Способ обнаружения скручивания кабеля, электрический кабель с датчиком скручивания и способ изготовления такого кабеля

Способ обнаружения скручивания кабеля, электрический кабель с датчиком скручивания и способ изготовления такого кабеля

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Область техники

Настоящее изобретение относится к способу отслеживания для определения скручивания, распределенного вдоль электрического кабеля

Настоящее изобретение относится также к электрическому кабелю с датчиком скручивания, особенно пригодному для распределенных измерений скручивания вдоль кабеля, и к способу его изготовления.

Предшествующий уровень техники

Кабели для сверхмощных применений и, в частности, для подвижных установок, таких как подвижные береговые краны, причальные контейнерные краны, разгрузчики судна, спредеры, горно-шахтное и проходческое оборудование, ветряная мельница и ветровая ферма в особенности выполнены с возможностью выдерживать условия агрессивных сред и высокие механические напряжения, такие как силы растяжения и крутящие моменты. В настоящем описании мы будем, в основном, касаться сверхмощных кабелей, ссылаясь на кабели для сверхмощных применений и, в частности, но не исключительно, для подвижных установок.

В некоторых применениях, таких как сверхмощные применения, передача кабеля на барабаны оборудования и направление в натянутом состоянии во время фаз намотки и размотки могут приводить к нежелательным скручиваниям, которые могут изменяться вдоль длины кабеля. Хотя обычно рекомендуется внимательное обслуживание и установка кабеля в подвижных оборудованиях, например, непосредственная передача кабеля от исходного барабана на кабельный барабан, при этом исключая изменения направления или нарушения первоначального направления намотки, рабочие условия могут вызывать относительно большие и внезапные крутящие моменты. В дополнение, другие системы для перемещения кабеля, такие как направляющие устройства, системы блоков и бортовые системы, могут вызывать скручивания кабеля во время работы, в частности, если применения требуют высокоскоростной работы и/или множественное отклонение кабеля при сматывании кабеля.

Известны оптические датчики, применяемые для измерения и/или отслеживания механических напряжений в электрическом кабеле.

WO 2010/136062 описывает электрический кабель, содержащий датчик натяжения, продольно проходящий вдоль кабеля и включающий в себя оптическое волокно натяжения, размещенное в пределах нейтральной области изгиба, окружающей и включающей в себя нейтральную продольную ось изгиба электрического кабеля, и по меньшей мере два продольных конструктивных элемента, при этом по меньшей мере один из по меньшей мере двух продольных конструктивных элементов представляет собой жилу, содержащую электрический проводник, причем датчик натяжения встроен в передающий натяжение наполнитель, механически соединяющий по меньшей мере один из по меньшей мере двух продольных конструктивных элементов с датчиком натяжения. С помощью раскрытой конструкции кабеля, натяжение, испытываемое по меньшей мере одним из по меньшей мере двух продольных конструктивных элементов, передается датчику натяжения по меньшей мере в натянутом состоянии.

WO 2011/032587 относится к способу отслеживания скручивания кабеля, содержащему этапы обеспечения кабеля по меньшей мере одной идентификационной меткой, предпочтительно меткой RFID, размещенной в угловом положении метки в плоскости поперечного сечения, взятой поперечно продольному направлению, и обнаружения электромагнитного сигнала метки. Кабель обеспечен множеством идентификационных меток, при этом каждая метка размещена в соответственном угловом положении метки.

J. Burgmeier и др. в "Fiber optic sensor system for stress monitoring in power cables", опубликованной в 2009 на совещании по вопросам разработки лазеров и ОЭ приборов (CLEO), описывают систему волоконно-оптических датчиков для отслеживания стрессовых факторов, таких как температура, сдавливание, изгиб и скручивание в кабелях электропитания с использованием короткого импульса и широкополосного источника света. Отслеживание изгиба и скручивания выполняется с помощью волоконной решетки Брэгга (FBGs) и использует широкополосный источник, достигаемый генерацией суперконтинуума. Чтобы использовать стандартные одномодовые волокна, которые часто используются в кабелях электропитания для передачи данных, FBG записывается в волокно точечной надписью с помощью фемтосекундного лазера. Изгиб волокна, которое встроено в силовой кабель, приводит к изменению периода решетки FBG, и таким образом различные длины волн от широкополосного источника будут отражаться и легко обнаруживаться компактным спектрометром.

