CN102460606A - 具有应变传感器和监视系统的电缆和用于检测至少一条电缆中的应变的方法 - Google Patents

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

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Abstract

一种电缆，所述电缆包括：应变传感器，所述应变传感器沿所述电缆纵向延伸并且包括布置在弯曲中性区域内的应变光学纤维，所述弯曲中性区域包围并且包括所述电缆的弯曲中性纵向轴线；和至少两个纵向结构元件，所述至少两个纵向结构元件中的至少一个是包括电导体的芯，其中所述应变传感器嵌在应变传递填料中，该应变传递填料将至少两个纵向结构元件中的至少一个与应变传感器机械联接。通过公开的电缆构造，至少在应变状态中，至少两个纵向结构元件中的至少一个经受的应变被传递到应变传感器。在优选实施例中，所述电缆是重型缆线。本发明还涉及一种用于监视电缆的应变的方法，并且本发明还涉及优选地监视电缆的温度的方法。此外，本发明涉及一种变形监视系统，该变形监视系统用于至少测量多条电缆尤其是多条重型缆线的拉伸应变。

Description

具有应变传感器和监视系统的电缆和用于检测至少一条电缆中的应变的方法
技术领域
本发明涉及一种电缆，该电缆具有特别适用于静态和动态拉伸应变的测量的集成的应变传感器。
本发明还涉及一种用于至少测量至少一条电缆中的应变的监视方法和系统。
本发明还涉及一种用于检测多条电缆中的应变的监视系统和方法。具体地，本发明涉及使用布里渊反向散射技术来监视安装在可移动设备中的多条电缆的监视系统和方法。
背景技术
尤其是用于重型应用和/或用于可移动装置(诸如可移动港口起重机、船到岸集装箱起重机、船卸货机、摊铺机以及隧道采矿设备)的电缆被具体设计成经受住苛刻的环境条件和高的机械应力，诸如张力和扭矩。作为用于重型应用的缆线的另外例子，用于供应电流到深井中的能潜水的电泵系统的井下泵缆线通常安装在物理上受限制的区域中和不利的环境中，经常与腐蚀性井产流体接触。典型地，上述电缆被设计成坚固且柔性。在本说明书，当提及用于重型应用的缆线，并且特别地但不排他地用于可移动装置的缆线时，我们将通常称为重型缆线。
DE 3934718中提供重型缆线的例子，DE 3934718描述了用于矿井中的联合采煤机的带有铠装的拖拽缆线。
WO 01/78086公开一种特别地用于诸如起重机的拾取系统或货架系统的电缆。该电缆包括芯，该芯包括第一导体，该第一导体被第一应力承受基材完全包围并且嵌在第一应力承受基材内。至少一个另外的层布置在第一应力承受基材周围并且在该另外的层中具有至少一个另外导体，该至少一个另外导体被第二应力承受基材完全包围并且嵌在第二应力承受基材内。电缆中的应变承受基材据说允许应力分布在整条电缆上并且因此显著减小螺旋前进效应。
可移动电缆中的拉伸载荷和扭曲可由电缆在缠绕在卷轴周围和解绕阶段期间的强制引导或由在篮(例如，用于摊铺机电缆)内的电缆的收集产生。缠绕和解绕阶段典型地是不连续的并且通常是突然的(例如当由起重机的水平运动引起时)，因此在电缆上施加显著的动态拉伸载荷，并且因此在电缆内的单个导体上施加显著的动态拉伸载荷。此外，用于电缆运动的其它系统，诸如滑轮系统和照料(tender)系统，在操作期间通常在电缆上施加高的拉伸载荷。
电缆的过度延长可引起拉伸载荷传递到电导体，因此损坏电导体。过度且/或拖延的拉伸载荷可导致电缆的永久延长，这将缩短电缆的寿命。
US 5,767,956描述使用反向散射布里渊光来提供监视装置，不管光学纤维是正常的还是接近于破裂，该监视装置都能够实时地观察。通过利用光缆中的光学纤维芯的一个，该装置使用光时域反射仪(OTDR)来监视激发的布里渊散射光。没有提供关于电缆中的使用的暗示。
WO 08/073033描述了一种通过测量连接到或并入电缆的光学纤维中的应变用于监视连接到移动的近海平台的电缆的弯曲和应变的系统。电缆中的弯曲将在光学纤维中产生应变并且这种应变将改变纤维的光学性质。光学性质的改变可以通过光学时域反射仪(OTDR)或光学频域反射仪(OFDR)被测量。
这个文献没有面对保护应变传感器免受外部机械应力以便避免传感器的损坏并且保证测量的长期可靠性的问题。相反，本申请声明存在嵌在或连接到电缆的光学纤维可能损坏的危险并且因此提议为电缆配备多余的纤维。此外，没有提及纤维和要被测量的电缆之间的应变传递的问题。作为用于纤维的可能部位，提及铠装电线之间的空隙。
US 2004/0258373描述一种可以嵌在建筑物、系缆或管道中的复合电缆，该复合电缆包括用于监视温度和应变的光学装置。该电缆包括外部保护护套和用于监视温度和应变的光学装置，所述光学装置在所述外部保护护套内并且包括：第一管，该第一管包括至少第一光学纤维以便监视温度，所述第一光学纤维疏松地在所述第一管中并且包括至少一个称为布拉格光栅的反射部分，该第一管包括至少第二光学纤维，该至少第二光学纤维包括至少一个布拉格光栅以便监视应变，所述电缆的特征在于，所述第二光学纤维在所述第一管外部，所述光学装置还包括用于紧固所述第二光学纤维的装置。
本申请人已经注意到，这个文献没有公开具有集成的应变光学纤维传感器或者具有集成的温度传感器的缆线。公开的缆线是复合缆线，该复合缆线可以包括电力缆线，但是与用于应变和温度监视的纤维分离。
EP 0203249公开了中等电压(6到60kV)电缆，该电缆包括至少一个温度和/或张力传感器光学纤维。
本申请人已经观察到，公开的集成在电缆中的应变传感器光学纤维可以显著地受电缆的弯曲影响(取决于光学纤维在电缆中的位置和/或电缆的弯曲的量，特别是当超过某一值时)。
Chen Xihao and Huang Junhua，in Strain Transfer Capability ofStrain Sensing Optical Fiber Cable and its Measurement Method，published in the Proceedings of the 57th International Wire & CableSymposium(2008)，pages 424-428分析感测光学纤维电缆(即，用于感测关联装置或系统的应变的电缆)的不同结构。应变感测光学纤维电缆内的层的紧密性被认为是非常重要的并且可以由电缆层之间的剥离力和应变传递能力(即，可以从电缆外层没有减小地传递到内部纤维的最大应变)描述。
