一種振動傳感光纜及其使用方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種振動傳感光纜及其使用方法，屬于光纖傳感技術領域。
【背景技術】
[0002]光纖振動傳感光纜的用途之一是用于開發光纖周界安防系統。周界安防系統是指對某一區域的邊界進行防范或當該邊界被外來事物侵入后報警的防范體系。周界安防技術與產品最初主要用于一些重要軍事區域的邊界安全防范，目前已擴展到國界、機場周界、工業園區周界、居民小區周界以及高鐵沿線、油氣輸送管線、電力輸送線路等，周界安防技術與產品的市場需求量不斷擴大。周界安防產品中，發展歷史較長、應用較廣泛的電類周界安防產品主要有紅外對射系統、泄露電纜、電子脈沖圍欄等，這些系統都是室外有源系統，易受電磁干擾和環境、氣象影響，誤報率高，定址不準確。光纖類周界安防技術是新型周界安防技術，目前主要有利用光纖后向散射信號的光時域反射(ODTR)周界安防技術和基于干涉技術的光纖周界安防系統。ODTR技術對多點入侵的定位分析復雜，很難準確定位。基于干涉原理的周界技術由于是相位調制型，所以對入射光的偏振態和外界的影響比較敏感，誤報率高，精確定位比較困難。為解決精確定位的問題，一些機構開發了基于光纖光柵的光纖周界安防系統，但由于采用高反射率(強)光柵焊接制備傳感光纜，由于受光源帶寬的限制，一根光纖上復用光柵的數量有限，限制了系統探測的距離或范圍。另外由于是焊接光柵制備傳感光纜，光纖的抗拉強度大大降低，傳感光纜的長期可靠性不高，不能完全滿足實際應用對光纖光柵振動傳感光纜的要求。由此可見，光纖光柵振動傳感光纜需要解決的是光柵陣列中的光柵制備效率低、光柵數量少、光纖強度低、損耗大、光纜可靠性差、光纜結構復雜等問題。
【發明內容】
[0003]本發明所要解決的技術問題在于針對上述現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、易于制作的振動傳感光纜及其使用方法。
[0004]本發明為解決上述提出的問題所采用的技術方案為:包括有外護套和傳感光纖，傳感光纖敷設在外護套內，其特征在于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，光柵的反射率為-20dB?-70dB，在外護套內設置有金屬銷裝層，所述的傳感光纖松弛敷設在金屬鎧裝層內，所述的外護套為一次擠塑成型的整體型外護套。
[0005]按上述方案，所述的傳感光纖為一條連續的無熔接點的全同光柵陣列光纖。
[0006]按上述方案，所述傳感光纖上連續刻寫光柵的數量為5?10000個，兩個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脂涂覆層或碳涂敷層或金屬涂敷層構成。
[0008]按上述方案，所述傳感光纖的靜態抗拉強度大于或等于55N，且光纖的整體經過10kpsi張力的動態篩選。
[0009]按上述方案，所述的傳感光纖外包覆緊套層或松套層，分別構成緊套傳感光纖和松套傳感光纖。
[0010]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。
按上述方案，所述的外護套徑向截面為圓形或蝶形。
[0011]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。
[0012]本發明提供的光纖光柵陣列傳感光纖是一種光纖光柵準分布式傳感器，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光柵，制備出弱反射光纖光柵，對裸光纖連續曝光，制備出全同弱光柵陣列。刻寫光柵裝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光闌整形，經過透鏡聚焦，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自動刻寫光柵。刻寫光柵后對光纖進行涂敷。
[0013]光柵陣列波分復用技術由于波長調制的特性，每個光纖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個光柵基本已經達到極限。本發明提供的光纖光柵陣列傳感光纜其中的光柵數目至少有5個，可以多至10000個或更多，根據需要確定。然而一根光纖上光柵復用的數量超過30個時，單獨用波分復用技術難以進行信號解調。
[0014]本發明采用全同弱光柵陣列技術、光時域反射技術和光纖干涉技術復合使用的方法，采集高頻振動信號，實現對振動信號的定位和探測。
[0015]本發明提供一種分布式光纖光柵傳感器使用方法:脈沖寬度長于光纖光柵陣列中相鄰兩個光柵之間反射所需時間的單波長相干激光光源或多波長相干激光光源入射到光纖中，相鄰兩個光纖光柵之間的反射光之間發生干涉，干涉信號通過光電探測器傳送到控制器，控制器采集不同時間的干涉信號，對光纖光柵陣列傳感器件進行地址查詢及光波長信息查詢，實現對光纖上某相鄰兩個光柵之間的振動信號的探測。
[0016]傳感所使用的光源是單波長相干激光光源或多波長相干激光光源，振動傳感的工作波長在1.55μπι或1.3Ιμπι波段。振動探測的最大距離是50km。
[0017]本發明的有益效果是: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、本發明的傳感光纜結構設置簡單合理，抗壓抗拉的機械性能強，在光纜受到張力時光纖能一直處于松弛狀態，保證其中光柵不受力，能實現對光纖上任意一對相鄰兩個光柵之間的振動信號的探測；3、采用全同弱光柵陣列技術、光時域反射技術和光纖干涉技術復合使用的方法進行傳感，突破了現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絡。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發明第一個實施例的徑向剖面結構圖。
[0019]圖2為本發明第二個實施例的徑向剖面結構圖。
[0020]圖3為本發明第三個實施例的徑向剖面結構圖。
[0021 ]圖4為本發明第四個實施例的徑向剖面結構圖。
[0022]圖5為本發明第五個實施例的徑向剖面結構圖。
[0023]圖6為本發明一個實施例中一組全同弱光柵陣列解調圖譜。
【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖對本發明作進一步的詳細說明。
[0025]本發明第一個實施例如圖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I;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，刻寫光柵的數量為5?10000個，兩個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脂涂覆層構成，涂覆層為I?2層。所述的外護套為一次擠塑成型的整體型外護套。本實施例中光纜直徑2mm，螺旋鋼銷直徑Imm，光纜長度196