Потеря излучения возникает, когда одномодовое волокно изгибается. Поляризационно-оптическая временная рефлектометрия (P-OTDR) была предложена в качестве инструмента по измерению двупреломления одномодовых оптических волокон. P-OTDR обеспечивает развитие состояния поляризации (SOP) поля обратного рэлеевского рассеяния, тогда как информацию о двупреломлении от измеренных SOPs получают с помощью моделировании и анализа данных.

Поляризационно-чувствительные рефлектометры представляют собой специальный класс оптических рефлектометров, которые предназначены для измерения состояния поляризации (SOP) оптического поля, обратнорассеянного оптическим волокном за счет рэлеевского рассеивания, как функции от положения вдоль волокна, где происходит рассеивание. В общем, проверяемое оптическое волокно проверяется известным управляемым поляризацией пробным оптическим сигналом (например, импульсом или частотно-модулированным сигналом), тогда как обратнорассеянное оптическое поле измеряется как функция от времени поляризационно-чувствительным приемником. Благодаря знанию пробного сигнала и скорости распространения света в конкретном волокне возможно преобразовывать изменения времени в продольную картину локальных свойств исследуемого волокна.

Рассмотрение теории и применений поляризационно-оптической временной рефлектометрии (P-OTDR), в частности относящейся к поляризационной модовой дисперсии (PMD) в одномодовых волокнах, представлено в "Spatially Resolved PMD Measurements" авторами А. Galtarossa и L. Palmieri, опубликованной в журнале Lightwave Technology, столбец 22 (2004), страницы 1103-1115.

А. Galtarossa и др., "Reflectometric measurement of birefringence rotation in single-mode fibers", Optics Letters, том 33 (2008), страницы 2284-2286, раскрывают рефлектометрическую технологию измерения ориентации и модуля вектора линейного двупреломления в одномодовых оптических волокнах. Эта технология обеспечивает информацию также о круговом двупреломлении, хотя этот компонент, если представлен, возникает как вращение вектора линейного двупреломления. Обусловленное вращение может быть вызвано либо поворачиванием, либо вытягиванием, прикладываемым к волокну.

А. Galtarossa и др., "Spin-profile characterization in randomly birefringent spun fibers by means of frequency-domain reflectometry", Optics Letters, том 34 (2009), страницы 1078-1080 показывают, что угол вращения двупреломления, и в результате профиль свивки, оптического волокна может быть измерен с помощью поляризационно-оптической временной рефлектометрии (P-OFDR). Технология P-OFDR была применена к образцу волокна несколько десятков метров в длину.

Заявитель разрешил проблему отслеживания скручивания в кабеле во время использования и обеспечения надежного измерения фактического размещения кабеля, которые могут быть выполнены, например, периодически, в течение срока службы кабеля.

Заявитель обнаружил, что решение, которое описано в WO 2011/032587, обеспечивает информацию о локальном вращательном состоянии кабеля, в частности на продольном участке кабеля, который проходит через считывающее устройство, способное передавать электромагнитные сигналы запроса и принимать электромагнитный сигнал метки, передаваемый меткой(ами), размещенной(ыми) поперечно участку кабеля, обнаруженному считывающим устройством.

В некоторых применениях, например, в кабелях для сверхмощных применений, необходимо определять скручивание, распределенное вдоль длины кабеля. В частности, может быть необходимо отслеживать временное развитие распределенного скрученного состояния вдоль кабеля, например, путем сравнения результатов измерений, проведенных в различное время так, чтобы регулировать, если необходимо, направляющие ролики и барабаны. В некоторых применениях оценка скрученного состояния вдоль кабеля может предварительно оценивать остаточный срок службы кабеля.

Краткое изложение сущности изобретения

Заявитель обнаружил, что поляризационно-чувствительная рефлектометрия может эффективно характеризовать локальные свойства поляризации одномодового оптического волокна, вставленного в волоконно-оптический датчик, содержащийся в кабеле. Из свойств поляризации возможно получать двупреломление, распределенное вдоль волокна и из последнего - вычислять вращательное состояние волокна волоконно-оптического датчика.

