BR112014021920B1

BR112014021920B1 - métodos para monitorar um estado de torção de um cabo elétrico, e para fabricar um cabo elétrico, e, cabo elétrico

Info

Publication number: BR112014021920B1
Application number: BR112014021920-6A
Authority: BR
Inventors: Davide Sarchi; Luca Palmieri
Original assignee: Prysmian S.P.A.
Priority date: 2012-03-05
Filing date: 2012-03-05
Publication date: 2021-03-02
Also published as: RU2616766C2; CA2865718C; US20150040681A1; EP2823272A1; CN104220858A; AU2012372549B2; EP2823272B1; WO2013131549A1; CN104220858B; BR112014021920A2; RU2014140151A; AU2012372549A1; CA2865718A1; US9400221B2

Abstract

MÉTODOS PARA MONITORAR UM ESTADO DE TORÇÃO DE UM CABO, E PARA FABRICAR UM CABO ELÉTRICO, E, CABO ELÉTRICO. A presente memória descritiva descreve um método para monitorar o estado de uma torção de um cabo que tem um eixo geométrico longitudinal central, o método compreendendo: fornecer um cabo, incluindo um sensor de torção que se estende longitudinalmente ao longo do cabo, o dito sensor de torção incluindo uma fibra óptica de único modo disposta substancialmente ao longo o eixo geométrico longitudinal central do cabo, e, pelo menos três elementos estruturais longitudinais, pelo menos um dos elementos estruturais longitudinais sendo um núcleo eletricamente condutor, em que o sensor de torção está acoplado mecanicamente com pelo menos um dos elementos estruturais longitudinais; medir um estado de torção da fibra óptica de único modo por reflectometria óptica sensível à polarização, e associar o estado de torção do cabo ao longo do eixo geométrico longitudinal, com o estado de torção medido da fibra óptica de único modo. A presente descrição se refere também a um método de fabricação de um cabo elétrico e a um cabo elétrico.

Description

Campo da Invenção

[0001] A presente invenção é direcionada a um método de monitoração para determinar a torção distribuída ao longo de um cabo elétrico.

[0002] A presente invenção se refere também a um cabo elétrico com um sensor integrado de torção, particularmente adequado para a medição da torção distribuída ao longo do cabo, e a um processo para a fabricação do mesmo.

Fundamentos da Invenção

[0003] Cabos para aplicações pesadas e, em particular, para as instalações móveis, como guindastes móveis portuários, guindastes para contêineres navio a costa, descarregadores de navio, espalhadores, equipamentos de mineração e construção de túneis, e moinho de vento e parques eólicos são projetados especificamente para suportar as condições de ambiente áspero e tensões mecânicas elevadas, tais como as forças de tração e torques. No âmbito da presente descrição, será feita em geral referência a cabos para serviços pesados, quando se referindo a cabos para aplicações para serviços pesados e, em particular, mas não exclusivamente, para instalações móveis.

[0004] Em algumas aplicações, tais como em aplicações para serviços pesados, a transferência do cabo para as bobinas de equipamentos e orientação forçada durante as fases de bobinamento e desbobinamento pode dar origem a torções indesejáveis que podem variar ao longo do comprimento do cabo. Apesar de cuidado ser normalmente recomendado no manuseio e instalação do cabo nos equipamentos móveis, tais como transferência direta do cabo do tambor original para a bobina de cabo, evitando as mudanças de direção ou inversões da direção original do bobinamento, as condições de trabalho podem induzir torques relativamente grandes e abruptos dos mesmos. Além disso, outros sistemas para movimentação de cabo, tais como dispositivos de orientação, sistemas de roldanas e sistemas de tender, pode envolver torções do cabo durante a operação, em particular, se as aplicações exigem operação de alta velocidade e/ou múltipla deflexão de cabo no desenrolamento cabo.

[0005] Os sensores ópticos úteis para medir e/ou monitorar tensões mecânicas em um cabo elétrico são conhecidos.

[0006] WO 2010/136062 descreve um cabo elétrico compreendendo um sensor de tensão que se estende longitudinalmente ao longo do cabo e que inclui uma fibra óptica de tensão disposta dentro de uma região de curvatura neutra circundante e incluindo um eixo geométrico longitudinal neutro de curvatura do cabo elétrico, e pelo menos dois elementos estruturais longitudinais, pelo menos um dos pelo menos dois elementos estruturais longitudinais sendo um núcleo que compreende um condutor elétrico, em que o sensor de pressão é incorporado em um material de enchimento de transferência de tensão mecanicamente acoplando pelo menos um dos pelo menos dois elementos estruturais longitudinais com o sensor de pressão. Com a construção do cabo descrito, a tensão experimentada por pelo menos um dos pelo menos dois elementos estruturais longitudinais é transferida para o sensor de tensão, pelo menos em uma condição tensa.

[0007] WO 2011/032587 diz respeito a um método para monitorar a torção de um cabo que compreende as etapas de proporcionar um cabo com pelo menos uma etiqueta de identificação, de preferência, uma etiqueta RFID, disposta em uma posição angular de etiqueta em um plano de seção transversal tomado transversal à direção longitudinal e detectar o sinal eletromagnético da etiqueta. O cabo é provido de uma pluralidade de etiquetas de identificação, cada etiqueta está disposta em uma respectiva posição angular de etiqueta.

[0008] J. Burgmeier et al. no "Fiber optic sensor system for stress monitoring in power cables", publicado em 2009 Conferência sobre Lasers e Eletro-Óptica (CLEO), descrevem um sistema de sensores de fibra óptica para monitoração de fatores de estresse, tais como temperatura, compressão, flexão e torção em cabos de energia utilizando um pulso curto e fonte de luz de banda larga. Monitoração de flexão e torção é realizada via grades de Bragg (FBGs) e usa uma fonte de banda larga, alcançado pela geração supercontínua. Para usar fibras de modo único padrão, que são frequentemente utilizadas nos cabos de energia para a transmissão de dados, a FBG está escrita na fibra por inscrição a laser ponto por ponto em femtosegundo. Dobrar a fibra, que é integrada aos cabos de energia resulta em uma mudança do período de graduação da FBG e, portanto, diferentes comprimentos de onda da fonte de banda larga serão refletidos e facilmente monitorados por um espectrômetro compacto.

[0009] Perda de radiação ocorre quando uma fibra de modo único é dobrada. A reflectometria de domínio no tempo óptico sensível à polarização (P-OTDR) foi proposta como uma ferramenta para medir a birrefringência das fibras ópticas de modo único. P-OTDR proporciona a evolução do estado de polarização (SOP) do campo de retrodispersão de Rayleigh, que as informações sobre a birrefringência dos SOPs medidos é obtido pela modelagem e análise de dados.

[00010] Reflectômetros sensíveis à polarização são uma classe especial de reflectômetros ópticos que tem por finalidade a medição do estado de polarização (SOP) do campo óptico retrodispersado por uma fibra óptica, devido à dispersão de Rayleigh, como uma função da posição ao longo da fibra, onde a dispersão ocorre. Em geral, a fibra óptica a ser testada é com sonda com uma sonda de sinal óptico conhecida, controlada por polarização (por exemplo, um pulso ou um sinal modulado de frequência), enquanto que o campo óptico de retrodispersão é medido como uma função do tempo com um receptor sensível à polarização. Devido ao conhecimento do sinal da sonda e da velocidade de propagação da luz na fibra específica, é então possível converter as variações de tempo em um mapa longitudinal das propriedades • r locais da fibra em teste.

[00011] Uma revisão da teoria e aplicações de reflectometria óptica de - » domínio no tempo sensível à polarização (P-OTDR), em particular relacionada com a dispersão dos modos de polarização (PMD) em fibras de modo único, é dada é "Spatially Resolved PMD Measurements", de A. Galtarossa e L. Palmieri, publicado no Journal of Lightwave Technology, col. 22 (2004), páginas 1103-1115.

[00012] A. Galtarossa et al, " Reflectometric measurements of birefringence rotaion in single-mode fibres", Optics Letters, vol. 33 (2008), páginas 2284-2286, descrevem uma técnica reflectométrica para a medição de orientação e módulo do vetor de birrefringência linear em fibras ópticas de modo único. A técnica proporciona informação também na birrefringência circular, embora este componente, se estiver presente, aparece como uma rotação da birrefringência linear. Rotações determinísticas podem ser causadas por uma torção ou uma rotação aplicada à fibra.

[00013] A. Galtarossa et al., "Spin-profile characterization in randomly birefringent spun fibers by means of frequency-domain reflectometry", Optics Letters, vol. 34 (2009), páginas 1078-1080 revelam que o ângulo de rotação da birrefringência, e, consequentemente, o perfil de fuso, de uma fibra óptica pode ser medido por reflectometria no domínio da frequência óptica sensível à polarização (P-OFDR). A técnica de P-OFDR foi aplicada a uma amostra de fibra de algumas dezenas de metros de comprimento.

[00014] A Requerente abordou o problema de monitoração de uma torção de cabo em uso e de proporcionar uma medição fiável do desenvolvimento real do cabo, o que pode ser realizado, por exemplo, periodicamente, ao longo do tempo de vida do cabo.

[00015] A Requerente observou que uma solução que foi descrita no documento WO 2011/032587 fornece informação sobre o estado de rotação local do cabo, em particular sobre a porção longitudinal do cabo que tenha passado através do dispositivo de leitura capaz de transmitir sinais eletromagnéticos de interrogação e de receber o sinal eletromagnético da etiqueta transmitido pela (s) etiqueta (s) colocada (s) através da porção de cabo detectada pelo dispositivo de leitura.

[00016] Em algumas aplicações, tais como em cabos para aplicações para serviços pesados, é desejável determinar a torção distribuída ao longo do comprimento do cabo. Em particular, pode ser desejável controlar a evolução temporal do estado de torção distribuída ao longo do cabo, por exemplo, comparando os resultados de medições efetuadas em momentos diferentes, de modo a ajustar, se necessário, rolos e bobinas guia. Em algumas aplicações, a avaliação do estado de torção ao longo do cabo é possível prever o tempo de vida residual do cabo.

Sumário da Invenção

[00017] A Requerente percebeu que a reflectometria sensível à polarização pode eficazmente caracterizar as propriedades de polarização do local de uma fibra óptica de único modo inserida em um sensor de fibra óptica compreendida em um cabo. A partir das propriedades de polarização é possível derivar a birrefringência distribuída ao longo da fibra e a partir da última calcular o estado de rotação da fibra do sensor de fibra óptica.

[00018] A Requerente entendeu que, se um sensor de fibra óptica está integrado no cabo de tal modo que um torque experimentado no cabo é transferido em uma rotação ou torção fiável e mensurável no sensor de fibra óptica, a detecção das propriedades de polarização locais da fibra do sensor de fibra óptica fornece informações sobre a torção distribuída ao longo do comprimento do cabo.

[00019] A Requerente verificou que uma medição distribuída de torção de um cabo elétrico compreendendo um elemento estrutural longitudinal pode ser realizada através da análise da distribuição espacial do estado de polarização da luz retrodispersada de um sensor de fibra óptica incorporado no cabo, sendo o sensor mecanicamente acoplado ao referido elemento estrutural longitudinal e que compreende uma fibra óptica de único modo disposta substancialmente ao longo de um eixo geométrico longitudinal central do referido cabo.

[00020] Acoplamento mecânico do sensor de fibra óptica para o referido elemento estrutural longitudinal proporciona uma correspondência unívoca entre o estado rotativo distribuído ao longo da fibra do sensor de fibra óptica, um aparelho de reflectometria sensível à polarização, e a torção distribuída ao longo do comprimento do cabo. O sensor de fibra óptica irá ser referido a seguir como o sensor de torção.

[00021] A fibra óptica do sensor de torção é referida na presente descrição e reivindicações anexas como fibra óptica de único modo.

[00022] De acordo com um aspecto consistente com a presente descrição, um método de monitoração do estado de uma torção de um cabo que tem um eixo geométrico longitudinal central, é fornecido, o método compreendendo: - fornecer um cabo, incluindo um sensor de torção que se estende longitudinalmente ao longo do cabo, o dito sensor de torção incluindo uma fibra óptica de único modo disposta substancialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central do cabo, e pelo menos três elementos estruturais longitudinais, pelo menos um dos elementos estruturais longitudinais sendo um núcleo eletricamente condutor, em que o sensor de torção está acoplado mecanicamente com pelo menos um dos elementos estruturais longitudinais; medir um estado de torção da fibra óptica de único modo por reflectometria óptica sensível à polarização, e associar o estado de torção do cabo ao longo do eixo geométrico longitudinal, com o estado de torção medido da fibra óptica de único modo.

