BR112012006051B1

BR112012006051B1 - Método de monitoramento de deformação para medir pelo menos a deformação por flexão de um cabo elétrico

Info

Publication number: BR112012006051B1
Application number: BR112012006051-1A
Authority: BR
Inventors: Carsten Kemnitz; Davide Sarchi; Bernd Knuepfer; Giacomo Coletta; Arnd-Guenther Carl; Thomas Kittel; Reiner Ewald
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2009-09-18
Filing date: 2009-09-18
Publication date: 2019-06-25
Also published as: US9032809B2; WO2011033539A1; CA2773747C; AU2009352911A1; CA2773747A1; EP2478527A1; DK2478527T3; CN102640232A; RU2012115445A; EP2478527B1; US20120174683A1; RU2510904C2; CL2012000653A1; AU2009352911B2; CN102640232B

Abstract

método de monitoramento de deformação para medir pelo menos a deformação por flexão de um cabo elétrico. é provido um método para monitorar pelo menos a deformação por flexão de pelo menos um cao elétrico provido com pelo menos um membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico.

Description

“MÉTODO DE MONITORAMENTO DE DEFORMAÇÃO PARA MEDIR PELO MENOS A DEFORMAÇÃO POR FLEXÃO DE UM CABO ELÉTRICO” CAMPO DA INVENÇÃO

[1] A presente invenção refere-se a um cabo elétrico com um sensor de tensão integrado, adequado em particular para a medição de tensões estáticas dinâmicas, em particular tensões de flexão.

[2] A presente invenção é dirigida também a um método e sistema de monitoramento para medir flexão em pelo menos um cabo elétrico.

[3] A presente invenção refere-se ainda a um sistema e método de monitoramento para detectar flexão em uma pluralidade de cabos elétricos. Em particular, a presente invenção diz respeito a sistema e método de monitoramento empregando técnicas de retrodispersão Brillouin para monitorar a deformação por flexão de uma pluralidade de cabos elétricos instalados em equipamentos móveis.

FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[4] Os cabos elétricos, em particular para aplicações de serviços pesados e/ou para instalações móveis, tais como guindastes de portos móveis, guindastes de contêiner de navio-para-costa, descarregadores de navio, espalhadores e equipamento de mineração e construção de túneis, são especialmente projetados para suportar condições de ambiente severas e elevadas tensões mecânicas, tais como forças e torques de flexão. Como um outro exemplo de cabos para aplicações de serviços pesados, cabos de bomba de fundo de poço pra suprir corrente para sistemas de bomba elétricos submersíveis em poços profundos são usualmente instalados em áreas fisicamente limitadas e em ambientes hostis, com freqüência ficando em contato com fluidos de poço corrosivos. Tipicamente, os cabos acima são projetados para serem robustos e flexíveis. Dentro da presente descrição, referir-nos-emos em geral a cabos para serviços pesados, quando com referência a cabos para aplicações de serviços pesados e, em particular, mas não exclusivamente, para instalações móveis.

[5] Um exemplo de cabo elétrico para serviços pesados é provido em DE 3934718, que descreve um cabo armado de rebocar para carregadores cortadores de minas.

[6] O WO 01/78086 descreve um cabo elétrico, em particular para uso em um sistema de coleta,tao como um sistema de guindaste ou prateleiras. O cabo compreende um núcleo, que inclui primeiros condutores, completamente circundados por e embutidos dentro de uma primeira matriz de suporte de tensão. Pelo menos uma outra camada é disposta em tomo da primeira matriz de suporte de tensão e tem pelo menos um outro condutor na outra camada que é completamente circundada por e embutida dentro de uma segunda matriz de suporte de tensão. As matrizes de suporte de tensão dentro do cabo são ditas permitirem a distribuição de tensão por todo o cabo e, assim, substancialmente reduzir o efeito de saca-rolhas.

[7] As cargas de flexão/compressivas e a torcedura em um cabo móvel podem resultar de orientação forçada do cabo durante as fases de enrolamento e desenrolamento em tomo de carreteis ou da coleta do cabo dentro de cestas (p. ex., para cabos espalhadores); Além disso, falha ou disfunção do aparelho motorizado pode resultar na colocação errada do cabo que pode, por exemplo, cair de seu meio de orientação ou ser espremido por partes do aparelho e, assim, provocar uma flexão indevida do cabo.

[8] Dobragem excessiva do cabo pode fazer as cargas serem transferidas para os condutores elétricos com consequente avaria dos últimos. Cargas excessivas e/ou compressivas prolongadas podem resultar em uma deformação do cabo, que encurtaria a vida do cabo.

[9] A US 5.767.956 descreve o uso de luz Brillouin de retrodispersão para prover um dispositivo de monitoramento que é capaz de observar, em tempo real, se uma fibra óptica está normal ou no limite de uma fratura. O dispositivo utiliza reflectometria de domínio de tempo óptico (OTDR) para monitorar uma luz de difusão Brillouin estimulada, utilizando-se núcleos de fibra óptica em um cabo óptico. Nenhuma indicação é provida sobre o uso em um cabo elétrico.

[10] O WO 08/073033 descreve um sistema para monitorar a curvatura e a tensão de um cabo de força conectado a uma plataforma offshore movendo-se medindo-se a tensão nas fibras ópticas fixadas a ou incorporadas no cabo de força. Um flexão no cabo de força dará origem a uma tensão na fibra óptica e esta tensão mudará as propriedades ópticas da fibra. A mudança nas propriedades da fibra óptica pode ser medida por meio do reflectômetro de domínio de tempo óptico (OTDR) ou do reflectômetro de domínio de frequência óptica (OFDR).

[11] Este documento afirma que existe um risco de que as fibras ópticas embutidas ou fixadas no cabo poderíam ser danificadas e, assim, é sugerido equipar o cabo com fibras redundantes. Além disso, não há menção do problema de transferir a deformação por flexão entre as fibras e o cabo a ser medido. Como possível local para a fibra, são mencionados os interstícios entre os fios de revestimento.

[12] O WO 07/107693 descreve um cabo de fibra óptica incluindo um membro de transferência de tensão, uma fibra óptica central disposta através do membro de transferência de tensão e uma camisa apertada mecanicamente acoplando a fibra óptica central e o membro de transferência de tensão. A tensão experimentada pelo membro de transferência de tensão é transferida para a fibra óptica central via a camisa apertada.

[13] O documento não encara o problema de um cabo elétrico com um sensor de fibra óptica.

[14] O Requerente confrontou-se com o problema de como produzir um cabo elétrico, em particular adequado para aplicações de serviço pesado e, mais particularmente, para instalações móveis, que permitiría controlar, preferivelmente monitorar em tempo real, e localizar a deformação por flexão a que o cabo é submetido durante operação, enquanto assegurando confiabilidade das medições de longo-termo.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[15] Devido às elevadas tensões mecânicas impostas durante a operação, o tempo de vida típico de um cabo para serviços pesados (tal como aplicações de mineração ou instalações de guindaste) é em geral relativamente curto e, dependendo da aplicação específica, pode variar entre alguns meses a alguns anos. O Requerente observou que seria vantajoso prover um cabo para serviços pesados que possa ser monitorado durante sua operação. Sabendo-se a evolução temporal da condição do cabo, uma manutenção periódica eficaz do cabo pode ser realizada, por exemplo, é possível ajustar o maufuncionamento do rolo guia e/ou ajustar os parâmetros de controle eletrônico do sistema de automação no equipamento móvel.

[16] As verificações periódicas das condições do cabo poderiam ser feitas “off-line” com um cabo não em uso ou mesmo removido do equipamento em que ele foi montado, porém na prática tais verificações não são geralmente realizadas por causa da perda de tempo de trabalho, devida à necessária parada do equipamento ou aparelho contendo o cabo.

[17] Seria particularmente vantajoso gravar, durante o trabalho do cabo, os eventos dinâmicos que induzem os picos compressivos (tensão negativa), que podem entretanto danificar o cabo por fadiga. Tal monitoramento poderia evitar inesperados eventos fora-de-serviço e economizar os custos pertinentes. Também seria vantajoso localizar a parte de um cabo indevidamente dobrado por causa de uma queda do ou um aperto pelo aparelho onde o cabo opera.

[18] Um problema enfrentado pela presente invenção é prover um sistema de monitoramento para detectar avaria permanente do cabo elétrico, possivelmente causada pelo desgaste intrínseco por um uso inapropriado, por exemplo, por um uso não de acordo com as recomendações providas pelo fabricante do cabo.

[19] Um outro problema da presente invenção é prover um sistema de monitoramento para monitorar a deformação por flexão de uma pluralidade de cabos elétricos, em particular cabos de serviços pesados instalados em equipamentos móveis.

[20] De acordo com a invenção, descobriu-se que o flexão de um cabo elétrico pode ser detectado provendo-se um cabo incluindo um membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico e um sensor de fibra óptica localizado na região do eixo geométrico do cabo.

[21] Por “membro de resistência mecanicamente não-simétrico” queremos significar aqui um elemento que tem diferentes valores de rigidez nas condições de tensão e compressão, respectivamente.

[22] Por “periférico” queremos significar o membro de resistência, localizado em uma região fora do eixo geométrico do cabo, preferivelmente com uma distribuição geométrica simétrica.

[23] Por “membro de resistência” queremos significar um elemento tendo uma rigidez suficientemente elevada para suportar uma fração significativa das cargas de tração do cabo.

[24] Exemplos de membro de resistência mecanicamente não-simétrico inclui trançados, fios retorcidos, vidro, fibras de aramida ou carbono não impregnadas por resina, tendo resistência mais elevada a cargas de tração do que a cargas compressivas.

[25] Com esta construção, quando uma carga de tração pura é aplicada, o membro de resistência não-simétrico coopera totalmente com todos os outros componentes de cabo (p. ex., condutores, isolamentos, blindagens etc.) para suportar a carga e a seção de cabo é uniformemente tensionada. Quando ocorre flexão, o membro de resistência não-simétrico suporta a carga na parte positivamente tensionada - isto é, parte tensionada - da seção de cabo, porém não suporta qualquer carga na parte negativamente tensionada - isto é, comprimida.

[26] Portanto, neste caso, o eixo geométrico neutro no flexão (isto é, o eixo geométrico ideal, em que o alongamento induzido pelo flexão é nulo) muda de eixo geométrico do cabo (em direção ao lado tensionado) e o sensor de fibra óptica localizado próximo do eixo geométrico do cabo toma-se localizado na região comprimida.

[27] Desta maneira, o sensor de fibra óptica dá origem a um sinal de compressão correspondendo à condição de flexão do cabo.

[28] Desse modo, a flexão do cabo pode ser detectada independentemente da camada do cabo ou de qualquer torção a que o cabo seja submetido.

[29] De acordo com a presente invenção, é provido um método para detectar flexão em um cabo elétrico compreendendo: - prover um cabo com pelo menos um membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico e um sensor de fibra óptica localizado na região de eixo geométrico do cabo; - detectar tensão compressiva no sensor de fibra óptica.

[30] O sensor de fibra óptica é capaz de prover leituras para uma faixa substancialmente grande de deformação por flexão mensurável, vantajosamente de -0,5% a 1%. Valores de tensão mais elevados, por exemplo, até 2% ou mesmo até 4%, poderiam ser medidos.

[31] Em termos gerais e de acordo com um aspecto, a solução refere-se a um cabo elétrico compreendendo pelo menos um membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico, pelo menos dois elementos estruturais longitudinais e um sensor de fibra óptica para monitoramento da deformação por flexão ao longo do comprimento do cabo. O sensor compreende uma fibra óptica que se estende ao longo do comprimento do cabo. A fibra óptica do sensor será referida a seguir também como a fibra óptica de tensão.

[32] Dentro da presente descrição, a expressão “elemento estrutural longitudinal” indica uma estrutura semiacabada do cabo elétrico estendendo-se substancial e longitudinalmente ao longo do comprimento do cabo. Os elementos estruturais longitudinais de acordo com as presentes descrição e reivindicações contribuem para a função de transporte elétrico do cabo, como se tomará evidente pelo seguinte.

[33] Os pelo menos dois elementos estruturais longitudinais compreendidos no cabo elétrico incluem pelo menos um núcleo de cabo.

[34] O termo “núcleo” indica uma estrutura semiacabada do cabo elétrico compreendendo pelo menos um elemento condutivo elétrico, tal como um condutor elétrico e, tipicamente, pelo menos uma camada isolante circundando o condutor elétrico. Nas configurações típicas, os condutores elétricos compreendem uma pluralidade de fios condutivos torcidos.

