專利名稱：高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種分布式光纖傳感系統(tǒng)，特別涉及一種高空間分辨力分布式光纖傳 感系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
近年來，由拉曼散射或者布里淵散射光時域反射測量儀構(gòu)成的分布式光纖傳感系 統(tǒng)得到了很快的發(fā)展，其測量精度和測量距離基本上能滿足大部分工程實用化的需求。但 是，分布式光纖傳感系統(tǒng)的空間分辨力(能準確測量被測物體傳感量所需要的最短傳感光 纖長度)一般在1米左右，也就是說分布式光纖傳感系統(tǒng)測量到的溫度(應變)為1米范 圍內(nèi)的平均值，如果測量的溫度(應變)變化發(fā)生在一個很小的局部區(qū)域時(長和寬均小 于1米)，將導致測量的溫度(應變)低于實際值，而且溫度(應變)變化區(qū)域的尺寸越小 則偏差越大，這就成為了分布式光纖傳感系統(tǒng)準確測量局部區(qū)域溫度(應變)的瓶頸。為 提高局部區(qū)域的測量精度，必須提高系統(tǒng)的空間分辨力。提高空間分辨力的辦法，一般是增加傳感系統(tǒng)主機的信號采樣頻率，并降低分布 式光纖傳感系統(tǒng)中激光器的脈沖寬度。對于IOOMHz的采樣頻率和IOns的激光器脈沖寬度， 所要求的最短傳感光纖長度一般為1米；如果將采樣頻率提高到400MHz，同時將激光器的 脈沖寬度降低到2. 5ns，那么所要求的所要求的最短傳感光纖長度將縮短到0. 25米。在此 情況下，進一步縮短傳感光纖長度受到采樣速率的進一步提高和激光器脈沖寬度進一步減 小的限制，因此，這種解決方案的成本比較高，發(fā)展空間也受到限制。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種方法簡單，成本低廉，且能有效提 高空間分辨力的分布式光纖傳感系統(tǒng)。為達到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是提供一種高空間分辨力分布式光纖 傳感系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)主機(4)和傳感光纖(1)，其特征在于所述的傳感光纖(1)包括 至少一段扁平狀的帶狀光纜(9)或至少一個光纖盤式傳感探頭(5)；所述帶狀光纜(9)或 光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置。所述帶狀光纜(9)或光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)，包括至少一根纖 芯，傳感光纖類型為單模或多模光纖。所述扁平狀的帶狀光纜(9)包括帶狀光纖護套(2)和置于護套內(nèi)的傳感光纖(1)， 帶狀光纜(9)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置，其為由一個光纖圈或兩個以上的光纖 圈串聯(lián)而成，光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波形中的一種，或者上述 形狀的任意組合。所述光纖盤式傳感探頭(5)包括光纖盤式傳感探頭封裝外殼(3)和置于外殼內(nèi)的 傳感光纖(1)，光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖⑴呈彎曲繞制狀布置，其為由一個光 纖圈或兩個以上的光纖圈串聯(lián)而成，光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波
3形中的一種，或者上述形狀的任意組合。所述傳感系統(tǒng)主機(4)為拉曼散射或布里淵散射光時域反射測量裝置。所述傳感系統(tǒng)主機(4)與傳感光纖(1)的一端相連，構(gòu)成單端測量方式；或與傳感 光纖(1)的首末端相連，構(gòu)成雙端測量方式。本發(fā)明技術(shù)方案提供的傳感系統(tǒng)空間分辨率由光纖彎曲的方式，彎曲尺寸以及彎 曲圈數(shù)決定。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有下列優(yōu)點1、由于采用了將光纖呈彎曲繞制狀布置的技術(shù)方案，增加了傳感光纖的有效長 度，可以提高光纖傳感系統(tǒng)探測局部區(qū)域內(nèi)的溫度(應變)的能力，也就是提高了空間分辨 力。2、本發(fā)明提出的光纖盤式傳感探頭由于其體積比較小，相當于一個點式的傳感探 頭，因而形成了一種利用分布式光纖傳感機理構(gòu)成點式傳感器的方法，也就是說利用現(xiàn)有 的分布式光纖傳感技術(shù)，通過采用光纖盤式的傳感探頭可以形成分布式與點式相結(jié)合的傳 感系統(tǒng)。一個分布式傳感系統(tǒng)相當于數(shù)百個點式傳感頭串聯(lián)構(gòu)成的點式傳感系統(tǒng)。3、由于僅僅通過增加光纖彎曲的圈數(shù)就可以十倍，數(shù)十倍地增加空間分辨力，本 發(fā)明的技術(shù)方案具有成本低廉，簡單易行，效果明顯的特點。