[00023] Em algumas formas de realização, o método compreende ainda a comparação do estado de torção medido da fibra óptica de modo único com um estado de torção de referência da fibra óptica de único modo antes de associar o estado de torção do cabo com o estado de torção medido da fibra óptica de modo único.

[00024] Em algumas formas de realização preferidas, a medição de um estado de torção da fibra óptica de modo único compreende: injetar um sinal óptico de sonda tendo um estado de polarização de entrada predeterminado dentro de uma extremidade da fibra óptica de modo único; detectar um sinal óptico retrodispersado correspondente ao sinal óptico de sonda injetado; medir um estado de polarização do sinal óptico retrodispersado por reflectometria óptica sensível à polarização.

[00025] De preferência, as etapas de injeção e de detecção compreendem injetar uma pluralidade de sinais ópticos de sonda com estados de polarização de entrada diferentes dentro de uma extremidade da fibra óptica em modo único e detectar uma correspondente pluralidade de sinais ópticos retrodispersados. Em particular e de acordo com algumas formas de realização, o estado da entrada de polarização de cada uma da pluralidade de sinais ópticos de sonda é diferente do estado da entrada de polarização dos sinais restantes de uma pluralidade de sinais ópticos de sonda.

[00026] No âmbito da presente descrição e reivindicações, o termo "pluralidade" significa "dois ou mais", a menos que expressamente especificado em contrário.

[00027] De acordo com formas de realização preferidas, a medição de um estado de torção da fibra óptica de modo único compreende: injetar uma pluralidade de sinais ópticos de sonda com estados de polarização de entrada distintos dentro de uma extremidade da fibra óptica de modo único; detectar uma pluralidade de sinais ópticos retrodispersados, cada um da pluralidade de sinais ópticos retrodispersados possuindo um estado de saída de polarização; medir os estados de saída de polarização dos sinais ópticos retrodispersados; calcular uma função de ângulo de birrefringência como uma função da posição longitudinal da fibra óptica de modo único a partir dos estados de saída medidos de polarização, e calcular uma função do ângulo de rotação da fibra óptica de modo único a partir da função do ângulo de birrefringência como uma função da posição longitudinal na fibra óptica de único modo, e associar o estado de torção do cabo com a função do ângulo de rotação calculada.

[00028] De preferência, antes de se injetar uma pluralidade de sinais ópticos de sonda polarizados, o método compreende a preparação de uma função de ângulo de birrefringência de referência em relação a um estado de rotação de referência do cabo, em que o cálculo de uma função de ângulo de rotação compreende o cálculo da variação do ângulo da função da birrefringência calculado com respeito à função de ângulo de birrefringência de referência.

[00029] Em algumas formas de realização, antes de injetar uma pluralidade de sinais ópticos de sonda, o método compreende a ligação de uma extremidade da fibra óptica de único modo para um aparelho de medição, utilizando uma técnica de reflectometria óptica sensível à polarização, em que a injeção da pluralidade de sinais ópticos de sonda é na extremidade ligada da fibra de modo único.

[00030] Uma técnica de reflectometria sensível à polarização analisando o campo retrodispersado a partir de uma fibra óptica com sonda pode ser implementada em diversas configurações. Pelo menos um aparelho de medição pode ser utilizado para implementar o método de acordo com a presente descrição.

[00031] Em algumas formas de realização, o aparelho de medição é um reflectômetro de domínio no tempo óptico sensível à polarização. De preferência, o reflectômetro utiliza uma pluralidade de pulsos ópticos polarizados como a pluralidade de sinais ópticos de sonda polarizados.

[00032] Em outras formas de realização, o aparelho de medição é um reflectômetro de domínio de frequência sensível à polarização. De preferência, o aparelho de medição da sonda de fibra óptica de único modo com uma pluralidade de sinais ópticos contínuos modulados por frequência.

[00033] Em algumas formas de realização, cada um da pluralidade de sinais ópticos retrodispersados são retrodispersados a partir da extremidade da fibra óptica de único modo a seguir à injeção de um respectivo sinal óptico de sonda da pluralidade de sinais ópticos de sonda polarizados. No entanto, a presente revelação não está limitada a um método no qual os sinais ópticos de única sonda são sequencialmente injetados na fibra com sonda.

[00034] Em algumas formas de realização, a pluralidade de sinais ópticos de sonda polarizados é uma pluralidade de N sinais ópticos de sonda com estados de entrada distintos de polarização, com N > 3, de modo que a quantidade de estados de saída medidos de polarização é igual a N, e o método ainda compreende: - agrupar os N estados de saída medidos de polarização em G grupos de estados de saída medidos de polarizações, cada grupo compreendendo pelo menos dois estados de saída medidos de polarização, cada grupo sendo distinto dos grupos restantes (G-l) por pelo menos um estado de saída medido de polarização, - calcular uma função de ângulo de birrefringência a partir de cada grupo, de modo a se obter uma pluralidade de funções de ângulo de birrefringência do grupo, - calcular um valor médio das funções de ângulo de birrefringência do grupo, e - calcular a função do ângulo de rotação a partir do valor médio das funções de ângulo de birrefringência do grupo.

[00035] Em uma forma de realização, a fim de revelar e corrigir artefatos de medida, por exemplo, descontinuidades ou saltos de ângulo abrupto aparentes, após o cálculo de uma função de ângulo de birrefringência para cada grupo e antes do cálculo de uma função de ângulo de birrefringência média, o método compreende a análise da pluralidade de funções de ângulo de birrefringência do grupo para revelar uma descontinuidade causada por estes artefatos. Quando uma descontinuidade em uma primeira função do ângulo de birrefringência do grupo é revelada em uma posição longitudinal ao longo do comprimento da fibra, a descontinuidade pode ser corrigida e um valor médio pode ser calculado a partir da primeira função do ângulo de grupo corrigida de modo a eliminar a descontinuidade, e do remanescente da pluralidade de funções do ângulo grupo.

[00036] De acordo com uma forma de realização, o cálculo da função do ângulo de birrefringência ainda compreende: - calcular uma função de diferença entre cada par de funções do ângulo de birrefringência do grupo de dois grupos diferentes; - analisar cada função de diferença para detectar a presença de uma descontinuidade de uma função do ângulo de birrefringência do grupo compreendido em um par em uma posição longitudinal da fibra óptica de único modo, a descontinuidade representando um salto do ângulo de 2πm, onde m é um número inteiro; - determinar qual função do ângulo de birrefringência do grupo do par compreende a descontinuidade e - marcar uma região de comprimento de descontinuidade na fúnção do ângulo de birrefringência do grupo que contém a descontinuidade, a região de comprimento de descontinuidade sendo em tomo e que compreende a posição longitudinal correspondente à descontinuidade, em que a fúnção de ângulo de birrefringência contendo a descontinuidade é levada em conta no cálculo do valor médio das fúnções de ângulo de birrefringência do grupo apenas para as posições longitudinais fora da região do comprimento de descontinuidade.

[00037] De preferência, N é de 3 a 7.

[00038] Em uma forma de realização preferida, cada grupo tem o mesmo número M de estados de saída medidos de polarizações.

[00039] Em uma forma de realização preferida, M é igual a (N - 1).

[00040] Em uma forma de realização, determinar qual a fúnção do ângulo de birrefringência do grupo do par compreende a descontinuidade compreende determinar a alisamento de cada função do ângulo de birrefringência do grupo do par na região do comprimento de descontinuidade.

[00041] De preferência, o sensor de torção é mecanicamente acoplado a pelo menos os três elementos estruturais longitudinais.

[00042] De preferência, o sensor de torção é incorporado em um material de enchimento de acoplamento mecanicamente acoplando o sensor com pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais do cabo. Mais de preferência, o material de enchimento de acoplamento mecanicamente acopla o sensor de torção com os pelo menos três elementos estruturais longitudinais.

[00043] De preferência, a fibra óptica de único modo do sensor de fibra óptica é congruente mecanicamente ao menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais do cabo elétrico. Com "congruência mecânica" se pretende significar a capacidade de duas ou mais partes em movimento ou suportar o torque substancialmente como um todo. Mais de preferência, a fibra óptica de modo único é congruente mecanicamente com os pelo menos três elementos estruturais longitudinais. Em uma forma de realização preferida, a congruência mecânica é obtida por incorporação do sensor de torção em um material de enchimento de acoplamento.

[00044] No âmbito da presente descrição e das reivindicações anexas, por "torção" se pretende significar uma condição de tensão e deformação causada quando uma das extremidades do cabo é rodada (torcida) em uma direção e a extremidade oposta é fixada (ou sem movimento) ou é torcida em uma velocidade diferente e/ou em sentido oposto. A torção pode ser provocada também quando uma primeira seção longitudinal do comprimento do cabo é torcida, e uma segunda seção longitudinal é fixada ou torcida a uma velocidade diferente e/ou em sentido oposto.

[00045] No âmbito da presente descrição e reivindicações anexas, o termo "elemento estrutural longitudinal" indica um componente do cabo elétrico que se estende longitudinalmente, substancialmente ao longo do comprimento do cabo. Os elementos estruturais longitudinais de acordo com a presente descrição e reivindicações podem contribuir para a função de transporte do cabo elétrico, como se tomará claro a partir do que se segue.

[00046] Pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais do cabo elétrico é um núcleo eletricamente condutor. De preferência, pelo menos dois dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais do cabo elétrico são núcleos.

[00047] O termo "núcleo eletricamente condutor" indica um componente do cabo elétrico que compreende pelo menos um elemento condutor de eletricidade, tal como um condutor elétrico e, tipicamente, pelo menos uma camada de isolamento em tomo do condutor elétrico. Em configurações típicas, os condutores elétricos compreendem uma pluralidade de fios condutores de cadeia.

[00048] No âmbito da presente descrição e reivindicações anexas, o termo "acoplamento mecânico" indica que o sensor de fibra óptica e o elemento estrutural longitudinal estão associados um ao outro de tal maneira que as deformações - pelo menos a deformação torsional - aplicadas ao elemento estrutural longitudinal são transmitidas para o sensor em uma porção substancial.

[00049] Na presente descrição e reivindicações, quando se refere a dois sinais ópticos com estados de polarização diferentes (SOPs), entende-se que o vetor de Stokes que representa, no espaço tridimensional de Stokes, uma primeira SOP de um primeiro sinal de que não é paralelo nem anti-paralelo para o vetor de Stokes que representa uma segunda SOP de um segundo sinal. Em particular, o ângulo entre o vetor de Stokes que representa o primeiro SOP e o vetor Stokes representando o segundo SOP é maior do que 0 0 e menor que 180 °. De preferência, o ângulo subtendido pelos vetores de Stokes que representam duas SOPs distintas é de entre 30 ° a 150 °.

[00050] De acordo com um outro aspecto de acordo com a presente descrição, um método para a fabricação de um cabo elétrico é fornecido, o cabo tendo um eixo geométrico longitudinal central e compreendendo: pelo menos três elementos estruturais longitudinais, pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais sendo um núcleo eletricamente condutor compreendendo um condutor elétrico, e um sensor de torção compreende uma fibra óptica de único modo, o referido sensor de torção disposto substancialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central e sendo acoplado mecanicamente com pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais, o método compreendendo a formação do sensor de torção por: pré-torção da fibra óptica de único modo com um passo de torção que tem um primeiro valor e um lado de torção; revestimento da fibra óptica de único modo, com pelo menos uma camada de proteção; incorporação do sensor de torção de fibra óptica em um material de enchimento de acoplamento; acoplamento mecânico do material de enchimento de acoplamento incorporando o sensor de torção de fibra óptica a um elemento estrutural longitudinal, e enrolamento dos elementos estruturais longitudinais em tomo do material de enchimento de acoplamento com um passo de enrolamento tendo um segundo valor substancialmente igual ao do primeiro valor do passo de torção e um lado de enrolamento oposto ao lado de torção de modo que o cabo elétrico tem a fibra óptica de modo único com um passo de torção substancialmente igual a zero.

[00051] De preferência, o revestimento de fibra óptica de único modo o compreende a aplicação de pelo menos um de um tampão estanque e uma bainha de proteção.

[00052] De um modo preferido, a pré-torção da fibra óptica e o revestimento da fibra óptica podem ser realizados em qualquer ordem.

[00053] De preferência, o passo de torção e o passo de enrolamento tem um primeiro e um segundo valores de desde 2 a 3 voltas/metro.

[00054] De preferência, o cabo elétrico tem uma seção transversal exterior circular.

[00055] Um outro aspecto de acordo com a presente descrição se refere a um cabo elétrico que tem um eixo geométrico longitudinal central e compreendendo: pelo menos três elementos estruturais longitudinais, pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais sendo um núcleo eletricamente condutor compreendendo um condutor elétrico, os elementos estruturais longitudinais sendo enrolados com um passo de enrolamento igual ou maior do que 1 volta/m, e um sensor de torção, que compreende uma fibra óptica de único modo, o referido sensor de torção disposto substancialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central e sendo acoplado mecanicamente com pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais, em que o sensor de fibra óptica compreende uma fibra óptica de único modo torcida em tomo do eixo geométrico longitudinal central, com um passo de torção igual a ou menor do que menos de 1 volta/m.