这个文献没有提及公开的感测光学纤维电缆到电力或电缆的电缆监视的任何应用。
WO 07/107693公开了一种光学纤维电缆，该光学纤维电缆包括应变传递构件、穿过应变传递构件布置的中心光学纤维以及将中心光学纤维和应变传递构件机械联接的紧密护套。应变传递构件经受的应变通过紧密护套传递到中心光学纤维。
该文献没有面对具有光学纤维传感器的电缆的问题。
本申请人已经面对如何实现特别适合于重型应用，并且更特别地适合于可移动装置的电缆的问题，在操作期间该电缆将允许电缆受到的拉伸应变的控制，并且优选地允许该拉伸应变的实时监视，同时保证测量的长期可靠性。
特别地，本申请人已经处理了通过传感器在电缆中执行测量的问题，该传感器保持基本上不受除了施加在电缆上的拉伸应变外的外部机械应力影响。
发明内容
由于操作期间施加的高的机械应力，重型缆线(诸如用于采矿应用或起重机装置)的典型寿命通常是相对短的，并且取决于具体应用可以在数个月到数年之间变化。本申请人已经观察到，将有利的是，提供在其操作期间可以被监视的重型缆线。通过了解电缆状态的时间演变，可以执行电缆的有效的定期维护，例如，可以调节引导辊故障和/或调节可移动设备的自动系统的电子控制参数。
电缆状态的定期检查可以是“离线的”，电缆未被使用或者甚至从它安装在其上的设备被移除，但实际上，因为由于包含电缆的设备或装置的必要停止的工作时间的损失，通常不执行这种检查。
将特别有利的是，在电缆工作期间记录引起弹性应变峰值的动态事件，然而，该动态事件会由于疲劳而损坏电缆。而且，这种监视可以防止不期望的停用事件并且节省相关成本。
本发明的目标是提供一种具有应变传感器的电缆，该应变传感器能够为相当大的范围的可测量延长提供读数，该相当大的范围特别地是从0.1％到1％，优选地从-0.2％到1％。也可以测量较高的延长值，例如达到2％或甚至到达4％。
在这种情况中，可能出现数据读取的速度的降低，这可影响从被监视的电缆的数据的“实时”收集。
本发明的另一目标是提供一种具有应变传感器的电缆，该应变传感器测量动态拉伸载荷，尤其是监视电缆的长度的局部部分中爆发的应变，因此确定疲劳引起的损坏。
本发明的另外目标是提供一种监视系统，该监视系统用于检测可能由内部磨损或由不适当的使用(例如，通过不符合电缆制造者提供的推荐的使用)引起的电缆的永久损坏。
本发明的又一目标是提供一种监视系统，该监视系统用于至少监视尤其是为安装在可移动设备中的重型缆线的多条电缆的拉伸应变。
一般地并且根据一方面，该方案涉及一种电缆，该电缆包括至少两个纵向结构元件和用于监视沿电缆的长度的拉伸应变的光学纤维应变传感器。该应变传感器包括沿电缆的长度延伸的光学纤维。应变传感器的光学纤维在下面也将称为应变光学纤维。
在本说明书中，术语“纵向结构元件”表示基本上沿电缆的长度纵向延伸的电缆的半完成结构。如根据下面将变得清楚的，根据本说明书和权利要求的纵向结构元件有助于电缆的电运输功能。
电缆中包括的所述至少两个纵向结构元件包括至少一个电缆芯。
术语“芯”表示包括诸如电导体的至少一个电传导性元件以及典型地包括包围电导体的至少一个绝缘层的电缆的半完成的结构。在典型构造中，电导体包括多个绞合的导线。
本申请人已经认识到，通过保证电缆的纵向结构元件和应变传感器的光学纤维之间的机械联接，并且尤其是机械相适合性，应变从要被监视的纵向结构元件传递到应变光学纤维。通过“机械相适合性”，意指两个或更多个部分基本上作为整体移动或耐受应变的能力。刚才描述的机械相适合性允许获得能够在相对大范围的延长内提供经受的静态和动态拉伸载荷的可靠读数的电缆。根据本发明的一方面，应变传感器嵌在应变传递填料中，该应变传递填料将传感器与电缆的至少两个纵向结构元件的至少一个机械联接。
拉伸应变被表达为电缆的长度增加在起始长度上的百分比，ΔL/L，其中L是长度，即作为百分比线性延长。当电缆由于外力(例如，拉伸载荷)而被迫沿其纵向方向伸展时，拉伸应变出现。
本申请人已经认识到，应变传感器应当集成在电缆中并且布置成以便维持基本上不被电缆的以其最小弯曲半径的弯曲损坏。特别地，本申请人已经理解到，应变传感器中包括的光学纤维应当位于下面称为中性区域的弯曲中性区域内，该弯曲中性区域沿电缆纵向延伸并且具有基本上关于电缆的中性轴线对称地延伸的横截面。
如这里使用的，术语“中性区域”旨在描述轴线(“中性轴线”)周围的区域，在该轴线处，弯曲引起的延长是最小的。中性轴线可以被定义为沿电缆的长度的假想线，在该假想线处，在电缆经受弯曲的情况下，不发生显著的纵向变形并且在应变传感器中弯曲应力是微小的。优选地，电缆设计成使得中性轴线位于一位置中，在该位置中，作用在电缆上的转矩确定传感器纤维的微小纵向延长。
给定电缆的最小弯曲半径(它通常对应于最小曲率半径ρmin，电缆允许该最小曲率半径以便避免任何永久损坏)，则中性区域可以被定义为由于以不小于ρmin的曲率半径的弯曲、应变传感器经受不大于2％，并且优选地不大于1％的延长的区域。应变光学纤维在中性区域内的布置防止其由于电缆弯曲而破裂或永久损坏。
在圆形电缆中，即具有圆形对称横截面的电缆中，中性区域是在电缆的横截面平面中绕中性轴线的径向区域。在优选实施例中，当提及圆形电缆时，中性轴线是电缆的中心纵向轴线。优选地，应变传感器沿电缆布置在离开中性轴线不超过0.02ρmin，并且更优选地不超过0.01ρmin的径向距离内。
根据一方面，本发明涉及一种电缆，该电缆包括：应变传感器，所述应变传感器沿所述电缆纵向延伸并且包括布置在弯曲中性区域内的应变光学纤维，所述弯曲中性区域包围并且包括所述电缆的弯曲中性纵向轴线；和至少两个纵向结构元件，所述至少两个纵向结构元件的至少一个是包括电导体的芯，其中所述应变传感器嵌在应变传递填料中，该应变传递填料将至少两个纵向结构元件的至少一个与应变传感器机械联接。通过本发明的电缆，至少在应变状态中，至少两个纵向结构元件的至少一个经受的应变传递到应变传感器。
重型缆线设计成承受压缩电缆内的纵向结构元件的侧向载荷和张力。本申请人已经观察到，将有利的是，应变传感器保持基本上不受电缆的侧向压缩影响，该侧向压缩当影响应变光学纤维时可引起由于微弯曲的光损失。此外，当应变传感器的光学纤维被压缩时，沿横向于电缆纵向轴线的方向施加的侧向载荷的一部分可以不正确地转变为拉伸应变变化。特别地，已经观察到，当沿垂直或通常横向于电缆纵向轴线的方向施加侧向压缩时，如果侧向压缩传递到光学纤维，则平行于应变纤维轴线的部件可引起沿那个轴线的应变变化。