[35] O Requerente entendeu que, assegurando-se acoplamento mecânico e, em particular, congruência mecânica, entre os elementos estruturais longitudinais do cabo elétrico e da fibra óptica do sensor de tensão, a tensão transfere-se dos elementos estruturais longitudinais para ser monitorada para a fibra óptica de tensão. “Congruência mecânica” significa a capacidade de duas ou mais partes de moverem-se ou suportarem tensão substancialmente como um todo. A congruência mecânica acabada de ser descrita permite obter um cabo capaz de prover leituras confiáveis das cargas compressivas estáticas e dinâmicas experimentadas dentro de uma faixa relativamente grande de alongamento. De acordo com um aspecto da invenção, o seção transversal é embutido em uma carga de transferência de tensão, mecanicamente acoplando o sensor com pelo menos um dos pelo menos dois elementos estruturais longitudinais do cabo.

[36] A deformação por flexão origina-se quando o cabo é forçado a comprimir por forças externas (p.ex., cargas compressivas) em pelo menos uma sua parte.

[37] O Requerente entendeu que o sensor de tensão deve ser integrado no cabo e arranjado a fim de permanecer substancialmente não-danificado pelo flexão do cabo em seu radio de flexão mínimo. O Requerente entendeu que a fibra óptica compreendida no sensor de tensão dever localizado em uma região de eixo geométrico substancialmente correspondendo, sob condições operativas normais, a uma região neutra de flexão, estendendo-se longitudinalmente ao longo do cabo e tendo uma seção transversal transversa estendendo-se substancial e simetricamente em tomo do eixo geométrico neutro do cabo, a seguir referido como a região neutra.

[38] Como aqui usada, a expressão “região neutra” é destinada a descrever uma região em tomo de um eixo geométrico (“eixo geométrico neutro”) em que os alongamentos induzidos por flexão são mínimos. O eixo geométrico neutro pode ser definido como uma linha imaginária ao longo do comprimento do cabo, em que, sendo o cabo sujeito a flexão, nenhuma deformação longitudinal significativa ocorre e as tensões de flexão são mínimas no sensor de tensão. Preferivelmente, o cabo é projetado de modo que o eixo geométrico neutro seja localizado em uma posição em que a torção atuando sobre o cabo determina um alongamento longitudinal mínimo da fibra sensora.

[39] Fomecendo-se um raio de flexão mínimo para um cabo elétrico, que geralmente corresponde ao menor raio de curvatura, Pmin, que é permitido para o cabo a fim de evitar qualquer avaria permanente, a região neutra pode ser definida como a região em que o sensor de tensão sofre um alongamento não maior do que 2% e, preferivelmente, não maior do que 1%, devido ao flexão nos raios de curvatura não menores do que Pmin- O posicionamento da fibra óptica de tensão dentro do eixo geométrico substancialmente coincidente, através de um certo raio de flexão, com a região neutra, evita a ruptura da fibra óptica ou avaria permanente devida à flexão do cabo.

[40] Em cabos redondos, isto é, cabos tendo uma seção transversal circularmente simétrica, a região do eixo geométrico é uma região radial em tomo do eixo geométrico em um plano de seção transversal do cabo. Nas formas de realização preferidas, quando referindo-se a cabos redondos, o eixo geométrico é o eixo geométrico longitudinal central do cabo. Vantajosamente, o sensor de tensão é disposto ao longo do cabo dentro da região de eixo geométrico, isto é, dentro de uma distância radial do eixo geométrico de não mais do que 20% do raio do cabo, mais preferivelmente de não mais do que 10% do raio de cabo.

[41] Em cabos redondos, o pelo menos um membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico está presente em uma região de cabo significativamente afastada da região de eixo geométrico do cabo. Em particular, dito membro de resistência é disposto ao longo de uma distância radial do eixo geométrico de pelo menos 50%, mais preferivelmente de pelo menos 90% do raio de cabo.

[42] Exemplos de elementos de resistência mecanicamente não-simétricos, periféricos, de um cabo redondo, são camada de tela metálica em forma de fios helicoidalmente enrolados e camada de proteção mecânica, providos entre a camisa interna e externa, em forma de trançados ou fios metálicos ou fibrosos.

[43] Nos cabos chatos, isto é, cabos tendo uma seção transversal substancialmente retangular, a região de eixo geométrico é a região incluindo o eixo geométrico de simetria no plano transversal do cabo. Vantajosamente, o sensor de tensão é disposto ao longo do cabo dentro da região de eixo geométrico, isto é, dentro de uma distância perpendicular do eixo geométrico de não mais do que 105 da espessura do cabo.

[44] Em cabos planos, o membro de resistência mecanicamente não-simétrico está presente em uma região de cabo significativamente afastada da região de eixo geométrico do cabo. Em particular, dito membro de resistência é disposto em uma distância perpendicular ao eixo geométrico de pelo menos 50%, mais preferivelmente de pelo menos 90% da espessura do cabo.

[45] Exemplos de elementos de resistência mecanicamente não-simétricos periféricos de um cabo plano são elementos de resistência a tração - providos nos interstícios entre os condutores - e fios de reforço ou elementos de reforço - ambos correndo paralelos aos condutores e posicionados entre as camisas externa e interna, cordões, fios e elementos sendo feitos de materiais metálicos ou fibrosos, apresentando diferentes comportamentos mecânicos compressivos e de tensão.

[46] O Requerente constatou que é vantajoso circundar a fibra óptica de tensão com um revestimento protetor para melhorar a resistência mecânica para cargas laterais, dito revestimento protetor diretamente contatando a fibra óptica opcionalmente amortecida do sensor de tensão. Preferivelmente, o revestimento protetor compreende um compósito reforçado por fibra.

[47] Um cabo elétrico tipicamente sofre um ou mais tratamentos térmicos, em particular processos de cura, durante sua manufatura, que envolvem tratamentos térmicos em temperaturas típica de cerca de 150 - 200 °C por alguns minutos. O Requerente observou que é preferível que a carga de transferência de tensão e o sensor de tensão compreendam materiais resistentes aos processos de cura ocorrendo durante a manufatura do cabo em que o sensor de tensão é integrado, enquanto mantendo (1) as propriedades elásticas do sensor de tensão, que possibilita a reversibilidade do sensor de tensão sem deformação permanente do mesmo, pelo menos na faixa em que o cabo exibe um comportamento elástico, e (2) a adesão ou elevada resistência à fricção por deslizamento indesejado, a fim de manter a congruência mecânica entre as camadas e elementos de cabo.

[48] Preferivelmente, o revestimento protetor é feito de um compósito reforçado por fibra, em que as fibras de reforço são carbono, grafite, boro, aramida ou fibras de vidro; o polímero embutindo as fibras de reforço é preferivelmente uma resina reticulada, por exemplo, poliéster insaturado, tal como vinil ésteres ou resina epóxi.

[49] Preferivelmente, a carga de transferência de tensão é baseada em um material elastomérico, mais preferivelmente em um elastômero termocurável. A carga de transferência de tensão é pelo menos elástica na faixa de tensão, onde o cabo tem um comportamento elástico.

[50] Em algumas formas de realização preferidas, o cabo elétrico é um cabo redondo com uma seção transversal substancialmente circular e compreende pelo menos três elementos estruturais longitudinais, posicionados radialmente externos com respeito ao sensor de tensão.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[51] A presente invenção será agora descrita mais totalmente a seguir com referência aos desenhos acompanhantes, em que algumas porém não todas as formas de realização da invenção são mostradas. Os desenhos ilustrando as formas de realização são representações esquemáticas não em escala.

[52] Para fins da presente descrição e das reivindicações anexas, exceto onde de outro modo indicado, todos os números expressando valores, quantidades, percentagens e assim em diante são para ser entendidos como sendo modificados em todos os exemplos pelo termo “aproximadamente”. Também todas as faixas incluem os pontos máximos e mínimos descritos e incluem quaisquer faixas intermediárias nelas, que podem ou não ser especificamente enumeradas aqui.

[53] A Fig. Ib é uma vista em seção transversal esquemática de um cabo elétrico de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[54] A Fig. 2a é uma vista em perspectiva esquemática de um sensor de tensão usado em um cabo elétrico da presente invenção.

[55] A Fig. 2b é uma vista em seção transversal esquemática do sensor de tensão mostrado na Figura 2a.

[56] A Fig. 3 é uma vista em seção transversal esquemática de um cabo elétrico, de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção.

[57] A Fig. 4 é uma vista em seção transversal esquemática de um cabo elétrico de acordo com ainda outra forma de realização da presente invenção.

[58] A Fig. 5 é uma vista em seção transversal esquemática de um cabo elétrico de acordo com ainda outra forma de realização da presente invenção.

[59] A Fig. 6 é uma vista em seção transversal esquemática de um cabo plano elétrico, de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção.

[60] A Fig. 7 é um diagrama esquemático para ilustrar os princípios operacionais de uma técnica de retrodispersão baseada em Brillouin em um cabo elétrico de acordo com uma forma de realização da invenção.

[61] A Fig. 8 é uma representação diagramática de um sistema de monitoramento de tensão e temperatura de flexão de uma pluralidade de cabos de serviços pesados montados em equipamentos móveis, de acordo com uma forma de realização da presente invenção.

[62] A Fig. 9 é uma vista lateral parcial ao longo da linha C-C ilustrando um guindaste de serviços pesados do sistema de monitoramento da Fig. 8.

[63] A Fig. 10 é um diagrama esquemático ilustrando os princípios de operação de um sistema de monitoramento de uma pluralidade de cabos de serviços pesados de uma forma de realização da presente invenção.

[64] A Fig. 11 é uma representação diagramática de um sistema de monitoramento de tensão e temperatura de flexão de uma pluralidade de cabos para serviços pesados fixados em equipamentos móveis, de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção.

[65] A Fig. 12 é um diagrama esquemático ilustrando os princípios de operação de um sistema de monitoramento de uma pluralidade de cabos para serviços pesados, em uma outra forma de realização da presente invenção.

[66] A Fig. 13 mostra um cabo dobrado em tomo de um mandril.

[67] As Figs. 14a e 14b ilustram esquematicamente o deslocamento do eixo geométrico de flexão neutro do eixo geométrico de um cabo dobrado.

[68] A Fig. 15 é um diagrama mostrando a gravação de uma deformação por flexão de acordo com o método de monitoramento da invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA

[69] A Figura lb ilustra uma vista em seção transversal de um cabo elétrico, de acordo com uma forma de realização da presente invenção. O cabo mostrado desta forma de realização pode ser adequado para aplicações de serviços pesados, mais particularmente para instalações móveis. O cabo 1 é um cabo redondo compreendendo três núcleos 2 radialmente dispostos em tomo de um eixo geométrico longitudinal central Z do cabo. Os núcleos 2 podem prover transmissão de força trifásica. O cabo 1 pode ser um cabo de força de voltagem baixa ou média, em que baixa voltagem indica uma voltagem de até 1 kV e voltagem média indica uma voltagem de 1 kV a 60 kV. Cada núcleo 2 compreende um condutor elétrico 12, por exemplo, um condutor de cobre formado por um feixe de fios elétricos de cobre estanhado ou nu torcidos juntos de acordo com métodos convencionais. Na posição externa radial com respeito a cada condutor elétrico 12, uma camada semicondutiva interna 13, uma camada isolante 16, uma camada semicondutora 17 são sequencialmente providas. A camada semicondutiva interna 13, a camada isolante 16 e outra camada semicondutiva externa 17 são feitas de materiais baseados em polimérico, que podem ser extrusados um no topo do outro ou coextrusados sobre o condutor 12. A camada isolante 16 pode ser, por exemplo, de borracha de etileno propileno (EPR) reticulada; as camadas semicondutivas interna e externa 12 e 17 podem ser, por exemplo, de EPR, terpolímeros de etileno/propileno/dieno (EPDM) ou uma mistura deles, carregados com uma quantidade adequada de uma carga condutiva, que pode ser tipicamente negro de fumo.

[70] Altemativamente, sempre que as condições operacionais possibilitarem assim fazer, tanto a camada isolante como as camadas semicondutivas podem ser feitas de compostos termoplásticos, tais como compostos baseados em polipropileno.

[71] Em algumas aplicações, o núcleo de cabo 2 compreende pelo menos uma camada de tela metálica 22 em uma posição radialmente externa com respeito à camada semicondutiva externa 17.

[72] Deve ser entendido que a descrição acima dos núcleos 2 representa somente uma das possíveis estruturas dos núcleos compreendidos no cabo elétrico, que em geral podem ser núcleos de fase para transmissão de força ou aterramento, núcleos para transportar sinais de controle ou núcleos transportando sinais tanto de força como de controle.

[73] De acordo com um aspecto da invenção, o cabo elétrico 1 compreende um sensor de deformação por flexão de fibra óptica 5.

