一种分布式声音敏感光纤传感器及其制作方法与流程

1.本发明涉及一种分布式声音敏感光纤传感器及其制作方法，属于利用声音或者振动 信号采集的光纤预警领域。


背景技术：

2.声音是个重要的物理量，通过监测声音或者振动信号，可以及时发现异常事件，并 提供安全预警。按照国际电信联盟以及我国国家标准，在生产光缆时，需要采用很多层 不同材质的材料来保护光纤不受各种外界干扰。采用这种通信光缆来分布式采集声音信 号时，声音或者振动信号需要穿过光缆的外护套、涂塑皱纹钢带和/或铝带纵包层、无纺 布包带、缆膏、松套管、纤膏以后，才能到达光纤，以上各层之间可能还存在的空气， 导致声音或者振动信号被多层材料阻隔，信号强度损耗的很厉害。更重要的，因为传统 通信光缆采用ppt或者pe松套管来保护光纤，光缆的耐压局限性较大，而且为了提高耐 压性能而增加更多的保护层，将使得光缆对声音和振动更不敏感。所以，在不影响光纤 传感器对声音高度敏感的前提下，提高分布式光纤声音传感器的耐压能力，以便适应压 力环境(比如深海)的高灵敏度声音采集，是个难题。
3.目前世界先进国家都在加强分布式光纤传感器的研究，为了提高分布式光纤对声音 或者振动的敏感性能，有人将光纤缠绕在螺旋骨架槽结构的缆芯上。这样做虽然提高了 对声音或者振动的灵敏度，提高了定位精度，但是牺牲了系统的监测距离，影响大长距 离的使用，同时降低了系统的性价比；也有人通过采用不锈钢管替代高分子材料的光纤 松套管来提高光缆的耐压能力，但是这样做又降低了光缆对声音或者振动的敏感度，大 幅提高了光缆的成本。


技术实现要素：

4.为了解决现有技术生产的光缆对声音和振动不敏感和检测距离短、成本高的缺陷， 本发明提供一种分布式声音敏感光纤传感器及其制作方法。
5.本发明采用了以下技术方案：
6.一种分布式声音敏感光纤传感器，其特征在于包括镂空的金属或者非金属保护套管、 置于所述保护套管内的金属或者非金属薄片，光纤敷设于所述薄片上。
7.优选的，所述光纤为纯度为99.99％以上的石英经高温熔融拉拔而成、带有阻水和防 腐功能涂层的紧包光纤，涂覆后的光纤直径≥150um，不带松套管。
8.优选的，所述金属为不锈钢，或所述非金属为pe或环氧树脂。
9.优选的，所述薄片的宽度比所述保护套管的内径小2.5～3.5mm。
10.优选的，金属或者非金属薄片的长度由多段定长或不定长的薄片首尾连接而成。
11.优选的，在所述薄片中线位置每隔80～120mm处具有一个用于固定所述光纤的卡扣、 槽或孔。
12.优选的，所述光纤比薄片长1～5
‰
。
如潜艇)探测意义重大。
附图说明
26.图1是实施例1一种分布式声音敏感光纤传感器的结构示意图，
27.图2为实施例1横向截面示意图。
28.图中各标号列式如下：
29.1-保护套管，2-薄片，3-光纤，4-卡扣。
具体实施方式
30.为了更好的理解本发明，下面结合附图和具体实施例对本发明进行进一步的解释。
31.实施例1
32.本实施例的一种分布式声音敏感光纤传感器结构，如图1和2所示，其中图1中部 为内部剖面示意图，包括镂空的金属或者非金属保护套管1、置于保护套管1内的金属 或者非金属薄片2、以及敷设于薄片2上的光纤3。所述光纤3由高纯度的石英经高温熔 融拉拔而成，自身耐空气或者水压能力很强。本实施例应用于深海和压力管道等压力较 大环境，采用不锈钢套管和薄片来保护所述光纤3不受外力破坏，所述光纤3直接接触 水等其他介质，通过水传播的声音或振动会直接传播至所述光纤3，从而提高声音或振 动和光纤3之间的耦合效率。
33.贯穿于镂空保护套管1内的金属薄片，能够捕捉并放大经空气或者水等介质传播的 声音或振动信号，并传递给敷设于所述薄片2上的所述光纤3，减小声音或者振动信号 经过太多的光纤保护层造成的能量损失；
34.所述光纤3为带有阻水和防腐功能涂层的紧包光纤，涂覆后的光纤直径为160-170um， 不带松套管。
35.制作贯穿于保护套管2内的金属薄片，其宽度比所述保护套管的内径小3mm左右， 以便所述薄片在所述保护套管内处于自由非固定状态；金属薄片由多段定长薄片首尾连 接而成。
36.在所述金属薄片中线位置每隔100mm制作一个用于固定所述光纤的卡扣4。
37.将所述光纤3敷设、粘贴固定于所述金属薄片上，所述光纤3比薄片2长1-5
‰
， 使光纤3处于自由松散的状态。在此基础上，减小光纤3比薄片2的长度，可降低系统 的灵敏度，增加光纤3比薄片2的长度，可增加系统的灵敏度。
38.将敷设好光纤3的金属薄片2植入所述保护套管1内。所述保护套管1加工成规则 镂空孔洞，保证光纤3最大程度的接触空气和水且受压状态稳定。采用轴向带开口的保 护套管1，将带光纤3的薄片2从开口置入保护套管1内，然后焊接开口。
39.所述薄片2上的光纤3可以更换，且所述薄片2以及镂空的保护套管1可以重复使 用。
40.本实施例采用的分布式声音敏感光纤传感器使用镂空保护套管，而不是常规的通信 光缆的松套管来保护光纤，极大的提高了耐空气或者水压能力，对于深海长距离大范围 声音探测意义重大。
41.实施例2
42.本实施例与实施例2的区别在于用于腐蚀环境下，因此采用非金属防腐材料环氧树 脂的保护套管1和薄片2；且采用不带轴向开口的镂空保护套管1，并使用牵引的方法把 薄片植入镂空保护套管1内。
43.以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施 例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各 实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换； 而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围， 其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。


