[发明专利]一种光纤及光信号传感系统

说明书

本发明提供一种光纤，包括：芯层以及沿所述芯层横断面径向由内向外依次邻接包裹的包层、内涂层和外涂层；所述内涂层和所述外涂层均由所述涂料涂敷而成；所述内涂层的2.5％应变模量为较小的第一模量，所述外涂层的2.5％应变模量为较大的第二模量；所述第一模量小于所述第二模量。本发明在现有技术的基础上引入了内涂层，采用双层涂敷的结构设计，且内涂层设置为较小的2.5％应变模量，可以起到包层与外涂层之间的应力缓冲作用；外涂层设置为较大的2.5％应变模量，使得外涂层更硬，可以有效抵抗外界机械应力对光纤造成的损伤。“内软外硬”的设计思路进一步降低了涂层从包裹于其内部的光纤玻璃的表面处脱落的可能性。

技术领域

本发明涉及特种光纤制备技术领域，尤其涉及一种光纤及光信号传感系统。

背景技术

传感光纤，例如测温传感光纤，具有精确度高和结构简单等特点，相对电信号传感器有着先天的巨大优势。传感光纤应用十分广泛，尤其是应用于高温高湿等极端环境下。

油井在运行过程中，需要实时检测井底环境的温度，而油井底环境是高温高湿且空间狭窄，常规单层涂敷PI（聚酰亚胺）光纤用于油井有以下几个痛点：（1）涂料玻璃化转变温度小于400 ℃，导致光纤工作温度范围小于400 ℃；（2）常规单层涂敷PI光纤的2.5%应变模量大，导致光纤在狭窄空间的弯曲条件下附加衰耗高；（3）光纤所用涂料100%亚胺化时间长，光纤生产制备过程中涂层未能达到完全固化，而聚酰亚胺涂料在亚胺化过程中遇到水汽会导致涂层与玻璃之间分离，致使光纤在油井底部高温高湿环境中涂层的断裂脱落，光纤极易折断。鉴于以上痛点，常规单层涂敷PI光纤用于油井，弯曲情形使得信号传输损耗大，测温精度达不到要求；光纤在高温高湿环境中涂层易断裂脱落，光纤机械性能差导致光纤寿命一般小于168 h，无法满足油井底部环境测温的实际需求。

发明内容

针对背景技术中提到的有关现有技术的至少一个缺陷或改进需求，本发明提供一种光纤及光信号传感系统，其目的在于提升光纤的宏弯性能及耐高温性能，增强光纤抵抗外界机械应力的能力，降低涂层从包裹于其内部的光纤玻璃的表面处脱落的可能性。

本发明提供的一种光纤，包括：芯层以及沿所述芯层横断面径向由内向外依次邻接包裹的包层、内涂层和外涂层；所述内涂层和所述外涂层均由涂料涂敷而成；

所述内涂层的2.5%应变模量为第一模量，所述外涂层的2.5%应变模量为第二模量；

所述第一模量小于所述第二模量。

根据本发明提供的光纤，所述第一模量的取值范围为[100 MPa ,900MPa], 所述第二模量的取值范围为[2000 MPa ,4000 MPa]。

根据本发明提供的光纤，所述第一模量的取值范围为[100 MPa ,300MPa], 所述第二模量的取值范围为[3000 MPa ,4000 MPa]。

根据本发明提供的光纤，所述涂料为聚酰亚胺，所述涂料的100%亚胺化时间设置为[30 s ，200 s]，反应温度设置为[550 ℃，700 ℃]，反应环境设置为无氧且水汽小于5%RH。

根据本发明提供的光纤，所述涂料的100%亚胺化时间设置为[30 s，90 s]。

优选地，根据本发明提供的光纤，所述涂料的100%亚胺化时间设置为[30 s，70s]。

更优选地，根据本发明提供的光纤，所述涂料的100%亚胺化时间设置为[40 s，60s]。

根据本发明提供的光纤，所述内涂层的横断面外直径的取值范围为[130μm，175 μm]；所述外涂层的横断面外直径的取值范围为[150μm，250 μm]。

根据本发明提供的光纤，所述内涂层的厚度为[3 μm，30 μm]，优选[5 μm，25 μm]，更优选[7 μm，15 μm]。