优选地，选择电缆的中性轴线以便不会明显著受到沿横相于电缆的纵向方向的方向的侧向压缩。本申请人已经发现，有利的是，用保护护套包围应变光学纤维以提高对侧向载荷的机械阻力，所述保护护套直接接触应变传感器的可任选地缓冲的光学纤维。优选地，保护护套包括纤维加强的复合材料。
电缆典型地在其制造期间经受一个或更多个热处理，尤其是固化过程，该固化过程涉及在大约150-200℃的典型温度下持续数分钟的热处理。本申请人已经注意到，优选的是，应变传递填料和应变传感器包括耐受应变传感器集成在其中的电缆的制造期间发生的固化过程的材料，同时维持：(1)应变传感器的弹性性质，至少在电缆具有弹性性能的范围中，该弹性性质实现应变传感器的可逆性而没有应变传感器的永久变形，和(2)粘附或对不想要的滑移的高摩擦阻力以致维持层和电缆元件之间的机械相适合性。
优选地，保护护套由纤维加强的复合材料制成，其中加强纤维是碳，石墨、硼、芳族聚酰胺或玻璃纤维；包埋加强纤维的聚合物优选地为交联树脂，例如，不饱和的聚酯、诸如乙烯基酯或环氧树脂。
优选地，应变传递填料基于弹性性材料，更优选地基于热固性弹性体。应变传递填料至少在电缆具有弹性性能的应变范围中是弹性的。
本申请人已经注意到，将有利的是，为电缆设置温度传感器。
重型缆线的操作温度可以从-50℃变动90℃，其中-50℃是工作期间的最小周围温度，并且90℃是操作期间电导体达到的最大温度。跨越某一时间间隔平均的电缆的内部温度的纵向局部增加(即，无峰增加)可以指示损坏的存在，该损坏引起例如导体电阻和局部焦耳损失的增加。此外，电载荷影响总体电缆温度，并且因此，参考预测由于温度增加的失效加速的Arrhenius模型，电缆温度的监视允许预测电缆的剩余寿命并且因此允许电缆的适时有计划替换。
温度监视可用于消除由于基于布里渊的光学分析中的温度效应而导致的应变。
为了进行仅受应变光学纤维的纤维玻璃的热状态影响的温度测量，光学纤维应当没有机械应力，并且特别地，应当基本上不受它集成在其中的电缆的拉伸应变影响。在一些优选实施例中，温度传感器集成在电缆中，其中温度传感器包括光学纤维，该光学纤维疏松地插在与电缆的纵向结构元件绞合在一起的纵向延伸的模块中。在这种构造中，电缆疏松的程度(即，管中的多余纤维长度的量)使得电缆(和纤维容纳管)的预期的最大延长被完全补偿，使得没有明显的应变传递到温度感测光学纤维。
在一些优选实施例中，电缆是具有基本上圆形横截面的圆形电缆并且包括相对于应变传感器沿径向布置在外部的至少三个纵向结构元件。
附图说明
现在将在下面参考附图更充分地描述本发明，在附图中示出本发明的一些但不是所有实施例。示出实施例的附图是不按比例的示意图。
为了本描述和所附权利要求的目的，除非另外指出，表达数量、量、百分比等等的所有数要被理解为在所有情况下被术语“大约”修饰。而且，所有范围包括公开的最大和最小点并且包括可以在这里具体列举或不具体列举的其中的任何中间范围。
图1a是根据本发明的实施例的电缆的示意透视图。
图1b是图1a中示出的电缆的示意剖视图。
图2a是本发明的电缆中使用的应变传感器的示意透视图。
图2b是图2a中示出的应变传感器的示意剖视图。
图3是根据本发明的另外实施例的电缆的示意剖视图。
图4是根据本发明的又一实施例的电缆的示意剖视图。
图5是根据本发明的又一实施例的电缆的示意剖视图。
图6是根据本发明的另外实施例的扁平电缆的示意剖视图。
图7是示意图，用于示出根据本发明的实施例的电缆中的基于布里渊的反向散射技术的操作原理。
图8是根据本发明的实施例的安装在可移动设备中的多条重型缆线的应变和温度的监视系统的图形表示。
图9是沿线C-C的局部侧视图，示出图8的监视系统的重型起重机。
图10是示意图，示出本发明的实施例中的多条重型缆线的监视系统的操作原理。
图11是根据本发明的另外实施例的安装在可移动设备中的多条重型缆线的应变和温度的监视系统的图形表示。
图12是示意图，示出本发明的另外实施例中的多条重型缆线的监视系统的操作原理。
具体实施方式
图1a和1b分别示出根据本发明的实施例的电缆的透视图和剖视图。本实施例的示出的电缆可以适合于重型应用，更具体地适合于可移动装置。电缆1是包括三个芯2的圆形电缆，该三个芯径向布置在电缆的中心纵向轴线Z(在图1a中可见)周围。芯2可提供三相电力传输。电缆1可以是低或中等电压电缆，其中低电压表示直到1kV的电压并且中等电压表示从1kV到60kV的电压。每一个芯2包括电导体12，例如，由根据常规方法绞合在一起的一束镀锡的或裸露的铜电线形成的铜导体。在相对于每一个电导体12的径向外部位置中，顺序地布置内部半导体层13、绝缘层16、外部半导体层17。内部半导体层13、绝缘层16和外部半导体层17由基于聚合物的材料制成，该基于聚合物的材料可以被叠置地挤出或共同挤出到导体12上。绝缘层16可以是例如交联的乙烯丙烯橡胶(EPR)；内部和外部半导体层12和17可以是例如填充有合适的量的传导性填料的EPR、乙烯/丙烯/二烯三元共聚物(EPDM)或其混合物，该传导性填料典型地可以是炭黑。
替代地，在操作状态允许的情况下，绝缘层和半导体层可以由诸如基于聚丙烯的化合物的热塑性化合物制成。
在一些应用中，电缆芯2在相对于外部半导体层17的径向外部位置中包括至少一个金属屏蔽层22。
应当理解，芯2的以上描述仅仅代表电缆中包括的芯的可能结构的一种，该芯通常可以是用于电力传输或接地的相芯、用于运送控制信号的芯或运送电力和控制信号的芯。
根据本发明的特征，电缆1包括光学纤维应变传感器5。
由于重型缆线在它们的寿命期间经受频繁的机械应力的事实，本申请人已经认识到，特别适当的是，将应变传感器定位在电缆内使得电缆弯曲到不小于最小曲率半径ρmin的任何曲率半径不损坏应变光学纤维，该最小曲率半径对应于电缆可以弯曲而没有永久损坏的最小半径。电缆弯曲在应变传感器中引起延长。已经观察到，以不小于ρmin的曲率半径的电缆弯曲(这时，弯曲引起的纵向应变小于典型地为1或2％的应变测试中施加到纤维的应变)通常不损坏应变传感器。
由于电缆弯曲而沿应变光学纤维保持未损坏的电缆的长度延伸的电缆的区域被定义为电缆的(弯曲)中性区域。在圆形电缆中，在电缆的横截面平面中，中性区域是关于中性轴线的径向区域，在本实施例中，该中性轴线对应于中心纵向轴线Z。
优选地，在光缆的中性区域内，应变传感器由于以ρmin的弯曲而经受等于或低于2％，更优选地等于或低于1％的延长。
本申请人已经观察到，为重型缆线，特别是为可移动设备中的应用指定的ρmin的值可以相对较低，例如，250mm，并且因此，为了保证应变传感器的弯曲阻力，中性区域应当具有离开中心纵向轴线的相对小的径向距离，例如，不大于5mm。例如，始终参考圆形缆线，对于ρmin＝300mm，为了具有1％的延长的径向距离是3mm。