Заявитель понял, что если волоконно-оптический датчик встроен в кабель таким образом, что крутящий момент, возникающий в кабеле, передается в неизменное и измеряемое вращение или поворот в волоконно-оптическом датчике, обнаружение локальных свойств поляризации волокна волоконно-оптического датчика обеспечивает информацию о скручивании, распределенном вдоль длины кабеля.

Заявитель обнаружил, что распределенное измерение скручивания электрического кабеля, содержащего продольный конструктивный элемент, может быть выполнено посредством анализа пространственного распределения состояния поляризации света, обратнорассеянного от волоконно-оптического датчика, встроенного в кабель, при этом датчик механически соединен с указанным продольным конструктивным элементом и содержит одномодовое оптическое волокно, размещенное по существу вдоль центральной продольной оси кабеля.

Механическое соединение волоконно-оптического датчика с указанным продольным конструктивным элементом обеспечивает очевидное соответствие между распределенным вращательным состоянием вдоль волокна волоконно-оптического датчика, полученным с использованием поляризационно-чувствительного рефлектометра, и скручиванием, распределенным вдоль длины кабеля. Далее волоконно-оптический датчик будет называться датчиком скручивания.

Оптическое волокно датчика скручивания в настоящем описании и приложенной формуле изобретения относится к одномодовому оптическому волокну.

Согласно аспекту настоящего раскрытия, обеспечен способ отслеживания скрученного состояния кабеля, имеющего центральную продольную ось, причем способ содержит этапы, на которых:

обеспечивают кабель, включающий в себя датчик скручивания, продольно проходящий вдоль кабеля, при этом указанный датчик скручивания включает в себя одномодовое оптическое волокно, размещенное по существу вдоль центральной продольной оси кабеля, и по меньшей мере три продольных конструктивных элемента, при этом по меньшей мере один из продольных конструктивных элементов представляет собой электропроводную жилу, причем датчик скручивания механически соединен с по меньшей мере одним из продольных конструктивных элементов;

измеряют скрученное состояние одномодового оптического волокна с помощью поляризационно-чувствительной оптической рефлектометрии, и

связывают скрученное состояние кабеля вдоль продольной оси с измеренным скрученным состоянием одномодового оптического волокна.

В некоторых вариантах выполнения способ дополнительно содержит этап, на котором сравнивают измеренное скрученное состояние одномодового оптического волокна с опорным скрученным состоянием одномодового оптического волокна до связывания скрученного состояния кабеля с измеренным скрученным состоянием одномодового оптического волокна.

В определенных предпочтительных вариантах выполнения измерение скрученного состояния одномодового оптического волокна содержит этапы, на которых:

подают пробный оптический сигнал, имеющий заданное входное состояние поляризации, в конец одномодового оптического волокна;

обнаруживают обратнорассеянный оптический сигнал, соответствующий поданному пробному оптическому сигналу, и

измеряют состояние поляризации обратнорассеянного оптического сигнала с помощью поляризационно-чувствительной оптической рефлектометрии.

Предпочтительно, этапы подачи и обнаружения содержат этапы, на которых подают множество пробных оптических сигналов, имеющих четко выраженные входные состояния поляризации, в конец одномодового оптического волокна и обнаруживают соответствующее множество обратнорассеянных оптических сигналов. В частности и согласно определенным вариантам выполнения, входное состояние поляризации каждого из множества пробных оптических сигналов отличается от входного состояния поляризации оставшихся сигналов из множества пробных оптических сигналов.

В настоящем описании и формуле изобретения выражение "множество" значит "два или более", кроме тех случаев, когда установлено иначе.