[00056] De preferência, a fibra óptica de único modo do cabo da presente descrição tem um passo de torção substancialmente virada 0/m.

[00057] De preferência, os elementos estruturais longitudinais têm um passo de enrolamento igual ou maior do que 2 voltas/m.

[00058] Em algumas formas de realização preferidas, o sensor de torção está integrado no cabo e disposto de modo a permanecer substancialmente intacto por dobra do cabo no raio de curvatura mínimo do mesmo. Nestas formas de realização, o sensor de torção está localizado dentro de uma região de curvatura neutra que se estende longitudinalmente ao longo do cabo e que tem uma seção transversal que se estende substancialmente de forma simétrica sobre o eixo geométrico neutro de curvatura do cabo, o eixo geométrico neutro de curvatura correspondente ao eixo geométrico longitudinal central do cabo elétrico em caso de cabos redondos.

[00059] Tal como aqui utilizado, o termo "região neutra" se destina a descrever uma região em tomo do eixo geométrico de flexão do cabo neutro (isto é, o eixo geométrico central em cabos redondos), onde os prolongamentos induzidos por dobra são mínimos.

[00060] O método de acordo com a presente descrição pode ser utilizado para medir a torção do cabo durante a instalação de um cabo ou para realizar uma verificação programada do cabo durante o funcionamento, por exemplo, para prever o tempo de vida residual e/ou para ajustar o desalinhamento de rolos guia ou de sistemas de roldanas e de tender.

Breve Descrição dos Desenhos

[00061] Os desenhos em anexo que estão incorporados e constituem uma parte deste relatório descritivo, ilustram algumas formas de realização e, em conjunto com a descrição, servem para explicar os princípios do método divulgado. Desenhos ilustrando as formas de realização são representações esquemáticas não-em-escala.

[00062] Para efeitos da presente descrição e das reivindicações anexas, exceto quando indicado em contrário, todos os números que expressam valores, quantidades, percentagens, e assim por diante, são para ser compreendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo "cerca de". Além disso, todas as faixas incluem os pontos máximos e mínimos divulgados e incluem quaisquer faixas intermediárias nele contidas, que podem ou podem não ser especificamente aqui numerados.

[00063] A FIG. 1 é uma vista esquemática em seção transversal do cabo elétrico de acordo com uma forma de realização.

[00064] A FIG. 2a é uma vista em perspectiva esquemática de um sensor de torção usado em um cabo elétrico revelado exemplar.

[00065] A FIG. 2b é uma vista esquemática em seção transversal do sensor de torção mostrado na fig. 2a.

[00066] A FIG. 3 é um diagrama esquemático que ilustra um aparelho para uma técnica de reflectometria de domínio no tempo óptica sensível à polarização de um método para monitoração da torção de acordo com uma forma de realização exemplar descrita.

[00067] A FIG. 4 é um diagrama esquemático que ilustra um aparelho para uma técnica de reflectometria de domínio no tempo óptica sensível à polarização de um método para monitoração da torção de acordo com uma forma de realização exemplar descrita.

[00068] A FIG. 5 é um gráfico que mostra o ângulo da birrefringência (medido em múltiplos de 2π, ou seja, medido em números inteiros de voltas) como uma função da distância z (m) a partir da entrada de uma fibra óptica de modo único (z = 0) de um sensor de torção rodeado por um material de enchimento de acoplamento (ou seja, um conjunto de material de enchimento do acoplamento por sensor), derivado de medições feitas com um aparelho de medição usando a técnica P-OFDR.

[00069] A FIG. 6 relata a variação (voltas) do ângulo de rotação como uma função da distância (em metros z) a partir da entrada da fibra óptica de modo único do conjunto de material de enchimento de acoplamento por sensor da Figura 5.

[00070] A Figura 7 (a) é um gráfico que mostra duas curvas contínuas representando as projeções planas do vetor de birrefringência como uma função da posição longitudinal z na fibra, para duas entradas distintas SOPs (linha sólida e linha tracejada).

[00071] A Figura 7 (b) mostra as fúnções do ângulo de rotação y (z) medidas a partir das duas curvas da Fig. 7 (a).

[00072] A Figura 8 (a) mostra as funções do ângulo de birrefringência do grupo exemplares \|/k (z), obtidas a partir de uma fibra óptica de modo único de acordo com uma forma de realização de acordo com a presente descrição.

[00073] A Figura 8 (b) mostra as funções de diferença Δ (z) entre cada par de ângulos \|/k (z) da Fig. 8 (a).

[00074] A Figura 8 (c) relata o ângulo de birrefringência médio, (p (z), calculado a partir das funções do ângulo de birrefringência do grupo da Fig. 8 (a), de acordo com um processo descrito em uma forma de realização de acordo com a presente descrição.

Descrição Detalhada

[00075] A Figura 1 ilustra uma vista em seção transversal de um cabo elétrico, de acordo com uma forma de realização exemplar descrito. O cabo mostrado desta variante pode ser adequado para aplicações pesadas, mais particularmente para instalações móveis. O cabo 1 é um cabo redondo que compreende três núcleos eletricamente condutores 2 (daqui em diante também referido como "núcleo") dispostos radialmente em volta de um eixo geométrico longitudinal central Z do cabo. Os núcleos 2 podem fornecer transmissão de energia trifásica. O cabo 1 pode ser um cabo de baixa ou média tensão de alimentação, em que a baixa tensão indica uma tensão de até 1 kV e a média tensão indica uma tensão 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 desencapados ou estanhado presos juntos de acordo com os métodos convencionais. Na posição externa radial com respeito a cada um dos condutores elétricos 12, uma camada semicondutora interna 13, uma camada isolante 16, uma camada semicondutora externa 17 são fornecidas sequencialmente. A camada semicondutora interna 13, a camada de isolamento 16 e a camada semicondutora externa 17 são feitas de materiais à base de polímeros que podem ser extrusadas no topo uma da outra ou co-extrusada sobre o condutor 12. A camada isolante 16 pode ser, por exemplo, de borracha de etileno propileno reticulada (EPR); as camadas semi condutoras interiores e exteriores 12 e 17 podem ser, por exemplo, de EPR, terpolímeros de etileno/propileno/dieno (EPDM), ou uma mistura dos mesmos, carregadas com uma quantidade adequada de um material de enchimento condutor, que pode ser tipicamente de negro de fumo.

[00076] Como alternativa, sempre que as condições de funcionamento permitem fazer isso, tanto a camada de isolamento quanto as camadas semicondutoras podem ser feitas de compostos termoplásticos, tais como os compostos à base de polipropileno.

[00077] Em algumas aplicações, o núcleo do cabo 2 compreende pelo menos uma camada de tela metálica 22 em uma posição radialmente externa em relação à camada semicondutora externa 17.

[00078] É para ser entendido que a descrição acima dos núcleos 2 representa apenas uma das possíveis estruturas de núcleos constituídos no cabo elétrico, o qual, em geral, podem ser núcleos de fase para a transmissão de energia ou de ligação à terra, os núcleos para o transporte de sinais de controle ou núcleos que transportam tanto sinais de controle e energia.

[00079] De acordo com um aspecto da descrição, um cabo elétrico compreende um sensor de torção 5. O sensor de torção 5 está disposto substancialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central Z.

[00080] Dado um raio mínimo de curvatura para um cabo elétrico, que geralmente corresponde ao menor raio de curvatura, pmin, o que é permitido para o cabo, a fim de evitar qualquer dano permanente, a região neutra pode ser definida como a região em que o sensor de torção sofre um alongamento não maior do que 2 %, e de preferência não maior do que 1 %, devido à curvatura no raio de curvatura não menor do que pmin. Posicionamento da fibra óptica de tensão na região neutra impede a sua ruptura ou dano permanente devido a um cabo de flexão.

[00081] De preferência, o sensor de torção está disposto ao longo do cabo dentro de uma distância radial a partir do eixo geométrico neutro de não mais do que 0,02 pmin e mais de preferência de não mais do que 0,01 pmin.

[00082] Em cabos redondos, tais como o mostrado na Fig. 1, o eixo geométrico longitudinal central corresponde a um eixo geométrico de simetria dos núcleos radiais externos e/ou, como descrito no que se segue, que é compatível com o processo de fabricação do cabo.

[00083] No âmbito da presente descrição, o termo "substancialmente", quando se refere à disposição do sensor de torção ao longo do eixo geométrico longitudinal central, quer dizer que o sensor está disposto no interior de uma região cercada de curvatura neutra e incluindo o eixo geométrico longitudinal central.

[00084] O cabo de flexão pode induzir um alongamento no sensor de torção e, portanto, na fibra óptica de único modo. A Requerente percebeu que o alongamento da fibra óptica de único modo pode determinar uma variação da birrefringência da fibra e, portanto, pode afetar os estados de polarização medidos da luz retrodispersada a partir da fibra.

[00085] Se o sensor de torção está localizado no interior do cabo, de tal maneira que a fibra óptica de único modo não é afetada pela dobra do cabo com qualquer raio de curvatura não sendo menor do que o raio de curvatura mínimo, pmin, o que corresponde a um raio mínimo em que o cabo pode ser dobrado sem dano permanente, a tensão induzida na fibra óptica de único modo por curvatura é minimizada. Ao minimizar a tensão induzida por curvatura da fibra óptica de único modo, a precisão das medições da torção do cabo pode ser melhorada.

[00086] A região de cabo que se estende ao longo do comprimento do cabo no qual a fibra óptica de único modo permanece intacta devido a um cabo de flexão 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, o que corresponde, na presente forma de realização, ao eixo geométrico longitudinal central Z.

[00087] De preferência, no interior da região neutra do cabo óptico, o sensor de torção sofre um alongamento igual a ou menor do que 2 %, mais de preferência igual ou menor do que 1 %, devido à curvatura em pmin.

[00088] A Requerente observou que os valores de pmjn especificados para cabos para serviços pesados, especialmente para aplicações em equipamentos móveis, podem ser relativamente baixos, por exemplo, 250 mm, e assim, a fim de garantir a resistência à dobra do sensor de torção, a região neutra pode ter uma distância radial relativamente pequena a partir do eixo geométrico longitudinal central, por exemplo, não maior do que 5 mm. Por exemplo, sempre com referência aos cabos redondos, para pmjn = 300 mm, a distância radial, a fim de ter 1 % de alongamento é de 3 mm.

[00089] Em algumas formas de realização preferidas, a região neutra está disposta ao longo do comprimento do cabo dentro de uma distância a partir do eixo geométrico longitudinal central (ou seja, o eixo geométrico neutro) de não mais do que 0,02 pmin e de preferência não maior do que 0,01 Pmin-

[00090] Além disso, os núcleos 2 para a transmissão de energia e/ou sinais de controle, o cabo elétrico 1 pode opcionalmente compreender, pelo menos um condutor de terra 7. Na forma de realização mostrada na Fig. 1, o cabo é composto por dois condutores de terra 7, por exemplo, na forma de um feixe de fios elétricos de cobre desencapados ou estanhado trançado. Especialmente para aplicações de média tensão, o feixe de cabos elétricos dos condutores de terra pode ser rodeado por uma camada semicondutora (não mostrada na figura). Os condutores de terra 7 estão dispostos radialmente externos com respeito ao sensor de torção 5 e estão presos em conjunto com os núcleos 2 ao longo de uma direção longitudinal do cabo. Núcleos 2 e, quando presentes, os condutores de terra 7, são de forma helicoidal em tomo do eixo geométrico central longitudinal Z do cabo e sobre o sensor de torção, uma vez que será mais bem explicado mais adiante na descrição.

[00091] O cabo elétrico pode ainda compreender um elemento de fibra óptica 3, que inclui uma pluralidade de fibras ópticas, por exemplo, de 6 a 24 fibras, para a transmissão de sinais de controle, voz e outros sinais de dados. O elemento de fibra óptica 3, pode ser presos em conjunto com os núcleos 2 e, quando presente, com condutores de terra 7. Opcionalmente, o cabo pode compreender um sensor de temperatura de fibra óptica. Por exemplo, o sensor de temperatura pode ser proporcionado por uma única fibra óptica disposta em uma construção de tampão de tubo solto em um módulo que se estende longitudinalmente do elemento de fibra óptica 3, como descrito no documento WO 2010/136062.

[00092] Os núcleos 2 e, se presente, condutores de terra 7 e/ou o elemento de fibra óptica 3, são referidos coletivamente como os elementos estruturais longitudinais do cabo elétrico.

