一种具有自身感知作用的智能化光缆

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一种具有自身感知作用的智能化光缆
申请号	CN201911177518.1	申请日	2019-11-27	公开(公告)号	CN110824645A	公开(公告)日	2020-02-21
申请人	国网河南省电力公司南阳供电公司;			发明人	李华静; 张庶; 张宛利; 李华东; 李瀚辰;
摘要	本发明提供一种具有自身感知作用的智能化光缆，属于光缆技术领域，包括光缆、设置在所述光缆表面的护套及设置在所述护套外侧的包裹层，所述护套和包裹层之间设置监控模块，所述监控模块包括传感器组件、与所述传感器组件相连接的微控制器、及与所述微控制器相连接的电源和显示器。本发明将光缆本身进行智能化改造，将包裹层嵌入温度、湿度、烟雾等智能化传感器，同时能够将具体的环境参数如光缆的长度、环境温度、湿度、烟雾浓度等进行智能化显示和传递，如此以来，运行维护人员能够进行方便的现场监测、远程监测，及时发现环境异常、及时消缺，解决了人工巡检带来的不便。
权利要求	1.一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：包括光缆、设置在所述光缆表面的护套及设置在所述护套外侧的包裹层，所述护套和包裹层之间设置监控模块，所述监控模块包括传感器组件、与所述传感器组件相连接的微控制器、及与所述微控制器相连接的电源和显示器。 2.如权利要求1所述的一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：所述传感器组件包括温度传感器、湿度传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、压力传感器和长度传感器。 3.如权利要求2所述的一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：所述护套由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶30-38份、乙醚50-60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物 15-22份、防水剂6-10份、阻燃剂8-12份、填料15-22份、膨润土3-5份。 4.如权利要求3所述的一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：所述防水剂为硬脂酸钙或碳酸锆铵。 5.如权利要求4所述的一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠或草酸铝中的一种或多种。 6.如权利要求5所述的一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠和草酸铝的混合物，三氧化二锑：硼酸钠：草酸铝的重量之比为1:2- 4:0.5-0.8。 7.如权利要求6所述的一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土中的一种或多种。 8.如权利要求7所述的一种具有自身感知作用的智能化光缆，其特征在于：所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土的混合物，纳米氧化硅：纳米氧化锌：陶土的重量比为1:1.2- 2.5:2-3。
说明书全文	一种具有自身感知作用的智能化光缆技术领域 [0001] 本发明涉及光缆技术领域，具体涉及一种具有自身感知作用的智能化光缆。背景技术 [0002] 光导纤维，简称光纤，是一种达致光在玻璃或塑料制成的纤维中的全反射原理传输的光传导工具。光缆是一定数量的光纤按照一定方式组成缆心，外包有护套，有的还包覆外护层，用以实现光信号传输的一种通信线路。现有城市、郊区或县乡的地埋式、架空式、或在隐蔽遮盖物内敷设的光缆，发生故障断芯或断裂后，运维人员才会被动发现处理，而原因往往是光缆所处空间的温度过高过低、空间土壤被破坏等等一系列原因，如果光缆能够自动进行自身环境的监视、感知，将大大降低光缆的事故发生率。光缆的外边包裹有护套，护套的性能对光缆有着重要的影响，目前，常用的护套易受潮，机械性能差，使用寿命短，存在着较大的安全隐患。 [0003] 公开号为CN110398807A的专利文献公开了一种光缆，包括：第一光纤、护套和光缆折损模拟部件；护套包覆在光纤外表面；第一光纤和护套之间还填充有纤膏；光缆折损模拟部件包括模拟光缆件、温湿度传感器、压力传感器和连接件；所述模拟光缆件包括模拟光缆主体和位于模拟光缆主体两端的一对密封头；模拟光缆主体包括第二光纤，第二光纤外表面外套有外包层；所述模拟光缆件两端具有外凸的环形外缘，所述环形外缘与密封头螺纹配合，环形外缘内侧安装有硅胶垫头。