[74] Devido ao fato de que os cabos para serviços pesados sofrem frequentes tensões mecânicas durante seu tempo de vida, o Requerente entendeu que é de particular relevância localizar o sensor de tensão dentro do cabo de tal maneira que a fibra óptica de tensão não seja avariada pela flexão do cabo a qualquer radio de curvatura sendo não menor do que o raio mínimo de curvatura, Pmin, que corresponde ao raio mínimo em que o cabo pode ser dobrado sem permanente avaria. A flexão de cabo induz um alongamento no sensor de tensão. Tem sido observado que o sensor de tensão é geralmente não avariado pela flexão de cabo em raios de curvatura não menores do que Pmin, quando a tensão longitudinal induzida pela flexão é menor do que a tensão aplicada à fibra em um teste de tensão de tipicamente 1 ou 2%.

[75] A região do cabo estendendo-se ao longo do comprimento do cabo, em que a fibra óptica permanece não-danificada devido à flexão do cabo, é definida como a região neutra (flexão) do cabo. Em cabos redondos, em um plano de seção transversal do cabo, a região neutra é uma região radial em tomo do eixo geométrico neutro que corresponde, na presente forma de realização, ao eixo geométrico Z.

[76] Preferivelmente, dentro da região neutra do cabo óptico, o sensor de tensão sofre um alongamento igual a ou menor do que 2%, mais preferivelmente igual a ou menor do que 1%, devido à flexão em Pmin- [77] O Requerente observou que os valores de Pmin, especificados para cabos de serviços pesados, especialmente para aplicações em equipamentos móveis, podem ser relativamente baixos, p. ex., 250 mm e, assim, a fim de garantir resistência à flexão do sensor de tensão, a região neutra deve ter uma distância radial relativamente pequena a partir do eixo geométrico, p. ex., não maior do que 5 mm. Por exemplo, sempre com referência a cabos redondos, para Pmin = 300 mm, a distância radial a fim de ter 1% de alongamento é de 3 mm.

[78] Em algumas formas de realização preferidas, o sensor de fibra óptica 5 é disposto ao longo do comprimento do cabo dentro de uma distância do eixo geométrico (substancialmente coincidente com o eixo geométrico neutro) de não mais do que 0,02 pnün e, preferivelmente, de não mais do que 0,01 Pmin· [79] Em particular, foi observado que o posicionamento do sensor de deformação por flexão substancialmente ao longo do eixo geométrico, pode ser vantajoso porque, em alguns casos práticos, corresponde a um eixo geométrico de simetria dos núcleos radialmente externos e/ou como descrito a seguir, ele pode ser compatível com um processo simplificado de manufatura de cabo.

[80] Além disso, para os núcleos 2 para transmissão de sinais de força e/ou controle, o cabo elétrico 1 compreende pelo menos um condutor de terra 7. Na forma de realização mostrada na Fig. lb, o cabo compreende dois condutores terra 7, por exemplo, na forma de umfeixe de fios elétricos de cobre estanhados ou nus torcidos. Especialmente para aplicações de voltagem média, o feixe de fios elétricos dos condutores terra pode ser circundado por uma camada semicondutora (não mostrada nas figuras). Os condutores de terra 7 são dispostos radialmente externos com respeito ao sensor de tensão 5 e são torcidos juntos com os núcleos 2 ao longo de uma direção longitudinal de cabo. Em particular, os núcleos 2 e os condutores de terra 7 são helicoidalmente enrolados em tomo do eixo geométrico longitudinal central Z do cabo, de acordo com métodos convencionais.

[81] Na forma de realização mostrada na Fig. lb, o cabo 1 compreende um elemento de fibra óptica 3 incluindo uma pluralidade de fibras ópticas, p. ex., de 6 a 24 fibras, para transmissão de sinais de controle, voz, vídeo e outros sinais de dados. Uma única fibra óptica ou um par de fibras pode ser inserido em uma construção amortecimento de tubo-solto em módulos estendendo-se longitudinalmente 19, preferivelmente feitos de um material flexível, tal como tereftalato de polibutileno (PBT) ou etileno tetrafluoroetileno (ETFE). No exemplo ilustrado, os módulos contendo as fibras são SZ helicoidalmente enroladas em tomo de um membro de resistência longitudinal 18, sendo, por exemplo, uma fibra de vidro, um filamento de aramida ou uma fibra de carbono. O elemento de fibra óptica 3 pode ser torcido junto com os núcleos 2 e condutores terra 7. Em geral, se a construção de cabo permitir, os condutores terra e o elemento de fibra óptica podem ser dispostos nos interstícios externos formados pelos núcleos 2.

[82] Os núcleos 2 e, se presentes, os condutores terra 7 e/ou o elemento de fibra óptica 3, são coletivamente referidos como os elementos estruturais longitudinais do cabo elétrico.

[83] A deformação por flexão experimentada pelo cabo elétrico é transferida para o sensor de tensão para medir a deformação por flexão de cabo. Para transferência de tensão, o sensor de tensão é mecanicamente congruente com pelo menos um elemento estrutural longitudinal do cabo de tal maneira que a tensão experimentada pelo pelo menos um elemento estrutural longitudinal é pelo menos parcialmente, porém significativamente, transferida para o sensor de tensão. Para este fim, o sensor de tensão 5 é embutido em uma carga de transferência de tensão 6, que mecanicamente acopla o sensor de tensão com pelo menos um elemento estrutural longitudinal do cabo elétrico. Preferivelmente, a carga de transferência de tensão mecanicamente acopla o sensor de tensão com cada um dos núcleos integrados no cabo elétrico, mais preferivelmente com cada um dos elementos estruturais longitudinais circunferencialmente dispostos.

[84] O Requerente percebeu que a relação entre a deformação por flexão medida pelo sensor de tensão e a tensão experimentada pelo cabo, isto é, por pelo menos um elemento estrutural longitudinal do cabo, deve ser de modo que uma compressão experimentada pelo cabo elétrico seja univocamente correlacionada com a compressão da fibra óptica sensora e, assim, com os valores medidos da tensão.

[85] O Requerente entendeu que, a fim de garantir correlação unívoca entre a compressão do sensor de deformação por flexão e aquela do cabo elétrico, o contato entre a carga de transferência de tensão e o pelo menos um elemento estrutural longitudinal deve apresentar perdas de deslizamento não significativas pelo menos na condição tensionada. Na maioria dos casos de interesse, uma ausência substancial de perda de deslizamento entre o sensor e o(s) elemento(s) implica em uma aderência com fricção ou união entre eles. Um acoplamento mecânico entre dois elementos provocando substancialmente a mesma deformação, como resultado de perdas de deslizamento não significativas entre os elementos, é aqui referido como congruência mecânica.

[86] Na forma de realização ilustrada na Fig. lb, a configuração geométrica da carga de transferência de tensão 6 é de modo que a carga contate uma pluralidade de elementos estruturais longitudinais posicionados na posição externa radial com respeito ao sensor de tensão 5, também quando o cabo estiver em uma condição substancialmente não-restringida.

[87] Pela construção geométrica do cabo elétrico e o número de elementos estruturais longitudinais integrados no cabo, a carga de transferência de tensão 6 das Figs. 1 e lb tem um formato de aproximadamente um trifólio.

[88] Como aqui usado, “condição substancialmente não-restringida” é destinada a descrever uma condição de referência do cabo elétrico com uma tensão de referência média na fibra do sensor de tensão, que pode corresponder a uma condição antes do manuseio do cabo de seu tambor original provido pelo fabricante, tal como antes da transferência para enrolar e ancorar carreteis ou tênder e sistemas de polia. Nos casos mais práticos, entretanto, a condição de referência refere-se ao cabo após instalação no equipamento móvel, isto é, após transferência do tambor original e, portanto, emprego, assim antes sendo exposto a cargas tensionais pertinentes. Uma condição de referência preferida pode corresponder ao estado do cabo montado no guindaste, o guindaste sendo colocado em sua extensão máxima, isto é, o cabo é desdobrado na maior parte de seu comprimento. Medições efetuadas pelo Requerente mostraram que, na condição substancialmente não restringida, em um cabo compreendendo uma fibra óptica de 250 μπι de modo único como fibra óptica de tensão, a tensão variou de -0,2 a 0,3%. Dita tensão de cabo pode variar ao longo da extensão do cabo, devido às condições de manufatura, embora um cabo com uma tensão residual, que é substancialmente longitudinalmente constante, é preferido, uma vez que pode simplificar o monitoramento do cabo de acordo com a invenção.

[89] A condição substancialmente não-restringida provê um valor de referência com respeito ao qual a tensão do cabo em uso é medida, a condição substancialmente não-restringida pode referir-se a uma pluralidade de valores de referência medidos em diferentes locais ao longo do comprimento do cabo.

[90] Como condição tensionada é pretendida qualquer condição diferente da condição não tensionada, como definida aqui. As tensões de flexão do cabo podem ser medidas como desvios de tensão, isto é, incrementos, se o cabo for alongado ou decrementos se o cabo for comprimido, do valor de referência médio.

[91] A carga de transferência de tensão 6 é feita de um material tendo propriedades elásticas, tais como reagir a tensão máxima para a qual o cabo exibe um comportamento elástico sem permanente deformação da carga (isto é, reversibilidade da deformação). O material de carga de transferência de tensão é selecionado para adequadamente estirar ao longo do cabo sofrendo alongamento e para substancialmente recuperar a deformação quando as cargas de flexão externas são removidas, pelo menos para cargas de flexão correspondendo à tensão máxima permitida, além do que uma deformação permanente e irreversível do cabo ocorre.

[92] A carga de transferência de tensão 6 pode ser baseada em um material polimérico vantajosamente extrusado em tomo do sensor de tensão 5. Os elastômeros termocuráveis tendo um comportamento elástico dentro de uma faixa relativamente grande de tensão, p. ex., excedendo 1%, foram constatados serem particularmente adequados para o cabo da invenção. Vantajosamente, os elastômeros termocuravéis são observados aderir com elevada fricção às superfícies dos elementos estruturais longitudinais. Por exemplo, foi observado que os elastômeros termocuráveis proveem uma forte adesão com os materiais semicondutores, que tipicamente circundo os núcleos de alguns cabos elétricos, enquanto exibindo uma fricção não detrimental para a superfície externa semicondutiva dos núcleos. Uma transferência de tensão confiável, tendo uma relação predicável ou pelo menos derivável entre a tensão experimentada em um elemento estrutural longitudinal do cabo e a tensão medida no sensor, foi observada ocorrer.

[93] Vantajosamente, o material da carga de transferência de tensão é resistente a tratamentos térmicos que podem ocorrer durante a manufatura, tais como durante a cura do revestimento externo do cabo elétrico, tipicamente realizada a aproximadamente 200 oC.

[94] Preferivelmente, a carga de transferência de tensão compreende um elastômero termocurável reticulado por meio de pressão de vapor, irradiação com feixe eletrônico, mergulho em banho de sal ou sistemas de reticulação de silano. Em geral, a carga de transferência de tensão é preferivelmente feita de elastômeros tendo um módulo elástico entre 0,01 e 0,7 GPa. Por exemplo, a carga de transferência de tensão é selecionada do grupo consistindo de borracha de etileno propileno dieno (EPDM), borracha de propileno etileno (EPR), borracha de nitrila-butadieno (NBR).

[95] Embora os elastômeros termocuráveis sejam preferidos por causa de suas propriedades de adesão de resistência a temperatura e larga faixa de elasticidade, o uso de elastômeros termoplásticos não é excluído. Exemplos de elastômeros termoplásticos incluem copolímeros tribloco de estireno-dieno-estireno; elastômeros de poliéster termoplástico e elastômeros de poliuretano termoplástico; e borrachas de poliolefina termoplástica (misturas de poliolefina).

[96] Em algumas formas de realização, a carga de transferência de tensão 6 pode ser eletricamente condutiva.

[97] As áreas intersticiais 11 são enchidas com carga polimérica, tal como um composto baseado EM EPR. Uma camisa externa 14 é provida, por exemplo, por extrusão. Para aumentar a resistência do cabo elétrico a tensões mecânicas, a camisa externa 14 é preferivelmente feita de um material polimérico curado, preferivelmente baseado em um elastômeros de termocura de serviços pesados reforçado, tal como polietileno de alta densidade (HDPE), policloropreno, poliuretano ou composto baseado em NBR.

[98] Para aumentar a resistência à torção do cabo elétrico, é provida uma blindagem 15 em forma, por exemplo, de trançado ou dupla espiral de fios de reforço, tais como fios metálicos ou de poliéster, por exemplo, feitos de Kevlar(R) (poliamida aromática). Este é um exemplo de membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico, de acordo com a invenção.

[99] O Requerente percebeu que, a fim de assegurar que a transferência de deformação por flexão ocorra entre a fibra óptica do sensor de tensão e os elementos estruturais longitudinais do cabo, através da inteira faixa de valores de compressão mensuráveis, é vantajoso que forte e substancialmente uniforme adesão esteja presente entre as camadas circundando a fibra óptica e mecanicamente acoplando a fibra óptica com a carga de transferência de tensão. Isto permite a congruência mecânica entre a fibra óptica do sensor de tensão e a carga de transferência de tensão.

