锈钢管外包覆有护套，所述带有护套的微型传感光单元与电缆芯线同步绞合于电缆的内部或缠绕于电缆外护套的外部。\n[0011] 一种利用所述的微形传感光单元进行应变传感的光缆，所述光缆包括管道光缆和埋地光缆，所述管道光缆包括常规通信用光单元和光缆外护套，所述埋地光缆包括常规通信用光单元、光缆铠装钢丝和光缆外护套，还包括微型传感光单元，所述微型传感光单元不带护套，所述不带护套的微型传感光单元与常规通信用光单元同步绞合于管道光缆内部，所述不带护套的微型传感光单元与光缆铠装钢丝同步绞合于埋地光缆的常规通信用光单元与光缆外护套之间。\n[0012] 一种利用所述的微形传感光单元进行测量温度和应变传感的架空裸线，所述架空裸线包括光纤复合架空地线和光纤复合架空相线，所述光纤复合架空地线包括常规通信用光单元和铝包钢线，所述光纤复合架空相线包括常规通信用光单元、铝包钢线和电工铝或铝合金线，还包括微型传感光单元，所述微型传感光单元不带护套，所述不带护套的微型传感光单元与常规通信用光单元同步绞合于光纤复合架空地线的铝包钢线内部，所述不带护套的微形传感光单元与电工铝或铝合金线同步绞合于光纤复合架空相线内部。\n[0013] 一种利用所述的微形传感光单元进行测量温度和应变传感的海缆，所述海缆包括海底通信光缆和海底光电复合缆，所述海底通信光缆包括常规通信用光单元和光缆铠装钢丝，所述海底光电复合缆包括常规通信用光单元、光缆铠装钢丝、电缆导电线芯和电缆外护套，还包括微型传感光单元，所述微型传感光单元不带护套，所述不带护套的微型传感光单元与常规通信用光单元同步绞合于海底通信光缆内部；所述微形传感光单元包括带护套的微型传感光单元和不带护套的微型传感光单元，所述带护套的微形传感光单元与光缆铠装钢丝同步绞合于海底光电复合缆的常规通信用光单元与电缆导电线芯之间，所述不带护套的微型传感光单元与光缆铠装钢丝同步绞合于海底光电复合缆的电缆外护套内。\n[0014] 本发明的优点是：对外界被测信息灵敏度高、对温度和应变实时反应且嵌入工艺简单、不改变原来光电缆性能，不锈钢材料的导热性能远优于常规光缆光单元的塑料材料，因而可以实时反应温度变化，管内较小的光纤余长缩小了光纤“应力应变窗口”的区域，提高了光纤对外界应力（应变）反应的灵敏度，微形传感光单元可不改变光电缆原来结构和性能而嵌入在光缆和电缆的适当部位中。\n附图说明\n[0015] 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。\n[0016] 图1是不带护套的微形传感光单元结构示意图。\n[0017] 图2是带护套的微形传感光单元结构示意图。\n[0018] 图3是利用微形传感光单元进行内部测温的电缆结构示意图。\n[0019] 图4是利用微形传感光单元进行表面测温的电缆结构示意图。\n[0020] 图5是利用微形传感光单元进行应变传感的管道光缆结构示意图。\n[0021] 图6是利用微形传感光单元进行应变传感的埋地光缆结构示意图。\n[0022] 图7是利用微形传感光单元进行温度测量和应变传感的光纤复合架空地线结构示意图。\n[0023] 图8是利用微形传感光单元进行温度测量和应变传感的光纤复合架空相线结构示意图。\n[0024] 图9是利用微形传感光单元进行应变传感的海底通信光缆结构示意图。\n[0025] 图10是利用微形传感光单元进行应变传感的海底光电复合缆结构示意图。\n[0026] 其中：1、传感用光纤，2、阻水纤膏，3、不锈钢管，4、护套，5、带护套的微形传感光单元，6、不带护套的传感光单元，7、电缆导体芯线，8、电缆外护套，9、常规通信用光单元，10、光缆铠装钢丝，11、光缆外护套，12、铝包钢线，13、电工铝线或铝合金线，14、电缆导电线芯。\n具体实施方式\n[0027] 实施例1\n[0028] 如图1和2所示的微形传感光单元，嵌入缆线的内部或外部，它包括微形传感光单元本体，微形传感光单元本体包括传感用光纤1，传感用光纤1外包覆有密封的不锈钢管3，不锈钢管3内填充有阻水纤膏2；传感用光纤1的数量为1根或2根或多根，不锈钢管3内光纤余长范围为：0≤余长＜0.03%。不锈钢管3外也可以包覆有护套4。\n[0029] 微形传感光单元由专用设备制造，微形传感光单元的保护管通常用厚度为\n0.15mm―0.2mm的不锈钢管3经成型、激光焊接、定径拉拔制成，在不锈钢管3成型的同时输入传感用光纤1和阻水纤膏2，传感用光纤1的数量通常为1～2根，也可以为多根。