Согласно предпочтительным вариантам выполнения, измерение скрученного состояния одномодового оптического волокна содержит этапы, на которых:

подают множество поляризованных пробных оптических сигналов, имеющих четко выраженные входные состояния поляризации в конец одномодового оптического волокна;

обнаруживают множество обратнорассеянных оптических сигналов, при этом каждый из множества обратнорассеянных оптических сигналов имеет выходное состояние поляризации;

измеряют выходные состояния поляризации обратнорассеянных оптических сигналов;

вычисляют функцию угла двупреломления как функцию от продольного положения одномодового оптического волокна из измеренных выходных состояний поляризации, и

вычисляют функцию вращательного угла одномодового оптического волокна из функции угла двупреломления как функцию от продольного положения в одномодовом оптическом волокне, и

связывают скрученное состояние кабеля с вычисленной функцией вращательного угла.

Предпочтительно, до подачи множества поляризованных пробных оптических сигналов способ содержит этап, на котором подготавливают исходную функцию угла двупреломления относительно исходного вращательного состояния кабеля, причем вычисление функции вращательного угла содержит этап, на котором вычисляют изменение вычисленной функции угла двупреломления относительно исходной функции угла двупреломления.

В некоторых вариантах выполнения до подачи множества пробных оптических сигналов способ содержит этап, на котором соединяют конец одномодового оптического волокна с измеряющим устройством, используя технологию поляризационно-чувствительной оптической рефлектометрии, причем подачу множества пробных оптических сигналов выполняют в соединенный конец одномодового волокна.

Технология поляризационно-чувствительной рефлектометрии, анализирующая обратнорассеянное поле от проверяемого оптического волокна, может быть осуществлена в различных конфигурациях. По меньшей мере одно измеряющее устройство может быть использовано для осуществления способа согласно настоящему раскрытию.

В некоторых вариантах выполнения измеряющее устройство представляет собой поляризационно-оптический временной рефлектометр. Предпочтительно, этот рефлектометр использует множество поляризованных оптических импульсов в качестве множества поляризованных пробных оптических сигналов.

В других вариантах выполнения измеряющее устройство представляет собой поляризационно-чувствительный частотный рефлектометр. Предпочтительно, это измеряющее устройство проверяет одномодовое оптическое волокно множеством частотно-модулированных непрерывных оптических сигналов.

В некоторых вариантах выполнения каждый из множества обратнорассеянных оптических сигналов обратнорассеиваются от конца одномодового оптического волокна после подачи соответственного пробного оптического сигнала из множества поляризованных пробных оптических сигналов. Однако настоящее раскрытие не ограничивается способом, в котором в проверяемое волокно последовательно подают одиночные пробные оптические сигналы.

В некоторых вариантах выполнения множество поляризованных пробных оптических сигналов представляет собой множество N пробных оптических сигналов, имеющих четко выраженные входные состояния поляризации, где N≥3, так, что количество измеренных выходных состояний поляризации равно N, и способ дополнительно содержит этапы, на которых:

группируют N измеренных выходных состояний поляризации в G групп измеренных выходных состояний поляризаций, при этом каждая группа содержит по меньшей мере два измеренных выходных состояния поляризации и отличается от оставшихся (G-1) групп по меньшей мере одним измеренным выходным состоянием поляризации,

вычисляют функцию угла двупреломления из каждой группы так, чтобы получать множество функций угла двупреломления группы,

вычисляют среднее значение функций угла двупреломления группы, и

вычисляют функцию вращательного угла из среднего значения функций угла двупреломления группы.

В варианте выполнения для того, чтобы выявить и откорректировать артефакты измерения, например, резко выраженные разрывы или скачки угла, после вычисления функции угла двупреломления для каждой группы и до вычисления средней функции угла двупреломления, способ содержит этап, на котором анализируют множество функций угла двупреломления группы для выявления разрывов, вызванных этими артефактами. Когда разрыв в первой функции угла двупреломления группы выявляют в продольном положении вдоль длины волокна, разрыв может быть откорректирован, и может быть вычислено среднее значение из первой функции угла группы, откорректированной так, чтобы исключать этот разрыв, и из оставшегося множества функций угла группы.

