无缝钢管光缆独立成缆的挑战与解决方案

本文讲述了不锈钢无缝钢管材料的脆性所导致的脆弱问题,由此带来了其在光缆、光纤光栅传感器以及分布式光纤传感器的应用问题,同时初步讲述了北京大成永盛科技有限公司针对此问题的两种解决方案。

我和我的团队以北京大成永盛科技有限公司为基,践行着“北诺®,让光纤不脆弱!”的理念,想要解决光缆、光纤光栅传感器和分布式光纤传感器相对脆弱的问题,也为了解决客户在高温高压下使用光缆和传感器的问题。

为此,我们试验了很多种材料,最后选定了不锈钢并且一直坚持到了现在,最终生产出来的产品就是各种不锈钢无缝钢管光缆、不锈钢无缝钢管光纤光栅传感器和不锈钢无缝钢管分布式光纤传感器。

无缝钢管光缆,或者说不锈钢无缝钢管光缆,顾名思义,就是采用不锈钢无缝钢管作为外铠的光缆,其基本结构为不锈钢无缝钢管外铠直接包裹光纤而成(少数结构内填充有凯夫拉纤维作为缓冲层)。该种光缆属于松套管类型,多数结构为中心束管结构(如图1),少数结构为层绞式结构(如图2)。不锈钢无缝钢管光缆及相应结构光纤传感器是现代冶金制管行业与光纤通信、光纤传感技术完美结合的产物。

图1

图2

不锈钢无缝钢管,单独作为一种材料来说,在光缆、光纤光栅传感器及分布式光纤传感器行业的应用并不算新鲜。

传统的通信用光缆,随地埋、架空等应用环境不同,其结构中往往会包括聚乙烯护套、轧纹钢塑带、铝带或钢带、中心加强件、填充加强件、松套管、螺旋钢管、填充绳、缆膏、纤膏等材料,这其中有时候就包含了类似的铝管或钢管结构。电力光缆中的OPGW光缆,则直接完整地使用了不锈钢无缝钢管和铝管作为其基本单元(此外还有铝包钢线)。因此来说,不锈钢无缝钢管从材料到结构在光缆生产中并非全新。

对于传统的光纤光栅传感器,尤其是各种管式封装的光纤光栅传感器来说,其传感部位,往往使用几厘米到十几厘米的无缝钢管对光纤光栅进行保护(详见下图3所示)。因此,短段的不锈钢无缝钢管在传统光纤光栅传感器中也非全新。

图3

不过,虽然不锈钢无缝钢管在光缆中并非是一种新鲜的材料和结构,但是,不锈钢无缝钢管结构独立成缆、全金属化的光纤光栅传感器和全金属化的分布式光纤传感器却比较新鲜。究其原因,主要在于传统工艺生产出来的不锈钢无缝钢管用于以上产品时会有比较大的脆性,不容易生产出实用化的产品。其材料和结构脆性表现如下图4所示:

图4

为了解决上述问题,让无缝钢管光缆能够独立成缆,让光纤光栅传感器和分布式光纤传感器全金属化,从2013年起至今,大成永盛和大成永盛的合作伙伴们主要采用了两种方法进行改进,第一种方法为壁厚增强法,采用该种方法生产的产品以2014年,北京大成永盛科技有限公司在石油测井行业逐步开发出的北诺®系列无缝钢管光缆(分布式光纤温度传感器)最为典型;第二种方法为直径缩小法,采用该种方法生产的产品以2016年,北京大成永盛科技有限公司为各种恶劣通信环境和传感环境所逐步开始开发的北诺®毛细®系列无缝钢管光缆、北诺®毛细®系列无缝钢管光纤光栅传感器和北诺®毛细®系列无缝钢管分布式光纤传感器最为典型。

这两种方法及其对应产品的典型结构我们将在后面的系列文章里慢慢解锁。敬请持续关注!


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