[发明专利]具有应变传感器和监视系统的电缆和用于检测至少一条电缆中的应变的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种电缆，该电缆具有特别适用于静态和动态拉伸应变的测量的集成的应变传感器。

本发明还涉及一种用于至少测量至少一条电缆中的应变的监视方法和系统。

本发明还涉及一种用于检测多条电缆中的应变的监视系统和方法。具体地，本发明涉及使用布里渊反向散射技术来监视安装在可移动设备中的多条电缆的监视系统和方法。

背景技术

尤其是用于重型应用和/或用于可移动装置(诸如可移动港口起重机、船到岸集装箱起重机、船卸货机、摊铺机以及隧道采矿设备)的电缆被具体设计成经受住苛刻的环境条件和高的机械应力，诸如张力和扭矩。作为用于重型应用的缆线的另外例子，用于供应电流到深井中的能潜水的电泵系统的井下泵缆线通常安装在物理上受限制的区域中和不利的环境中，经常与腐蚀性井产流体接触。典型地，上述电缆被设计成坚固且柔性。在本说明书，当提及用于重型应用的缆线，并且特别地但不排他地用于可移动装置的缆线时，我们将通常称为重型缆线。

DE 3934718中提供重型缆线的例子，DE 3934718描述了用于矿井中的联合采煤机的带有铠装的拖拽缆线。

WO 01/78086公开一种特别地用于诸如起重机的拾取系统或货架系统的电缆。该电缆包括芯，该芯包括第一导体，该第一导体被第一应力承受基材完全包围并且嵌在第一应力承受基材内。至少一个另外的层布置在第一应力承受基材周围并且在该另外的层中具有至少一个另外导体，该至少一个另外导体被第二应力承受基材完全包围并且嵌在第二应力承受基材内。电缆中的应变承受基材据说允许应力分布在整条电缆上并且因此显著减小螺旋前进效应。

可移动电缆中的拉伸载荷和扭曲可由电缆在缠绕在卷轴周围和解绕阶段期间的强制引导或由在篮(例如，用于摊铺机电缆)内的电缆的收集产生。缠绕和解绕阶段典型地是不连续的并且通常是突然的(例如当由起重机的水平运动引起时)，因此在电缆上施加显著的动态拉伸载荷，并且因此在电缆内的单个导体上施加显著的动态拉伸载荷。此外，用于电缆运动的其它系统，诸如滑轮系统和照料(tender)系统，在操作期间通常在电缆上施加高的拉伸载荷。

电缆的过度延长可引起拉伸载荷传递到电导体，因此损坏电导体。过度且/或拖延的拉伸载荷可导致电缆的永久延长，这将缩短电缆的寿命。

US 5,767,956描述使用反向散射布里渊光来提供监视装置，不管光学纤维是正常的还是接近于破裂，该监视装置都能够实时地观察。通过利用光缆中的光学纤维芯的一个，该装置使用光时域反射仪(OTDR)来监视激发的布里渊散射光。没有提供关于电缆中的使用的暗示。

WO 08/073033描述了一种通过测量连接到或并入电缆的光学纤维中的应变用于监视连接到移动的近海平台的电缆的弯曲和应变的系统。电缆中的弯曲将在光学纤维中产生应变并且这种应变将改变纤维的光学性质。光学性质的改变可以通过光学时域反射仪(OTDR)或光学频域反射仪(OFDR)被测量。

这个文献没有面对保护应变传感器免受外部机械应力以便避免传感器的损坏并且保证测量的长期可靠性的问题。相反，本申请声明存在嵌在或连接到电缆的光学纤维可能损坏的危险并且因此提议为电缆配备多余的纤维。此外，没有提及纤维和要被测量的电缆之间的应变传递的问题。作为用于纤维的可能部位，提及铠装电线之间的空隙。

US 2004/0258373描述一种可以嵌在建筑物、系缆或管道中的复合电缆，该复合电缆包括用于监视温度和应变的光学装置。该电缆包括外部保护护套和用于监视温度和应变的光学装置，所述光学装置在所述外部保护护套内并且包括：第一管，该第一管包括至少第一光学纤维以便监视温度，所述第一光学纤维疏松地在所述第一管中并且包括至少一个称为布拉格光栅的反射部分，该第一管包括至少第二光学纤维，该至少第二光学纤维包括至少一个布拉格光栅以便监视应变，所述电缆的特征在于，所述第二光学纤维在所述第一管外部，所述光学装置还包括用于紧固所述第二光学纤维的装置。

本申请人已经注意到，这个文献没有公开具有集成的应变光学纤维传感器或者具有集成的温度传感器的缆线。公开的缆线是复合缆线，该复合缆线可以包括电力缆线，但是与用于应变和温度监视的纤维分离。

EP 0203249公开了中等电压(6到60kV)电缆，该电缆包括至少一个温度和/或张力传感器光学纤维。

本申请人已经观察到，公开的集成在电缆中的应变传感器光学纤维可以显著地受电缆的弯曲影响(取决于光学纤维在电缆中的位置和/或电缆的弯曲的量，特别是当超过某一值时)。