Согласно варианту выполнения, вычисление функции угла двупреломления дополнительно содержит этапы, на которых:

вычисляют разностную функцию между каждой парой функций угла двупреломления группы из двух различных групп;

анализируют каждую разностную функцию для обнаружения наличия разрыва в функции угла двупреломления группы, содержащейся в паре, в продольном положении в одномодовом оптическом волокне, при этом разрыв представляет скачок угла 2πm, где m - целое число;

определяют, какая функция угла двупреломления группы пары содержит разрыв, и

отмечают область длины разрыва в функции угла двупреломления группы пары, содержащей разрыв, при этом область длины разрыва находится вблизи и содержит продольное положение, соответствующее разрыву,

причем функцию угла двупреломления, содержащую разрыв, принимают во внимание при вычислении среднего значения функций угла двупреломления группы только для продольных положений снаружи области длины разрыва.

Предпочтительно, N составляет от 3 до 7.

В предпочтительном варианте выполнения каждая группа имеет одинаковое количество М измеренных выходных состояний поляризаций.

В предпочтительном варианте выполнения М равно (N-1).

В варианте выполнения определение, какая функция угла двупреломления группы пары содержит разрыв, содержит этап, на котором определяют равномерность функции угла двупреломления группы пары в области длины разрыва.

Предпочтительно, датчик скручивания механически соединен с по меньшей мере с тремя продольными конструктивными элементами.

Предпочтительно, датчик скручивания встроен в соединяющий наполнитель, механически соединяющий датчик с по меньшей мере одним из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов кабеля. Более предпочтительно, соединяющий наполнитель механически соединяет датчик скручивания с по меньшей мере тремя продольными конструктивными элементами.

Предпочтительно, одномодовое оптическое волокно волоконно-оптического датчика механически совмещено с по меньшей мере одним из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов электрического кабеля. "Механическое совмещение" означает способность двух или более частей перемещаться или выдерживать крутящий момент по существу как одно целое. Более предпочтительно, одномодовое оптическое волокно механически совмещено с по меньшей мере тремя продольными конструктивными элементами. В предпочтительном варианте выполнения механическое совмещение получают встраиванием датчика скручивания в соединяющий наполнитель.

В настоящем описании и приложенной формуле изобретения "скручивание" означает состояние напряжение и деформации, вызванное, когда один конец кабеля вращается (поворачивается) в одном направлении, а противоположный конец закреплен (или неподвижен) или поворачивается с другой скоростью и/или в противоположном направлении. Скручивание может быть вызвано, также когда первая продольная секция длины кабеля поворачивается, а вторая продольная секция закреплена или поворачивается с другой скоростью и/или в противоположном направлении.

В настоящем описании и приложенной формуле изобретения выражение "продольный конструктивный элемент" обозначает компонент электрического кабеля, по существу продольно продолжающийся вдоль длины кабеля. Продольные конструктивные элементы согласно настоящему описанию и формуле изобретения могут способствовать функции электрической транспортировки кабеля, как станет ясно из следующего ниже описания.

По меньшей мере один из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов электрического кабеля представляет собой электропроводную жилу. Предпочтительно, по меньшей мере два из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов электрического кабель представляют собой жилы.

Выражение "электропроводная жила" обозначает компонент электрического кабеля, содержащий по меньшей мере один электропроводный элемент, например, электрический проводник и, обычно, по меньшей мере один изолирующий слой, окружающий электрический проводник. В типичных конфигурациях электрические проводники содержат множество свитых электропроводных проводов.

В настоящем описании и приложенной формуле изобретения выражение "механическое соединение" обозначает, что волоконно-оптический датчик и продольный конструктивный элемент связаны один с другим таким образом, что деформации, по меньшей мере деформации кручения, прикладываемые к продольному конструктивному элементу, передаются датчику на существенном участке.

В настоящем описании и формуле изобретения, ссылаясь на два оптических сигнала, имеющих четко выраженные состояния поляризации (SOPs), нужно понимать, что вектор Стокса, представляющий в трехмерном пространстве Стокса первое SOP первого сигнала, ни параллелен, ни встречно-параллелен вектору Стокса, представляющему второе SOP второго сигнала. В частности, угол между вектором Стокса, представляющим первое SOP, и вектором Стокса, представляющим второе SOP, больше 0° и меньше 180°. Предпочтительно, угол, замыкаемый векторами Стокса, представляющий два четко выраженных SOP составляет от 30° до 150°.