在一些优选实施例中，中性区域沿缆线的长度布置在离开中心纵向轴线(即中性轴线)不超过0.02ρmin，并且优选地不超过0.01ρmin的距离内。
特别地，已经观测到，基本上沿中心纵向轴线布置应变传感器可能是有利的，这是因为，在一些实际情况中，它对应于径向外部芯的对称轴线，且/或如下面描述的，它可以与简化的缆线制造过程相适合。
除了用于传输电力和/或控制信号的芯2，电缆1还包括至少一个接地导体7。在图1a和1b中示出的实施例中，该电缆包括例如以一束绞合的镀锡的或裸露的铜电线的形式的两个接地导体7。特别地对于中等电压应用，接地导体的这束电线可以被半导体层(图中未示出)包围。接地导体7相对于应变传感器5径向外部地布置并且与芯2沿电缆纵向方向绞合在一起。特别地，根据常规方法，芯2和接地导体7螺旋形的缠绕在电缆的中心纵向轴线Z周围。
在图1a-1b中示出的实施例中，电缆1包括光学纤维元件3，该光学纤维元件包括用于传输控制信号、声音、视频和其它数据信号的多条光学纤维，例如6到24条光学纤维。单条光学纤维或纤维对可以插在优选地由柔性材料制成的纵向延伸的模块19中的疏管缓冲构造中，该柔性材料诸如聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)或乙烯四氟乙烯(ETFE)。在示出的例子中，包含纤维的模块是螺旋形地缠绕纵向强度构件18的SZ，该纵向强度构件是例如玻璃纤维、芳纶长丝或碳纤维。光学纤维元件3可以与芯2和接地导体7绞合在一起。通常，如果电缆构造允许，接地导体和光学纤维元件可以布置在芯2形成的外部空隙中。
芯2和接地导体7(如果存在的话)和/或光学纤维元件3集体称为电缆的纵向结构元件。
电缆经受的拉伸应变倾向于传递到用于测量电缆应变的应变传感器。对于应变传递，应变传感器在机械上与电缆中的至少一个纵向结构元件一致，使得该至少一个纵向结构元件经受的应变至少部分地但明显地传递到应变传感器。为此目的，应变传感器5嵌在应变传递填料6中，该应变传递填料将应变传感器与电缆的至少一个纵向结构元件机械地联接。优选地，应变传递填料将应变传感器与集成在电缆中的芯的每一个机械地联接，更优选地与周向布置的纵向结构元件的每一个机械地联接。
本申请人已经认识到，应变传感器测量到的应变和电缆(即电缆的至少一个纵向结构元件)经受的应变之间的关系应当使得电缆经受的延长与传感器光学纤维的延长明确地关联，并且因此与应变的测量值明确地关联。
本申请人已经理解到，为了保证应变传感器的延长和电缆的延长之间的单义关联，应变传递填料和至少一个纵向结构元件之间的接触至少在应变状态下应当不显示显著的滑动损失。在所关心的大多数情况下，传感器和元件之间基本上没有滑动损失意味着它们之间的借助摩擦力的粘附或粘结。由于元件之间没有显著的滑动损失而引起基本上相同的变形的两个元件之间的机械联接在这里称为机械相适合性。
在图1a-1b中示出的实施例中，应变传递填料6的几何构造使得当电缆处于基本上无应变状态时填料也接触相对于应变传感器5布置在径向外部位置中的多个纵向结构元件。
根据电缆的几何构造和集成在电缆中的纵向结构元件的数量，图1a和1b的应变传递填料6具有近似三叶形的形状。
如这里使用的，以“基本上没有应变的状态”意图描述在应变传感器的纤维中具有平均参考应变的电缆的参考状态，该参考状态可以对应于从制造商提供的电缆的原始电缆盘搬运电缆之前的状态(诸如，在搬运到卷绕和锚固卷轴或照料(tender)滑轮系统之前)。然而，在大多数实际情况中，参考状态指的是安装在可移动设备中之后，即在从原始电缆盘传递之后，并且在使用之前，因此在暴露到相关张力载荷之前的电缆。优选参考状态可以对应于安装在起重机上的电缆的状态，该起重机被设置在其最大延伸，即电缆被用于其长度的大部分。本申请人实现的测量已经显示，在基本上没有应变的状态中，在包括单模250μm光学纤维作为应变光学纤维的电缆中，应变从-0.2％变动到0.3％。由于制造情况不同，所述电缆应变可以沿电缆的长度变化，虽然具有残余应变(该残余应变基本上纵向恒定)的电缆是优选的(由于它可以简化根据本发明的电缆的监视)。
基本上没有应变的状态提供参考值，相对于该参考值测量使用中的电缆的应变。在测量沿电缆的长度分布的应变的布里渊方法中，基本上没有应变的状态可以指的是沿电缆的长度在不同部位测量的多个参考值。
如这里定义的，应变状态意指不同于基本上没有应变的状态的任何状态。电缆中的拉伸应力可以被测量为应变偏差，即相对于平均参考值的电缆延长的情况下的增量或电缆被压缩的情况下的减量。
应变传递填料6由具有弹性性质的材料制成，以便对电缆展示弹性性能而没有填料的永久变形(即变形的可逆性)的最大应变作出反应。应变传递填料被选择成沿经受延长的电缆合适地伸展并且当外部张力载荷(至少对于对应于容许最大应变的张力载荷，超过该容许最大应变的情况下，电缆的永久的且不可逆的变形发生)被去除时基本上恢复变形。
应变传递填料6可以基于聚合物材料，有利地被挤出在应变传感器5周围。在相对大的应变范围(例如，超过1％)内具有弹性性能的热固性弹性体被发现特别适合于本发明的电缆。有利地，热固性弹性体被观察到以高的摩擦力粘附到纵向结构元件的表面。例如，已经注意到，热固性弹性体提供与典型地包围一些电缆的芯的半导体材料的强的粘合，同时展示对芯的半导体外表面无害的摩擦力。观察到具有可断定的或至少可导出的电缆的纵向结构元件中经历的应变和传感器中测量到的应变之间的关系的可靠的应变传递发生。
有利地，应变传递填料的材料对热处理有耐受力，该热处理可能发生在缆线制造期间，诸如在缆线的外部护套的固化(典型地在大约200℃的温度下执行)期间。
优选地，应变传递填料包括通过蒸汽压力、借助电子束的辐射、盐浴浸渍或硅烷交联系统交联的热固性弹性体。通常，应变传递填料优选地由具有0.01和0.7GPa之间的弹性模量的弹性体制成。例如，应变传递填料选自以下各物组成的组：三元乙丙橡胶(EPDM)、乙丙橡胶(EPR)、丁腈橡胶(NBR)。
虽然热固性弹性体因为它们的耐热粘附性质和大的弹性范围而是优选的，但不排除使用热塑性弹性体。热塑性弹性体的例子包括苯乙烯-二烯-苯乙烯三嵌段共聚物；热塑性聚酯弹性体和热塑性聚氨酯弹性体；和热塑性聚烯烃橡胶(聚烯烃混合物)。
在一些实施例中，应变传递填料6可以是电传导性的。
