本发明涉及光学及光纤传感领域，基于分布式光纤温度传感(dts)系统理论，在传统单模光纤的基础上，辅以石棉并加入恒温流水系统，再结合保护金属，设计出一种应用于可探测高温dts系统的传感光缆结构。
背景技术：
随着人们对于温度的探测不再局限在单点式和准分布式探测，分布式光纤温度传感(dts)技术应运而生。作为一种长距离、连续式的温度测量方法。相比于传统的温度传感计，dts具有抗电磁干扰、耐高温腐蚀、防爆防电、安装简单，适用于长距离、大面积的温度实时探测等优点。因此dts系统被广泛应用于长距离安防探测、军工业、交通行业以及农业中。
完整的dts系统在结构上主要分为两部分，分别是分布式测温系统主机和传感光纤模块，分布式测温系统主机是集成了采集卡、光源、主板和显示器的完整模块，在理论上可以控制dts的空间分辨率和采集信号的解调，而传感光纤系统则决定了探测的长度范围，光纤的承受温度能力决定了系统的温度探测的上下限。
普通传统的dts系统所使用的光纤，主要是将普通的具有涂覆层的光纤结构直接应用于探测环境中。光纤的材料是二氧化硅材料，但涂覆层的材料通常是塑胶材料，熔点很低；在长时间的高温情况下会融化变形甚至造成光纤的断裂，且最高承受温度不能超过300℃，这在很大程度上限制了dts的使用范围。
技术实现要素：
本发明针对现有的dts系统的不足，提出了一种应用于高温探测dts系统的传感光缆结构。
本发明的技术方案为：
本发明包括用于导热的最外层、用于降温的中间层、最内层的光纤和流水管。
所述的最外层材质为金属。
所述的中间层材质为低热传导材料。
所述的光纤带有涂覆层，作为温度传感介质和光传输介质。
所述的流水管流经低温的流水，用于带走低热传导材料的部分热量，使得光纤的温度低于最外层的温度。
进一步说，所述的低热传导材料选用石棉。
进一步说，所述的光纤为单模光纤或多模光纤。
进一步说，所述的流水管有多根，围绕光纤呈轴对称分布。
进一步说，所述的流水管与外部的恒温流水系统构成循环。
本发明的有益效果：根据所测量的高温要求，可以设计不同的传感光缆结构，其高温传感的温度上限为金属层和低热传导材料层的最大承受温度，可设计不同数量不同面积的流水管使得光纤的温度保持在其可承受的温度范围之内(比如小于300℃)。本发明可以提升dts系统的测温上限，测量温度能达到1200℃。
附图说明
图1为dts系统示意图。
图2为单流水管传感光缆结构横截面示意图。
图3为双流水管传感光缆结构横截面示意图。
图4为三流水管传感光缆结构横截面示意图。
图5为四流水管传感光缆结构横截面示意图。
具体实施方式
本发明在dts技术的基础上对传感光纤的结构进行设计，并加入如图1所示的恒温水循环系统，与分布式测温系统主机构成完整的dts系统。
如图2所示，本发明提出的传感光缆是复合式结构，分为三层。最外层为金属层d，由于金属材料具有良好的导热以及耐热性质，能够最大程度上将外界温度传递进来，保证检测的准确性,同时能够在恶劣的检测环境中对本结构起到一定的保护作用。中间层为低热传导材料层c，低热传导材料可以采用石棉等材料，高温的金属层经过低热传导材料层后温度降低，使得最终带涂覆层的光纤温度在可承受最高温度范围以内。最内层为光纤a和流水管b，光纤可以是通讯波段的标准单模光纤或多模光纤，光纤的主要作用是作为温度传感介质和光传输介质。
本发明的原理：当光纤检测到温度变化时，光纤中的raman散射光强随着温度的升高而增强，随着温度的降低而减弱，经过解调后，便可获得光纤的温度；流水管中冲入低温的流水，从而带走低热传导材料层的部分热量，使得光纤的温度低于金属层的温度。在给定的传感光缆结构情况下，保持流水管内流水温度和流水速度，则光纤的温度(t)将是金属层温度(w)的函数。通过dts系统能够获得光纤的温度(t)，从而进一步推算金属层温度(w)，实现了高温的传感。
本发明的实施例：
1、单流水管传感光缆结构：如图2所示，最外层为金属层d，传导外界温度并对整体结构起到保护作用，该结构为同心圆环，内半径为rd1，外半径为rd2；中间层为低热传导材料层c；最内层为光纤a以及流水管b，光纤a与金属层d的圆心相同，a的半径为ra，流水管b的半径为rb，流水管b与光纤a的圆心距为ra+rb。dts系统检测光纤的温度，按照成熟的定标技术，在给定单流水管传感光缆结构情况下，维持流水管b内流水速度和水温，事先对光纤a和金属层d进行温度定标；在实测情况下，根据dts系统检测到的光纤温度确定金属层d的温度，从而实现高温传感。