[100] As Figuras 2a e 2b ilustram uma vista em perspectiva parcial e uma seção transversal, respectivamente, de um sensor de tensão 5 integrado no cabo elétrico da Figura lb, de acordo com uma forma de realização preferida da presente invenção. O sensor de tensão 5 compreende uma fibra óptica 9, que é substancialmente dispostas ao longo do eixo geométrico Z, quando o sensor de tensão é integrado no cabo. A Fibra 9 do sensor de tensão 5 é uma fibra óptica, isto é, um fibra óptica baseada em sílica, com diâmetro nominal típico de 125 pm, revestida por um revestimento primário, que é circundado por um revestimento secundário, que tipicamente contata aderentemente o revestimento primário, onde os revestimentos primário e secundário formam um sistema de revestimento. O diâmetro externo da fibra óptica (revestida) pode ser 250 ± 10 pm ou 200 ± 10 pm. Os sistemas de revestimento de camada única podem ser usados também. Preferivelmente, a fibra óptica 9 é uma fibra óptica de modo único, tal como uma fibra de transmissão submissa às recomendações G.652, G.653 ou G.655 ITU-T (International Telecommunictions Union, ITU Telecommunication Sector). Em uma forma de realização, a fibra óptica de tensão é uma fibra de núcleo de sílica-pura.

[101] Preferivelmente, a fibra óptica do sensor de tensão tem aumentado desempenho de flexão, exibindo baixas perdas de flexão. Em algumas formas de realização, a fibra óptica é submissa às recomendações G.657 ITU-T.

[102] Para fins de identificação, pode ser vantajoso ter-se uma fibra óptica colorida; neste caso é preferido utilizar-se uma fibra óptica com um revestimento secundário colorido. Vantajosamente, qualquer cor que não branca pode ser selecionada.

[103] O Requerente observou que a fibra óptica do sensor de tensão é capaz de suportar repetidos alongamentos até 1%, preferivelmente até 2%, por um número de vezes excedendo os ciclos de movimento esperados ocorrerem no cabo durante sua vida operacional. Observamos que o valor da tensão de 1% é maior do que os alongamentos máximos típicos um cabo elétrico pode suportar antes da ruptura ou avaria permanente, p. ex., 0,5 -0,7%. O sistema de revestimento pode ser feito de dois diferentes materiais de acrilato curados-UV até um diâmetro de 250 pm. Em uma forma de realização, o sistema de revestimento da fibra de vidro é como descrito na EP 1 497 686, que foi observada prover a fibra óptica sem ruptura quando submetida a repetidos alongamentos excedendo 2%.

[104] Nas formas de realização preferidas, a fibra óptica 9 é amortecida coesa com uma camada de amortecimento 10 circundando o sistema de revestimento para melhorar proteção mecânica da fibra óptica, p. ex., contra perdas de microflexão. O Requerente entendeu que aderência uniforme da camada de amortecimento à fibra óptica, isto é, ao sistema de amortecimento da fibra, é particularmente importante para assegurar congruência mecânica entre a fibra óptica e a carga de transferência de deformação por flexão.

[105] Por exemplo, a camada de amortecimento 10 é extrusada ou aplicada sobre a fibra revestida-250 μπι, aumentando o diâmetro externo até 600 - 1000 pm, com valores típicos de 800 - 900 pm. Preferivelmente, a camada de amortecimento é feita de um material tendo propriedades elásticas que permitem que a fibra óptica amortecida coesa superte alongamentos e compressões de até e incluindo 2%.

[106] Vantajosamente, a camada de amortecimento é selecionada a fim de aderir ao sistema de revestimento da fibra óptica com essencialmente nenhuma deformação, deslizamento ou descolamento. Preferivelmente, a camada de amortecimento é baseada em um material resistente ao calor, capaz de exibir resistência térmica suficiente para suportar os tratamentos térmicos ocorrendo durante a manufatura do cabo.

[107] Preferivelmente, a camada de amortecimento é feita de um polímero de acrilato curável por radiação.

[108] Por exemplo, o amortecimento coeso é feito de um polímero de acrilato curável-UV, tal como aquele descrito no WO 2005/035461, ou de uma matriz polimérica carregada com uma carga retardante de chama, tal como aquela descrita no WO 2008/037291.

[109] Uma camada promotora de adesão pode ser provida entre o sistema de revestimento de fibra óptica e a camada de amortecimento coesa.

[110] O Requerente observou que seria vantajoso que a fibra óptica do sensor de tensão fosse blindada contra cargas laterais, que podem dar origem a perdas de microflexão e, assim, podem afetar a mudança de frequência Brillouin medida na fibra. Além disso, como descrito acima, quando a fibra é influenciada pela compressão lateral, o sensor de tensão pode prover uma medição da deformação por flexão que não é diretamente correlacionada com a compressão efetiva do cabo elétrico. Para este fim, uma blindagem protetora 8, projetada para melhorar a resistência às compressões laterais, pode vantajosamente ser provida para circundar a fibra óptica amortecida coesa opcionalmente.

[111] Em cabos redondos, tais como ilustrados na Fig. lb, as compressões laterais nas direções transversais à direção do cabo longitudinal, tipicamente ocorrem nas direções radialmente para dentro.

[112] O Requerente observou que o sensor de tensão pode ser usado como membro de resistência de tração na etapa de carga de extrusão de transferência de tensão durante o processo de manufatura de cabo. Pare este fim, foi observado que é importante que o material sensor de tensão não amoleça durante o processo de extrusão da carga de transferência de tensão, a fim de garantir uma força de tração uniforme. A presença de uma blindagem protetora 8 e de uma seleção adequada do material formando dita blindagem pode vantajosamente prover o sensor de tensão com uma resistência tensional suficiente para tanto melhorar a resistência à compressão lateral como permitir que o sensor de tensão funcione como membro de resistência de tração no processo de manufatura do cabo elétrico.

[113] A fim de assegurar congruência mecânica entre a fibra óptica e a carga de transferência de tensão, o material da blindagem protetora é selecionado a fim de prover adesão forte e relativamente uniforme com a fibra óptica opcionalmente amortecida.

[114] Nas formas de realização preferidas, a blindagem protetora 8 é feita de um compósito reforçado por fibra, em que as fibras podem ser fibras de carbono, grafite, boro ou vidro (não-ópticas).

[115] Em uma forma de realização, a blindagem protetora 8 é um polímero reforçado por vidro (GRP), em que o polímero é reforçado por fibras de vidro embutidas no polímero. Foi observado que vantajosamente a rigidez tensional relativamente elevada do sensor de tensão é conseguida pela presença de fibras de reforço dispostas paralelas ao eixo geométrico da fibra óptica, desse modo evitando que a compressão lateral tenha uma leitura errada como deformação por flexão. A blindagem protetora 8 pode ser pultrudada sobre a camada de amortecimento 10 e fica em contato direto com ela.

[116] Opcionalmente, a superfície externa da blindagem protetora, que é circundada pela carga de transferência de tensão emque o sensor de tensão é embutido, compreende uma pluralidade de sulcos ou cortes ou é tratada para formar uma superfície áspera a fim de aumentar a aderência da blindagem protetora com a carga de transferência de tensão. Altemativamente ou em adição, uma camada promotora de adesão pode ser opcionalmente provida sobre a blindagem protetora.

[117] Como descrito acima, o sensor de tensão deve ter uma resposta elástica para retomar para sua condição original após cargas de flexão, que são associadas com a máxima tensão do cabo esperada, serem removidas do cabo elétrico. A fim de prover-se o sensor de tensão com a requerida flexibilidade, prefere-se que a blindagem protetora seja feita de um material baseado em polimérico, tendo propriedades elásticas. Preferivelmente, o polímero embutindo as fibras de reforço são resinas reticuladas, em particular resinas reticuladas curáveis-UV ou resinas reticuladas termocuráveis, que em geral proveem uma resistência a compressões. As resinas reticuladas podem ser poliésteres insaturados, epóxis ou vinil ésteres.

[118] Foi observado que, a fim de melhorar a flexibilidade do sensor de tensão, a espessura da blindagem protetora, quando feita de material baseado em polimérico, é preferivelmente compreendida entre 500 e 1000 μπι. Por exemplo, a blindagem protetora é uma camada GRP que aumenta o diâmetro externo da fibra óptica amortecida até 1,8-2,5 mm.

[119] Prefere-se que a blindagem protetora circundando a fibra óptica do sensor evite a contração da fibra em temperaturas usadas no processo de manufatura e em particular no processo de cura de alguns componentes de cabo, tais como as blindagens interna e externa.

[120] As resinas reticuladas de elevado grau de temperatura suportando a temperatura de cura são selecionadas, por exemplo, de Polystal(R) GRP de alta temperatura de Polystal Composites GmbH.

[121] De acordo com um aspecto, a presente invenção refere-se a um sensor de deformação por flexão compreendendo uma fibra óptica, uma camada de amortecimento coesamente incluindo a fibra óptica e uma blindagem protetora circundando a camada de amortecimento, em que a camada de amortecimento é feita de um material resistente ao calor, preferivelmente de um polímero de acrilato curável por radiação, e a blindagem protetora é feita de um compósito reforçado por fibra. Preferivelmente, o compósito reforçado por fibra é reforçado com fibras reforçadas embutidas em uma resina reticulada. Preferivelmente, a camada de amortecimento é feita de um polímero de acrilato curável-UV.

[122] Preferivelmente, a fim de possibilitar que o sensor de tensão detecte também pequenas compressões do cabo elétrico, a fibra óptica amortecida é colocada no compósito reforçado por fibra com uma condição ligeiramente estirada, correspondendo a um pré-alongamento de 0,2%.

[123] A tensão transfere-se pelo menos parcialmente de uma camada para a próxima, desse modo assegurando uma medição confiável dos alongamentos de cabo dentro de uma faixa relativamente grande e ao mesmo tempo um retomo elástico para a condição substancialmente não-restringida após remoção das cargas compressivas, pelo menos na faixa de cargas compressivas abaixo da deformação permanente do cabo. Devido a uma apropriada seleção dos materiais do sensor de tensão e da carga de transferência de tensão, que proveem congruência mecânica entre os diferentes elementos, uma transferência de tensão eficiente e uma relação conhecível entre a compressão de fibra e a deformação por flexão de cabo são asseguradas. Em alguns casos, a transferência de tensão dos elementos estruturais longitudinais radialmente externos do cabo elétrico para a fibra óptica do sensor de tensão é esperada variar de 50% a 100%.

[124] Nas formas de realização preferidas acima descritas, o sensor de tensão compreende uma fibra óptica coberta por camadas (isto é, amortecimento coeso, blindagem protetora) exibindo propriedades elásticas e embutida em uma carga de transferência de tensão com propriedades elásticas. Entretanto, contanto que a estrutura composta pelo sensor de tensão e a carga de transferência de tensão seja capaz de recuperar a compressão no regime elástico reversível do cabo, pelo menos uma das camadas selecionadas do grupo consistindo da camada de amortecimento circundando a fibra revestida, a blindagem protetora e a carga de transferência de tensão pode exibir um comportamento não-elástico e, em particular, um comportamento plástico. Em particular, a pelo menos uma camada pode ser feita de um material plástico, isto é, um material tendo a capacidade de deformar-se em resposta a forças mecânicas sem fratura, pelo menos até um certo valor limiar das forças externas não ser excedido. O Requerente entendeu que a resposta elástica requer que (1) uma camada feita de material substancialmente plástico é congruente com pelo menos uma camada feita de material elástico e (2) a rigidez axial da camada feita de material plástico é menor do que a rigidez axial da pelo menos uma camada feita de material elástico com que a camada de material plástico está em contato. A rigidez axial, tipicamente medida emN, é o produto do módulo de Young e a área da seção transversal do elemento de camada. Desta maneira, a camada feita de material substancialmente plástico estira ao longo do material elástico sobre o qual ela é aderida ou contata com fricção durante o alongamento do cabo e é puxada de volta para sua posição original pelo material elástico, desde que suficiente força de agarramento exista entre as duas camadas.

[125] Por exemplo, a blindagem protetora do sensor de tensão é um polímero termoplástico reforçado com fibra, tendo o módulo de Young de 72.400 MPa, enquanto a carga de transferência de tensão é uma elastômero termocurável tendo o módulo de Young de 671 MPa. A área de seção transversal da blindagem protetora é de 3,4 mm2 e a área de seção transversal da carga de transferência de tensão é de 75 mm2, provendo uma rigidez axial de 250 kN para a blindagem protetora de 50 kN para a carga de transferência de tensão. Se um polímero termoplástico reforçado com fibra tiver uma boa adesão à carga de transferência de tensão e às camadas subjacentes, tais como camada de amortecimento, o polímero termoplástico leva consigo a carga de transferência de tensão, mesmo se sua área de seção transversal for muito menor. Deve ser observado que isto seria verdadeiro também se a carga de transferência de tensão for feita de um polímero termoplástico, desde que as condições acima (1) e (2) sejam satisfeitas e onde a camada com propriedades elásticas seja a camada amortecedora circundada pela blindagem protetora.