[00093] O sensor de torção 5 é incorporado no cabo, de tal maneira que uma torção experimentada pelo cabo seja transferida para a fibra óptica de único modo. Para este fim, o sensor de torção é, de preferência mecanicamente congruente com, pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais do cabo, de tal maneira que a torção experimentada pelo menos um elemento estrutural longitudinal é, pelo menos parcialmente, mas de forma significativa, a transferência para o sensor de torção. De acordo com as formas de realização preferidas da presente descrição, a congruência mecânica é realizada fornecendo o cabo com um material de enchimento de acoplamento 6, que mecanicamente acopla o sensor de torção 5 com, pelo menos um elemento estrutural longitudinal do cabo elétrico. De preferência, o material de enchimento de acoplamento mecanicamente acopla o sensor de torção com cada um dos núcleos integrados no cabo elétrico, mais de preferência com cada um dos elementos estruturais dispostos circunferencialmente longitudinais.

[00094] Em algumas formas de realização preferidas, a fim de melhorar a relação entre o alongamento do sensor de torção e daquele do cabo, o contato entre o material de enchimento de acoplamento e, pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais é tal que nenhuma perda significativa de deslizamento ocorre. Em muitos casos de interesse, uma ausência substancial de perda de deslizamento entre o sensor e o elemento/s implica uma adesão com o atrito ou ligação entre eles. Uma ligação mecânica entre dois elementos que causam substancialmente a deformação o mesmo como um resultado de correr sem perdas significativas entre os elementos, é aqui referido como congruência mecânica.

[00095] A partir da construção geométrica do cabo elétrico e o número de elementos estruturais longitudinais integrados no cabo, a carga de acoplamento 6 do cabo da Fig. 1 tem uma forma aproximadamente de um trevo.

[00096] O material de enchimento de acoplamento 6 é feito de um material com propriedades elásticas tais como para reagir à tensão máxima para a qual o cabo apresenta um comportamento elástico, sem deformação permanente do material de enchimento (isto é, a reversibilidade da deformação). O material de enchimento de acoplamento é selecionado para esticar apropriadamente ao longo do cabo e submetido a alongamento para recuperar substancialmente a deformação quando as cargas de tração externas são removidas, pelo menos para as cargas de tração correspondentes à tensão máxima permitida, além de que uma deformação permanente e irreversível do cabo ocorre.

[00097] O material de enchimento de acoplamento 6 pode ser baseado em um material polimérico, vantajosamente extrusado em tomo do sensor de torção 5. Em algumas formas de realização, os elastômeros termoendurecíveis são selecionados como eles são observados a aderir às superfícies dos elementos estruturais longitudinais. Por exemplo, constatou-se que os elastômeros termoendurecíveis proporcionam uma adesão adequada com o material semicondutor que normalmente circunda os núcleos de alguns cabos elétricos, ao mesmo tempo em que exibe um atrito não é prejudicial para a superfície externa semicondutiva dos núcleos. Com vantagem, o material de enchimento do acoplamento é resistente aos tratamentos térmicos que podem ocorrer durante a fabricação de cabos, tais como, durante a cura do revestimento exterior do cabo elétrico, tipicamente realizada a cerca de 100 a 200°C.

[00098] De preferência, o material de enchimento de acoplamento compreende um elastômero termoendurecível reticulado por meio de pressão de vapor, irradiação com feixe de elétrons, imersão em banho de sal ou sistemas de reticulação de silano. Em geral, o material de enchimento de acoplamento é, de preferência feito de elastômeros que possuem um módulo de elasticidade compreendido entre 0,01 e 0,7 GPa. Por exemplo, o material de enchimento de acoplamento é selecionado a partir do grupo que consiste de etileno-propileno-dieno (EPDM), borracha de etileno propileno (EPR), borracha de nitrila-butadieno (BR).

[00099] Embora os elastômeros termoendurecíveis sejam preferidos devido às suas propriedades de adesão e resistência à temperatura e grande faixa de elasticidade, o uso de elastômeros termoplásticos não é excluído. Exemplos de elastômeros termoplásticos incluem copolímeros em triblocos de estireno-dieno-estireno; elastômeros termoplásticos de poliéster e elastômeros termoplásticos de poliuretano; e borrachas termoplásticas de poliolefina (misturas de poliolefínas).

[000100] Em algumas formas de realização, o material de enchimento de acoplamento 6 pode ser do tipo condutor.

[000101] Áreas intersticiais 11 são preenchidas com material de enchimento polimérico, tal como um composto à base de EPR. Um revestimento exterior 14 é fornecido, por exemplo, por extrusão. Para aumentar a resistência do cabo elétrico a tensões mecânicas, o revestimento exterior 14 é de preferência feito de um material polimérico curado, de preferência com base em um elastômero termoendurecível reforçado para serviço pesado, tal como polietileno de alta densidade (HDPE), o policloropreno, o poliuretano ou composto a base de BR.

[000102] Uma armadura 15 em forma de, por exemplo, tranças ou espiral dupla de fios de reforço, tais como fios de metal ou de poliéster, por exemplo, feita de Kevlar (poliamida aromática), pode ser fornecida.

[000103] As Figuras 2a e 2b ilustram uma vista em perspectiva parcial e uma seção transversal, respectivamente, de um sensor de torção 5 integrado no cabo elétrico da fig. 1, de acordo com uma forma de realização preferida da presente descrição. O sensor de torção 5 compreende uma fibra óptica de único modo 9 que é substancialmente disposta ao longo do eixo geométrico central longitudinal Z do cabo, quando o sensor de torção está integrado no cabo. A fibra 9 de sensor de torção 5 é uma fibra óptica à base de sílica, com um diâmetro nominal típico de 125 μm, revestido por um sistema de revestimento. Em algumas formas de realização, a fibra óptica 9 é uma fibra de transmissão de modo único compatível com recomendações G.652, G.653, G.655 ou ITU-T (International Telecommunications Union, ITU Telecommunication Sector).

[000104] De preferência, a fibra óptica de único modo do sensor de torção tem desempenho de curvatura aumentado, exibindo pequenas perdas de curvatura. Em algumas formas de realização, a fibra óptica está em conformidade com as recomendações ITU-T G.657.

[000105] Em algumas formas de realização, o sistema de revestimento é formado por um revestimento primário, o qual é rodeado por um revestimento secundário que normalmente contacta com o revestimento primário aderente. O diâmetro exterior da fibra óptica (revestida) pode ser de 250 +/- 10 μm ou 200 +/- 10 μm.

[000106] De preferência, a fibra óptica de único modo compreende um sistema de revestimento formado por uma camada de revestimento único que se encontra disposta em contato com a referida porção de vidro exterior (isto é, a blindagem) da fibra. Em uma forma de realização preferida, a camada de revestimento único tem um valor de módulo de elasticidade entre - 40°C e + 60°C compreendida entre 5 MPa e 600 MPa, tal como descrito em WO 04/031091.

[000107] Em formas de realização preferidas, a fibra óptica 9 é tamponada por compressão com uma camada de tampão 10 em tomo do sistema de revestimento para melhorar a proteção mecânica das fibras ópticas, por exemplo, contra perdas de microcurvatura. A adesão uniforme da camada de tampão para a fibra óptica, ou seja, para o sistema de revestimento da fibra, é particularmente importante para assegurar a congruência mecânica entre a fibra óptica e o material de enchimento de acoplamento.

[000108] Por exemplo, a camada de tampão 10 é extrusada ou aplicada sobre a fibra revestida de 250 μm, aumentando o diâmetro externo até 600 a 1000 μm, com os valores típicos de 800 a 900 μm.

[000109] De preferência, a camada de tampão é selecionada de forma a aderir ao sistema de revestimento da fibra óptica, com essencialmente nenhuma fluência, deslizamento ou descolagem. De preferência, a camada de tampão se baseia em um material resistente ao calor capaz de exibir resistência térmica suficiente para resistir aos tratamentos térmicos que ocorrem durante a fabricação do cabo.

[000110] De preferência, a camada de tampão é feita de um polímero de acrilato curável por radiação.

[000111] Por exemplo, o tampão de compressão é feito de um polímero de acrilato curável por UV como descrito na WO 2005/035461, ou de uma matriz polimérica carregada com um material de enchimento retardador de chama de tal forma que descrito em WO 2008/037291.

[000112] Uma camada de promoção de adesão pode ser proporcionada entre o sistema de revestimento de fibra óptica e a camada de tampão por compressão.

[000113] Cabos para serviços pesados são projetados para suportar cargas laterais e as forças de tração que comprimem os elementos estruturais longitudinais no interior dos cabos. Em algumas circunstâncias, é preferível que o sensor de torção permaneça substancialmente não afetado por compressões laterais do cabo, o qual, ao atingir a fibra óptica de único modo, pode causar perdas ópticas devido às microcurvatura. Além disso, quando a fibra óptica do sensor de torção é comprimida, uma variação local de birrefringência pode induzir uma alteração de polarização maior do que a induzida por torção a ser medida.

[000114] Em algumas formas de realização preferidas, o sensor de torção é protegido contra cargas laterais, que podem dar origem a perdas de microcurvatura. De preferência, uma bainha de proteção 8 projetada para melhorar a resistência a compressões laterais, pode ser vantajosamente fornecida para cercar a fibra óptica opcionalmente tamponada por compressão.

[000115] Em cabos redondos, tal como o ilustrado na fig. 1, compressões laterais em direções transversais à direção longitudinal do cabo, normalmente ocorrem em direções radialmente para dentro.

[000116] A Requerente observou que o sensor de torção pode ser usado como membro de resistência ao ato de puxar na etapa de extrusão do material de enchimento de acoplamento durante o processo de fabricação do cabo. De acordo com esta forma de realização, são de preferência tomadas medidas, a fim de evitar que o material de sensor de torção não amoleça durante o processo de extrusão do material de enchimento de acoplamento, de modo que, para garantir uma força de puxar uniforme. A presença de uma bainha de proteção 8 e uma seleção adequada do material que forma a referida bainha pode vantajosamente prover o sensor de torção com uma resistência à tração suficiente tanto para melhorar a resistência à compressão lateral e para permitir que o sensor de torção funcione como elemento de resistência ao ato de puxar no processo de fabricação do cabo elétrico.

[000117] A fim de assegurar a congruência mecânica entre a fibra óptica de modo único e o material de enchimento de acoplamento, o material da bainha de proteção é selecionado de modo a proporcionar uma adesão forte e relativamente uniforme, com a fibra óptica, opcionalmente tamponada.

[000118] Em formas de realização preferidas, a bainha de proteção 8 é feita de um compósito reforçado com fibras, em que as fibras podem ser de carbono, grafite, boro, vidro ou fibras (não ópticas).

[000119] Em uma forma de realização, a bainha de proteção 8 é um polímero reforçado com vidro (PRFV), em que o polímero é reforçado por fibras de vidro incorporadas no polímero. Tem sido observado que a rigidez tensional relativamente elevada do sensor de torção é alcançada pela presença de fibras de reforço paralelas implantadas ao eixo geométrico longitudinal da fibra óptica, facilitando assim a fabricação do cabo, quando o sensor de torção é utilizado como elemento de resistência ao ato de puxar na etapa de extrusão do material de enchimento de acoplamento. A bainha de proteção 8 pode ser pultrusada sobre a camada de tampão 10 e está em contato direto com a mesma.

[000120] Opcionalmente, a superfície exterior da bainha de proteção, a qual está rodeada pelo material de enchimento de acoplamento em que o sensor de torção é incorporado, compreende uma pluralidade de ranhuras ou cortes ou é tratada para formar uma superfície rugosa, a fim de aumentar a aderência da bainha de proteção com o material de enchimento de acoplamento. Altemativamente ou em adição, uma camada promotora de adesão pode ser opcionalmente proporcionada na bainha de proteção.

[000121] A fim de proporcionar o sensor de torção, com a flexibilidade necessária, é preferível que a bainha de proteção seja feita de um material à base de polímero tendo propriedades elásticas. De preferência, o polímero incorpora as fibras de reforço são as resinas de reticulação, em particular de resinas reticuladas curáveis por UV ou resinas reticuladas termoendurecidas, que, em geral, proporcionam uma resistência à compressão. As resinas reticuladas podem ser poliésteres insaturados, epoxis, ou ésteres de vinila.

[000122] Tem sido observado que, a fim de melhorar a flexibilidade do sensor de torção, a espessura da bainha de proteção, quando feita de um material à base de polímero, é de preferência compreendida entre 500 e 1000 μm. Por exemplo, a bainha de proteção é uma camada de GRP que aumenta o diâmetro exterior da fibra óptica tamponada até 1,8 a 2,5 mm.