2、双流水管传感光缆结构：如图3所示，最外层为金属层d，传导外界温度并对整体结构起到保护作用，该结构为同心圆环，内半径为rd1，外半径为rd2；中间层为低热传导材料层c；最内层为光纤a以及流水管b1、流水管b2，光纤a与金属层d的圆心相同，流水管b1、流水管b2的半径为rb1、rb2，分别置于光纤a的两侧，流水管b1与光纤a的圆心距为ra+rb1，流水管b2与光纤a的圆心距为ra+rb2，即平行于光纤且与其相切；b1与b2的圆心距为ra+rb1+rb2。dts系统检测光纤的温度，按照成熟的定标技术，在给定双流水管传感光缆结构情况下，维持流水管b1、流水管b2内流水速度和水温，事先对光纤a和金属层d进行温度定标；在实测情况下，根据dts系统检测到的光纤温度确定金属层d的温度，从而实现高温传感。
3、三流水管传感光缆结构：如图4所示，最外层为金属层d，传导外界温度并对整体结构起到保护作用，该结构为同心圆环，内半径为rd1，外半径为rd2；中间层为低热传导材料层c；最内层为光纤a以及流水管b1、流水管b2、流水管b3，光纤a与薄金属结构d的圆心相同，流水管b1、流水管b2、流水管b3的半径为rb1、rb2、rb3，流水管b1与光纤a的圆心距为ra+rb1，流水管b2与光纤a的圆心距为ra+rb2，流水管b3与光纤a的圆心距为ra+rb3，即平行于光纤且与其相切；流水管b1与流水管b2的圆心距为
4、四流水管传感光缆结构：如图5所示，最外层为金属层d，传导外界温度并对整体结构起到保护作用，该结构为同心圆环，内半径为rd1，外半径为rd2；中间层为低热传导材料层c；最内层为光纤a以及流水管b1、流水管b2、流水管b3、流水管b4，光纤a与薄金属结构d的圆心相同，流水管b1、流水管b2、流水管b3、流水管b4的半径为rb1、rb2、rb3、rb4，流水管b1与光纤a的圆心距为ra+rb1，流水管b2与光纤a的圆心距为ra+rb2，流水管b3与光纤a的圆心距为ra+rb3，流水管b4与光纤a的圆心距为ra+rb4，即平行于光纤且与其相切；流水管b1与流水管b2的圆心距为
在上述实施例中：金属层选用硬质的铝合金作为材料，用以保护传感光缆和接收外界探测到的温度，金属层厚度为3mm。低热传导材料层选用石棉作为材料，用以降低传播到光纤上的温度，厚度为10mm。光纤选用普通62.5/125多模光纤。流水管通过循环控制流水管中水的流速10m/s，以保证流水管中水温恒定为27℃。其中所设计的四流水管传感光缆结构中，金属层、低热传导材料和光纤的圆心点位置相同，四个流水管中相对的两个流水管圆心的连线交点与光纤圆心点的位置重合。确定好四流水管传感光缆结构后，通过实际测试并将外界温度与dts系统测得的光纤温度进行定标测试，得到一个完整温度的定标表，并通过拟合得到所设计的四流水管传感光缆结构所测光纤温度和外界温度的演变曲线，可以通过对照表及演变曲线将dts系统测得的光纤温度演变成金属层表面的温度，即所测的外界环境的温度。
本发明所涉及的设计方案包括但不局限于上述四个方案，任何以本发明的设计原理实现的采用金属层、低热传导材料层、流水管和光纤组合实现的传感光缆结构都在保护范围之内，本发明具有结构简单、耐高温、成本低、便于设计等优点。
以上所述仅为本发明的具体实施例，但本发明的技术特征并不局限于此，任何本领域的技术人员在本发明的领域内，所作的变化或修饰皆涵盖在本发明的保护范围之中。
技术特征：
1.应用于高温探测的dts系统传感光缆结构，其特征在于：包括用于导热的最外层、用于降温的中间层、最内层的光纤和流水管；
所述的最外层材质为金属；
所述的中间层材质为低热传导材料；
所述的光纤带有涂覆层，作为温度传感介质和光传输介质；
所述的流水管流经低温的流水，用于带走低热传导材料的部分热量，使得光纤的温度低于最外层的温度。
2.根据权利要求1所述的应用于高温探测的dts系统传感光缆结构，其特征在于：所述的低热传导材料选用石棉。
3.根据权利要求1所述的应用于高温探测的dts系统传感光缆结构，其特征在于：所述的光纤为单模光纤或多模光纤。
4.根据权利要求1所述的应用于高温探测的dts系统传感光缆结构，其特征在于：所述的流水管有多根，围绕光纤呈轴对称分布。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的应用于高温探测的dts系统传感光缆结构，其特征在于：所述的流水管与外部的恒温流水系统构成循环。
技术总结
本发明涉及一种应用于高温探测的DTS系统传感光缆结构。本发明包括用于导热的最外层、用于降温的中间层、最内层的光纤和流水管。所述的最外层材质为金属。所述的中间层材质为低热传导材料。所述的光纤带有涂覆层，作为温度传感介质和光传输介质。所述的流水管流经低温的流水，用于带走低热传导材料的部分热量，使得光纤的温度低于最外层的温度。本发明具有结构简单、耐高温、成本低、便于设计等优点。
技术研发人员：陈达如;陈锦玲;周雁;陈芳;郁张维
受保护的技术使用者：浙江师范大学
技术研发日：.11.28
技术公布日：.01.21