Согласно другому аспекту настоящего раскрытия, обеспечен способ изготовления электрического кабеля, при этом кабель имеет центральную продольную ось и содержит:

по меньшей мере три продольных конструктивных элемента, при этом по меньшей мере один из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов представляет собой электропроводную жилу, содержащую электрический проводник, и

датчик скручивания, содержащий одномодовое оптическое волокно, при этом указанный датчик скручивания размещен по существу вдоль центральной продольной оси и механически соединен с по меньшей мере одним из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов,

причем способ содержит образование волоконно-оптического датчика скручивания посредством этапов, на которых:

предварительно поворачивают одномодовое оптическое волокно с шагом поворота, имеющим первое значение, и стороной поворота;

покрывают одномодовое оптическое волокно по меньшей мере одним защитным слоем;

встраивают волоконно-оптический датчик скручивания в соединяющий наполнитель;

механически соединяют соединяющий наполнитель, заключающий волоконно-оптический датчик скручивания, с продольным конструктивным элементом, и

свивают продольные конструктивные элементы вокруг соединяющего наполнителя с шагом свивки, имеющим второе значение, по существу равное первому значению шага поворота, и стороной свивки, противоположной стороне поворота, посредством чего электрический кабель имеет одномодовое оптическое волокно с шагом поворота, по существу равным нулю.

Предпочтительно, покрытие одномодового оптического волокна содержит этап, на котором прикладывают по меньшей мере один из плотного буфера и защитной оболочки.

Предпочтительно, предварительный поворот оптического волокна и покрытие оптического волокна могут быть выполнены в любом порядке.

Предпочтительно, шаг поворота и шаг свивки имеют первое и второе значения от 2 до 3 оборотов/метров.

Предпочтительно, электрический кабель имеет круглое внешнее поперечное сечение.

Дополнительный аспект согласно настоящему раскрытию относится к электрическому кабелю, имеющему центральную продольную ось и содержащему:

по меньшей мере три продольных конструктивных элемента, при этом по меньшей мере один из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов представляет собой электропроводную жилу, содержащую электрический проводник, при этом продольные конструктивные элементы свиты с шагом свивки, равным или выше 1 оборота/м, и

датчик скручивания, содержащий одномодовое оптическое волокно, при этом указанный датчик скручивания размещен по существу вдоль центральной продольной оси и механически соединен с по меньшей мере одним из по меньшей мере трех продольных конструктивных элементов,

причем волоконно-оптический датчик содержит одномодовое оптическое волокно, поворачиваемое вокруг центральной продольной оси с шагом поворота, равным или ниже 1 оборота/м.

Предпочтительно, одномодовое оптическое волокно кабеля настоящего раскрытия имеет шаг поворота по существу 0 оборотов/м.

Предпочтительно, продольные конструктивные элементы имеют шаг свивки, равный или выше 2 оборотов/м.

В определенных предпочтительных вариантах выполнения датчик скручивания встроен в кабель и размещен так, чтобы оставаться по существу неповрежденным изгибанием кабеля на его минимальном радиусе изгиба. В этих вариантах выполнения датчик скручивания расположен в пределах нейтральной области изгиба, проходящей продольно вдоль кабеля и имеющей поперечное сечение, проходящее по существу симметрично вокруг нейтральной оси изгиба кабеля, при этом нейтральная ось изгиба соответствует центральной продольной оси электрического кабеля в случае круглых кабелей.

Используемое здесь выражение "нейтральная область" предназначено для описания области вокруг нейтральной оси изгиба кабеля (т.е. центральной оси в круглых кабелях), где вызванные изгибом удлинения минимальны.

Способ согласно настоящему раскрытию может быть использован для измерения скручивания кабеля во время установки кабеля или для выполнения запрограммированной периодической проверки кабеля во время работы, например, для прогнозирования остаточного срока службы и/или для регулирования отклонений направляющих роликов или шкива и систем блоков.

Краткое описание чертежей

Сопровождающие чертежи, которые включены в и образуют часть этого описания, иллюстрируют определенные варианты выполнения и, вместе с описанием, служат для объяснения принципов раскрытого способа. Чертежи, иллюстрирующие варианты выполнения, представляют схематические изображения без соблюдения масштаба.