传感用光纤1可以是常规多模或单模光纤，也可以是其他特种光纤，多根光纤一般是同类型的，也可以是不同类型光纤的混合，管内的光纤余长应小于0.03%，不允许负余长，管内的阻水纤膏2具有阻水作用，根据不同的应用环境，阻水纤膏2还可单独或同时具有另外一些特性，如吸氢、耐低温、耐高温、导热等性能，根据需要，在制成的微形不锈钢管3传感光单元1外挤制适当厚度的聚乙稀等适用材料的护套4。\n[0030] 实施例2 \n[0031] 如图3和4所示，利用实施例1所述的微形传感光单元进行测温的电缆，电缆包括电缆导体芯线7和电缆外护套8，还包括微型传感光单元，微形传感光单元的不锈钢管3外包裹有护套4，带有护套的微型传感光单元5与电缆导体芯线7同步绞合于电缆的内部或缠绕于电缆外护套8的外部。本实施例中由于电缆有绝缘要求，一般采用带护套的微形传感光单元5，图3是检测电缆内部温度的电缆结构示意图，带护套的传感光单元5可以为1根或多根，图3中是3根带护套的传感光单元5与电缆芯线同步绞合。图4是检测电缆外表面温度的电缆结构示意图，带护套的传感光单元5可以为1根或多根，图4中是1根带护套的传感光单元5缠绕于电缆外护套8的外部。\n[0032] 实施例3\n[0033] 如图5所示，利用实施例1所述的微形传感光单元进行应变传感的管道光缆，管道光缆包括常规通信用光单元9和光缆外护套11，还包括微型传感光单元，微型传感光单元不带护套，不带护套的微型传感光单元6与常规通信用光单元9同步绞合于管道光缆内部。\n不带护套的微形传感光单元6的外径与常规通信光单元9的间隙配合，使之与常规通信光单元9组成的圆形轨迹相切。\n[0034] 如图6所示，利用实施例1所述的微形传感光单元进行应变传感的埋地光缆，埋地光缆包括常规通信用光单元9、光缆铠装钢丝10和光缆外护套11，还包括微型传感光单元，微型传感光单元不带护套，不带护套的微型传感光单元6与光缆铠装钢丝10同步绞合于埋地光缆的常规通信用光单元9与光缆外护套11之间。光缆铠装钢丝10位于光缆外护套11和常规通信用光单元9之间，不带护套的微形传感光单元6的外径应是光缆铠装钢丝10标称径的负公差，在生产过程中应控制微形传感光单元的放线张力。\n[0035] 实施例4\n[0036] 如图7所示，利用实施例1所述的微形传感光单元进行测量温度和应变传感的光纤复合架空地线，光纤复合架空地线包括常规通信用光单元9和铝包钢线12，还包括微型传感光单元，微型传感光单元不带护套，不带护套的微型传感光单元6与常规通信用光单元9同步绞合于光纤复合架空地线的铝包钢线12内部。\n[0037] 如图8所示，利用实施例1所述的微形传感光单元进行测量温度和应变传感的光纤复合架空相线，光纤复合架空相线包括常规通信用光单元9、铝包钢线12和电工铝线或铝合金线13，还包括微型传感光单元，微型传感光单元不带护套，不带护套的微形传感光单元6与电工铝线或铝合金线13同步绞合于光纤复合架空相线内部。\n[0038] 图7所示的光纤复合架空地线和图8所示的光纤复合架空相线只是架空裸线的两种，架空裸线是包括钢芯铝绞线、铝合金绞线、光纤复合架空地线、光纤复合架空相线等一切以金属圆线同心绞为特征的绞线，它们的绞线结构雷同，对于多绞层结构，微形传感光单元可以嵌入不同绞层，但其外径应与同绞层的电工铝线或铝合金线13或铝包钢线12间隙配合，使之与同层金属单线组成的圆形轨迹相切，在生产过程中应控制微形传感光单元的放线张力。\n[0039] 实施例5\n[0040] 如图9所示，利用实施例1所述的微形传感光单元进行测量温度和应变传感的海底通信光缆，海底通信光缆包括常规通信用光单元9和光缆铠装钢丝10，还包括微型传感光单元，微型传感光单元不带护套，不带护套的微形传感光单元6与光缆铠装钢丝10同步绞合于海底通信光缆内部。\n[0041] 如图10所示，利用实施例1所述的微形传感光单元进行测量温度和应变传感的海底光电复合缆，海底光电复合缆包括常规通信用光单元9、光缆铠装钢丝10、电缆导电线芯\n14和电缆外护套8，还包括微型传感光单元，微形传感光单元包括带护套的微型传感光单元5和不带护套的微型传感光单元6，带护套的微形传感光单元5同步绞合于海底光电复合缆的常规通信用光单元9与电缆导电线芯14之间，不带护套的微型传感光单元6与光缆铠装钢丝10同步绞合于海底光电复合缆的电缆外护套8内。\n[0042] 海缆主要包括海底通信光缆和海底光电复合缆两大类，除了缆芯外，光缆铠装钢丝10有单层铠装和双层及多层铠装等型式。\n[0043] 本发明在不改变线缆原有性能的前提下嵌入实施例1的微形传感光单元结构，提高了光纤对外界应力（应变）反应的灵敏度、对温度和应变实时反应，本发明对光纤型号不受限制，所有型号的光纤均适用于本发明的结构。本发明以实施例1的微形传感光单元结构作为缆线结构组成部分的不限于上述实施例，本实施例未举出的其他线缆或光缆结构仍属于本发明的保护范围。