[000123] É preferível que a bainha de proteção em tomo da fibra óptica do sensor evite o encolhimento de fibra a temperaturas utilizadas no processo de fabricação, e em particular no processo de cura de certos componentes de cabo, tais como as bainhas interiores e exteriores.

[000124] As resinas de reticulação de alto grau de temperatura resistindo à temperatura de cura são selecionadas, por exemplo, Polystal® GRP de alta temperatura por Polystal Composites GmbH.

[000125] Devido a uma seleção apropriada dos materiais do sensor de torção e o material de enchimento de acoplamento, que proporciona congruência mecânica entre os diferentes elementos, uma transferência eficiente do torque é atingida.

[000126] Por exemplo, o revestimento de proteção do sensor de torção é um polímero reforçado com fibra termoplástica com o módulo de Young de 72.400 MPa, enquanto o material de enchimento de acoplamento é um elastômero termoendurecível com o módulo de Young de 671 MPa. A área em seção transversal da bainha de proteção é de 3,4 mm', a área da seção transversal do material de enchimento de acoplamento é de 75 mm-, proporcionando uma rigidez axial de 250 kN para a bainha de proteção de e de 50 kN para o enchimento de acoplamento. Se um polímero termoplástico reforçado com fibras tem uma boa aderência ao material de enchimento de acoplamento e para as camadas subjacentes, tal como a camada de tampão, o polímero termoplástico levam o material de enchimento de acoplamento, mesmo que a área de seção transversal do mesmo seja muito menor.

[000127] Em uma forma de realização, o material de enchimento de acoplamento é selecionado entre o grupo constituído por: poliéster, com o módulo de Young de 1 a 5 GPa, poliamida com o módulo de Young de 2 a 4 GPa, cloreto de polivinila (PVC) com um módulo de Young de 0,003 a 0,01 GPa, polietileno de baixa densidade com o módulo de Young de 0,1 a 0,3 GPa, e polietileno de alta densidade, com um módulo de Young de 0,4 a 1,2 GPa. De preferência, os materiais poliméricos reticulados são usados.

[000128] De acordo com uma outra forma de realização, a fim de proporcionar o sensor de torção com a resistência a cargas laterais e resistência ao ato de puxar, a bainha de proteção do sensor de torção pode ser um tubo metálico que envolve a camada de tampão da fibra óptica, opcionalmente tamponada (forma de realização não representada nas figuras). Neste caso, o tubo metálico contém um material de gel ou de tipo gel, opcionalmente, sob pressão, capaz de proporcionar a congruência mecânica procurada entre o tubo metálico e a fibra óptica nele contida. Em uma forma de realização preferida, o tubo metálico é feito de aço.

[000129] De preferência, apenas um, no grupo que consiste da camada em tomo do tampão de fibra revestida, o revestimento de proteção e o material de enchimento de acoplamento é feito de um material com propriedades plásticas.

[000130] Embora em algumas formas de realização preferidas, o sensor de torção compreende uma camada de tampão, a fim de melhorar a resistência e elasticidade do sensor de torção, como na construção representada nas Figs. 2a e 2b, é para ser entendido que o sensor de torção pode compreender uma fibra óptica revestida com um sistema de revestimento diretamente envolvido por uma bainha de proteção.

[000131] A Figura 3 é um diagrama de blocos esquemático, que ilustra os princípios de funcionamento de um aparelho de medição usando a técnica de P-OTDR para medir as alterações de rotação ao longo do comprimento do cabo. Um aparelho de medição 30 compreende uma fonte de laser 31 apta a gerar um pulso óptico, de preferência, com a largura de banda estreita e mais de preferência com uma duração selecionável. Tempo de duração do pulso é relacionado com a extensão longitudinal do pulso ao longo da fibra e, assim, a detecção atinge a resolução espacial. De um modo geral, pulsos estreitos proporcionam maior resolução espacial do que pulsos mais amplos. No entanto, uma vez que fornecem pulsos mais amplos a uma intensidade maior do que pulsos estreitos, em algumas formas de realização, a duração do pulso é selecionada para equilibrar a intensidade do pulso óptico (levando em consideração a atenuação da luz, enquanto se desloca na fibra) e a resolução espacial desejada.

[000132] Por exemplo, a fonte de luz de laser pode ser um laser de cavidade externa (como a série Yenista Tunics) ou um diodo de laser DFB, gerando um pulso de duração do tempo de 3 a 1000 ns. E geralmente rentável que a largura da linha do laser seja menor do que alguns GHz, ainda mais rentável menos do que alguns MHz. Como é do conhecimento geral, o estado de polarização (SOP) de uma onda de propagação é a relação entre os componentes transversais do campo elétrico em um plano fixo que se move em sincronia com a onda ao longo da direção de propagação.

[000133] Em uma forma de realização preferida, o pulso óptico é gerado pela fonte de laser com um estado de polarização. O SOP do pulso óptico pode ser opcionalmente alterado através de um dispositivo controlador de polarização 32, acoplado opticamente à fonte de luz de laser 31.

[000134] Em uma outra forma de realização, a fonte de laser 31 está apta a gerar um pulso óptico polarizado. Um único SOP é então selecionado através de um dispositivo controlador de polarização 32 opticamente acoplado à fonte de raios de laser. Por exemplo, o controlador de polarização é um Agilent 8169A ou um Thorlab DPC5500 ou um controlador de polarização mecânico mais simples de FiberLogix.

[000135] Em cada forma de realização, um pulso de entrada da sonda com um SOP de entrada é criado. No caso do aparelho de medição compreender um controlador de polarização opticamente acoplado à fonte de raios de laser, um dado SOP de entrada corresponde a uma determinada configuração de controlador de polarização. O pulso de sonda entra então em um dispositivo divisor/combinador óptico 35, através de uma primeira porta de entrada 37 e é em seguida lançado através de uma primeira porta de saída 39 do dispositivo divisor/combinador óptico dentro de uma extremidade de entrada de uma única fibra óptica de detecção de um sensor de torção composto em um cabo 36 (sensor de torção não mostrado). O dispositivo divisor/combinador óptico 35 pode incluir um circulador óptico, tal como uma bomba de circulação óptica de três portas. Em uma forma de realização, o cabo é um cabo elétrico descrito com referência à fig. 1. Mais geralmente, o cabo 36 compreende pelo menos três elementos longitudinais e um sensor de torção compreende uma fibra óptica de único modo disposta substancialmente ao longo de um eixo geométrico central do cabo, o sensor de fibra óptica a ser acoplado mecanicamente ao pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais.

[000136] O pulso de sonda tendo um SOP de entrada se desloca ao longo da fibra óptica de único modo e retrodispersão de Rayleigh ocorre devido às flutuações do índice de refração da fibra.

[000137] O divisor /combinador de feixe 35 desvia o campo retrodispersado a partir da fibra de modo único para um dispositivo óptico do analisador de polarização 34. Na forma de realização mostrada na figura, o divisor/combinador óptico é um circulador óptico de três aberturas e o campo retrodispersado entra na primeira porta de saída 38 da bomba de circulação, o que é uma porta de entrada/saída, para ser desviada para uma segunda porta de saída 39 acoplada opticamente ao analisador de polarização 34.

[000138] O analisador de polarização converte variações de SOP do campo retrodispersado em flutuações de energia. Por exemplo, o analisador de polarização compreende placas de ondas calibradas, o divisor de feixe de polarização e/ou placas de ondas de polarização. As flutuações de potência do sinal óptico que emergem do analisador de polarização são registradas por um receptor óptico 33, opticamente acoplado ao analisador de polarização 34.

[000139] Por exemplo, o analisador de polarização está apto a medir o sinal de entrada em três estados de polarização através da análise dos componentes do sinal para os três valores próprios correspondentes aos estados de polarização, de uma maneira conhecida per se.

[000140] De preferência, o receptor óptico 33 é um fotodiodo, que detecta o sinal de energia com retrodispersão. Por exemplo, um receptor óptico adequado é um fotodiodo de avalanche (APD).

[000141] Em algumas formas de realização, pode ser preferível amplificar opticamente o pulso de sonda e/ou o sinal de retrodispersão, de modo a aumentar a relação sinal-ruído (SNR) e a repetibilidade da medição global. Opcionalmente, a filtragem espacial do pulso de sonda e/ou o sinal retrodispersado pode ser feita através da introdução de um filtro espacial óptico a jusante do controlador de polarização e/ou a jusante do analisador de polarização.

[000142] Os dados brutos, que são registrados pelo receptor óptico, ou seja, flutuações de energia do campo retrodispersado causadas pelas variações de SOP, são baixados em uma unidade de processamento central, composta por exemplo, em um computador pessoal (não mostrado na figura), onde a evolução da SOP do campo retrodispersado é calculado como uma função do tempo, por meio de algoritmos conhecidos per se a partir de polarimetria padrão.

[000143] Ao saber o índice de refração da fibra óptica de único modo, isto é, a velocidade dos pulsos ópticos na fibra, é possível converter o tempo de coordenar a SOP do campo retrodispersado para um espaço de coordenadas e, assim, calcular a SOP como um a função da posição longitudinal ao longo da fibra, onde a dispersão ocorre, isto é, como uma função da distância desde o ponto de dispersão. Como os SOPs emitidos a partir da fibra de detecção provêm diretamente de medições de reflectometria, dentro da presente descrição e reivindicações, que também se referem a um SOP "medido" do campo retrodispersado, referido daqui em diante como o SOP de saída.

[000144] Na prática, muitos P-OTDR são configurados de modo que, durante as medições, o mesmo sinal de sonda tendo um SOP de entrada predeterminado é injetado um grande número de vezes, por exemplo, várias centenas, e os sinais retrodispersados correspondentes estão detectados. O sinal óptico retrodispersado para o qual um SOP de saída é medido é o valor médio dos sinais ópticos detectados. Isso melhora o SNR do SOP de saída medido. Por exemplo, alguns reflectômetros P-OTDR comerciais precisam de cerca de 1 minuto para medir um SOP de saída para cada SOP entrada.

[000145] O SOP de saída do campo retrodispersado está relacionado com o SOP de entrada através de uma relação matemática que fornece informação sobre a rotação do eixo geométrico da birrefringência da fibra com sonda. Vários métodos podem ser utilizados para calcular a rotação, tal como o Método de Matriz de Muller descrito em RM Jopson et al. em "Measurements of Second-Order Polarizations-Mode Dispersion Vectors in Optical Fibers", publicado na IEEE Photonics Tecnologia Letters, vol. 11 (1999), páginas 1153-1155, que determinou uma matriz de rotação 3x3 que se relaciona com o SOP de entrada para o SOP de saída e que representa a propagação de ida e volta do campo retrodispersado.

[000146] A recuperação a informação sobre a distribuição do ângulo de birrefringência de fibra óptica de único modo ao longo do comprimento da fibra a partir das quantidades medidas de ida e volta pode ser conseguida através da utilização de um modelo matemático conhecido e os seus algoritmos.

[000147] Conforme descrito na A. Galtarossa et al., "Reflectometric measurement of birefringence rotation in single-mode fibers", Optics Letters, vol. 33 (2008), páginas 2284-2286, a partir do SOP do campo retrodispersado, derivado diretamente a partir das medições por meio de reflectometria sensível à polarização, é possível calcular um vetor de birrefringência" equivalente", ' « definido na Equação (4) do artigo citado, onde z é a distância entre o ponto de dispersão para a extremidade de entrada de fibras, ao longo do eixo geométrico longitudinal da fibra. O vetor Vr^ derivado das medições está diretamente correlacionado com o vetor de birrefringência local P ^z^da fibra sensora e contém a informação sobre a variação do estado de rotação ao longo do comprimento da fibra, que é representado pela evolução local do componente linear de Vr

[000148] Uma representação matemática do vetor de birrefringência equivalente, está no espaço tridimensional de Stokes com si’ s2 ’ s3) sendo a base ortonormal do espaço, onde os vetores de unidades s” s2 e s3 correspondem à polarização linear horizontal, polarização linear de 45 ° e polarização circular à direita, respectivamente. A coordenada longitudinal z mapeia os pontos de amostragem ao longo da fibra.

[000149] O vetor de birrefringência equivalente é linear, por definição, (isto é, o seu terceiro componente é zero) e é rodado por um ângulo V (z) com respeito a Sk A função de ângulo y (z) subentendida pelo Vr^ e o s vetor 1 que representa a projeção do vetor de birrefringência de fibra em um plano perpendicular ao eixo geométrico de polarização circular, pode ser expresso como V (z) = q (z) + (2-g) θ (z), (1) onde T| (z) é intrínseco a orientação da fibra de birrefringência, g = 0,15 é um coeficiente elasto-óptico conhecido na literatura, e θ (z) é a função do ângulo de rotação que representa o ângulo através do qual a fibra é fisicamente torcida em z. No que se segue, y (z), que pode ser derivado diretamente por meio de algoritmos conhecidos a partir de medições de reflectometria e que representa o ângulo de rotação do vetor de birrefringência de fibra (equivalente), é referido como o ângulo da função da birrefringência.