[126] Em uma forma de realização, sob a suposição de que as condições (1) e (2) sejam atendidas, a carga de transferência de tensão é selecionada do grupo consistindo de poliéster com módulo de Young de 1 a 5 GPa, poliamida com módulo de Young de 2 a 4 GPa, cloreto de polivinila (PVC) com módulo de Young de 0,003 a 0,01 GPa, polietileno de baixa densidade com módulo de Young de 0,1 a 0,3 GPa e polietileno de alta-densidade com módulo de Young de 0,4 a 1,2 GPa. Preferivelmente, os materiais poliméricos reticulados são empregados.

[127] De acordo com outra forma de realização, a fim de prover o sensor de tensão com resistência a cargas laterais e resistência de tração, a blindagem protetora do sensor de tensão pode ser um tubo metálico circundando a camada amortecedora da fibra óptica opcionalmente amortecida (forma de realização não mostrada nas figuras). Neste caso, o tubo metálico contém um gel ou material semelhante a gel, opcionalmente sob pressão, capaz de prover a procurada congruência mecânica entre o tubo metálico e a fibra óptica contida nele. Em uma forma de realização preferida, o tubo metálico é feito de aço.

[128] Preferivelmente, somente uma do grupo consistindo da camada amortecedora circundando a fibra revestida, da blindagem protetora e da carga de transferência de tensão é feita de um material com propriedades plásticas.

[129] Embora em algumas formas de realização preferidas o sensor de tensão compreenda uma camada amortecedora a fim de melhorar a resistência e elasticidade do sensor de tensão, como na construção mostrada nas Figs. 2a e 2b, deve ser entendido que o sensor de tensão pode compreender uma fibra óptica revestida com um sistema de revestimento diretamente circundado 'por uma blindagem protetora.

[130] O cabo elástico 1 pode compreender um sensor de temperatura compreendendo uma fibra óptica 24 para medir a temperatura interna do cabo 1, A fibra óptica 24 do sensor de temperatura está em uma construção de amortecimento frouxa. Em particular, na forma de realização ilustrada na figura, a fibra óptica 24, colocada frouxamente dentro de um módulo 19 longitudinalmente incluindo a fibra, o módulo 19 sendo compreendido de elemento de fibra óptica 3. O módulo estendendo-se longitudinalmente 19 contém extensão de fibra óptica em excesso por comprimento unitário da fibra óptica de tubo 24. A extensão de fibra em excesso (EFL) é definida pela seguinte relação: (1) em que Lf é a extensão da fibra óptica e Lt é o comprimento do tubo alojando a fibra. A extensão em excesso é selecionada de modo que a fibra óptica permaneça frouxa (isto é, não tensionada) na tensão máxima cada ao cabo elétrico, por exemplo, 1%.

[131] A fibra óptica 24 do sensor de temperatura é preferivelmente uma fibra de modo único e a temperatura é medida utilizando-se técnicas de retrodispersão Brillouin. Entretanto, o uso de uma fibra óptica multimodo pode ser considerada para detecção de temperatura. No último caso, a medição da temperatura pode ser realizada utilizando-se técnicas conhecidas baseadas na dispersão de Raman. Preferivelmente, a fibra óptica 24 é helicoidalmente enrolada com respeito a um eixo geométrico longitudinal central estendendo-se ao longo do cabo. Por exemplo, a fibra óptica 24 é torcida em tomo de um membro longitudinal. Em caso de um cabo elétrico compreendendo um elemento de fibra óptica compreendendo mais do que uma fibra óptica, duas fibras podem ser helicoidalmente enroladas em tomo de cada outra ao longo de uma direção longitudinal, uma das duas fibras sendo empregadas como fibra óptica do sensor de temperatura. A fibra óptica 24, estando livre de tensões mecânicas, é somente influenciada pela expansão térmica e pode ser usada para monitoramento de temperatura. Quando medindo-se a tensão por meio de técnicas de retrodispersão Brillouin, a fibra óptica de tensão é afetada por mudanças tanto de tensão e de temperatura. A contribuição da temperatura pode ser subtraída acoplando-se opticamente a fibra óptica 24 com a fibra óptica de tensão e medindo-se as mudanças de temperatura na fibra óptica 24.

[132] Embora seja preferível que o acoplamento mecânico entre o sensor de tensão e os elementos estruturais longitudinais ocorra também quando o cabo elétrico está em uma condição substancialmente não-restringida, a fim de melhorar a sensibilidade e a resolução de detecção das medições de tensão, o acoplamento mecânico e, em particular, a congruência mecânica, entre o sensor de tensão e os elementos estruturais longitudinais pode ocorrer somente quando pelo menos um dos elementos estruturais longitudinais for submetido a uma carga de flexão e ficar em contato com a carga de transferência de tensão. Por exemplo, o acoplamento mecânico ocorre quando os elementos estruturais longitudinais sofrem cargas de flexão correspondendo a compressões de pelo menos -0,1%.

[133] A Figura 3 é uma vista em seção transversal de um cabo elétrico, de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção. Os mesmos números são usados para identificar componentes iguais tendo as mesmas ou similares funções dos elementos da Fig. lb. Embora a forma de realização da Fig. lb inclua uma carga de transferência de tensão contatando os elementos estruturais longitudinais do cabo também na ausência de cargas compressivas, na forma de realização mostrada na Fig. 3 a carga de transferência de tensão não contata, pelo menos não completamente, a superfície dos elementos estruturais longitudinais quando o cabo está em uma condição substancialmente não-dobrada, p. ex., na condição original do cabo, antes da instalação ou uso em um equipamento móvel. Em particular, o cabo elétrico 30 compreende um sensor de deformação por flexão 5 circundado por uma carga de transferência de tensão 25, que é preferivelmente diretamente extrusada sobre o sensor de tensão, p. ex., com referência às Figs. 2a e 2b, sobre a superfície externa da blindagem protetora 8. A carga de transferência de tensão 25 pode ter uma seção transversal circular. Por exemplo, a blindagem protetora 25 tem uma espessura de 2 a 7 mm. O espaço intersticial 26 entre a carga de transferência de tensão 25 e os elementos estruturais longitudinais radialmente externos, isto é, núcleos 2 e, se presente, condutores terra 7 e elemento de fibra óptica 3, pode ser enchido pelo mesmo material da carga polimérica 27 circundando os elementos estruturais longitudinais, por exemplo, um composto baseado em EPR.

[134] Em razão de seu tamanho, o sensor de tensão 5 amortecido com a carga de transferência de tensão 25, é relativamente livre para mover-se no espaço intersticial 26, entre a carga de transferência de tensão 26 e os elementos estruturais longitudinais do cabo, a mobilidade do sensor de tensão dependendo também da viscosidade do material enchendo o espaço intersticial. Na aplicação de uma força de tração, os elementos estruturais longitudinais tendem a comprimir radialmente para dentro, desse modo reduzindo a distância radial até o o eixo geométrico longitudinal ao longo do qual a sensor de tensão é disposto. Quando o valor da força de tensão experimentada pelo cabo é acima de um certo limiar, os elementos estruturais longitudinais são prensados radialmente para dentro e estabelecem contato com a carga de transferência de tensão 25. Ao contrário, quando o cabo alonga-se em qualquer posição longitudinal da extensão de cabo abaixo daquele limiar, a fibra óptica do sensor de tensão 5 segue o movimento do cabo com um retardo devido ao agarramento relativamente fraco com os elementos estruturais longitudinais do cabo. Preferivelmente, o limiar da força de tração é de 0,1%.

[135] As propriedades de material da carga de transferência de tensão 25 são aquelas descritas acima com referência à Figura lb.

[136] A Figura 4 é uma vista em seção transversal de um cabo elétrico, de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção. Os mesmos números são usados para identificar componentes iguais tendo as mesmas ou similares funções dos elementos da Fig. lb. O cabo elétrico 40 compreende quatro elementos estruturais longitudinais, isto é, três núcleos de força 43 e um condutor terra 44, sendo arranjados radialmente externos com respeito ao sensor de tensão 5, que pode ter a construção descrita com referência ao sensor de tensão 5, que pode ter a construção descrita com referência às Figs. 2a e 2b. Os núcleos de força 43 e condutor terra 44 compreendem cada condutor 45, por exemplo, na forma de um feixe de fios elétricos estanhados ou nus torcidos, circundados por uma camada polimérica isolante 46. A carga de transferência de tensão 47 embute o sensor de tensão 5 e enche os interstícios entre o sensor de tensão e os elementos estruturais longitudinais. As propriedades e formato geométrico da carga de transferência de tensão 47 são de modo a que o acoplamento mecânico e a congruência mecânica particular existam entre os elementos estruturais longitudinais 43 e 44 e o sensor de tensão 5, também em uma condição não restringida do cabo.

[137] O cabo 40 pode ser um cabo de força de 1 kV, tal como para aplicações de enrolamento de carretei verticais. Na forma de realização mostrada na Fig. 4, um sensor de temperatura 48 é integrado em uma região radialmente interna aos elementos estruturais longitudinais e, em particular, dentro da carga de transferência de tensão 47. O sensor de temperatura 48 compreende uma fibra óptica 49, que é preferivelmente uma fibra óptica de modo único, frouxamente disposta em um módulo estendendo-se longitudinalmente 41, que é preferivelmente feito de ETFE ou PBT. O diâmetro externo do módulo 41 é, por exemplo, de 2 mm.

[138] A Figura 5 é uma vista em seção transversal de um cabo elétrico, de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção. O cabo ilustrado pode ser, por exemplo, um cabo de controle de baixa voltagem para aplicações de enrolamento em carretei. O cabo elétrico 50 compreende uma pluralidade de elementos estruturais longitudinais dispostos em uma pluralidade de camadas concêntricas torcidas em tomo de um elemento central 51, atuando como carga de transferência de tensão para o sensor de tensão 5. Os elementos estruturais longitudinais de cada camada concêntrica são torcidos em tomo do elemento central 51 e compreendem os núcleos de controle 53 e um par de elementos de fibra óptica 54 disposto na camada concêntrica mais externa. Cada núcleo de controle 53 compreende um condutor de cobre de fio fino 59, circundado por uma camada polimérica isolante 58. Os dois elementos de fibra óptica 54 são na forma de um módulo estendendo-se longitudinalmente 52 contendo película uma fibra óptica 57 (três fibras ópticas na figura) frouxamente dispostas dentro do módulo. Uma fibra óptica de um ou outro dos elementos de fibra óptica 54 pode ser usada como sensor de temperatura. Uma blindagem interna polimérica 55 circunda as camadas concêntricas dos elementos estruturais longitudinais. Uma camisa externa 36 com um reforço embutido, tal como um trançado de fio de poliéster 35, circunda a blindagem interna 55 e inclui o cabo.

[139] O sensor de tensão 5 é arranjado na região de eixo geométrico do cabo circundando o eixo geométrico longitudinal central. Por exemplo, a região de eixo geométrico é uma região radial, que se estende ao longo do eixo geométrico longitudinal central, com raio de 3 mm para um cabo tendo Pmin de 120 mm.

[140] Nas formas de realização mostradas com referência às Figs. lb, 3, 4 e 5, os elementos estruturais longitudinais do cabo elétrico ficam em acoplamento mecânico direto com a carga de transferência de tensão, isto é, há uma congruência mecânica entre os elementos estruturais longitudinais e a carga de transferência de tensão, em uma condição tensionada. A construção de cabo resultante possibilita um transferência eficaz e rápida da tensão experimentada pelos elementos estruturais longitudinais, tais como os núcleos ou os condutores terra, para o sensor de tensão. A rápida reação às variações de tensão permite que a detecção de forças de flexão dinâmicas, ocorrendo, por exemplo, em mudanças abruptas das direções de enrolamento ou movimentos de carga/descarga dos equipamentos móveis.

[141] Deve ser entendido que o cabo elétrico de acordo com o ensinamento da presente invenção permite a detecção de tensão também quando originando-se de partes do cabo não em contato direto com a carga de transferência de tensão, tal como a blindagem interna do cabo ou blindagem externa.

[142] Se uma força de flexão substancialmente constante for aplicada em um elemento estrutural longitudinal do cabo durante um dado intervalo de tempo, dita força determina uma tensão em todos os elementos estruturais longitudinais integrados no cabo, dependente da fricção e elasticidade dos elementos/camadas intermediárias, que estão em acoplamento mecânico com o elemento estrutural longitudinal tensionado, p. ex., com os elementos que estão em contato direto com o elemento estrutural longitudinal tensionado ou um acoplamento mecânico ocorre através de um material, tal como uma blindagem polimérica, que separou os outros elementos do elemento tensionado. Quanto maior for a área de contato e mais elevada a fricção entre os elementos (dependendo também do valor da força de flexão), mais curta é a parte de extensão longitudinal do cabo requerida ter uma tensão uniforme entre os elementos estruturais longitudinais. O valor da tensão atuando em diferentes partes da seção transversal depende das propriedades elásticas dos materiais de constituição.