В настоящем описании и приложенной формуле изобретения, за исключением случаев, когда указано иное, все числа, выражающие величины, количества, проценты и т.п., во всех примерах должны пониматься в значении с выражением "около". Также, все диапазоны включают максимальное и минимальное раскрытые значения и включают в себя любые промежуточные диапазоны, которые могут или не могут быть отдельно перечислены здесь.

Фиг. 1 представляет собой схематический вид в поперечном сечении электрического кабеля согласно варианту выполнения.

Фиг. 2а представляет собой схематический вид в перспективе датчика скручивания, используемого в примерном раскрытом электрическом кабеле.

Фиг. 2b представляет собой схематический вид в поперечном сечении датчика скручивания, показанного на Фиг. 2а.

Фиг. 3 представляет собой схематическую диаграмму для иллюстрации устройства технологии поляризационно-оптической временной рефлектометрии в способе отслеживания скручивания согласно примерному раскрытому варианту выполнения.

Фиг. 4 представляет собой схематическую диаграмму для иллюстрации устройства технологии поляризационно-оптической частотной рефлектометрии в способе отслеживания скручивания согласно примерному раскрытому варианту выполнения.

Фиг. 5 представляет собой график, показывающий угол двупреломления (измеренный в кратных 2π числах, т.е. измеренный в целых числах оборотов) как функцию от расстояния z (метры) от входа одномодового оптического волокна (z=0) датчика скручивания, окруженного соединяющим наполнителем (т.е. узлом соединяющего датчик наполнителя), полученный из измерений, проведенных с помощью измеряющего устройства, использующего технологию P-OFDR.

Фиг. 6 показывает изменение (обороты) вращательного угла как функцию от расстояния z (метры) от входа одномодового оптического волокна узла соединяющего датчик наполнителя на Фиг. 5.

Фиг. 7(а) представляет собой график, показывающий две непрерывные кривые, представляющие проекции плоскости вектора двупреломления как функции от продольного положения z в волокне, для двух четко выраженных входных SOPs (сплошная линия и пунктирная линия).

Фиг. 7(b) показывает функции вращательного угла ψ(z), полученные из двух кривых на Фиг. 7(а).

Фиг. 8(а) показывает примерные функции угла двупреломления группы ψ_k(z), полученные из одномодового оптического волокна согласно варианту выполнения в соответствии с настоящим раскрытием.

Фиг. 8(b) показывает разностные функции ψ_k,j(z) между каждой парой углов ψ_k(z) на Фиг. 8(а).

Фиг. 8(c) показывает средний угол двупреломления ϕ(z), вычисленный из функций угла двупреломления группы на Фиг. 8(а) согласно процедуре, описанной в варианте выполнения в соответствии с настоящим раскрытием.

Описание предпочтительных вариантов воплощения

Фиг. 1 иллюстрирует вид в поперечном сечении электрического кабеля согласно примерному раскрытому варианту выполнения. Показанный кабель этого варианта выполнения может быть пригоден для сверхмощных применений, конкретнее для подвижных установок. Кабель 1 представляет собой круглый кабель, содержащий три электропроводных жилы 2 (далее называемые "жила"), радиально размещенные вокруг центральной продольной оси Z кабеля. Жилы 2 могут обеспечивать трехфазную электропередачу. Кабель 1 может быть силовым кабелем низкого или среднего напряжения, где низкое напряжение обозначает напряжение до 1 кВ, и среднее напряжение обозначает напряжение от 1 кВ до 60 кВ. Каждая жила 2 содержит электрический проводник 12, например, медный проводник, образованный пучком луженых или неизолированных медных электрических проводов, свитых вместе согласно традиционным способам. В радиальном внешнем положении в отношении к каждому электрическому проводнику 12, последовательно обеспечены внутренний полупроводящий слой 13, изолирующий слой 16, внешний полупроводящий слой 17. Внутренний полупроводящий слой 13, изолирующий слой 16 и внешний полупроводящий слой 17 изготовлены из материалов на основе полимера, которые могут быть экструдированы один сверху другого или соэкструдированы на проводник 12. Изолирующий слой 16 может быть, например, поперечно-сшитым этилен-пропиленовым каучуком (EPR); внутренний и внешний полупроводящие слои 12 и 17 могут быть, например, EPR, этилен/пропилен/диеновыми терполимерами (EPDM) или их смесью, наполненными пригодным количеством электропроводного наполнителя, который может быть обычно углеродной сажей.

