技术领域
[0001] 本
发明涉及光通信线缆领域，具体涉及一种温度传感光缆及其制备方法。
背景技术
[0002] 光纤传感技术是伴随着光纤通信技术的发展而兴起的，以光波为载体、光纤为媒质，用于
感知和传输外界被测量
信号的新型传感技术。光纤传感技术能够实现大范围测量场中分布信息的提取，解决目前测量领域的众多难题，在电厂、大型仓库、油库、
高层建筑、矿井和隧道的火灾防护及温度报警系统等领域得到广泛应用。
[0003] 随着光纤传感技术的发展，温度传感光缆在工程中被大量敷设和布放。现有的温度传感光缆存在很多
缺陷：
[0004] (1)现有的温度传感光缆难以精确
定位故障点，需要在故障报警附近区域反复查找。
[0005] (2)现有的温度传感光缆使用寿命短，随着使用时间的延长，会逐步出现信号漂移、灵敏度下降，以及严重的
传感器故障问题，导致光缆丧失传感功能。
[0006] (3)现有的温度传感光缆多数是一次性用品，故障发生后，故障点处的光缆被损坏，需要更换光缆。而在工程中，传感光缆一般贴近工程线路布放，更换光缆非常困难。
[0007] 因此，迫切需要一种全新设计的温度传感光缆，解决现有温度传感光缆的缺陷。
发明内容
[0008] 本发明的目的是为了克服上述背景技术的不足，提供一种温度传感光缆及其制备方法，该光缆能够精确定位故障点，能够多次重复使用，使用寿命长，故障响应速度快，报警时间短，传感线路距离长，而且该光缆尺寸小，机械性能优良，能够在电厂、隧道、
煤矿、石油石化项目中广泛应用。
[0009] 本发明提供一种温度传感光缆，该温度传感光缆包括从内至外依次排列的缆芯、螺旋护层、外护套，所述缆芯包括紧套光纤，其特征在于：所述缆芯还包括与紧套光纤长度相等的形状记忆
合金线，形状
记忆合金线采用具有双程记忆效应的形状记忆合金制成，形状记忆合金线、紧套光纤均沿轴向排列，并且固定在一起。
[0010] 在上述技术方案的
基础上，所述形状记忆合金为
铜锌系合金、镍
钛系合金、金铬系合金中的任意一种。
[0011] 在上述技术方案的基础上，所述形状记忆合金线的外径为0.6～2mm。
[0012] 在上述技术方案的基础上，该温度传感光缆的外径≤5mm。
[0013] 在上述技术方案的基础上，所述螺旋护层与外护套之间还设置有编织层和/或加强层；编织层采用铜或不锈
钢制成，加强层采用芳纶纱制成。
[0014] 本发明还提供上述温度传感光缆的制备方法，包括以下步骤：
[0015] A、制备缆芯：
[0016] 制备紧套光纤；
[0017] 加工形状记忆合金线：采用形状记忆合金预制成形设备，先将该设备的
温度控制在20℃～30℃，将形状记忆合金线拉直，使形状记忆合金线的表面平整；然后将该设备的温度控制在120℃～150℃，对形状记忆合金线进行微弯曲处理，使形状记忆合金线的长度均匀收缩1％～2％；将该设备的温度控制在20℃～30℃，再次将形状记忆合金线拉直，此时的形状记忆合金线与上一次拉直时的长度和平整度相同；
[0018] 将紧套光纤与形状记忆合金线沿轴向排列，固定在一起，制成缆芯；
[0019] B、在缆芯的外部包覆螺旋护层；
[0020] C、在螺旋护层的外部包覆外护套，得到温度传感光缆成品。
[0021] 在上述技术方案的基础上，所述形状记忆合金线采用铜锌系合金、镍钛系合金、金铬系合金中的任意一种制成。