[143] No caso da aplicação de uma força de flexão variável com o tempo, tal como em medições de tensão dinâmica, em um elemento estrutural longitudinal do cabo elétrico, a estrutura de cabo, considerando-se a fricção entre os elementos, a forte aderência entre as camadas e, assim, uma seleção adequada dos materiais compondo as camadas, toma-se importante.

[144] A Figura 6 mostra uma vista em seção transversal esquemática de um cabo plano elétrico trifásico 60, tal como para aplicações em sistemas de bomba de poço, incluindo dois núcleos externos 61 e 63 e um núcleo central 62. Os núcleos são posicionados substancialmente paralelos e adjacentes entre si, centrados ao longo de um eixo geométrico comum 69a, paralelo à direção X, transversal ao eixo geométrico de cabo longitudinal. O eixo geométrico 69a é a linha intermediária da seção transversal de cabo no plano (X, Y). Um sensor de tensão de fibra óptica 5 é disposto entre o núcleo central 62 e um dos núcleos externos, neste caso o núcleo externo 61. O sensor de tensão 5 pode ter a estrutura descrita com referência às Figs. 2a e 2b. O sensor de tensão 5 pode ter a estrutura descrita com referência às Figs. 2a e 2b. O sensor de tensão 5 é circundado por uma carga de transferência de tensão 66, que pode ter um formato circular e sendo aderida à superfície externa do sensor de tensão. A espessura radial da carga de transferência de tensão 66 é selecionada na dependência do espaço intersticial lateral entre o núcleo lateral 61 e o núcleo central 62 e de tal maneira a prover a necessária resistência mecânica. Preferivelmente, o carga de transferência de tensão é mecanicamente acoplada e, em particular, congruente com a superfície externa dos núcleos adjacentes 61 e 62, quando o cabo está em uma condição substancialmente não-restringida.

[145] O eixo geométrico para a flexão do cabo 60 é o eixo geométrico intermediário 69a, que é o eixo geométrico de simetria da seção transversal de cabo ao longo do eixo geométrico Y. O sensor de tensão 5 é arranjado dentro da região neutra para flexão da espessura d, definida entre dois planos 69b paralelos à linha intermediária 69a e distante d/2 no eixo geométrico Y de 69a. Para cabos chatos com valores típicos de Pmin de 500 mm, a espessura d pode variar de 5 a 10 mm.

[146] O cabo plano 60 compreende ainda uma armadura externa 68, disposta em uma posição externa com respeito aos núcleos e longitudinalmente incluindo-os. A armadura externa 68 tem dois lados substancialmente chatos 68a paralelos ao eixo geométrico X e dois lados laterais opostos 68b circundando uma parte de dois núcleos externos 61 e 63. A armadura externa 68 é preferivelmente uma armadura de fita de aço ou de aço inoxidável ou de uma liga de cobre e níquel.

[147] O cabo elétrico 60 tem uma pluralidade de espaços intersticiais 65, que são definidos pelos espaços entre os núcleos e a armadura externa 68. Os membros de resistência mecanicamente não-simétricos periféricos 67 são dispostos em espaços intersticiais 65 em dois planos comuns paralelos ao eixo geométrico-X. Os membros de resistência 67 têm uma seção transversal circular e podem ser feitos de fibra de vidro ou aramida (poliamida aromática).

[148] O espaço livre entre os núcleos e os membros de resistência é enchido com uma blindagem interna 64, feita, por exemplo, de composto polimérico carregado com carga mineral, preferivelmente extrusado diretamente nos elementos estruturais longitudinais do cabo plano.

[149] Os cabos elétricos de acordo com a presente invenção podem ser monitorados para determinar a deformação por flexão distribuída ao longo do cabo, utilizando-se técnicas de retrodispersão Brillouin, tais como reflectômetro de domínio de temo óptico Brillouin (BOTDR), análise de domínio de tempo óptico Brillouin (BOTDA) e reflectômetro de domínio de frequência óptico Brillouin (BOFDR). De acordo com as técnicas de medição genericamente conhecidas, um primeiro sinal óptico (sonda) gerado por um primeiro leiser é lançado dentro de uma primeira extremidade da fibra óptica do sensor de tensão integrado no cabo elétrico e, concomitantemente, um segundo sinal óptico (bomba) gerado por um segundo leiser ou pelo mesmo primeiro leiser é lançado dentro de uma segunda extremidade da fibra óptica do sensor de tensão, oposta à primeira extremidade. O primeiro sinal óptico opera continuamente, isto é, é um sinal de onda contínua (CW), enquanto que o sétimo sensor de obstáculo é pulsado. O sinal de retomo óptico retrodisperso pela primeira extremidade da fibra óptica é medido por um circuito de detecção. Quando a diferença entre a frequência óptica do sinal óptico CW é maior do que aquela do sinal óptico pulsado em uma quantidade igual à mudança de frequência Brillouin na fibra, o sinal pulsado é amplificado através da interação Brillouin e o sinal CW experimenta perda. A mudança de frequência Brillouin é sensível tanto a tensão como a temperatura. As técnicas de retrodispersão Brillouin têm a vantagem de serem técnicas sensoras distribuídas, que assim permitem o monitoramento em tempo real do perfil de tensão real ao longo do comprimento do cabo.

[150] A dispersão Brillouin pode ser usada para medir simultaneamente mudanças tanto em temperatura como tensão ao longo do comprimento da fibra óptica do sensor de tensão, com um aparelho de amostragem que mapeia o espectro Brillouin varrendo a mudança de frequência das duas fontes de leiser e ajusta o pico Brillouin para obter a informação de temperatura e tensão. Tal análise pode ser realizada com um aparelho BOTDR tipo comercial, tal como um sensor Foresight™ comercializado por OZ Optics Ltda. Nesta aplicação, um sensor de temperatura disposto em um local separado do cabo do sensor de tensão não é necessariamente para medição de temperatura.

[151] Em algumas formas de realização, o monitoramento da tensão e temperatura de flexão é realizado separando-se a contribuição da temperatura da contribuição da tensão do sinal óptico medido e utilizando-se uma segunda fibra óptica em construção de amortecimento frouxa para medição de temperatura, como describo em algumas das formas de realização precedentes do cabo elétrico.

[152] A Figura 7 é um digrama em blocos esquemático, ilustrando os princípios operacionais de um sistema de monitoramento empregando as técnicas de retrodispersão baseadas em Brillouin, tais como BOTDR, para medir as mudanças de tensão e temperatura através do comprimento de cabo elétrico. Um aparelho de amostragem 70 é usado para injetar sinais ópticos em um cabo elétrico 73 e para analisar o sinal óptico retrodisperso recebido do cabo. Por exemplo, o aparelho de amostragem pode ser um sistema DITEST-DSM comercializado por Omnisens S.A. O cabo elétrico compreende um sensor de tensão compreendendo a fibra óptica 71 estendendo-se ao longo do eixo geométrico de cabo Z e uma fibra óptica de temperatura (sensor) 72 (somente as fibras de tensão e temperatura são esquematicamente representadas nas figuras). O sensor de tensão compreendendo uma fibra óptica de tensão 71 é mecanicamente acoplador a pelo menos um elemento estrutural longitudinal do cabo 73, de tal maneira a permitir a transferência de tensão do pelo menos um elemento estrutural longitudinal para o sensor de tensão, enquanto que a fibra óptica 72 para medição de temperatura é integrada no cabo em uma configuração frouxa. O cabo elétrico 73 e, em particular, o arranjo de fibras ópticas 71 e 72 dentro do cabo, podem ter uma estrutura como qualquer uma daquelas descritas nas formas de realização precedentes. A fibra óptica de tensão 71 é localizada em uma região de eixo geométrico do cabo e tem congruência mecânica com pelo menos um elemento estrutural longitudinal do cabo, enquanto que a fibra óptica de temperatura 72 é disposta em uma construção de amortecimento frouxa a fim de não ser afetada pela tensão aplicada ao cabo. O aparelho de amostragem 70 lança um sinal óptico de bomba de uma primeira saída 78 para uma seção de cabo óptico 74, conectado a uma extremidade proximal da fibra óptica de tensão 71. Simultaneamente, um sinal óptico de sonda é lançado por uma segunda saída óptica 79 para dentro de uma seção de cabo óptico 75, conectado a uma extremidade proximal da fibra óptica de temperatura 72. Os termos “proximal” e “distai” para as extremidades de fibra são referidos com respeito ao aparelho de amostragem, ou pelo menos à conexão óptica com o aparelho de amostragem. Entretanto, tais termos são destinados a indicar somente uma posição relativa e/ou são usadas para facilitar a descrição dos desenhos, porém eles não devem ser interpretados como tendo um significado absoluto. Conexão não-permanente entre as seções de cabo 74 e 75 do aparelho de medição 70 nas respectivas fibras ópticas 71 e 72 pode ser feita por meios convencionais, por exemplo, através de um conector óptico 77. Pelo menos uma das fibras ópticas de tensão e temperatura 71 e 72 e, preferivelmente, de ambas as fibras, têm um comprimento estendendo-se além das extremidades proximal e distai do cabo 73. Nas extremidades das fibras ópticas proximais ao aparelho de amostragem 70, isto simplifica a conexão ao aparelho. As extremidades distais, opostas às extremidades proximais das fibras ópticas projetando-se do cabo, são conectadas entre si a fim de produzir um circuito de fibra com duas extremidades de entrada/saída em somente uma extremidade (isto é, a extremidade proximal) do cabo. Nas extremidades distais, as duas fibras podem ser unidas entre si por emenda por fusão em um emendador 76, de acordo com métodos convencionais.

[153] O sinal óptico retrodisperso Brillouin sai da fibra sensora de temperatura, entra no aparelho de amostragem 70 e pode ser processado a fim de determinar as variações de tensão e temperatura ao longo do cabo. Considerando-se o circuito de fibra compreendendo a fibra óptica de tensão 71 e a fibra de temperatura 72, a posição em que a tensão e temperaturas medidas são localizadas ao longo do circuito de fibra e, assim, dentro de cada uma das duas fibras sensoras 'pode ser determinada pelo tempo de voo de um pulso para propagar-se para baixo e para trás através do circuito de fibra..

[154] A fibra óptica pode ser calibrada utilizando-se técnicas conhecidas, tais como técnicas OTDR, a fim de conhecer-se a posição dos conectores e/ou das juntas ópticas do circuito de fibra e, assim, determinar a posição e comprimento das fibras ópticas de temperatura e tensão dentro do circuito de fibra.

[155] A fibra óptica de deformação por flexão 71 é afetada pelas mudanças tanto de tensão como de temperatura, enquanto que a fibra óptica de temperatura 72, ficando em uma configuração frouxa dentro da estrutura de cabo, é afetada somente pela temperatura. Subtraindo-se a contribuição da temperatura ao longo da seção de circuito de fibra correspondendo à fibra óptica 72 integrada no cabo, é possível determinar a contribuição para a mudança de frequência Brillouin causada somente pela tensão.

[156] Em uma forma de realização, um espelho pode ser posicionado na extremidade distai da fibra óptica de temperatura com respeito ao aparelho de amostragem e os sinais ópticos tanto de bomba como de sonda são lançados dentro da extremidade proximal da fibra óptica de temperatura. Esta solução (não mostrada nas figuras) não requer um circuito de fibra entre as fibras ópticas de tensão e temperatura para a medição.

[157] O Requerente observou que os custos de um aparelho de amostragem Brillouin, especialmente se medições de larga faixa e alta sensibilidade forem requeridas, é relativamente elevado e, portanto, seria vantajoso prover um sistema de monitoramento de uma pluralidade de cabos elétricos a fim de reduzir o custo total.

[158] O Requerente observou ainda que o monitoramento em tempo-real dos cabos para serviços pesados permitira gravar eventos dinâmicos que induzem picos de tensão compressiva, que podem danificar o cabo.