Альтернативно, во всех случаях, когда рабочие условия обеспечены таким образом, и изолирующий слой, и полупроводящие слои могут быть выполнены из термопластичных компаундов, например, компаундов на основе полипропилена.

В некоторых применениях жила 2 кабеля содержит по меньшей мере один металлический экранирующий слой 22 в радиально внешнем положении в отношении к внешнему полупроводящему слою 17.

Должно быть понятно, что выше приведенное описание жил 2 представляет только одну из возможных структур жил, содержащихся в электрическом кабеле, которые в общем могут быть фазными жилами для электропередачи или заземления, жилами для передачи управляющих сигналов или жилами, проводящими и силовые, и управляющие сигналы.

Согласно признаку раскрытия, электрический кабель 1 содержит датчик 5 скручивания. Датчик 5 скручивания размещен по существу вдоль центральной продольной оси Z.

Имея минимальный радиус изгиба для электрического кабеля, который в общем соответствует наименьшему радиусу кривизны, ρ_min, который обеспечивается для кабеля для того, чтобы исключать какое-либо постоянное повреждение, нейтральная область может быть определена как область, где датчик скручивания подвергается удлинению не большие чем на 2%, и предпочтительно не большие чем на 1%, за счет изгиба на радиус кривизны не меньше чем ρ_min. Позиционирование оптического волокна натяжения в нейтральной области предотвращает его разрыв или постоянное повреждение из-за изгиба кабеля.

Предпочтительно, датчик скручивания расположен вдоль кабеля в пределах радиального расстояния от нейтральной оси не более 0,02ρ_min и более предпочтительно не более 0,01ρ_min.

В круглых кабелях, например в тех, что показаны на Фиг. 1, центральная продольная ось соответствует оси симметрии радиально внешних жил и/или, как описано далее, это совместимо с процессом изготовления кабеля.

В настоящем описании выражение "по существу", когда оно относится к конструкции датчика скручивания вдоль центральной продольной оси, значит, что датчик расположен в пределах нейтральной области изгиба, окруженной и включающей в себя центральную продольную ось.

Изгиб кабеля может вызывать удлинение датчика скручивания и таким образом одномодового оптического волокна. Заявитель обнаружил, что удлинение одномодового оптического волокна может определять изменение двупреломления волокна и таким образом может влиять на измеренные состояния поляризации света, обратнорассеянного от волокна.

Если датчик скручивания расположен в пределах кабеля таким образом, что одномодовое оптическое волокно не подвержено изгибу кабеля на какой-либо радиус изгиба, который не меньше минимального радиуса изгиба, ρ_min, который соответствует минимальному радиусу, при котором кабель может быть согнут без постоянного повреждения, натяжение, вызванное в одномодовом оптическом волокне из-за изгиба, минимизируется. За счет минимизации вызванного изгибом натяжения одномодового оптического волокна точность измерений скручивания кабеля может быть улучшена.

Область кабеля, проходящая вдоль длины кабеля, в которой одномодовое оптическое волокно остается неповрежденным из-за изгиба кабеля, определена как нейтральная область (изгиба) кабеля. В круглых кабелях в плоскости поперечного сечения кабеля, нейтральная область представляет собой радиальную область вокруг нейтральной оси, которая соответствует в настоящем варианте выполнения центральной продольной оси Z.

Предпочтительно, в пределах нейтральной области оптического кабеля датчик скручивания подвергается удлинению, равному или ниже 2%, более предпочтительно равному или ниже 1%, за счет изгиба на ρ_min.

Заявитель обнаружил, что значение ρ_min, установленное для сверхмощных кабелей, в особенности для применений в подвижных оборудованиях, может быть относительно низким, например, 250 мм, и таким образом для того, чтобы гарантировать сопротивление изгибу датчика скручивания, нейтральная область может иметь относительно маленькое радиальное расстояние от центральной продольной оси,