[000150] Uma vez que o ângulo r| (z) é independente da rotação 0 (z) aplicada à fibra, uma vez que a orientação da birrefringência intrínseca da fibra sensora em z é conhecida, o termo r| (z) pode ser feito como uma função constante e a rotação física 0 (z) é diretamente calculada a partir dos valores de (z) derivada a partir das medições do campo de retrodispersão detectada.

[000151] Para determinar o vetor de birrefringência equivalente e, assim, calcular a função de ângulo de rotação, pelo menos duas medições do SOP de saída do campo retrodispersado, correspondente a dois SOPs de entrada distintos do campo de sonda, são executadas. A detecção de pelo menos dois sinais retrodispersados, o que corresponde a dois sinais da sonda com diferentes polarizações, permite a medição de três graus de liberdade necessários para definir a rotação do vetor de birrefringência e, assim, a determinação da função do ângulo de birrefringência.

[000152] Se, por exemplo, um número n de voltas é aplicado à fibra, a função de ângulo de birrefringência pode ser expressa como

[000153] em que Léo comprimento da seção de fibra torcida. Uma vez que a contribuição intrínseca q (z) é conhecida, é possível a partir da função de ângulo de birrefringência yn (z) calcular o número de voltas aplicado à fibra e mais geralmente a rotação física da fibra.

[000154] A medida que a fibra óptica de único modo, e, assim, o sensor de torção, está mecanicamente acoplado a pelo menos um elemento longitudinal do cabo incorporando o sensor, a torção determinada ao longo da fibra óptica em modo único é diretamente correlacionada com a torção do cabo. Por conseguinte, o estado de rotação determinado da fibra sensora está associado ao estado de torção do cabo.

[000155] O efeito de torção externa da fibra, e, assim, da torção do cabo, pode ser realçado por meio do cálculo da variação do ângulo da função da birrefringência, com respeito a uma curva de referência. A curva de referência, pode representar uma condição inicial do cabo, como, por exemplo, quando o cabo é instalado como cabo para serviço pesado em um guindaste ou enrolado em tomo de um carretel para instalações móveis.

[000156] A partir da relação (1), a variação do ângulo de rotação função é dada por

onde Vo (z) = q (z) + (2-g), 0o (z) representa a curva de referência, por exemplo, uma distribuição de ângulo de birrefringência inicial ao longo do comprimento da fibra z correspondente à condição inicial do cabo. A equação (3) fornece diretamente a variação da torção aplicada ao cabo, como uma função do comprimento ao longo do cabo.

[000157] Note-se que as medições relativas da variação do estado de rotação do cabo, que se referem a uma condição de referência do cabo não necessitam do conhecimento da orientação intrínseca da birrefringência da fibra, uma vez que é independente do estado de rotação aplicado para a fibra.

[000158] Na prática, e de acordo com uma forma de realização, a variação da função do ângulo de rotação Δ0 (z), que representa a variação da torção aplicada ao cabo, com respeito a uma condição de referência descrita por uma função de ângulo de referência \|/0 (z), é determinada através da execução dos seguintes etapas: preparar uma função do ângulo de birrefringência de referência; detectar uma pluralidade de sinais ópticos retrodispersados seguintes a injeção de uma correspondente pluralidade de sinais ópticos de sonda para medir um SOP de saída para cada um da pluralidade de sinais ópticos retrodispersados; a partir dos SOPs de saída medidos, calcular um vetor de birrefringência equivalente VR(Z\ calcular uma função de ângulo de birrefringência y (z) subentendido pelo e S1 e calcular a variação da função do ângulo de rotação a partir da função de ângulo de birrefringência \|/ (z) e a função de ângulo de birrefringência de referência, a variação da função do ângulo de rotação que representa a torção mecânica da fibra em tomo do seu eixo geométrico longitudinal. A preparação de uma função de ângulo de referência pode ser realizada derivando a função de ângulo de referência a partir de medições de reflectometria como descrito acima.

[000159] Quando um número n de voltas é aplicado à fibra, utilizando (2) e (3) a variação da função do ângulo de rotação das fibras pode ser expressa como

onde \|/0 (z) = (z) representa a curva de referência, por exemplo, correspondente à condição inicial do cabo quando nenhuma curva é aplicada.

[000160] De modo mais geral, por meio da equação (3), as rotações ou torções não uniformes ao longo do cabo podem ser detectadas.

[000161] A Figura 4 é um diagrama de blocos esquemático, que ilustra os princípios de funcionamento de um aparelho de medição usando a técnica de P-OFDR para medir as alterações rotacionais ao longo do comprimento do cabo, de uma forma de realização de acordo com a presente descrição. Um aparelho de medição 40 compreende uma fonte de laser óptico 41 apta a gerar uma onda altamente coerente contínua (CW) do sinal óptico polarizado, cuja frequência é linearmente variada de uma determinada largura de banda. Por exemplo, a fonte de laser é um laser de cavidade externa, tendo uma frequência dentro da banda em que o sensor de fibra de modo único é, por exemplo, entre 1300 e 1630 nm. O sinal óptico gerado pela fonte de laser 41 é dividido em duas porções por meio de um divisor óptico 42 ligado opticamente à fonte de laser. Uma porção do sinal óptico é enviada para um controlador de polarização 43 e atua como um sinal de sonda, enquanto a outra porção é enviada para um acoplador óptico 47 e funciona como o oscilador local de um esquema de detecção heteródina, como descrito a seguir.

[000162] O sinal da sonda é passado através do controlador de polarização 43, que seleciona e/ou controla um SOP de entrada para o sinal da sonda. Portanto, a saída do controlador de polarização de um sinal da sonda com um SOP é criada. O controlador de polarização é acoplado opticamente a um divisor/combinador de feixe 49, o que injeta o sinal de sonda polarizado para uma fibra de modo único de um sensor óptico de torção (não representado) integrado em um cabo 50. Em uma forma de realização, o cabo 50 é um cabo elétrico tal como o descrito com referência à fig. 1. Mais geralmente, o cabo 36 compreende pelo menos um elemento longitudinal e um sensor de fibra óptica de torção que compreende uma fibra óptica de modo único disposta substancialmente ao longo de um eixo geométrico central do cabo, o sensor de fibra óptica a ser acoplado mecanicamente a pelo menos um longitudinal elemento.

[000163] O divisor/combinador de feixe óptico 49 pode ser implementado com um circulador óptico, como um circulador óptico de três portas.

[000164] O divisor/combinador de feixe 49 recebe o campo retrodispersado a partir da fibra óptica de modo único do sensor de torção do cabo 50 e desvia o mesmo para um analisador de polarização 48, que converte as variações de SOP do campo retrodisperso em flutuações de energia. Por exemplo, o analisador de polarização compreende placas de ondas calibradas, um divisor de feixe de polarização e/ou placas de ondas de polarização. O analisador de polarização 48 é opticamente acoplado a um acoplador óptico 47, o qual recebe o sinal óptico que contém as informações sobre a birrefringência local de fibra óptica de único modo. No acoplador óptico 47, o sinal óptico polarizado que emerge do analisador de polarização é misturado com o oscilador local, ou seja, com o sinal óptico gerado pela fonte de laser, e o sinal misto é detectado por um dispositivo de detecção heteródina 51.0 dispositivo compreende detectar um divisor óptico de polarização 45 que divide o sinal óptico misto recebido pelo acoplador óptico 47 em duas porções. Uma primeira porção do sinal óptico misto é enviada para um primeiro receptor óptico 44 e uma segunda porção do sinal misto é enviada para um segundo receptor óptico 46, de acordo com uma configuração heteródina.

[000165] Por meio de algoritmos conhecidos para detecção heteródina em P-OFDR, por exemplo, através da exploração do algoritmo descrito na BJ Seller, DK Gifford, Wolfe MS, ME Froggatt "High resolution optical frequency domain reflectometry for characterization of components and assemblies", Optics Express, 2005, vol. 13, n °. 2, pp. 666-674, é possível calcular as oscilações de energia do sinal transmitido pelo analisador de polarização 48 e detectada pelos receptores 44 e 46. As flutuações de energia retrodispersadas são levadas para uma determinada entrada de SOP, que corresponde a um determinada configuração do controlador de polarização 43.

[000166] Usando uma técnica P-OFDR, os sinais elétricos gerados pelos receptores ópticos 44 e 46 são sinais de frequência modulada. Uma transformada de Fourier inversa do sinal modulado por frequência converte o sinal a partir de um domínio de frequências em um domínio no tempo, fornecendo, por meio de algoritmos conhecidos, um SOP de saída do campo retrodispersado como uma função do tempo.

[000167] Muitos P-OFDR comerciais podem ser regulados de modo a que, durante as medições, um sinal óptico com uma sonda de entrada de SOP predeterminado é injetado e, em seguida, um SOP de saída é medido a partir do sinal óptico retrodispersado. A medição do espectro retrodispersado pode durar alguns segundos. Processamento do espectro retrodispersado pode ocorrer após a aquisição de cada espectro retrodispersado. Quando a aquisição do espectro retrodispersado tenha terminado, é possível injetar um outro sinal óptico de sonda.

[000168] Ao saber o índice de refração da fibra óptica de único modo, isto é, a velocidade dos pulsos ópticos na fibra, é possível calcular o SOP do campo retrodispersado como uma função da posição ao longo da fibra, onde a dispersão ocorre, ou seja, como uma função da distância desde o ponto de dispersão. Deste modo, uma distribuição do ângulo de birrefringência de fibra óptica de único modo, isto é, o ângulo de birrefringência função y (z), pode ser obtido. As equações (1) - (4) possuem também, no caso de medições, utilizando a técnica de P-OFDR.

[000169] Em algumas formas de realização, pode ser preferível opticamente amplificar o sinal de sonda, e/ou o sinal de retrodispersão, de modo a aumentar o SNR e a repetibilidade da medição global.

[000170] Em uma outra forma de realização do aparelho de medição de P-OFDR, é possível omitir o analisador de polarização e calcular o SOP do campo retrodispersado como explicado em R. Calvani, R. Caponi, F. Cistemino, "Real-time heterodyme fiber polarimetry with narrow- and broad-band sources", J. Lightwave Desenvolvimento Tecnológico, 1986, vol. 4 877- 883, pp., usando os sinais complexos registrados pelos dois receptores ópticos. Nesta forma de realização e com referência à fig. 4, o analisador de polarização 48 é omitido e o sinal óptico retrodispersado a partir da fibra óptica de modo único é dirigido a partir do divisor/combinador de feixe 49 para o acoplador óptico 47 para ser detectado por receptores ópticos 44 e 46.

[000171] Como descrito acima, tanto o P-OTDR e o P-OFDR permitem o cálculo de uma função do ângulo de birrefringência do modo único de fibra óptica do sensor de torção, como uma função da posição ao longo da fibra. A partir da determinação da função de ângulo de birrefringência, a torção aplicada ao cabo que integra o sensor de torção é determinada.

[000172] A Figura 5 é um gráfico que mostra o ângulo da birrefringência (voltas) como uma função da distância z (m) a partir da entrada de uma fibra óptica de modo único (z = 0) de um sensor de torção rodeado por um material de enchimento de acoplamento, ou seja, um conjunto de material de enchimento-sensor, para um número diferente de voltas de 0 a 11 voltas induzidas para a fibra. As medidas foram realizadas com um aparelho de medição usando a técnica P-OFDR. O sensor de torção composto da fibra sensora, tamponada com um tampão de acrilato reticulado UV 900 μm de espessura e rodeada por um polímero de um vidro reforçado (camada GRP) e uma carga de acoplamento de material elastomérico termoplástico. Um tal conjunto formado por um sensor de torção e um material de enchimento de acoplamento pode ser utilizado como separador de suporte para um cabo elétrico. A extremidade de entrada da fibra sensora, ou seja, a extremidade na qual o aparelho de medição P-OFDR foi ligado para as medições, foi fixada e a outra extremidade foi rodada por um número limitado de voltas. No exemplo, o comprimento da seção de fibra sensora que foi submetido a rotação era de 2,74 m. Cada uma das curvas do gráfico da fig. 5 pode ser descrita pela equação (2). A curva mais inferior do gráfico está relacionada com a fibra sem torção aplicada, enquanto que a curva superior corresponde à fibra rodada durante 11 voltas. A curva mais baixa mostra um ângulo de birrefringência negativo. Isto é devido a uma rotação intrínseca (isto é, pré-torção) de -2,1 voltas/metro da fibra no interior do material de enchimento.