[159] A Figura 8 é uma ilustração esquemática de um sistema de monitoramento de uma pluralidade de cabos para serviços pesados em uma área para o movimento de mercadorias, tais como um terminal de contêiner de um porto. O terminal de contêiner é uma instalação de porto genericamente cobrindo uma vasta área, através da qual os contêineres (não mostrados na figura) são armazenados para serem carregados nos navios ou para ser coletados do porto. Uma pluralidade de guindastes para serviços pesados 82 move-se a través de uma área selecionada do terminal para levantar e transferir contêineres enquanto sendo energizada e controlada por uma estação de distribuição de força 81. Os guindastes para serviços pesados 82 podem ser guindastes de pórtico fixados em um par de trilhos 90a e 90b instalados em áreas do porto atrás do cais, que é indicado na figura com área tracejada 91, onde os guindastes de cais para carregar e descarregar navios operam. Os contêineres (não mostrados) são empilhados em diversas fileiras dentro do espaço entre os trilhos, em que podem ser içados e movidos em volta pelos guindastes de pórticos deslocando-se para trás e para a frente horizontalmente ao longo da direção indicada pela dupla seta 92. A Figura 9 é uma vista lateral de um guindaste de pórtico da pluralidade tomada, por exemplo, ao longo da linha C-C da Fig. 8. A estrutura de suporte do guindaste de pórtico 82 compreende uma ponte com dois trilhos aéreos 93 a e 93b (não visíveis na Fig. 9) sobre os quais um trole de guincho 83 move-se perpendicular ao movimento do guindaste. De acordo com os projetos convencionais, o trole de guincho 83 tem um sistema de guincho (não mostrado) para içar os contêineres.

[160] As buchas de extremidade 88 podem ser providas em ambas as extremidades dos trilhos, a fim de evitar que o guindaste mova-se além das extremidades de trilho.

[161] Cada guindaste de pórtico 82 é energizado por um respectivo cabo elétrico 86, que pode ser um cabo de força convencional, conectando a estação de distribuição de força 81a uma unidade de suprimento de guindaste 89. Um cabo para serviços pesados 85 é conectada a uma unidade de suprimento de guindaste 89, a fim de tirar a força transportada pelo respectivo cabo elétrico 86 e prover força para uma variedade de funções (movimento, posicionamento, monitoramento etc.) do guindaste 82. Além disso, os cabos para serviços pesados recebem os sinais elétricos e/ou ópticos de controle/dados. Embora as unidades de suprimento de guindaste sejam mostradas serem colocadas na proximidade da extremidade de trilho proximal à estação de distribuição de força, outras posições da unidade de suprimento de guindaste são possíveis, tais como em uma posição intermediária lado-a-lado com os trilhos com respeito ao comprimento dos trilhos.

[162] O cabo para serviços pesados 85 é enrolado em tomo de um carretei 84 fixado sobre um lado lateral da estrutura de guindaste. O carretei de cabo 84 pode ser motorizado a fim de permitir rotação do carretei em ambas direções. A orientação do cabo para a unidade de suprimento de guindaste pode ser provida por um dispositivo de orientação 96 (visível na Fig. 9), da forma de realização da figura compreendendo dois rolos guias de deflexão arranjados lateralmente opostos. Cada um dos cabos 85 tem uma extremidade fixado na respectiva unidade de suprimento de guindaste 89 e a extremidade oposta fixada no carretei de cabo 84, tipicamente em seu centro, referida como o centro de alimentação. Os cabos para serviços pesados 85 são então restringidos em ambas as extremidades quando fases de enrolamento e desenrolamento descontínuos e com frequência abruptos do cabo em tomo do local do carretei durante os movimentos horizontais velozes do guindaste.

[163] Em uma forma de realização, os cabos para serviços pesados têm uma estrutura do tipo descrito com referência à Fig. Ib. Em outra forma de realização, os cabos para serviços pesados têm qualquer uma das estruturas descritas com referência às Figuras lb, 3, 4 e 5.

[164] Um cabo foi testado para monitorar as cargas compressivas devidas à flexão. Com referência à Fig. 13, um cabo 200 (tendo os detalhes estruturais do cabo da Fig. lb), tendo um diâmetro Φ 1. O eixo geométrico do cabo 200 é indicado por Z e, quando o cabo está substancialmente reto, coincide substancialmente com o eixo geométrico de flexão neutro N. A Fig. 14a representa esquematicamente a distribuição das cargas em um cabo não compreendendo um membro reto mecanicamente não-simétrico periférico quando dobrado; todos os elementos de cabo suportam cargas compressivas 141b e cargas de tração 141a com valores iguais e opostos, ditas cargas tendo valores substancialmente iguais a zero no eixo geométrico de flexão neutro N, que coincide com o eixo geométrico Z. Nenhuma deformação por flexão é detectável em um cabo 200 com tal configuração porque o sensor de flexão óptico é posicionado no eixo geométrico Z, onde também o eixo geométrico de flexão neutro permanece N.

[165] Quando um cabo 200 compreende pelo menos um membro reto mecanicamente não-simétrico periférico a distribuição de carga muda como esquematicamente mostrado na Fig. 14b: devido a sua estrutura, o membro mecanicamente não-simétrico contém cargas compressivas menores do que as cargas de tensão e as diferentes cargas de distribuição fazem o eixo geométrico de flexão neutro N mudar do eixo geométrico Z, onde o sensor de flexão óptica é colocado. Neste caso, a fibra óptica do sensor de deformação por flexão é afetada por um fenômeno que pode ser monitorado, por exemplo, por meio de uma técnica de dispersão Brillouin, como explicado acima.

[166] A Fig. 15 mostra um diagrama em que a posição ao longo do cabo (medidor) é informada em abscissa e a percentagem de tensão é informada em ordenada. Durante o monitoramento de um cabo como da Fig. Ib, 800 m de comprimento, um forte pico negativo foi observado em torno do medidor 4402, o valor de tal pico negativo excedendo o desempenho de cabo normal. Uma inspeção visual do cabo na posição indicada pelo diagrama mostrou o cabo caído de um carretei e impropriamente enrascado.

[167] Com referência novamente às Figs. 8 e 9, cada cabo para serviços pesados 85 compreende um sensor de deformação por flexão e um sensor de temperatura. O sensor de tensão compreende uma fibra óptica mecanicamente acoplada a, e em particular mecanicamente congruente com, pelo menos um elemento estrutural longitudinal do cabo, enquanto que o sensor de temperatura compreende uma fibra óptica integrada no cabo em uma configuração frouxa. Pelo menos a fibra óptica do sensor de tensão e, preferivelmente, também a fibra óptica do sensor de temperatura, é uma fibra óptica de modo único. Preferivelmente, as fibras ópticas de tensão e temperatura são fibras ópticas de grau-telecom.

[168] Cada um dos cabos de alimentação elétrica 86 traz energia para os cabos de serviços pesados 85, compreende um elemento de fibra óptica incluindo pelo menos duas fibras ópticas, preferivelmente sendo dispostas em uma construção de amortecimento frouxa ao longo do cabo de alimentação. Cada extremidade de cada fibra óptica do cabo de alimentação 86 é opticamente conectada a um aparelho de amostragem Brillouin (não mostrado nas Figs. 8 e 9), enquanto que a extremidade oposta é opticamente conectada a uma respectiva extremidade da fibra óptica de tensão e temperatura, compreendida no cabos de serviços pesados 84. A conexão óptica pode ocorrer na unidade de suprimento de força por meios convencionais. Portanto, os cabos de serviços pesados 85 são possibilitados de receber os sinais de força e ópticos para análise de Brillouin dos respectivos cabos de alimentação 86. O aparelho de amostragem Brillouin pode ser alojado na estação de distribuição de força 81. Somente para clareza na Fig. 8 e 9, os cabos de alimentação 86 são ilustrados para situarem-se acima da terra. Deve ser entendido que os cabos de alimentação podem alcançar a unidade de suprimento de guindaste enquanto funcionando no subsolo (representado por linhas tracejadas na Fig. 9).

[169] A Figura 10 é um diagrama esquemático ilustrando os princípios da operação de um sistema de monitoramento para controlar a deformação por flexão e, opcionalmente, a temperatura de uma pluralidade de cabos para serviços pesados montados sobre os equipamentos móveis, de acordo com uma forma de realização. Uma pluralidade de cabos de alimentação 103, 105, 107 e 109 compreende cada primeira e segunda fibras ópticas de alimentação 118a e 118b, 119a e 119b, 120a e 120b, e 121a e 121b, respectivamente. Os cabos de alimentação 103, 105, 107 e 109 suprem força e, preferivelmente, sinais de controle para os respectivos cabos de serviços pesados 104, 106, 108 e 110, cada cabo de serviços pesados compreendendo uma fibra óptica de sensor de tensão 112a e uma fibra óptica de sensor de temperatura 112b. As primeiras fibras ópticas de alimentação 118a, 119a, 120a e 121a são opticamente conectadas à fibra óptica de tensão 112a do respectivo cabo para serviços pesados 104, 106, 108 e 110. As segundas fibras ópticas de alimentação 118b, 119b, 120b e 121b são opticamente conectadas à fibra óptica de temperatura 112b do respectivo cabo para serviços pesados 104, 106, 108 e 110. A conexão óptica das fibras ópticas de alimentação dos cabos de alimentação com as fibras ópticas de tensão e temperatura dos cabo para serviços pesados pode ser obtida por emenda por fusão. As extremidades das fibras ópticas de tensão e temperatura 112a e 112b de cada cabo para serviços pesados distai com respeito ao respectivo cabo de alimentação são conectadas entre si (indicado com ponto de conexão do dispositivo, p.ex., um emendador 113) a fim de formar um circuito de fibra através do cabo para serviços pesados e do cabo de alimentação. Na forma de realização mostrada nas Figs. 8 e 9, as extremidades distais da fibra óptica de tensão e temperatura são na extremidade do cabo para serviços pesados encaixada no carretei do guindaste, p. ex., no centro de alimentação do carretei.

[170] Um aparelho de amostragem Brillouin 100 emite um primeiro sinal óptico (bomba) de um orifício óptico de entrada/saída 101 e um segundo sinal óptico (sonda) do orifício óptico de entrada/saída 102. Pelos orifícios ópticos de entrada/saída 101 e 102 os sinais são lançados para dentro de uma respectiva primeira e segunda seção de fibra óptica 111 e 114. A primeira seção óptica 111 é opticamente conectada com a primeira fibra óptica de alimentação 118a do cabo de alimentação 103, que recebe o sinal de bomba, enquanto a segunda seção de fibra 114 é opticamente conectada à segunda fibra óptica de alimentação 121b do último cabo de alimentação 109, que recebe o sinal de sonda. A segunda fibra de alimentação 118b do primeiro cabo de alimentação 103 é opticamente conectada à primeira fibra de alimentação 119a do segundo cabo de alimentação 104; a segunda fibra de alimentação 119b do segundo cabo de alimentação 104 é opticamente conectada à primeira fibra de alimentação 120a do terceiro cabo de alimentação 105 e a segunda fibra de alimentação 120b do terceiro cabo de alimentação 105 é opticamente conectada à primeira fibra de alimentação 121a do segundo cabo de alimentação 107. Isto produz um circuito de fibra tendo comoentrada/saída óptica aberta uma extremidade proximal da primeira fibra de alimentação 118a do primeiro cabo de alimentação 103 e uma extremidade (a extremidade proximal) da segunda fibra de alimentação 121b do quarto cabo de alimentação 109. Com referência aos desenhos, os termos “proximal” e “distai” podem ser entendidos com referência ao aparelho de amostragem ou pelo menos à conexão óptica com o aparelho de amostragem. Entretanto, tais termos são destinados a indicar somente uma posição relativa e/ou são usados para facilitar a descrição, porém eles não são para ser interpretados como tendo um significado absoluto. O acoplamento óptico das extremidades de fibras ópticas de dois diferentes cabos de alimentação ou uma extremidade de uma fibra óptica de um cabo de alimentação com uma seção de fibra opticamente conectada ao aparelho de amostragem pode ser realizado por dispositivos de acoplamento convencionais, que não são indicados na figura.

[171] O número dos cabos para serviços pesados conectados ao aparelho de amostragem Brillouin mostrados na Fig. 10 é quatro. Entretanto, deve ser entendido que esse número pode ser diferente, dependendo da perda óptica induzida pela atenuação de fibra e comprimento de fibra, a perda de união por fusão, a perda de união mecânica, comparadas com as dinâmicas do instrumento Brillouin. Por exemplo, até 10 cabo para serviços pesados instalados nos respectivos guindastes poderíam ser medidos em um único circuito de fibra.

[172] As fibras ópticas de alimentação são preferivelmente fibras ópticas grau-telecom de modo único.

[173] Os primeiro e segundo sinais ópticos são sinais ópticos de contra-propagação em uma amplitude e uma frequência adequadas para gerar um sinal de retrodispersão Brillouin, que é analisado pelo aparelho de amostragem 100. Sabendo-se os comprimentos de fibra das fibras dos cabos de alimentação e dos cabos de serviços pesados formando o circuito de fibra, p. ex., em seguida à calibração da configuração de cabeamento dentro do circuito, é possível associar a variação de tensão com um local ao longo do circuito de fibra e, assim, monitorar a tensão aplicada a cada cabo para serviços pesados opticamente conectado ao aparelho de amostragem.