空隙区域11填充有诸如基于EPR的化合物的聚合物填料。外部护套14例如通过挤出被提供。为了增加电缆对机械应力的抵抗性，外部护套14优选地由优选地基于加强的重型热固性弹性体的固化的聚合物材料(诸如，高密度聚乙烯(HDPE)、聚氯丁二烯、聚氨酯或基于NBR的化合物)制成。
可任选地，为了增加电缆的耐腐蚀性，设置以例如加强纱线(诸如金属或聚酯纱线，例如由
Figure BDA0000124635620000141
(聚芳酰胺)制成)的编织物或双螺旋线的形式的铠装15。
本申请人已经认识到，为了跨越延长的可测量值的整个范围保证应变传递发生在应变传感器的光学纤维和电缆的纵向结构元件之间，有利的是，强的且基本上均匀的粘合存在于包围光学纤维且将光学纤维与应变传递填料机械地联接的层之间。这允许应变传感器的光学纤维和应变传递填料之间的机械相适合性。
图2a和2b分别示出根据本发明的优选实施例的集成在图1a和1b的电缆中的应变传感器5的部分透视图和横截面。应变传感器5包括光学纤维9，当应变传感器集成在电缆中时，该光学纤维基本上沿纵向轴线Z布置。应变传感器5的纤维9是光学纤维，即基于二氧化硅的光学纤维，该光学纤维具有125μm的典型标称直径，被初级涂层涂覆，该初级涂层被次级涂层包围，该次级涂层典型地粘附地接触初级涂层，其中初级涂层和次级涂层形成涂层系统。(涂覆的)光学纤维的外径可以是250+/-10μm或200+/-10μm。也可以使用单层涂层系统。优选地，光学纤维9是单模光学纤维，诸如符合G.652、G.653或G.655 ITU-T(国际电信联合会、ITU电信部)推荐的传输纤维。在实施例中，应变光学纤维是纯二氧化硅芯纤维。
优选地，应变传感器的光学纤维具有提高的弯曲性能，具有低的弯曲损失。在一些实施例中，光学纤维符合G.657 ITU-T推荐。
为了识别目的，具有彩色的光学纤维可能是有利的；在这种情况下，优选的是，使用具有彩色的次级涂层的光学纤维。有利地，可以选择除了白色外的任何颜色。
本申请人已经观察到，应变传感器的光学纤维能够耐受达到1％，优选地达到2％的重复延长持续超过在电缆的操作寿命期间在电缆中期望发生的运动循环的次数。人们注意到，1％的应变的值大于电缆在破裂或永久损坏之前可承受的典型的最大延长(例如，0.5-0.7％)。涂层系统可以由达到250μm的直径的两个不同的UV固化的丙烯酸盐材料制成。在一个实施例中，玻璃纤维的涂层系统如EP 1 497 686中公开的，EP 1 497 686被观察到提供当经受超过2％的重复延长时没有破裂的光学纤维。
在优选实施例中，光学纤维9通过包围涂层系统的缓冲层10被紧密缓冲以便改善光学纤维的机械保护，例如，对抗微弯曲损失。本申请人已经理解到，缓冲层到光学纤维(即到纤维的涂层系统)的均匀粘附对于保证光学纤维和应变传递填料之间的机械相适合性是特别重要的。
例如，缓冲层10被挤出或施加在250μm涂覆的纤维上，将外径增加到600-1000μm，典型值是800-900μm。优选地，缓冲层由具有弹性性质的材料制成，该材料允许紧密缓冲的光学纤维承受达到且包括2％的延长。
有利地，缓冲层被选择成粘附到光学纤维的涂层系统，基本上没有蠕变、滑移或剥离。优选地，缓冲层基于能够具有足以经受住电缆制造期间发生的热处理的热阻的耐热材料。
优选地，缓冲层由辐射可固化的丙烯酸盐聚合物制成。
例如，紧密缓冲由诸如WO 2005/035461中描述的UV可固化丙烯酸盐聚合物或诸如WO 2008/037291中描述的带有阻燃填料的聚合物基体制成。
粘合促进层可以布置在光学纤维涂层系统和紧密缓冲层之间。
本申请人已经观测到，将有利的是，应变传感器的光学纤维被保护以免受侧向载荷，该侧向载荷可引起微弯曲损失并且因此可影响纤维中测量到的布里渊频移。此外，如上所述，当纤维受侧向压缩影响时，应变传感器可提供不与电缆的有效延长直接关联的拉伸应变的测量值。为此目的，设计成改善对侧向压缩的抵抗力的保护护套8可以有利地设置成包围可任选地紧密缓冲的光学纤维。
在诸如图1a和1b中示出的圆形缆线中，沿横向于纵向缆线方向的方向的侧向压缩典型地出现在沿径向向内的方向。
本申请人已经观察到，在缆线制造过程期间在应变传递填料的挤出步骤中，应变传感器可以用作拉强度构件。为此目的，已经观察到，重要的是，在应变传递填料的挤出过程期间应变传感器材料不软化，以便保证均匀的拉力。保护护套8的存在和形成所述护套的材料的适当选择可以有利地为应变传感器提供抗张强度，该抗张强度足以提高对侧向压缩的阻力且允许应变传感器在电缆的制造过程中充当拉强度构件。
为了保证光学纤维和应变传递填料之间的机械相适合性，选择保护护套的材料以便提供与可任选地缓冲的光学纤维的强的且相对均匀的粘附。
在优选实施例中，保护护套8由纤维加强复合材料制成，其中纤维可以是碳、石墨、硼或玻璃(非光学)纤维。
在实施例中，保护护套8是玻璃加强聚合物(GRP)，其中该聚合物由嵌在该聚合物中的玻璃纤维加强。已经观察到，平行于光学纤维纵向轴线布置的加强纤维的存在实现了应变传感器的有利地相对高的抗张刚度，因此防止侧向压缩被误读为拉伸应变。保护护套8可以被拉挤到缓冲层10上并且与其直接接触。
可任选地，被应变传感器嵌在其中的应变传递填料包围的保护护套的外表面包括多个凹槽或切口或者被处理以形成粗糙表面，以便增加保护护套与应变传递填料的粘附。替代地或另外地，粘附促进层可以可任选地布置在保护护套上。
如上所述，应变传感器应当具有弹性响应以在从电缆移除拉伸载荷之后返回到其原始状态，该拉伸载荷与最大期望电缆应变关联。为了提供具有所需柔性的应变传感器，优选的是，保护护套由具有弹性性质的基于聚合物的材料制成。优选地，包埋加强纤维的聚合物是交联树脂，特别地是UV可固化交联树脂或热固性交联树脂，该交联树脂通常提供压缩阻力。交联树脂可以是不饱和聚酯、环氧树脂或乙烯基酯。
已经观察到，为了改善应变传感器的柔性，当由基于聚合物的材料制成时，保护护套的厚度优选地被包括在500和1000μm之间。例如，保护护套是GRP层，该GRP层将缓冲的光学纤维的外径增加到1.8-2.5mm。
优选的是，包围传感器的光学纤维的保护护套防止纤维在制造过程中，并且特别地在一些电缆部件(诸如内部和外部护套)的固化过程中使用的温度下收缩。
选择经受住固化温度的高温级交联树脂，例如PolystalComposites GmbH的高温
Figure BDA0000124635620000171
GRP。
根据一方面，本发明涉及应变传感器，该应变传感器包括光学纤维、紧密包围光学纤维的缓冲层和包围缓冲层的保护护套，其中缓冲层由耐热材料制成，优选地由辐射可固化的丙烯酸盐聚合物制成，并且保护护套由纤维加强的复合材料制成。优选地，纤维加强的复合材料通过嵌在交联树脂中的加强纤维被加强。优选地，缓冲层由UV可固化的丙烯酸盐聚合物制成。