[0022] 在上述技术方案的基础上，所述形状记忆合金线的外径为0.6～2mm。
[0023] 在上述技术方案的基础上，该温度传感光缆的外径≤5mm。
[0024] 在上述技术方案的基础上，将紧套光纤与形状记忆合金线固定在一起的过程包括以下步骤：
[0025] 采用热熔胶粘接紧套光纤和形状记忆合金线：将预制成形后的形状记忆合金线与紧套光纤平行放置，采用热熔胶机挤出热熔胶，对紧套光纤和形状记忆合金线进行粘接；粘接后的紧套光纤和形状记忆合金线之间无内应
力；所述热熔胶为耐高温热熔胶，熔点为350℃，
工作温度为-55℃～200℃。
[0026] 在上述技术方案的基础上，制备紧套光纤的过程包括以下步骤：
[0027] 紧套光纤包括裸光纤和套在裸光纤外部的紧套层，在流
水线上对裸光纤进行
烘烤；采用塑料
挤出机挤出紧套料，将紧套料均匀包覆在裸光纤的外表面，形成紧套层，紧套层的剥离力为20N±3N。
[0028] 在上述技术方案的基础上，在缆芯的外部包覆螺旋护层的过程包括以下步骤：采用不锈
钢带或
不锈钢丝，螺旋环绕并紧密包覆在缆芯外，形成螺旋护层；螺旋护层表面平整，且具有均匀的内径和外径。
[0029] 在上述技术方案的基础上，所述外护套采用低烟无卤阻燃聚烯
烃、交联聚乙烯、尼龙弹性体、聚
氨酯弹性体、聚酯弹性体中的任意一种制成；控制外护套的厚度、同心度、外径和外径偏差，外径偏差为±0.2mm。
[0030] 在上述技术方案的基础上，所述螺旋护层与外护套之间还设置有编织层和/或加强层，其中，
[0031] 编织层的制备过程为：采用装配有多个单丝放线装置的高速编织机进行编织，编织用的单丝为铜线或不锈钢丝，单丝的直径为0.05～0.3mm；控制单丝放线
张力，编织而成的网面平整、光滑，编织
密度为100％全
覆盖；
[0032] 加强层的制备过程为：根据光缆的机械拉力要求计算芳纶纱的数量，芳纶纱放线张力控制在5N以下，单向绞合，绞合
节距为200mm～300mm。
[0034] (1)本发明中的光纤与预制成形的形状记忆合金线并排粘接在一起，随着周围
环境温度的变化，形状记忆合金线产生形变，随着形状记忆合金线的形变，光纤受到外力产生微弯曲，
光信号衰减急剧增加，传感系统感应到故障点的准确
位置。本发明中的光纤本身既能检测故障又能传输故障报警信号，因此，不需要外加传感器就能够精确定位故障点，实际故障点与报警故障点的误差在0.2米以内。
[0035] (2)现有的温度传感光缆中的故障感应元件是光纤光栅位移传感器，光纤光栅位移传感器长时间使用后，会出现信号基线漂移；本发明的温度传感光缆中，光纤既用于传输故障报警信号，又是故障感应元件，没有信号漂移问题，光缆的使用寿命能够超过15年。
[0036] (3)本发明中的温度传感光缆不易损坏，能够多次重复使用。当故障点处的被监测物温度升高时，形状记忆合金线产生形变，光纤出现微弯曲，光衰减增加，光缆感应到故障并报警；故障解除后被监测物温度恢复到正常工作温度，形状记忆合金恢复到起始状态，光纤受到的外力解除，光缆性能恢复到故障发生前的状态，在这一过程中光缆状态无损，该光缆可以多次重复使用。
[0037] (4)本发明的温度传感光缆的故障响应速度快，故障发生到系统报警时间小于1秒；线路距离长，传感线路总长度可以超过30公里；光缆外径在5mm以内，柔软、易于弯曲，机械性能优良，满足复杂环境下的传感线路施工要求，易于施工和敷设，能够在电厂、隧道、煤矿、石油石化项目中应用。