技术特征：
1.一种分布式声音敏感光纤传感器，其特征在于包括镂空的金属或者非金属保护套管、置于所述保护套管内的金属或者非金属薄片，光纤敷设于所述薄片上。2.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于所述光纤为纯度为99.99％以上的石英经高温熔融拉拔而成、带有阻水和防腐功能涂层的紧包光纤，涂覆后的光纤直径≥150um，不带松套管。3.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于所述金属为不锈钢，或所述非金属为pe或环氧树脂。4.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于所述薄片的宽度比所述保护套管的内径小2.5～3.5mm。5.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于金属或者非金属薄片的长度由多段定长或不定长的薄片首尾连接而成。6.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于在所述薄片中线位置每隔80～120mm处具有一个用于固定所述光纤的卡扣、槽或孔。7.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于所述光纤比薄片长1～5
‰
。8.根据权利要求1所述的光纤传感器，其特征在于所述保护套管轴向有开口。9.权利要求1-8任一所述的一种分布式声音敏感光纤传感器的制作方法，其特征在于包括以下步骤：制作所述薄片，在所述薄片中线位置每隔80～120mm制作一个用于固定所述光纤的卡扣、槽或孔；将所述光纤敷设粘贴固定于所述薄片上，所述光纤比薄片长1～5
‰
，使光纤处于自由松散的状态；所述保护套管表面加工规则的或者不规则的镂空孔洞；将敷设好光纤的薄片植入所述保护套管内。10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于采用轴向具有开口的保护套管，将带光纤的薄片从开口置入保护套管内，然后焊接开口；或采用不带轴向开口的镂空套管，通过牵引将薄片植入保护套管内。

技术总结
本发明提供一种分布式声音敏感光纤传感器及其制作方法，所述传感器包括镂空的金属或者非金属保护套管、置于所述保护套管内的金属或者非金属薄片，光纤敷设于所述薄片上。本发明的光纤由高纯度的石英经高温熔融拉拔而成，自身耐空气或者水压能力很强，采用镂空保护套管，而不是常规的通信光缆的松套管来保护光纤，让所述分布式声音敏感光纤传感器极大的提高了耐空气或者水压能力，并让光纤直接和空气或者水等各种介质接触，通过空气或者水传播的声音或振动会直接传播至光纤，从而提高声音或振动和光纤之间的耦合效率，特别是对于深海长距离大范围声音探测意义重大。距离大范围声音探测意义重大。距离大范围声音探测意义重大。


技术研发人员：朱新民 缪宏 韩瑞华 戴荣荣 缪文韬 冯少孔 卢正超 白喜亮 巩维屏 聂鼎 黄涛 马宝龙 杨栋 于帆 肖俊淼 杨璐菲
受保护的技术使用者：北京百世通管道科技有限公司
技术研发日：2021.09.06
技术公布日：2022/1/7