优选地，为了使应变传感器能够也检测电缆的小的压缩，缓冲的光学纤维以对应于0.2％的预延长的略微伸展的状态放置在纤维加强的复合材料中。
应变传感器可以检测相对大范围的可测量延长，特别地从-0.2％到1％。由于高达1％的延长可以被测量并且考虑到电缆的宏观破裂发生在0.5-0.7％(并且通常小于1％)的延长下，因此，一旦最大容许应变已经在电缆的一位置被测量，根据本发明的应变传感器就能够检测电缆的永久变形。
应变至少部分地从一层传递到下一层，因此保证相对大的范围内的电缆延长的可靠测量，并且同时保证至少在拉伸载荷低于电缆的永久变形的范围中在移除拉伸载荷时弹性恢复到基本上没有应变的状态。由于应变传感器和应变传递填料的材料(该材料提供不同元件之间的机械相适合性)的适当选择，保证高效率的应变传递和纤维延长和电缆应变之间的可知的关系。在一些情况中，从电缆的径向外部纵向结构元件到应变传感器的光学纤维的应变传递预期从50％变动到100％。
在上述优选实施例中，应变传感器包括光学纤维，该光学纤维被具有弹性性质的层(即，紧密缓冲、保护护套)覆盖并且嵌在具有弹性性质的应变传递填料中。然而，只要由应变传感器和应变传递填料组成的结构能够恢复电缆的可逆弹性区域中的延长，则选自包围涂覆的纤维的缓冲层、保护护套和应变传递填料组成的组的层的至少一个可具有非弹性性能并且特别地具有塑性性能。特别地，该至少一个层可以由塑性材料制成，该塑性材料即具有以下能力的材料：响应于机械力变形而不破裂，至少直到不超过外力的某一阈值。本申请人已经理解到，弹性响应需要：(1)由基本上塑性的材料制成的层与由弹性材料制成的至少一层相适合；和(2)由塑性材料制成的层的轴向刚性小于塑性材料的层与其接触的由弹性材料制成的至少一层的轴向刚性。典型地以N度量的轴向刚性是杨氏模量和层元件的横截面积的乘积。这样，由基本上塑性的材料制成的层在电缆延长期间沿它借助摩擦力粘附或接触在其上的弹性材料伸展并且被弹性材料拉回到其原始位置(只要足够的夹持力存在于这两层之间)。
例如，应变传感器的保护护套是具有72,400MPa的杨氏模量的纤维加强的热塑性聚合物，而应变传递填料是具有671MPa的杨氏模量的热固性弹性体。保护护套的横截面积是3.4mm2并且应变传递填料的横截面积是75mm2，为保护护套提供250kN的轴向刚性并且为应变传递填料提供50kN的轴向刚性。如果纤维加强的热塑性聚合物良好地粘附到应变传递填料并且粘附到位于下面的层(诸如缓冲层)，则热塑性聚合物随着应变传递填料进行，即使其横截面积小得多。将注意到，假定满足上述条件(1)和(2)，并且其中具有弹性性质的层是被保护护套包围的缓冲层，如果应变传递填料由热塑性聚合物制成，这将也是正确的。
在实施例中，在满足条件(1)和(2)的假设下，应变传递填料选自以下各物组成的组：具有1到5GPa杨氏模量的聚酯，具有2到4GPa杨氏模量的聚酰胺，具有0.003到0.01GPa杨氏模量的聚氯乙烯(PVC)，具有0.1到0.3GPa杨氏模量的低密度聚乙烯，和具有0.4到1.2GPa杨氏模量的高密度聚乙烯。优选地，使用交联聚合物材料。
根据另一实施例，为了为应变传感器提供对侧向载荷的阻力和拉强度，应变传感器的保护护套可以是包围可任选地缓冲的光学纤维的缓冲层的金属管(图中未示出的实施例)。在这种情况下，金属管包含凝胶或凝胶状材料，该凝胶或凝胶状材料可任选地在压力下能够提供金属管和其中包含的光学纤维之间的寻求的机械相适合性。在优选实施例中，金属管由钢制成。
优选地，仅仅由包围涂覆的纤维的缓冲层、保护护套和应变传递填料组成的组中的一个由具有塑性性质的材料制成。
虽然在一些优选实施例中，应变传感器包括缓冲层以便提高应变传感器的强度和弹性，如图2a和2b中示出的构造中，但应当理解，应变传感器可以包括涂覆有涂层系统的光学纤维，该涂层系统由保护护套直接包围。
电缆1优选地包括温度传感器，该温度传感器包括用于测量电缆1的内部温度的光学纤维24。温度传感器的光学纤维24处于疏缓冲构造。特别地，在图中示出的实施例中，光学纤维24疏松地放置在纵向包围纤维的模块19内，该模块19被包括在光学纤维元件3中。纵向延伸的模块19包含每单位长度管光学纤维24的过量光学纤维长度。过量纤维长度(EFL)由以下关系限定：
EFL = L f - L t L t · 100 - - - ( 1 )
其中Lf是光学纤维的长度并且Lt是容纳纤维的管的长度。选择过量长度使得光学纤维在施加到电缆的最大应变(例如，1％)下保持疏松(即没有应变)。
温度传感器的光学纤维24优选地为单模纤维并且通过使用布里渊反向散射技术测量温度。然而，可以预想将多模光学纤维用于温度检测。在后者情况中，可以通过使用基于拉曼散射的已知的技术执行温度测量。优选地，光学纤维24相对于沿电缆延伸的中心纵向轴线螺旋地缠绕。例如，光学纤维24盘绕纵向构件。在包括光学纤维元件(该光学纤维元件包括多于一条光学纤维)的电缆的情况下，两条纤维可以沿纵向方向彼此螺旋状缠绕，该两条纤维中的一条用作温度传感器的光学纤维。没有机械应力的光学纤维24仅仅受热膨胀影响并且可用于温度监视。当通过布里渊反向散射技术测量应变时，应变光学纤维受应变和温度变化影响。通过将光学纤维24与应变光学纤维光学地联接并且通过测量光学纤维24中的温度变化，可以减去温度贡献。
虽然优选的是，当电缆处于基本上没有应变的状态时也出现应变传感器和纵向结构元件之间的机械联接，但为了改善检测灵敏度和应变测量的分辨率，应变传感器和纵向结构元件之间的机械联接，并且特别是机械相适合性，可以仅仅当纵向结构元件的至少一个受到拉伸载荷并且变得与应变传递填料接触时出现。例如，当纵向结构元件经受对应于至少0.1％的延长的拉伸载荷时发生机械联接。
图3是根据本发明的另外实施例的电缆的剖视图。相同的附图标记用于标识具有与图1b的元件相同或相似功能的相似部件。虽然图1a和1b中的实施例包括在没有拉伸载荷的情况下也接触电缆的纵向结构元件的应变传递填料，但在图3中示出的实施例中，在安装或使用在可移动设备中之前，当电缆处于基本上没有应变的状态(例如，电缆的原始状态)时，应变传递填料不接触(至少不是完全地)纵向结构元件的表面。特别地，电缆30包括由应变传递填料25包围的应变传感器5，该应变传递填料优选地被直接挤出在应变传感器上，例如，参考图2a和2b，被直接挤出到保护护套8的外表面上。应变传递填料25可具有圆形横截面。例如，保护护套25具有2到7mm的厚度。应变传递填料25和径向外部纵向结构元件(即芯2和接地导体7和光学纤维元件3，如果存在的话)之间的空隙空间26可以被包围纵向结构元件的聚合物填料27的相同材料(例如，基于EPR的化合物)填充。