附图说明
[0038] 图1是本发明
实施例中温度传感光缆的结构示意图。
[0039] 附图标记：1—光纤，2—紧套层，3—形状记忆合金线，4—螺旋护层，5—外护套，6—编织层，7—加强层，8—热熔胶。
具体实施方式
[0040] 下面结合附图及具体实施例对本发明作进一步的详细描述。
[0041] 参见图1所示，本发明实施例提供一种温度传感光缆，该温度传感光缆包括从内至外依次排列的缆芯、螺旋护层4、外护套7，缆芯包括紧套光纤，其中，缆芯还包括与紧套光纤长度相等的形状记忆合金线3，形状记忆合金线3采用具有双程记忆效应的形状记忆合金制成，形状记忆合金线3、紧套光纤均沿轴向排列，并且固定在一起。
[0042] 本发明实施例还提供上述温度传感光缆的制备方法，包括以下步骤：
[0043] A、制备缆芯：
[0044] 制备紧套光纤；
[0045] 加工形状记忆合金线3：采用形状记忆合金预制成形设备，先将该设备的温度控制在20℃～30℃，将形状记忆合金线3拉直，使形状记忆合金线3的表面平整；然后将该设备的温度控制在120℃～150℃，对形状记忆合金线3进行微弯曲处理，使形状记忆合金线3的长度均匀收缩1％～2％；将该设备的温度控制在20℃～30℃，再次将形状记忆合金线3拉直，此时的形状记忆合金线3与上一次拉直时的长度和平整度相同；
[0046] 将紧套光纤与形状记忆合金线3沿轴向排列，固定在一起，制成缆芯；
[0047] B、在缆芯的外部包覆螺旋护层4；
[0048] C、在螺旋护层4的外部包覆外护套7，得到温度传感光缆成品。。
[0049] 根据实际需要，形状记忆合金可以为铜锌系合金、镍钛系合金、金铬系合金中的任意一种。形状记忆合金线3的外径为0.6～2mm，该温度传感光缆成品的外径≤5mm。
[0050] 将紧套光纤与形状记忆合金线3固定在一起的过程包括以下步骤：
[0051] 采用热熔胶8粘接紧套光纤和形状记忆合金线3：将预制成形后的形状记忆合金线3与紧套光纤平行放置，采用热熔胶机挤出热熔胶8，对紧套光纤和形状记忆合金线3进行粘接；粘接后的紧套光纤和形状记忆合金线3之间无内
应力；热熔胶8为耐高温热熔胶，熔点为
350℃，工作温度为-55℃～200℃。
[0052] 制备紧套光纤的过程包括以下步骤：
[0053] 紧套光纤包括裸光纤1和套在裸光纤1外部的紧套层2，在流水线上对裸光纤1进行烘烤；采用塑料挤出机挤出紧套料，将紧套料均匀包覆在裸光纤1的外表面，形成紧套层2，紧套层2的剥离力为20N±3N。裸光纤1可以为单模光纤或多模光纤。紧套层2可以采用低烟无卤阻燃聚烯烃、尼龙弹性体、聚氨酯弹性体、聚酯弹性体中的任意一种制成。
[0054] 在缆芯的外部包覆螺旋护层4的过程包括以下步骤：
[0055] 采用不锈钢带或不锈钢丝，螺旋环绕并紧密包覆在缆芯外，形成螺旋护层4；螺旋护层4表面平整，且具有均匀的内径和外径。
[0056] 外护套7采用低烟无卤阻燃聚烯烃、交联聚乙烯、尼龙弹性体、聚氨酯弹性体、聚酯弹性体中的任意一种制成；控制外护套7的厚度、同心度、外径和外径偏差，外径偏差为±0.2mm。
[0057] 实际应用中，螺旋护层4与外护套7之间还设置有编织层5和/或加强层6；编织层5采用铜或不锈钢制成，加强层6采用芳纶纱制成。