[000173] A Figura 6 é um gráfico relatando a variação (voltas) do ângulo de rotação como uma função da distância (em metros z) a partir da entrada da fibra óptica de único modo compreendida no conjunto do sensor de enchimento de acoplamento do exemplo da Figura 5. A variação do ângulo de birrefringência é calculado usando a Equação. (4), onde a curva mais baixa é a curva de referência sem torção externa aplicada.

[000174] Com referência à discussão acima, pelo menos duas medições do SOP de saída do campo retrodispersado, correspondente a dois SOPs de entrada distintos do campo da sonda, são necessárias para determinar a rotação do vetor de birrefringência.

[000175] Quando a quantidade dos SOPs de saída medidos é maior do que dois, algoritmos de melhor ajuste podem ser usados para calcular a rotação que se relaciona com os SOPs de saída para os SOPs de entrada. Em uma forma de realização, o melhor procedimento de ajuste descrito em "Analysis of 3-D Rotation Fitting" por K. Kanatani, IEEE Transactions of Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 16 (1994), páginas 543-549, é utilizado para calcular uma matriz de Miiller de ida e volta. A partir da matriz de rotação, um vetor de birrefringência equivalente é calculado como descrito acima.

[000176] Uma vez que a polarização é sensível aos movimentos do cabo a medição é feita somente quando o cabo é relativamente imóvel. Comparando as leituras de torção ao longo do cabo em momentos diferentes, é possível ajustar rolos guia que levam o cabo a partir do solo para a bobina.

[000177] Valores dos ângulos calculados y (z) do vetor de birrefringência equivalente são fornecidos no modulo 2π, como qualquer ângulo é indistinguível de ângulos obtidos pela soma de um múltiplo de 2π ao ângulo. Na prática, isto significa que os ângulos de rotação medidos θ (z) podem apresentar saltos bruscos de 2π/(2 - g), que, no entanto, não correspondem a rotação abrupta real da fibra.

[000178] Uma solução para este problema reside em retirar o ângulo y (z) como uma função da posição longitudinal, ou seja, para corrigir a evolução do ângulo em função da posição longitudinal, modificando os valores do ângulo a fim de remover mudanças bruscas ou descontinuidades do ângulo, que são susceptíveis de ocorrer na fibra real. Procedimentos de alisamento matemáticos comuns estão disponíveis no software matemático comercial como MATLAB®.

[000179] A Requerente observou que os procedimentos de desmontagem do ângulo, em algumas circunstâncias podem falhar. Uma situação típica é representada na fig. 7 (a), que mostra duas curvas contínuas representam o vetor de birrefringência equivalente em um plano de Stokes {si, s2}, por dois SOPs de entrada diferentes (linha sólida e linha tracejada). Em alguns setores da fibra sensora, tais como a seção marcada "A" na figura 7 (a), o vetor de birrefringência equivalente é pequeno e, por conseguinte, perto da origem. Nesta seção de fibra, o ruído nas medições pode facilmente fazer com que o vetor de birrefringência equivalente passe sobre o outro lado da origem do plano, como mostrado pela curva tracejada que passa a partir do semiplano superior para o semiplano inferior e de volta para o semiplano superior. Quando esta situação ocorre, o ângulo de birrefringência V (z) derivado de medidas tem uma variação abrupta anômala de 2π. A Figura 7 (b) mostra as funções do ângulo y (z) como uma função da posição longitudinal z na fibra, medida a partir das duas curvas da Fig. 7 (a). Pode-se observar que a medida mais afetada pelo ruído (curva tracejada) tem uma variação de etapa abrupta, ou seja, uma descontinuidade.

[000180] A Requerente observou que um salto do ângulo, tal como o mostrado pela curva tracejada da fig. 7 (b), não pode ser compensado por meio de um procedimento de desmontagem para a etapa de 2π não ocorre subitamente a partir de uma medição de um SOP de saída para a próxima medição, mas está presente dentro das mesmas medições através de uma pluralidade de pontos de amostragem do SOP de saída.

[000181] A requerente também observou que, em algumas circunstâncias, as etapas podem ser maiores do que 2π e sendo geralmente 2πm, sendo m um número inteiro. Daqui em diante é feita referência a esses artefatos como "2π-saltos", independentemente da sua amplitude eficaz.

[000182] Em princípio, uma fibra óptica de único modo pode ser selecionada, de preferência com uma birrefringência bastante uniforme e elevada (a compatibilidade com a resolução do reflectômetro), de modo a minimizar a ocorrência do problema de variações da etapa abruptas no ângulo medido. No entanto, devido a perturbações externas (por exemplo, variações de temperatura e mecânicas do cabo em uso) que atuam sobre a fibra sensora, toma-se difícil, pelo menos em algumas circunstâncias, evitar artefatos de medições, tais como aqueles mostrados na fig. 7 (b).

[000183] A Requerente entendeu que, se o SOP de saída de uma fibra óptica de modo único é medido, um número N de tempo igual ou maior do que 3 e as N medições são agrupadas em um número G de diferentes grupos, cada grupo constituído por uma pluralidade de pelo menos duas medidas e sendo distinto dos outros grupos (G-l) por pelo menos uma medição de uma pluralidade de medições, a análise da comparação entre as funções do ângulo de birrefringência calculadas para cada um dos grupos, toma possível revelar e então corrigir os saltos de ângulo.

[000184] Para cada grupo, o vetor de birrefringência equivalente é calculado como descrito acima. Isto resulta em um número G de valores estimados de vetor da birrefringência equivalente, a partir desses valores, as funções de ângulo de birrefringência, (z), com j = 1, 2, G, doravante designada também como funções de ângulo de birrefringência do grupo, são calculados.

[000185] Na ausência de artefatos de medição devido a "2π-saltos", o \|/j (z) calculado deve ser substancialmente idêntico para cada grupo, mas para possíveis pequenas diferenças causadas pelo ruído experimental. No entanto, quando os ângulos de rotação estimados são afetados por variações abruptas de anomalias, pelo menos duas funções calculadas \|/k (z) e \j/j (z), com k ± j, diferem uns dos outros. Ao comparar as funções de ângulo do grupo vμj (z) calculado para cada grupo, é possível detectar os artefatos de medição.

[000186] De acordo com uma forma de realização preferida, as funções de diferença Δ\μk-j (z) = \|/k (z) - \|/j (z), em qualquer combinação de dois ângulos, com k, j = 1, 2, .. G e k ± j, são determinados e analisados a fim de detectar os saltos de amplitude estreita para 2π. Dentro dos grupos, existem combinações G(G-l)/2. As funções de diferença de ângulo A\|/kj (z) deve ser substancialmente zero na ausência de descontinuidade e, assim, qualquer diferença significativamente diferente de zero é atribuído a 2πm saltos. Em algumas formas de realização, uma descontinuidade d é definida para estar presente se o módulo da função de diferença de ângulo é igual ou maior do que π. A descontinuidade d é atribuída a um salto 2πm, onde m é o número inteiro que minimiza a quantidade | d - 2πm |.

[000187] A detecção dos "2π-saltos" nas curvas Δ\|/kj (z) pode ser realizada por meio de algoritmos de detecção de bordas, por si só conhecidos, comumente usados em computação gráfica e processamento de imagem. Em uma forma de realização, o algoritmo de detecção de bordas é o descrito no J. Canny, "A Computational Approach to Edge Detection", publicado na IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, 1986, PAMI-8, vol. 6, pp. 679-698, e se baseia no primeiro derivado de um filtro de Gauss.

[000188] Uma vez que um "2π-salto" foi detectado na função de diferença Δtμ^j (z), é determinado se o salto ocorreu realmente em \μk (z) ou \|/j (z). Isto pode ser realizado através da análise do alisamento das duas curvas \μk (z) e vj/j (z), em uma região de comprimento em tomo e que compreende a posição do salto detectado. A função que descreve o ângulo de rotação, com o salto anômalo aparece para ser a menos lisa das duas funções.

[000189] De acordo com uma forma de realização, as curvas \μk (z) estão equipadas com um parâmetro de rugosidade em um faixa de valores z em tomo dos pontos z afetados pelo salto, de modo a determinar qual das duas curvas \μk (z) e \|/j (z) com (z) 0 é a menos lisa, ou em outras palavras, qual das duas curvas exibe o maior parâmetro de rugosidade em tomo do salto. Uma região de comprimento descontinuidade é definida como uma região de comprimento ao longo do eixo geométrico longitudinal z em tomo e que compreende a descontinuidade que representa um "2π-salto".

[000190] Na medição do SOP de saída como uma função do tempo, que é então convertida em um SOP de saída como uma função da posição longitudinal da fibra, o eixo geométrico longitudinal z é efetivamente amostrado, com um comprimento de amostragem, δzn, que depende da característica do reflectômetro sensível à polarização utilizado para realizar a medição.

[000191] Deixar zh ser a posição de um dos "2π-saltos" detectado em Δvμkj (z) e deixar qk (z) ser uma função polinomial que melhor adapta \μk (z) no sentido dos mínimos quadrados, para z dentro da região de comprimento de descontinuidade, que é representada pelo conjunto {zh.s, zh_s+i,...., Zh+S}, com s sendo um número inteiro positivo e (2s + 1) representando o número de posições longitudinais em tomo do salto considerado no procedimento de ajuste. De preferência, a função polinomial qk (z) é de primeiro grau, mais de preferência de segundo grau. De preferência, o inteiro positivo s é de entre 5 e 50.

[000192] Um parâmetro de rugosidade pk (zh) para \|/k (z) em z = zhé definido como o resíduo

[000193] Se pk (zh) > Pj (zh), em seguida, y, (z) é mais liso do que yk (z), no selecionado em tomo de zh. Nesse caso, yk (z) é assumido ser afetado por um salto anômalo em zh.

[000194] Para compensar o artefato em yk (z), um deslocamento ± 2πm pode ser adicionado à yk (z) para cada z > zh+s. O sinal do deslocamento deve ser + se o "2π-salto" de Δiμicj (z) está diminuindo com o aumento de zh, que deve ser - se o "2π-salto" está aumentando em Zh.

[000195] A Requerente observou que, muitas vezes, a transição para o salto não pode ser compensada pela adição de um deslocamento. De acordo com uma forma de realização, o comprimento da região de descontinuidade Zh-s para Zh+S de \μk (z) é marcado como "não confiável" e não é levado em conta no cálculo de uma função de ângulo de rotação média, tal como descrito a seguir. O procedimento de cálculo do parâmetro de rugosidade é repetido para cada diferença Δ\|/kj (z) possivelmente analisando cada diferença mais de uma vez, até que nenhum salto seja encontrado. O procedimento de análise fornece G estimativas da função do ângulo de birrefringência, \μk (z). Entre as funções analisadas, as amostras longitudinais correspondentes às respectivas regiões de comprimento descontinuidade de uma ou mais funções \μk (z) são marcadas como "não confiável".

[000196] Como etapa final, a melhor estimativa do ângulo de birrefringência, (p (z), é calculado da seguinte forma: para cada amostra de zn, <p (zn) é definido igual ao valor médio ao longo de \pk (zn)> onde a média é limitada a amostras (ou seja, porções em z de funções do ângulo de birrefringência) não marcadas como "não confiável". Finalmente, a variação da função rotacional da fibra Δθ (z) com respeito a uma condição de referência (p0 (z) é determinada como [<p (z) - cp0 (z)]/(2 - g), usando a Equação (3), onde <p0 (z) é a melhor estimativa da função de ângulo de birrefringência de referência obtido no estado de referência.

[000197] Em algumas circunstâncias, a seleção de um número adequado N de diferentes SOPs de entrada, e, portanto, dos N SOPs de saída medidos, depende de um compromisso entre a precisão do resultado e o tempo de medição. De um modo preferido, 3 < N < 7, mais de preferência 3 < N < 5.

[000198] Em geral, quanto maior o ruído de medição, maior deve ser de preferência o número N. Em uma forma de realização preferida, os grupos G são formados como as combinações N (N-l)/2 das N medições tomadas (N-2) de uma vez sem repetições. Mais de preferência, os grupos G são formados como as N combinações das N medições tomadas (N-l) de uma vez sem repetições.

[000199] A Figura 8 (a) mostra funções de ângulo de birrefringência exemplar iμk (z), medidas em uma fibra óptica de modo único usando um número N = 3 de diferentes SOPs de entrada, e agrupando os dados correspondentes em G = 3 grupos de duas medições cada. Cada grupo determina uma das três funções de ângulo de birrefringência \μk (z), mostrada na fig. 8 (a). A Fig. 8 (b) mostra as funções de diferença Δ\μkj (z) entre cada par de ângulos \μk (z); os "2π-saltos" são claramente visíveis. A Figura 8 (c) mostra a função do ângulo de birrefringência (média), cp (z), calculada de acordo com o procedimento descrito acima.

