[發(fā)明專利]一種用于水溫監(jiān)測的超弱光纖光柵光纜

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910955425.0
• 申請日: 2019-10-09
• 公開（公告）號: CN110632720A
• 公開（公告）日: 2019-12-31
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 羅志會;張宇;程文勝;曾曙光;譚超;鄭勝
• 申請（專利權(quán)）人: 宜昌睿傳光電技術(shù)有限公司
• 主分類號: G02B6/44
• 分類號: G02B6/44;G01K11/32
• 代理公司: 42103 宜昌市三峽專利事務(wù)所
• 代理人: 吳思高

一種應(yīng)用于水溫監(jiān)測的超弱光纖光柵光纜，包括：位于中心的超弱光纖光柵陣列；沿軸向均勻覆蓋在超弱光纖光柵陣列上的油膏層；包裹超弱光纖光柵陣列、油膏層外圍的金屬管；圍繞金屬管以螺旋形式加捻包圍的加強件；涂覆在加強件外部的傳感器標記。該光柵光纜采用金屬管直接封裝超弱光纖光柵陣列，通過沿光柵陣列填充少量的油膏，抑制光纖余長的累積分布，在防止水汽浸潤光纖的同時，減小或消除傳感光纖中殘余應(yīng)變的影響。采用該方法制作的超弱光纖光柵感溫光纜，標定的溫度曲線線性相關(guān)度達到0.999以上，溫度靈敏度波動小于0.3pm/℃。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及光纖光纜溫度傳感領(lǐng)域，具體涉及一種用于水溫監(jiān)測的超弱光纖光柵光纜。

背景技術(shù)

水溫是水體環(huán)境表征的重要參數(shù)。監(jiān)測水溫的變化及其梯度分布，對水利調(diào)度、環(huán)境保護、水產(chǎn)捕撈、航道維管、水工建筑選址等領(lǐng)域具有重要的指導(dǎo)意義。光纖傳感器具有不產(chǎn)生自熱、抗電磁干擾、高靈敏度、輕質(zhì)柔性、多參量復(fù)合傳感、大空間分布式測量等顯著優(yōu)點，在水溫監(jiān)測領(lǐng)域具有廣泛的應(yīng)用前景。

目前應(yīng)用于水溫監(jiān)測的光纖傳感技術(shù)主要有基于散射(拉曼散射或布里淵散射)的分布式光纖傳感DTS和基于高反射率光柵FBG的光纖傳感兩種。前者存在空間分辨率不高，無法點式測溫，數(shù)據(jù)解調(diào)復(fù)雜等問題；后者傳感器復(fù)用數(shù)目少，且傳感單元多采用剝皮刻寫后再涂覆，涂層均勻性差，溫度線性度不好。超弱光纖光柵具有極低的反射率，通過時分/波分復(fù)用，可以實現(xiàn)密集的點式測溫，極大地提高傳感單元的復(fù)用數(shù)量和空間分辨率，此外，超弱光纖光柵多采用拉絲塔刻寫，涂層材料均勻，溫度線性度較好，這為水溫監(jiān)測的傳感提供了良好的條件。

普通的超弱光纖光柵陣列相對脆弱，多采用金屬管狀加鎧的封裝結(jié)構(gòu)，再繞盤標定和運輸。在光纜繞盤時，位于管內(nèi)的光纖繞盤半徑略大于金屬管內(nèi)圈的繞盤半徑，等長的光纖和金屬管經(jīng)過多圈繞盤后，光纖因長度不夠會產(chǎn)生明顯的拉長，這種拉長導(dǎo)致應(yīng)變的存在，影響光柵的溫度特性。如果在繞盤前預(yù)留光纖余長，當(dāng)光纜放直時，這些余長需要釋放，但光纖與管壁存在摩擦，摩擦阻力會導(dǎo)致余長的二次分布，影響了傳感光纜的靈敏度和線性度。大量的試驗研究表明，當(dāng)光纖上的殘余應(yīng)變大于50με時，傳感點測得的累積溫度測量誤差大于1℃。此外，水溫監(jiān)測光纜不僅需要較高的測溫精度，還需要考慮水氣浸潤的問題，傳統(tǒng)的防水油膏填充工藝限制了光柵在金屬管中的移動，也容易產(chǎn)生應(yīng)變影響。因此，在超弱光纖光柵陣列成纜時，如何從物理結(jié)構(gòu)上避免應(yīng)力的影響，提升光柵的防水性能，是水溫監(jiān)測光纜急待解決的難題。

中國專利“一種免應(yīng)力光柵陣列感溫光纜及其傳感方法，申請?zhí)枺?01710457903.6”提出將受力光纖和免應(yīng)力光纖預(yù)先粘接，再封裝成纜，通過受力光纖承載余量變化產(chǎn)生的應(yīng)力，保證傳感光纖免應(yīng)力測量，這種方法在一定程度上避免了余量的累積分布，減小了應(yīng)力的分布，但受力光纖和免應(yīng)力光纖預(yù)先粘接工藝復(fù)雜，余量準確控制困難，測溫精度不高。

中國專利“一種骨架式光纖光柵感溫光纜，申請?zhí)枺?01821650447.3”；“一種光纖光柵溫度應(yīng)變混合光纜，申請?zhí)枺?01811185773.6”，均提出通過將光纖與特殊結(jié)構(gòu)分段粘貼來緩解應(yīng)力的影響，這些方法可行但自動化生產(chǎn)困難，復(fù)雜的特殊結(jié)構(gòu)會降低溫度的響應(yīng)速度，影響測溫精度。此外，傳感光纜在水體環(huán)境中長期使用時，水氣的浸潤也會對影響傳感器的穩(wěn)定性，上述光纜的設(shè)計，也不能滿足水環(huán)境監(jiān)測的需要。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有感溫光纜結(jié)構(gòu)復(fù)雜、測溫精度不高、防水性差等問題。本發(fā)明提出了一種應(yīng)用于水溫監(jiān)測的超弱光纖光柵光纜，該光柵光纜采用金屬管直接封裝超弱光纖光柵陣列，通過沿光柵陣列填充少量的油膏，抑制光纖余長的累積分布，在防止水汽浸潤光纖的同時，減小或消除傳感光纖中殘余應(yīng)變的影響。采用該方法制作的超弱光纖光柵感溫光纜，標定的溫度曲線線性相關(guān)度達到0.999以上，溫度靈敏度波動小于0.3pm/℃，能長期可靠地測量水體中絕對溫度，在水溫監(jiān)測領(lǐng)域具有良好的應(yīng)用前景。

本發(fā)明采取的技術(shù)方案為：

一種應(yīng)用于水溫監(jiān)測的超弱光纖光柵光纜，包括：