圖1是本發(fā)明實施例提供的高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)示意圖；圖2 圖6為本發(fā)明實施例提供的高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)中各種呈彎 曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；其中，1、傳感光纖；2、帶狀光纖護套；3、光纖盤式傳感探頭封裝外殼；4、傳感系統(tǒng) 主機；5 (6，7，8)、光纖盤式傳感探頭；9、帶狀光纜。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步描述實施例一參見圖1所示，它是本實施例提供的高空間分辨力分布式光纖傳感系 統(tǒng)示意圖；該系統(tǒng)包括傳感主機4和傳感光纖1，傳感光纖1的首尾端與傳感系統(tǒng)主機4相 連，構(gòu)成雙端測量方式。傳感光纖1由一段帶狀光纜9，以及四個光纖盤式傳感探頭5，6，7，8串聯(lián)而成，其 中帶狀光纜9，光纖盤式傳感探頭5，6內(nèi)部光纖的繞制方式為橢圓形，繞制方法參見附圖2， 它是本實施例提供的呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖；其具體繞制路徑為光纖從 a開始，經(jīng)b到達c，再到達d，再到達e，再到達b，再到達c，再到達d，最終到達f，完成一個 橢圓單元的敷設(shè)。其中，過程從b到達c，再到達d，再到達e，再到達b，可重復多次。到達 f后則開始下一個橢圓單元的繞制過程，以此類推。對于圖1中的帶狀光纜9，包含多個橢 圓單元，而光纖盤式傳感探頭5和6只包含一個橢圓單元。光纖盤式傳感探頭7和8只包 含一個圓形單元。帶狀光纖的護套材料可以有多種，如使用阻燃PVC，LSZH等材料，光纖可以用裸光 纖或者緊套光纖繞制，光纖繞制成橢圓單元后可以用導熱硅膠固定在光纖護套中。光纖盤
4式傳感探頭的封裝外殼材料也有多種，比如可以采用鋁，氧化鋁陶瓷等材料，光纖繞制完橢 圓或者圓形單元后可以用導熱硅膠固定。圖2中，帶狀傳感光纜的最小寬度與光纖的最小曲率半徑有關(guān)，如果采用康寧公 司ClearCurve抗彎曲單模光纖(彎曲半徑為15mm)，再加上封裝外套的厚度約2mm，圖2 中帶狀傳感光纜的最小寬度可做到34mm，厚度可以做到小于2_6mm。在實際應用中，分布 式光纖傳感系統(tǒng)一般要求光纖的總損耗不超過10dB，對圖2的光纖繞制方案中的損耗進行 估算如下(以康寧ClearCurve抗彎曲單模光纖為例10圈直徑為30mm光纖的損耗小于 0. OldB)采用本實施例圖2中的光纖繞法，帶狀傳感光纜內(nèi)光纖橢圓的長軸長度為0. Im, 寬度為30mm，里面繞制的每圈光纖計算長度為23. 4cm，橢圓單元的總長度最小為系統(tǒng)本身 的空間分辨力，假定為2米，計算得出光纖的繞制圈數(shù)為8. 5圈(假定實際繞制圈數(shù)為9 圈)，其損耗小于0. 009dB。如果帶狀傳感光纜的長度為50米(包含相互串聯(lián)的500個橢 圓環(huán))，總的彎曲損耗為9dB (來回)。光纖總長度計算為1053米，單模光纖在1550nm處 的損耗為 0. 25dB/km，光在1053米的光纖里來回的損耗為 0. 5dB，帶狀光纜總的損耗為 9dB+0. 5dB = 9. 5dB，小于總的容許損耗10dB，因此實施例一中可以接50米長的圖2所示的 帶狀光纜，該帶狀光纜的空間分辨力為0. 1-0. 2米，與原系統(tǒng)相比提高了 10-20倍。對于光纖盤式傳感探頭5，6，按照圖2的橢圓繞法，包含一個橢圓單元，光纖的繞 制圈數(shù)為9圈，損耗按照上文的估計為0. 009dB，其尺寸大概為34X 110mm，類似于一個點式 的光纖傳感探頭。對于7，8的光纖盤式傳感探頭，內(nèi)部光纖的繞制方法為圓形，假定圓的直 徑為30mm，繞制2米長光纖的圈數(shù)計算為21圈，總的損耗估計為0. 02dB。如果總的容許損 耗為10dB，圓形的光纖盤式傳感探頭可以串聯(lián)250個，傳感探頭的尺寸估計在34mm左右。 橢圓繞法的光纖盤式傳感探頭可以串聯(lián)555個。因此分布式傳感系統(tǒng)可以接數(shù)百個光纖盤 式的傳感探頭，此時一個分布式的傳感系統(tǒng)相當于一個數(shù)百個點式傳感頭串聯(lián)構(gòu)成的點式 傳感系統(tǒng)。參見附圖3，它是本實施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其圓形帶狀光纜繞制路徑光纖從a開始，經(jīng)b到達c，再到達d，再到達e，再到達b，再到達 c,再到達d，最終到達f，完成一個圓形單元的敷設(shè)。其中，過程從b到達c，再到達d，再到 達e，再到達b，可重復多次。到達f后則開始下一個圓形單元的繞制過程，以此類推。