因为其尺寸，通过应变传递填料25被缓冲的应变传感器5在应变传递填料26和电缆纵向结构元件之间的空隙空间26中相对自由地移动，应变传感器的可移动性也取决于填充空隙空间的材料的粘度。在施加张力的情况下，纵向结构元件倾向于径向向内压缩，因此减小到应变传感器沿其布置的纵向轴线的径向距离。当电缆所经受的张力的值大于某一阈值时，纵向结构元件被径向向内压并且形成与应变传递填料25的接触。相反，当在低于那个阈值的情况下电缆在电缆的长度的任何纵向位置中延长时，应变传感器5的光学纤维由于与电缆的纵向结构元件的相对差的夹持而以一定延迟跟随电缆移动。优选地，张力的阈值是0.1％。
应变传递填料25的材料性质是上面参考图1和1b描述的那些性质。
图4是根据本发明的另外实施例的电缆的剖视图。相同的附图标记用于标识具有与图1a和1b的元件相同或相似功能的相似部件。电缆40包括相对于应变传感器5径向外部地布置的四个纵向结构元件，即三个电力芯43和接地导体44，该四个纵向结构元件可具有参考图2a和2b描述的构造。电力芯43和接地导体44分别包括被绝缘聚合物层46包围的例如以一束绞合的镀锡的或裸露的铜电线的形式的导体45。应变传递填料47包埋应变传感器5并且填充应变传感器和纵向结构元件之间的空隙。应变传递填料47的性质和几何形状使得在电缆的没有应变的状态中机械联接(尤其是机械相适合)，也存在于纵向结构元件43和44和应变传感器5之间。
缆线40可以是诸如用于竖直卷取应用的1kV电力缆线。在图4中示出的实施例中，温度传感器48集成在纵向结构元件径向内部的区域中，并且特别地在应变传递填料47内。温度传感器48包括光学纤维49，该光学纤维优选地为单模光学纤维，疏松地布置在纵向延伸的模块41中，该模块优选地由ETFE或PBT制成。模块41的外径是例如2mm。
替代地，温度传感器可以集成在纵向结构元件径向外部的电缆横截面的周边区域中。
图5是根据本发明的另外实施例的电缆的剖视图。示出的电缆可以是例如用于卷取应用的低电压控制电缆。电缆50包括布置在多个同心的层中的多个纵向结构元件，该多个同心的层卷绕在充当应变传感器5的应变传递填料的中心元件51周围。每一个同心层的纵向结构元件盘绕中心元件51并且包括控制芯53和布置在最外部同心层中的一对光学纤维元件54。每一个控制芯53包括被绝缘聚合物层58包围的细线铜导体59。两条光学纤维元件54呈纵向延伸的模块52的形式，该模块包含疏松地布置在该模块内的至少一条光学纤维57(在图中是三条光学纤维)。光学纤维元件54的任一条的光学纤维可以用作温度传感器。聚合物内部护套55包围纵向结构元件的同心层。具有嵌入的加强物(诸如聚酯纱线编织物35)的外部护套36包围内部护套55并且包围电缆。
应变传感器5布置在包围中心纵向轴线的电缆的中性区域中。例如，中性区域是沿中心纵向轴线延伸的径向区域，对于具有120mm的ρmin的电缆，该径向区域具有3mm的半径。
在参考图1、3、4和5示出的实施例中，在应变状态下，电缆的纵向结构元件与应变传递填料直接机械联接，即，在纵向结构元件和应变传递填料之间存在机械相适合性。作为结果的电缆构造使得诸如芯或接地导体的纵向结构元件经受的应变能够有效且快速地传递到应变传感器。对应变变化的快速反应允许例如在缠绕方向的突然改变或可移动设备的加载/卸载运动中出现的动态张力的检测。
应当理解，当根据本发明的教导的电缆起源于不与应变传递填料直接接触的电缆的部分(诸如电缆内部护套或外部护套)时，也允许进行应变的检测。
此外，本发明包括电缆，该电缆包括多个纵向结构元件和嵌在应变传递填料中的应变传感器，其中纵向结构元件中的至少一个与应变传递填料直接机械联接。
如果在给定时间间隔期间基本上恒定的张力被施加到电缆的一个纵向结构元件，则所述力确定取决于与应变的纵向结构元件机械联接的中间元件/层之间的摩擦力和弹性的、集成在电缆中的所有纵向结构元件的应变，例如与应变的纵向结构元件直接接触的元件的应变，或跨越诸如将其它元件与应变的元件分离的材料(诸如聚合物护套)进行机械联接。接触面积越大并且元件之间的摩擦力越大(也取决于张力的值)，在纵向结构元件之间需要具有均匀应变的电缆的纵向长度部分越短。对于用于可移动设备的重型缆线，具有分布在整条电缆横截面上的应变所必须的纵向长度部分大约是五条电缆直径，因此典型地不超过20-40cm。在横截面的不同部分中起作用的应变值取决于构成材料的弹性性质。
诸如在动态应变测量中，在将可随时间改变的张力施加到电缆的一个纵向结构元件的情况下，考虑到元件之间的摩擦力、层之间的强的粘附，以及因此组成该层的材料的适当选择，电缆结构变得重要。
图6示出诸如用于井泵系统中的应用的三相扁平电缆60的示意剖视图，该三相扁平电缆包括两个外部芯61和63以及中央芯62。该芯布置成基本上彼此平行且相邻，沿平行于与纵向电缆轴线成横向的X方向的共同轴线69a居中设置。轴线69a是平面(X，Y)中的电缆横截面的中间线。光学纤维应变传感器5布置在中心芯62和外部芯的一个(在这个情况下是外部芯61)之间。应变传感器5可具有参考图2a和2b描述的结构。应变传感器5被应变传递填料66包围，该应变传递填料可具有圆形形状并且粘附到应变传感器的外表面。应变传递填料66的径向厚度被选择成依赖于侧芯61和中心芯62之间的侧空隙空间并且以便提供必要的机械阻力。优选地，当电缆处于基本上没有应变的状态时，应变传递填料与相邻的芯61和62的外表面被机械联接并且尤其是机械相适合。
电缆60的弯曲的中性轴线是中间轴线69a，该中间轴线是沿Y轴线的电缆横截面的对称轴线。应变传感器5布置在两个平面69b之间限定的厚度d的弯曲的中性区域内，该两个平面69b平行于中间线69a并且沿Y轴线离开69a的距离是d/2。对于具有500mm的ρmin的典型值的扁平电缆，厚度d可以从5变动到10mm。
扁平电缆60还包括外部铠装68，该外部铠装布置在相对于芯的外部位置中并且纵向包围它们。外部铠装68具有平行于X轴线的两个基本上平坦的侧面68a和包围两个外部芯61和63的一部分的两个相对的侧向侧面68b。外部铠装68优选地为钢或不锈钢或铜和镍合金的带铠装。
电缆60具有多个空隙空间65，该多个空隙空间由芯和外部铠装68之间的空间限定。强度构件67在平行于X轴线的两个共同平面中布置在空隙空间65中。强度构件67具有圆形横截面并且可以由钢、玻璃或加强的聚合物制成。