[0058] 编织层5的制备过程为：采用装配有多个单丝放线装置的高速编织机进行编织，编织用的单丝为铜线或不锈钢丝，单丝的直径为0.05～0.3mm；控制单丝放线张力，编织而成的网面平整、光滑，编织密度为100％全覆盖；
[0059] 加强层6的制备过程为：根据光缆的机械拉力要求计算芳纶纱的数量，芳纶纱放线张力控制在5N以下，单向绞合，绞合节距为200mm～300mm。
[0060] 本发明实施例的原理阐述如下：
[0061] 形状记忆合金具有奥氏体相(高温相)和
马氏体相(低温相)，在环境温度高于或者低于平衡温度的条件下，形状记忆合金能够呈现两种可逆状态——
变形和恢复原形，这两种可逆状态是材料内部发生热弹性马氏体
相变造成的。本发明的温度传感光缆，利用形状记忆合金的热弹性马氏体相变特性，结合光纤自身在微弯曲状态时的光信号衰减敏感性，达到精确定位的目的，从而实现高温故障检测和故障报警信号的传输。
[0062] 本发明的温度传感光缆的工作温度为-55℃～+75℃，当发生故障时，故障点处的环境温度上升到120℃～150℃，形状记忆合金发生相变，合金长度缩短1％～2％，与之粘接的紧套光纤收缩0.5％～1.5％，光纤出现微弯曲，光衰减急剧增加，传感系统感应到故障点的准确位置。故障排除后，环境温度下降到光缆工作温度，形状记忆合金发生马氏体相变，合金长度恢复，光纤长度也同时恢复，光缆恢复到初始状态。
[0063] 本发明的制备过程中，紧套光纤制备工序的关键技术是控制塑料挤出机的
真空度，并且与
挤出模具进行精确配合。不对光纤进行预先烘烤，直接在流水线上对光纤进行烘烤。紧套层不能包覆太松，这样会导致紧套光纤出现后收缩，同时也不能太紧，导致光纤衰减超标。精确控制包覆力的大小，检测方法是紧套光纤剥离力在20N±3N。
[0064] 本发明在常规光缆的制造设备的基础上，增加专用的形状记忆合金预成形设备和精确控温的双
喷嘴热熔胶机。该形状记忆合金预成型设备是根据预制成形的技术要求，完全自主开发。形状记忆合金线的横截面可以是圆形，也可以是椭圆形或者方形等其它形状。预制成形后，同一根形状记忆合金线在不同的温度下长度有差别。
[0065] 本发明的制备过程中，紧套光纤和形状记忆合金线固定连接即可，目前是采用热熔胶对紧套光纤和形状记忆合金线进行粘接。热熔胶粘接工序中使用的精确控温的双喷嘴热熔胶机与线缆行业用的普通热熔胶机的区别如下：
[0066] 普通热熔胶机使用的热熔胶，熔点在150℃，工作温度在-10℃～50℃。普通热熔胶机仅有一个喷嘴，熔体熔融后从喷嘴挤出，熔体的均匀性和出胶量要求不高。本发明的采用耐高温热熔胶，熔点在350℃，工作温度在-55℃～200℃。对热熔胶机进行创新改造，温控系统改造，温度控制达到±2℃；搅拌系统改造，使熔体组分分散均匀。喷嘴系统改造，增加一个喷嘴，两个喷嘴同时工作，第一个挤出胶体预粘接，第二个喷嘴挤出胶体进行粘接。预制成形的形状记忆合金线与紧套光纤平行放置，放线张力均匀稳定，中间经过多级张力平衡装置，经
过喷嘴后，经过两次粘接，压缩冷空气冷却，冷却到室温后，形状记忆合金线与紧套光纤之间无内应力。
[0067] 本领域的技术人员可以对本发明实施例进行各种
修改和变型，倘若这些修改和变型在本发明
权利要求及其等同技术的范围之内，则这些修改和变型也在本发明的保护范围之内。
[0068]
说明书中未详细描述的内容为本领域技术人员公知的现有技术。