[174] De acordo com um aspecto da presente invenção, o sistema de monitoramento para monitorar uma pluralidade de cabos elétricos e, em particular, uma pluralidade de cabo para serviços pesados, compreendendo: um aparelho de amostragem para medir mudanças espectrais da luz dispersa Brillouin compreendendo um primeiro e um segundo orifícios ópticos de entrada/saída, o primeiro orifício de entrada/saída sendo apto a emitir um primeiro sinal óptico e o segundo orifício de entrada/saída sendo apto para emitir um segundo sinal óptico, e uma pluralidade de cabos para serviços pesados incluindo um primeiro e um último cabo para serviços pesados, cada cabo da pluralidade compreendendo um sensor de tensão incluindo uma fibra óptica de tensão e um sensor de temperatura incluindo uma fibra óptica de temperatura, os sensores de tensão e temperatura estendendo-se longitudinalmente ao longo do respectivo cabo, a fibra óptica de tensão e a fibra óptica de tensão tendo extremidades proximais e extremidades distais, as extremidades distais sendo posicionadas na extremidade proximal do respectivo cabo elétrico, em que: as extremidades distais da fibra óptica de tensão e da fibra óptica de tensão de cada cabo para serviços pesados são opticamente conectadas entre si, a extremidade proximal da fibra óptica de tensão do primeiro cabo para serviços pesados está em comunicação óptica com a primeira entrada/saída do aparelho de amostragem e a fibra óptica de temperatura do último cabo elétrico está em comunicação óptica com o segundo orifício de entrada/saída do aparelho de amostragem e a extremidade proximal da fibra óptica de temperatura do primeiro cabo para serviços pesados é opticamente conectada com a extremidade proximal da fibra óptica de tensão do último cabo para serviços pesados, a fim de formar um circuito de fibra óptica em que a fibra óptica de tensão e a fibra óptica de temperatura de cada cabo para serviços pesados da pluralidade estão em comunicação óptica com ambos os primeiro e segundo orifícios de entrada/saída do aparelho de amostragem e os primeiro e segundo sinais ópticos entram no circuito de fibra óptica em direções opostas.

[175] O Requerente observou que um aparelho de amostragem Brillouin comercialmente disponível pode ser capaz de medir a tensão e temperatura até 20 km da fibra óptica. Quando os guindastes são dispersos através de uma grande área e espaçados entre si por uma distância significativa em uma direção horizontal perpendicular à direção de funcionamento dos guindastes, pode não ser particularmente eficiente conectar ao mesmo alojamento da estação de distribuição de força o aparelho de amostragem grandemente afastado dos guindastes. Além disso, seria vantajoso empregar uma configuração de cabeamento tipicamente preexistente das estações de distribuição de força para os guindastes.

[176] A Figura 11 ilustra um sistema de monitoramento de uma pluralidade de cabos de serviços pesados em uma área para o movimento de mercadorias, tal como um terminal de contêiner em um porto, de acordo com uma outra forma de realização da presente invenção. Os mesmos números são usados para identificar componentes iguais tendo as mesmas ou similares funções dos elementos da Figura 8. A estação de distribuição de força 125 supre sinais de força e controle para um primeiro grupo de guindastes 130, enquanto a estação de distribuição de força 128 para um segundo grupo de guindastes 131. Uma ou outra das estações de distribuição de força aloja um aparelho de amostragem Brillouin (não mostrado), que é opticamente conectado a um dos cabos de alimentação da estação de distribuição de força por um cabo óptico 129, compreendendo duas fibras ópticas, que são preferivelmente fibras ópticas de modo único. O número de guindastes de cada grupo é puramente exemplar, embora o número pode tipicamente variar de 3 a 6.

[177] Uma possível configuração óptica do sistema de monitoramenteo da Fig. 11 é ilustrada no diagrama esquemático da Fig. 12. Um primeiro grupo de cabos de alimentação 145; 149, 150 e 152 compreende cada um primeira e segunda fibras ópticas de alimentação, que são opticamente conectadas a uma respectiva de fibras ópticas de tensão e temperatura dos respectivos cabos de serviços pesados 146, 147, 148 e 151 por métodos conhecidos, tais como por meio de um conector óptico 167. O primeiro grupo de cabos de alimentação recebe força de uma primeira estação de distribuição de força. Um segundo grupo de cabos de alimentação 158,159 e 160 compreendem cada primeira e segunda fibras ópticas de alimentação, que são opticamente conectadas a uma respectiva fibra óptica de tensão e fibra óptica de temperatura dos respectivos cabos de serviços pesados 155, 156 e 157. O segundo grupo de cabos de alimentação recebe força de uma segunda estação de distribuição de força (não mostrada na Fig. 12). Dois orifícios ópticos de entrada/saída 163 e 164 de um aparelho de amostragem Brillouin 143 são opticamente conectados a um respectivo orifício de entrada 165 e 166 de um comutador óptico 140. O orifício de entrada/saída 163 emite um primeiro sinal óptico (bomba), enquanto que o orifício de entrada/saída 164 emite um segundo sinal óptico (sonda). Com refeerência à Fig. 11, o aparelho de amostragem 143 e o comutador óptico 140 podem ser, por exemplo, alojados na primeira estação de distribuição de força 125. O comutador óptico 140 é apto para dividir e direcionar o primeiro sinal óptico recebido para dois orifícios de entrada/saída 141 e 161 e o segundo sinal óptico recebido para dois orifícios de entrada/saída 142 e 162. O comutador óptico 140 pode ser do tipo convencional, por exemplo, um comutador óptico 1x2 ou 1x4 ou 1x8 de fibra de modo único.

[178] As extremidades distais das fibras ópticas de tensão e temperatura de cada cabo para serviços pesados do primeiro grupo são opticamente conectadas entre si (p. ex., por meio de um conector 113), a fim de formar um primeiro laço de fibra tendo como primeira extremidade aberta a extremidade da primeira fibra de alimentação do primeiro cabo de alimentação 145 e como segunda extremidade aberta a extremidade da segunda fibra de alimentação do quarto cabo de alimentação 152. O orifício de entrada/saída 141 do comutador óptico é opticamente conectado à extremidade proximal da primeira fibra óptica do primeiro cabo de alimentação 145 através da seção de fibra 111, enquanto que o orifício de entrada/saída 142 do comutador óptico é opticamente conectado à extremidade proximal da segunda fibra óptica do quarto cabo de alimentação (último) 151 através da seção de fibra 114.

[179] O primeiro sinal óptico (bomba) emitido pelo orifício de saída 141 é lançado dentro da primeira fibra de alimentação do cabo de alimentação 145, enquanto que o segundo sinal óptico (sonda) é lançado dentro da segunda fibra óptica do cabo de alimentação 152. O primeiro sinal óptico entra em uma fibra de alimentação de um primeiro cabo de alimentação 145 do primeiro grupo, desloca-se ao longo do circuito de fibra, isto é, propaga-se ao longo de todas as fibras dos cabos de alimentação e de serviços pesados do primeiro grupo, e emerge de uma fibra do último cabo de alimentação 152. O segundo sinal óptico emitido pelo orifício de entrada/saída 142 contra-propaga-se com respeito ao sinal óptico deslocando-se ao longo do circuito de fibra na direção oposta. O sinal retrodisperso Brillouin saindo da segunda fibra óptica do cabo de alimentação 152 entra no comutador óptico 140 e é analisado pelo aparelho de amostragem 143.

[180] Similarmente, as extremidades distais de cada um dos cabos de serviços pesados 155, 156 e 157 do segundo grupo são opticamente conectados entre si, a fim de formarem um segundo circuito de fibra com duas extremidades ópticas abertas, a saber, a primeira fibra óptica do cabo de alimentação 158 e a segunda fibra óptica do cabo de alimentação 160. Dentro do circuito de fibra, a extremidade proximal da segunda fibra óptica do primeiro cabo de alimentação 158 é opticamente conectada com a primeira fibra óptica do segundo cabo de alimentação 159 e similarmente a extremidade proximal da segunda fibra óptica do segundo cabo de alimentação 159 é opticamente conectada com a primeira fibra óptica do terceiro cabo de alimentação 160. Os orifícios de entrada/saída 161 e 162 do comutador óptico 140 são opticamente conectados com as respectivas primeira e segunda fibras óptica de conexão de um cabo óptico de conexão 144, que tem uma primeira extremidade proximal com o comutador óptico 140 e uma segunda extremidade distai com respeito ao comutador óptico. Na extremidade distai do cabo óptico 144, oposto às extremidades distais, primeira e segunda fibras ópticas de conexão são opticamente conectadas à primeira fibra óptica do cabo de alimentação 158 e à segunda fibra óptica do cabo de alimentação 160. Desta maneira, o segundo grupo de cabo para serviços pesados recebe os dois sinais ópticos de amostragem do cabo de conexão 144, em que os sinais ópticos emitidos pelo aparelho 143 entram no comutador óptico 140 e são direcionados para o cabo de conexão 144 pelo comutador óptico 140. O sinal de retrodispersão Brillouin gerado nos cabo para serviços pesados do segundo grupo é alimentado de volta dentro do cabo óptico de conexão 144 e dirigido pelo comutador óptico 140 para os orifícios de entrada/saída 165 e 166, assim para dentro do aparelho de amostragem 143.

[181] A forma de realização descrita com referência às Figs. 11 e 12 vantajosamente permite reduzir mais os custos do sistema de monitoramento.

[182] Embora nas formas de realização precedentes os cabos de alimentação sejam descritos serem providos com um elemento de fibra óptica incluindo pelo menos duas fibras ópticas, em razão disto poder representar o caso de um cabo de força convencional, capaz de transportar sinais de dados e/ou controle ópticos, a presente invenção abrange um sistema de cabeamento de alimentação compreendendo um cabo de alimentação de força e um cabo óptico compreendendo pelo menos duas fibras ópticas. Nesse caso, o cabo óptico pode correr lado a lado com o cabo de alimentação de força e ser opticamente conectado às fibras ópticas de tensão e temperatura dos cabos de serviços pesados.

[183] A presente invenção pode encontrar aplicação em um sistema de monitoramento em que um aparelho de amostragem é opticamente conectado diretamente a uma pluralidade de cabos de serviços pesados provida com um sensor de tensão de fibra óptica e preferivelmente com um sensor de temperatura de fibra óptica. Em outras palavras, em geral, o circuito de fibra do sistema de monitoramento não necessita compreender os cabos de alimentação como elementos de suprimento de força/controle intermediários para os cabos de serviços pesados, especialmente se a pluralidade de cabos elétricos a ser monitorada não for dispersa através de uma vasta área, tal como um terminal de contêiner de porto.

REIVINDICAÇÕES

Claims

1. Método de monitoramento de deformação para medir pelo menos a deformação por flexão de um cabo elétrico, caracterizado pelo fato de compreender as etapas de: - prover um cabo elétrico (1) com pelo menos um membro mecanicamente não simétrico, periférico (15, 67) tendo resistência mais elevada às cargas de tensão do que às cargas compressivas , pelo menos dois elementos estruturais longitudinais (2; 43, 44; 53; 61, 62, 63), e um sensor de fibra óptica (5) localizado na região de eixo geométrico (Z) do cabo (1) e compreendendo uma fibra óptica (9), em que o sensor está embutido em uma carga de transferência de tensão (6; 25; 47; 51; 66) acoplando mecanicamente o sensor com pelo menos um dos pelo menos dois elementos estruturais longitudinais do cabo, - detectar a tensão compressiva no sensor de fibra óptica (5).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa de detectar a tensão compressiva compreender as etapas de: - injetar um primeiro sinal óptico dentro da fibra óptica (9); - detectar a luz dispersa Brillouin emitida pela fibra óptica (9) e - analisar as mudanças espectrais da luz dispersa, a fim de medir pelo menos a deformação por flexão do pelo menos um cabo elétrico (1).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o cabo (1) ser um cabo substancialmente redondo, compreendendo um sensor de fibra óptica (5) dentro de uma distância radial do eixo geométrico periférico (Z) de não mais do que 20% do raio de cabo.

4. Método de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de o sensor de fibra óptica (5) estar dentro de uma distância radial do eixo geométrico (Z) de não mais do que 10% do raio de cabo.

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o cabo (1) ser um cabo substancialmente redondo compreendendo o pelo menos um membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico (15) disposto ao longo de uma distância radial do eixo geométrico (Z) de pelo menos 50% do raio de cabo.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o cabo (1) ser um cabo plano compreendendo um sensor de fibra óptica (5) dentro de uma distância radial do eixo geométrico (Z) de não mais do que 10%.

7. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o cabo (1) ser um cabo chato, compreendendo o pelo menos um membro de resistência mecanicamente não-simétrico (67), disposto em uma distância do eixo geométrico (Z) de pelo menos 50% da espessura de cabo.

8. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o cabo (1) ser um cabo substancialmente redondo e o membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico (15, 67) ser um trançado antitorsional do cabo.

9. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de o cabo (1) ser um cabo plano compreendendo pelo menos dois condutores elétricos paralelos e o membro de resistência mecanicamente não-simétrico periférico (15, 67) ser um elemento de resistência de tração provido nos interstícios entre os condutores.