该发明通过在光缆上加装用于模拟第一光纤及其护套的光缆折损模拟部件，并在模拟光缆主体内加装温湿度传感器和压力传感器，用于检测张力，以及第二光纤的光学性能，便于实地或在线评估第一光纤的损害情况，但是不能监控光纤传输中，粉尘、烟雾的影响，对光缆检测不够全面。 [0004] 公开号为CN108727671A的专利文献公开了一种抗开裂低烟无卤光缆阻燃护套料的制备方法，该阻燃护套料的制备方法是将烘干后的阻燃剂和偶联剂混合，混合后搅拌均匀，搅拌均匀后加入阻燃剂填料、润滑剂以及抗氧剂，再搅拌均匀，最后在加入基料、炭黑、相容剂以及助剂，加入后搅拌均匀，即得护套。该护套具有较好的抗开裂性能，但是易受潮，防水效果差。发明内容 [0005] 有鉴于此，本发明提供了一种具有自身感知作用的智能化光缆。 [0006] 为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种具有自身感知作用的智能化光缆，包括光缆、设置在所述光缆表面的护套及设置在所述护套外侧的包裹层，所述护套和包裹层之间设置监控模块，所述监控模块包括传感器组件、与所述传感器组件相连接的微控制器、及与所述微控制器相连接的电源和显示器。 [0007] 进一步的，所述传感器组件包括温度传感器、湿度传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、压力传感器和长度传感器。 [0008] 进一步的，所述护套由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶30-38份、乙醚50-60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15-22份、防水剂6-10份、阻燃剂8-12份、填料15-22份、膨润土3-5份。 [0009] 进一步的，所述防水剂为硬脂酸钙或碳酸锆铵。 [0010] 进一步的，所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠或草酸铝中的一种或多种。 [0011] 进一步的，所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠和草酸铝的混合物，三氧化二锑：硼酸钠：草酸铝的重量之比为1:2-4:0.5-0.8。 [0012] 进一步的，所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土中的一种或多种。 [0013] 进一步的，所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土的混合物，纳米氧化硅：纳米氧化锌：陶土的重量比为1:1.2-2.5:2-3。 [0014] 光缆的种类较多，其分类的方法就更多。按敷设方式可分为：架空光缆、管道光缆、埋式光缆和水底光缆。在光缆运输到施工现场时，由于现场环境比较恶劣，特别是敷设铁路通信光缆时，吊车往往无法到达施工现场，此时，常常是通过人力装卸光缆，在光缆卸下的过程中，外层光缆经常受到损伤，因此，光缆护套的性能至关重要。光缆不管是设置在水底还是地埋，都需要具备很好的防水效果。而本领域的技术人员一般热衷于护套耐磨耐腐蚀性能的研究，对护套的防水性能研究很少。例如，公开号为CN108641175A的专利文献公开了一种耐磨轻质光缆护套材料，由如下重量份原料制成：乙烯-醋酸乙烯酯共聚物60-70份，PE树脂10-20份，氢氧化铝10-15份，耐磨成分5-10份，增强颗粒3-5份，聚乙烯蜡1-2份，抗氧剂0.5-0.8份，抗老化剂0.5-0.8份。该发明制备的光缆护套材料具有较高的耐磨性和力学性能，同时还具有阻燃特性，将其包裹在光缆外层，既能提升光缆的使用安全性，而且能够延长其使用寿命。 [0015] 为了确保光纤信号的顺利传输，光缆线路需要定期维护，目的是及时发现和处理通信线路运行中存在的缺陷或安全隐患，从而保障光缆线路状况安全稳定运行。光缆线路日常维护的主要方法是巡线。巡线是光缆线路日常维护中一项经常性的工作，是预防线路发生障碍的重要措施，是维护人员的主要任务。线路徒步巡查，不仅需要花费很多时间，而且工作量大，非常不便。公开号为CN107783233A的专利文献公开了一种光缆，包括：第一光纤、护套和光缆折损模拟部件；护套包覆在光纤外表面；第一光纤和护套之间还填充有纤膏；光缆折损模拟部件包括模拟光缆件、温湿度传感器、压力传感器和连接件。该专利可以对光缆进行监控，但是监控范围有限，只能监控温湿度，压力，不能进行灰尘，烟雾监控，仍需要人工巡检。 [0016] 本发明的有益效果是：本发明将光缆本身进行智能化改造，将包裹层嵌入温度、湿度、烟雾等智能化传感器，同时能够将具体的环境参数如光缆的长度、环境温度、湿度、烟雾浓度等进行智能化显示和传递，如此以来，运行维护人员能够进行方便的现场监测、远程监测，及时发现环境异常、及时消缺，解决了人工巡检带来的不便。 [0017] 护套采用氯化聚乙烯橡胶、乙醚、乙烯-醋酸乙烯共聚物、防水剂、阻燃剂、填料、膨润土混合制备而成。氯化聚乙烯橡胶具有优良的耐侯性、耐臭氧、耐化学药品及耐老化性能，具有良好的耐油性、阻燃性及着色性能。乙烯-醋酸乙烯共聚物具有良好的柔韧性、弹性好，耐化学腐蚀，燃烧时发烟量低，复合氯化聚乙烯橡胶提高拉伸性能。防水剂硬脂酸钙或碳酸锆铵，能填充材料内部的孔隙，减少孔隙的生产，堵塞或切断毛细孔隙提高材料的密实度，提高防潮、防水效果。阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠和草酸铝，提高材料的阻燃性能。三氧化锑能够覆盖于燃烧固相表面阻挡热传导和热辐射，从而起到阻燃的效果，硼酸钠能够受热分解吸收大量燃烧区的热量，使燃烧区的温度降低到燃烧临界温度以下燃烧自熄，草酸铝能够降低烟密度和生烟速度，燃烧时不产生腐蚀性气体，能够放出水蒸气、二氧化碳等气体，阻止材料燃烧，三者结合，协同作用，增强阻燃效果。填料纳米氧化硅、纳米氧化锌填充内部空间，提高材料的稳定性和耐冲击性能，陶土主要由水云母、高岭石、蒙脱石、石英及长石所组成，耐高温，耐腐蚀，阻燃性能好，降低电缆料的氧指数，抑制发烟量。膨润土具有强的吸湿性和膨胀性，提高材料的防水防潮性能。 [0018] 本发明制备的护套具有优异的综合性能：材料的氧指数达到50以上，阻燃性能好；断裂伸长率达到715%以上，拉伸强度达到36.2Mpa以上，机械性能优异；经耐透水性测试，无水渗透点，表现良好的耐水性。附图说明 [0019] 下面结合附图对本发明作进一步的详细说明。 [0020] 图1是本发明监控模块的工作原理示意图。 [0021] 图2是本发明的智能化光缆的纵向剖视图。 [0022] 图3是本发明的智能化光缆的横向剖视图。具体实施方式 [0023] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图1-3，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。 [0024] 实施例1参阅图1-3，本实施例提供一种具有自身感知作用的智能化光缆，包括光缆4、设置在所述光缆4表面的护套2及设置在所述护套2外侧的包裹层1，所述护套1和包裹层2之间设置监控模块，所述监控模块包括传感器组件、与所述传感器组件相连接的微控制器、及与所述微控制器相连接的电源和显示器。 [0025] 所述传感器组件包括温度传感器、湿度传感器、粉尘传感器、烟雾传感器、压力传感器和长度传感器。传感组件的探头部位伸入护套的内部，数据线沿护套外部伸出，与微控制器相连接，微控制器通过蓝牙或Wi-Fi连接显示器，对光纤的状态进行监控。电源采用可充电的纽扣电池。 [0026] 实施例2本实施例提供了一种护套，由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶30份、乙醚50份、乙烯-醋酸乙烯共聚物15份、防水剂6份、阻燃剂8份、填料15份、膨润土3份。 [0027] 所述防水剂为硬脂酸钙；所述阻燃剂为三氧化二锑；所述填料为纳米氧化硅。 [0028] 实施例3本实施例提供了一种护套，由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶32份、乙醚52份、乙烯-醋酸乙烯共聚物17份、防水剂7份、阻燃剂9份、填料16份、膨润土3.5份。 [0029] 所述防水剂为碳酸锆铵；所述阻燃剂为硼酸钠；所述填料为纳米氧化锌。 [0030] 实施例4本实施例提供了一种护套，由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶33份、乙醚54份、乙烯-醋酸乙烯共聚物19份、防水剂8份、阻燃剂10份、填料17份、膨润土3.5份。 [0031] 所述防水剂为硬脂酸钙；所述阻燃剂为草酸铝；所述填料为陶土。 [0032] 实施例5本实施例提供了一种护套，由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶35份、乙醚55份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、防水剂8.5份、阻燃剂10.5份、填料18份、膨润土4份。 [0033] 所述防水剂为硬脂酸钙；所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠和草酸铝的混合物，三氧化二锑：硼酸钠：草酸铝的重量之比为1:2:0.5。 [0034] 所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土的混合物，纳米氧化硅：纳米氧化锌：陶土的重量比为1:1.2:2。 [0035] 实施例6本实施例提供了一种护套，由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶36份、乙醚56份、乙烯-醋酸乙烯共聚物20份、防水剂9份、阻燃剂11份、填料19份、膨润土4份。 [0036] 所述防水剂为硬脂酸钙；所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠和草酸铝的混合物，三氧化二锑：硼酸钠：草酸铝的重量之比为1:3:0.6。 [0037] 所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土的混合物，纳米氧化硅：纳米氧化锌：陶土的重量比为1:2:2.5。 [0038] 实施例7本实施例提供了一种护套，由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶37份、乙醚58份、乙烯-醋酸乙烯共聚物21份、防水剂9份、阻燃剂11份、填料21份、膨润土4.5份。 [0039] 所述防水剂为硬脂酸钙或碳酸锆铵；所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠和草酸铝的混合物，三氧化二锑：硼酸钠：草酸铝的重量之比为1:3.5:0.7。 [0040] 所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土的混合物，纳米氧化硅：纳米氧化锌：陶土的重量比为1: 2.5:2.5。 [0041] 实施例8本实施例提供了一种护套，由以下重量份数的原料制成：氯化聚乙烯橡胶38份、乙醚60份、乙烯-醋酸乙烯共聚物22份、防水剂10份、阻燃剂12份、填料22份、膨润土5份。 [0042] 所述防水剂为碳酸锆铵；所述阻燃剂为三氧化二锑、硼酸钠和草酸铝的混合物，三氧化二锑：硼酸钠：草酸铝的重量之比为1: 4: 0.8。 [0043] 所述填料为纳米氧化硅、纳米氧化锌、陶土的混合物，纳米氧化硅：纳米氧化锌：陶土的重量比为1: 2.5: 3。 [0044] 实施例2-8中，护套的制备方法是：将氯化聚乙烯橡胶、乙醚、乙烯-醋酸乙烯共聚物置于密炼机中100℃, 以200r/min的转速密炼10min，然后加入防水剂、阻燃剂、填料、膨润土，继续密炼30min后，挤出成型。 [0045] 实施例6和7采用氯化聚乙烯橡胶为改性的氯化聚乙烯橡胶，改性方法是：将氯化聚乙烯橡胶和笼形八乙烯基倍半硅氧烷加入高速混合机中，400r/min的转速混合8min后，加入三烯丙基异氰脲酸酯继续混合5min，置于开炼机中混炼。氯化聚乙烯橡胶：笼形八乙烯基倍半硅氧烷：三烯丙基异氰脲酸酯的重量之比为1:0.08:0.02。笼形八乙烯基倍半硅氧烷具有耐热、耐压、阻燃等性能，有利于提高材料的阻燃性能、拉伸性能和稳定性。 [0046] 对比例1本对比例提供了一种护套，与实施例2不同的是，本对比例不含填料。 [0047] 对比例2本对比例提供了一种护套，与实施例2不同的是，本对比例不含防水剂。 [0048] 对比例3本对比例提供了一种护套，与实施例2不同的是，本对比例不含阻燃剂。 [0049] 对比例4本对比例提供了一种护套，与实施例2不同的是，本对比例不含膨润土。 [0050] 测试方法将实施例2-8及对比例1-4的护套测试结果见表1。 [0051] 力学性能测试按照GB/T528-2009标准执行。 [0052] 耐透水性测试按照HG/T2582-2008标准执行。 [0053] 阻燃性能测试按照GB 10707-1989标准A法执行。 [0054] 表1 实施例2-8及对比例1-4的护套测试结果结合表1，对本发明实施例2-8及对比例1-3护套的性能进行测试，可以看出，实施例2-8护套均表现出良好的综合性能：材料的氧指数达到50以上，阻燃性能好；断裂伸长率达到 715%以上，拉伸强度达到36.2Mpa以上，机械性能优异；经耐透水性测试，无水渗透点，表现良好的耐水性。对比例1不含填料，对比例2中不含防水剂，对比例3不含阻燃剂，对比文件4不含膨润土，材料的综合性能明显下降，说明本申请的工艺和配方适配性好。 [0055] 以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。