[000200] No cabo da presente descrição e de acordo com as formas de realização preferidas, os elementos estruturais longitudinais são presos em tomo de um eixo geométrico comum, que é o eixo geométrico longitudinal central do cabo. Enrolamento dos elementos estruturais longitudinais pode ser realizado por bobinamento helicoidal de elementos estruturais em tomo do eixo geométrico central ou por enrolar em um padrão SZ. Como o sensor de torção está disposto substancialmente ao longo do eixo geométrico central, o enrolamento é realizado em tomo do sensor de torção.

[000201] Em algumas formas de realização preferidas, um processo de fabricação compreende a co-extrusão do material de enchimento de acoplamento para o sensor de torção, possivelmente, rodeado por um material de enchimento de reforço, de modo que o material de enchimento de acoplamento adere à superfície externa do sensor de torção. Em seguida, o conjunto formado pelo sensor de torção e o material de enchimento de acoplamento é inserido centralmente com relação ao conjunto de elementos longitudinais, enquanto o último está preso em tomo do conjunto. No final do processo de enrolamento, os elementos longitudinais são de forma helicoidal em tomo de e em contato estreito com o material de enchimento de acoplamento.

[000202] Em uma forma de realização, o sensor de torção - e a fibra óptica de único modo nele contida - tem um passo de torção e um lado (isto é, em uma direção da deposição) referido como o lado de torção, que é substancialmente o mesmo que o passo de enrolamento e o lado de enrolamento dos elementos longitudinais estruturais.

[000203] A Requerente observou que alguns aparelhos de medição utilizando reflectometria sensível à polarização têm um limite para o valor máximo da variação do ângulo de birrefringência, Δθn (z) [Eq. (4)], o que pode ser determinado pela técnica. A presença, no início de uma torção na fibra óptica de único modo, sem aplicação de torques externos funciona como uma linha de base de não zero para as medições de uma torção extemamente induzida de fibras na mesma direção que o processo de enrolamento. Uma torção na fibra óptica no início pode reduzir o número de rotações máximo detectável aplicado ao cabo na mesma direção de que a torção do enrolamento.

[000204] Para a monitoração do estado de torção do cabo de acordo com a presente descrição é preferível conhecer a torção a partir de fibra óptica ou torção, onde como "partida" pode ser significado a torção da fibra óptica no cabo se depositando antes do desenvolvimento ou na instalação de fabricação antes de colocar o cabo em uma bobina. Mais de preferência, a fibra óptica de único modo tem um passo de torção igual a ou menor que 1 volta/m.

[000205] A Requerente percebeu que, se o sensor de torção está integrado no cabo com uma fibra óptica de modo único pré-torcido no lado oposto da torção que está prevista para ser aplicada durante o enrolamento dos elementos estruturais longitudinais do cabo, o máximo valor da variação do ângulo de birrefringência pode ser aumentado e, portanto, a faixa de número de rotações mensurável de cabo pode ser alargada.

[000206] De acordo com uma forma de realização, durante o processo de fabricação do cabo, a fibra óptica de modo único é pré-torcida a um passo de torção que tem substancialmente o mesmo valor de um campo que vai ser aplicado aos elementos estruturais longitudinais na etapa de enrolamento do mesmo (passo de enrolamento), e com o lado oposto em relação à dos elementos longitudinais. A operação de conferir o referido passo de torção à fibra óptica de modo único é denominada "pré-torção".

[000207] A pré-torção da fibra óptica de único modo pode ser realizada em diferentes etapas de fabricação que precedem o acoplamento mecânico da fibra óptica incorporada no material de enchimento de acoplamento para os elementos longitudinais. Por exemplo, o passo de torção pode ser transmitido na fibra óptica, antes ou após a aplicação do tampão por compressão e/ou bainha de proteção (fase de revestimento).

[000208] A pré-torção pode ser realizada para a fibra óptica, antes ou após a aplicação do tampão por compressão e/ou bainha de proteção, utilizando um equipamento de torção como em W02004/028989.

[000209] De preferência, o passo de torção pode ser transmitido para a fibra óptica, antes ou após a aplicação do tampão por compressão e/ou bainha de proteção, através do enrolamento de uma bobina possuindo circunferência substancialmente igual ao passo de torção a ser conferido, e extrair a fibra a partir de uma direção paralela ao eixo geométrico da bobina, sem rotação da bobina. Isto confere à fibra uma volta de torção para cada comprimento substancialmente igual à circunferência da bobina.

[000210] Por exemplo, o passo de torção é de 2 a 3 voltas/metro.

[000211] A fibra óptica pré-torcida incorporada dentro do material de enchimento de acoplamento está associada com os elementos estruturais longitudinais do cabo antes do enrolamento do mesmo. Na etapa de enrolamento, os elementos estruturais longitudinais são enrolados com um passo de enrolamento que tem substancialmente o mesmo valor do passo de torção e tendo um lado de enrolamento oposto ao do lado de torção da fibra óptica de modo único do sensor de torção.

[000212] Desta forma, o cabo resultante compreende um sensor de torção de fibra óptica que compreende uma fibra óptica de único modo com um passo de torção substancialmente igual a zero.

[000213] Um passo de torção substancialmente igual a zero permite leituras mais claras por meio de técnicas de detecção óptica, tais como medição de Brillouin.

Claims

1. Método para monitorar um estado de torção de um caboelétrico (1, 36) que tem um eixo geométrico longitudinal central, o método compreendendo: - fornecer um cabo elétrico (1), incluindo um sensor de torção (5) que se estende longitudinalmente ao longo do cabo, o dito sensor de torção incluindo uma fibra óptica de único modo (9) disposta substancialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central (Z) do cabo (1, 36), caracterizado pelo fato de que o cabo compreende pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7), pelo menos um dos elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7) sendo um núcleo eletricamente condutor (2), em que o sensor de torção (5) está acoplado mecanicamente com pelo menos um dos elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7); e - medir um estado de torção da fibra óptica de único modo por reflectometria óptica sensível à polarização, dita medição compreendendo: - injetar uma pluralidade de sinais ópticos de sonda com estados de polarização de entrada distintos dentro de uma extremidade da fibra óptica de modo único (9); - detectar uma pluralidade de sinais ópticos retrodispersados, cada um da pluralidade de sinais ópticos retrodispersados possuindo um estado de saída de polarização; - medir os estados de saída de polarização dos sinais ópticos retrodispersados; - calcular uma função de ângulo de birrefringência como uma função da posição longitudinal da fibra óptica de modo único (9) a partir dos estados de saída medidos de polarização, e - calcular uma função do ângulo de rotação da fibra óptica de modo único (9) a partir da função do ângulo de birrefringência como uma função da posição longitudinal na fibra óptica de modo único (9), e - associar o estado de torção da fibra óptica de modo único (9) com a função do ângulo de rotação calculada, em que o método compreende associar o estado de torção do cabo (1, 36) ao longo do eixo geométrico longitudinal central (Z), com o estado de torção medido da fibra óptica de único modo (9).

2. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de torção (5) é mecanicamente acoplado a pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7).

3. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sensor de torção (5) é incorporado em um material de enchimento (6) de acoplamento mecanicamente acoplando o sensor de torção (5), com pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7).

4. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a comparação do estado de torção medido da fibra óptica de modo único (9) com um estado de torção de referência da fibra óptica de único modo (9) antes de associar o estado de torção do cabo (1, 36) com o estado de torção medido da fibra óptica de modo único (9).

5. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda, antes de injetar uma pluralidade de sinais ópticos de sonda polarizados, preparar uma função do ângulo de birrefringência de referência em relação a um estado de rotação de referência do cabo (1, 36), em que o cálculo de uma função de ângulo de rotação compreende o cálculo da variação da função de ângulo de birrefringência calculada com respeito à função de ângulo de birrefringência de referência.

6. Método de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a pluralidade de sinais ópticos de sonda polarizados é uma pluralidade de N sinais ópticos de sonda tendo estados de entrada distintos de polarização, com N > 3, de modo que a quantidade de estados de saída medidos de polarização é igual a N, e o método compreende ainda: - agrupar os N estados de saída medidos de polarização em G grupos de estados de saída medidos de polarizações, cada grupo compreendendo pelo menos dois estados de saída medidos de polarização, cada grupo sendo distinto dos grupos restantes (G-1) por pelo menos um estado de saída medido de polarização, - calcular uma função de ângulo de birrefringência a partir de cada grupo, de modo a se obter uma pluralidade de funções de ângulo de birrefringência do grupo, - calcular um valor médio das funções de ângulo de birrefringência do grupo, e - calcular a função do ângulo de rotação a partir do valor médio das funções de ângulo de birrefringência do grupo.

7. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o cálculo da função do ângulo de birrefringência ainda compreende: - analisar a pluralidade de funções do ângulo de birrefringência do grupo para revelar uma descontinuidade em uma função do ângulo de birrefringência do grupo; - corrigir a descontinuidade quando uma descontinuidade em uma primeira função do ângulo de birrefringência do grupo é revelada em uma posição longitudinal ao longo do comprimento da fibra, e - calcular um valor médio a partir da primeira função do ângulo do grupo a partir do remanescente da pluralidade de funções do ângulo do grupo compreende a eliminação da descontinuidade.

8. Método de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o cálculo da função do ângulo de birrefringência ainda compreende: - calcular uma função de diferença entre cada par de funções do ângulo de birrefringência do grupo de dois grupos diferentes; - analisar cada função de diferença para detectar a presença de uma descontinuidade de uma função do ângulo de birrefringência do grupo compreendido em um par em uma posição longitudinal da fibra óptica de único modo (9), a descontinuidade representando um salto do ângulo de 2πm, onde m é um número inteiro; - determinar qual função do ângulo de birrefringência do grupo do par compreende a descontinuidade e - marcar uma região de comprimento de descontinuidade na função do ângulo de birrefringência do grupo que contém a descontinuidade, a região de comprimento de descontinuidade sendo em torno e que compreende a posição longitudinal correspondente à descontinuidade, em que a função de ângulo de birrefringência contendo a descontinuidade é levada em conta no cálculo do valor médio das funções de ângulo de birrefringência do grupo apenas para as posições longitudinais fora da região do comprimento de descontinuidade.

9. Método para fabricar um cabo elétrico (1, 36) tendo um eixo geométrico longitudinal central (Z) e compreendendo: - pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7), pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7) sendo um núcleo eletricamente condutor (2) compreendendo um condutor elétrico (12), e - um sensor de torção (5) compreende uma fibra óptica de único modo (9), o referido sensor de torção (5) sendo disposto substancialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central (Z) e sendo acoplado mecanicamente com pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7), o método caracterizado pelo fato de que compreende a formação do sensor de torção (5) por: - pré-torção da fibra óptica de único modo (9) com um passo de torção que tem um primeiro valor e um lado de torção; - revestimento da fibra óptica de único modo (9), com pelo menos uma camada de proteção (8, 10); - incorporação do sensor de torção de fibra óptica (5) em um material de enchimento de acoplamento (6); - acoplamento mecânico do material de enchimento de acoplamento (6) incorporando o sensor de torção de fibra óptica (5) a um elemento estrutural longitudinal (2, 3, 7), e - enrolamento dos elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7) em torno do material de enchimento de acoplamento (6) com um passo de enrolamento tendo um segundo valor substancialmente igual ao do primeiro valor do passo de torção e um lado de enrolamento oposto ao lado de torção de modo que o cabo elétrico (1, 36) tem a fibra óptica de modo único (9) com um passo de torção substancialmente igual a zero.

10. Método de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o revestimento da fibra óptica de único modo (9) compreende a aplicação de pelo menos um dentre um tampão estanque (10) e uma bainha de proteção (8).

11. Método de acordo com qualquer uma das reivindicações 9 a 10, caracterizado pelo fato de que o passo de torção e o passo de enrolamento possuem um primeiro e segundo valor de 2 a 3 voltas/metro.

12. Cabo elétrico (1, 36) tendo um eixo geométrico longitudinal central (Z) e compreende: - pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7), pelo menos um dos pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7) sendo um núcleo eletricamente condutor (2) compreendendo um condutor elétrico (12), e - um sensor de torção (5), que compreende uma fibra óptica de único modo (9), o referido sensor de torção (5) sendo disposto substancialmente ao longo do eixo geométrico longitudinal central (Z) e incorporado em um material de enchimento (6) de acoplamento mecanicamente acoplando o sensor de torção (5), com pelo menos três elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7), caracterizado pelo fato de que os elementos estruturais longitudinais (2, 3, 7) são enrolados com um passo de enrolamento igual ou maior do que 1 volta/m e a fibra óptica de único modo (9) é torcida em torno do eixo geométrico longitudinal central (Z), com um passo de torção de menos de 1 volta/m.