參見附圖4，它是本實施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其“8”字形帶狀光纜繞制路徑為光纖從a開始，經(jīng)b到達c，再到達d，再到達e，再到達f， 再到達g，再到達d，再到達h，再到達b，再到達c，再到達d，再到達e，再到達f，最終到達i， 完成一個“8”字形單元的敷設(shè)。其中，從b到達c，再到達d，再到達e，再到達f，再到達g， 再到達d，再到達h，再到達b，再到達c，再到達d，再到達e，再到達f，可重復多次。到達i 后則開始下一個“8”字形單元的繞制過程，以此類推。參見附圖5，它是本實施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其螺旋形帶狀光纜繞制路徑為光纖從a開始，經(jīng)b到達c，再到達d，再到達e，再到達b，再 到達c，再到達f，再到達g，再到達h，再到達i，再到達f，最終到達j，完成一個螺旋形單元 的敷設(shè)。其中過程從b到達c，再到達d，再到達e，再到達b，再到達c，和過程從f到達g， 再到達h，再到達i，再到達f，均可重復多次。到達j后則開始下一個螺旋形單元的繞制過程，以此類推。參見附圖6，它是本實施例提供的另一種呈彎曲狀布置的傳感光纖的結(jié)構(gòu)示意圖； 其正弦波形帶狀光纜繞制路徑為光纖從a開始，經(jīng)b到達c，再到達d，最終到達e，完成一 個正弦波形單元的敷設(shè)。到達e后則開始下一個正弦波形單元的繞制過程，以此類推。從上述實施例可以看出，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明技術(shù)方案，不用改變傳統(tǒng)分 布式光纖傳感系統(tǒng)主機的構(gòu)造，就可以將系統(tǒng)的空間分辨率提高十幾倍，并且可以利用光 纖盤式傳感探頭形成基于分布式光纖傳感原理的點式傳感系統(tǒng)，構(gòu)成分布式與點式相結(jié)合 的傳感系統(tǒng)，本發(fā)明實施方法簡單，成本低廉，效果明顯。
權(quán)利要求
一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)主機(4)和傳感光纖(1)，其特征在于所述的傳感光纖(1)包括至少一段扁平狀的帶狀光纜(9)或至少一個光纖盤式傳感探頭(5)；所述帶狀光纜(9)或光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 帶狀光纜(9)或光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)，包括至少一根纖芯，傳感光纖類 型為單?；蚨嗄９饫w。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 扁平狀的帶狀光纜(9)包括帶狀光纖護套(2)和置于護套內(nèi)的傳感光纖(1)，帶狀光纜(9) 中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置，其為由一個光纖圈或兩個以上的光纖圈串聯(lián)而成， 光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波形中的一種，或者上述形狀的任意組I=I O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 光纖盤式傳感探頭(5)包括光纖盤式傳感探頭封裝外殼(3)和置于外殼內(nèi)的傳感光纖(1)， 光纖盤式傳感探頭(5)中的傳感光纖(1)呈彎曲繞制狀布置，其為由一個光纖圈或兩個以 上的光纖圈串聯(lián)而成，光纖圈的形狀為橢圓形、圓形、8字形、螺旋形和正弦波形中的一種， 或者上述形狀的任意組合。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 傳感系統(tǒng)主機(4)為拉曼散射或布里淵散射光時域反射測量裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，其特征在于所述 傳感系統(tǒng)主機(4)與傳感光纖(1)的一端相連，構(gòu)成單端測量方式，或與傳感光纖(1)的首 末端相連，構(gòu)成雙端測量方式。
全文摘要
本發(fā)明公開一種高空間分辨力分布式光纖傳感系統(tǒng)，包括傳感系統(tǒng)主機(4)和傳感光纖(1)，其傳感光纖包括至少一段扁平狀的帶狀光纜(9)或至少一個光纖盤式傳感探頭(5)，帶狀光纜或光纖盤式傳感探頭中的傳感光纖呈彎曲繞制狀布置，傳感系統(tǒng)空間分辨率的提高由光纖彎曲的方式、彎曲尺寸以及彎曲圈數(shù)決定。本發(fā)明不用改變傳統(tǒng)分布式光纖傳感系統(tǒng)主機的構(gòu)造，僅僅通過增加光纖彎曲圈數(shù)的辦法提高系統(tǒng)的空間分辨力，成本低廉，簡單易行，效果明顯。
文檔編號G02B6/44GK101957244SQ20101029358
公開日2011年1月26日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月27日
發(fā)明者姜明武, 王兵輝, 陳志標 申請人:蘇州光格設(shè)備有限公司