芯和强度构件之间的自由空间填充有内部护套64，该内部护套例如由带有矿物填料的聚合化合物制成，优选地被直接挤出在扁平电缆的纵向结构元件上。
通过使用布里渊反向散射技术(诸如，布里渊光时域反射仪(BOTDR)、布里渊光学时域分析仪(BOTDA)和布里渊光学频域反射仪(BOFDR))，可以监视根据本发明的电缆以确定沿电缆分布的应变。根据通常已知的测量技术，由第一激光产生的第一光学信号(探测器)进入集成在电缆中的应变传感器的光学纤维的第一端部，并且同时，由第二激光或由相同的第一激光产生的第二光学信号(泵)进入应变传感器的光学纤维的与第一端部相对的第二端部。第一光学信号连续地操作，即是连续波(CW)信号，而第二光学信号是脉冲的。从光学纤维的第一端部反向散射的返回光学信号被检测电路测量。当CW光学信号的光频率之间的差比脉冲光学信号的差大于一定量，该一定联等于在纤维中的一些点处的布里渊频移的量，脉冲信号通过布里渊相互作用被放大并且CW信号经受损失。布里渊频移是应变和温度敏感的。布里渊反向散射技术具有为分布感测技术的优点，这因此允许沿电缆的长度的实际应变轮廓的实时监视。
通过采样设备，布里渊散射可用于同时测量沿应变传感器的光学纤维的长度的温度和应变的变化，该采样设备通过扫描两个激光源的频移并且拟合布里渊峰而映射布里渊光谱以获得温度和应变信息。通过商业类型BOTDR设备，诸如由OZ Optics Ltd商业化的ForesighTM传感器，可以执行这种分析。在这种应用中，布置在电缆中的与应变传感器分离的部位中的温度传感器对于温度感测来说是不必要的。
在一些优选实施例中，通过从测量的光学信号中的应变贡献分离温度贡献，并且通过将疏松缓冲构造的第二光学纤维用于温度测量，执行应变和温度的监视，如电缆的前述实施例的一些中描述的。
图7是示出监视系统的操作原理的示意性方块图，该监视系统使用诸如BOTDR的基于布里渊的反向散射技术来测量电缆的长度上的应变和温度变化。采样设备70用于在电缆73中引入光学信号并且分析从电缆接收的反向散射的光学信号。例如，采样设备可以是由Omnisens SA商业化的DITEST-DSM系统。电缆包括应变传感器，该应变传感器包括沿电缆纵向方向Z延伸的光学纤维71和温度(传感器)光学纤维72(图中仅仅示意性地示出应变和温度纤维)。包括应变光学纤维71的应变传感器机械地联接到电缆73的至少一个纵向结构元件以便允许应变从该至少一个纵向结构元件传递到应变传感器，而用于温度感测的光学纤维72以疏松的构造集成在电缆中。电缆73，并且特别是光学纤维71和72在电缆内的布置，可具有如前述实施例中描述的那些结构的任何结构的结构。应变光学纤维71位于电缆的纵向中性弯曲区域中并且与电缆的至少一个纵向结构元件具有机械相适合性，而温度光学纤维72以疏松缓冲构造被布置以便不受施加到电缆的应变影响。采样设备70从第一输出78发射泵浦光学信号到连接到应变光学纤维71的近端部的光缆部分74。同时，探测器光学信号从第二光输出79发射到连接到温度光学纤维72的近端部的光缆部分75中。用于纤维端部的术语“近”和“远”是相对于采样设备的，或者至少相对于与采样设备的光学连接。然而，这种术语仅仅意图指示相对位置且/或用于方便附图的描述，但它们不被解释为具有绝对含义。测量设备70的电缆部分74和75到相应的光学纤维71和72之间的非永久连接可以通过常规装置形成，例如通过光学连接器77。应变和温度光学纤维71和72中的至少一条，并且优选地两条纤维，具有延伸超出电缆73的近端部和远端部的长度。在接近采样设备70的光学纤维的端部，这简化了到该设备的连接。从电缆突出的光学纤维的与近端部相对的远端部彼此连接以便产生纤维环，该纤维环在电缆的仅仅一个端部(即，近端部)具有两个输入/输出端部。在远端部处，根据常规方法在接合器76中通过熔接，两条纤维可以连接在一起。
布里渊反向散射光学信号离开温度传感器纤维72，进入采样设备70并且可以被处理以便确定沿电缆的应变和温度变化。通过考虑包括应变光学纤维71和温度纤维72的纤维环，测量的应变和温度沿纤维环(并且因此在两条感测纤维的每一条内)定位的位置可以通过脉冲向下传播和通过纤维环回来的渡越时间来确定。
光学纤维环可以通过使用已知技术(诸如通过使用OTDR技术)被校准，以便知道连接器的位置和/或纤维环中的光学连接，并且因此确定温度和应变光学纤维在纤维环内的位置和长度。
应变光学纤维71受应变和温度变化影响，而以疏松构造在电缆结构内的温度光学纤维72仅受温度影响。通过减去沿对应于集成在电缆中的光学纤维72的纤维环部分的温度贡献，可以确定仅由应变引起的对布里渊频移的贡献。
在实施例中，镜子可以布置在相对于采样设备的温度光学纤维的远端部处，并且泵和探测器光学信号被发射到温度光学纤维的近端部中。这个方案(图中未示出)不需要用于测量的位于应变和温度光学纤维之间的纤维环。
应变光学纤维中的应变和包括应变光学纤维的电缆中的应变之间的相关可以由制造者使用应变校准装置确定，该应变校准装置能够将已知量的纵向延长施加到电缆。通过布里渊散射技术，根据处于静止位置和遭受已知量的延长的电缆，分析光学纤维以便确定纤维中的延长。例如，当电缆遭受均匀的且“静态的”延长时，0.75％的(ΔL/L)fibre对应于1％的(ΔL/L)cable，表示75％应变从电缆传递到纤维。
本申请人已经观察到，布里渊采样设备的成本(特别地如果需要宽范围高灵敏度测量)是相对高的，并且因此将有利的是，提供多条电缆的监视系统以便减小总成本。
本申请人还已经注意到，重型缆线的实时监视将允许记录引起弹性应变峰的动态事件，该动态事件可通过疲劳损坏电缆。
图8是用于货物移动的区域(诸如港口中的集装箱码头)中的多条重型缆线的监视系统的示意图。集装箱码头是通常覆盖大的区域的港口设施、横跨该港口设施、集装箱(图中未示出)被存放以便被装载到船或从港口收集。多个重型起重机82跨越码头的选定区域移动以举起和转移集装箱，同时从电力传输站81被供应电力并被控制。重型起重机82可以是固定在一对轨90a和90b上的龙门起重机，该一对轨安装在码头后面的港口区域(该港口区域在图中以阴影线区域91表示)上，其中港岸起重机用于装载和卸载船操作。集装箱(未示出)以数排堆叠在轨之间的空间内，在那里可以被龙门起重机举起和来回搬动，该龙门起重机沿双箭头92指示的方向水平地来回运动。图9是例如沿图8的C-C线获取的多个龙门起重机的侧视图。龙门起重机82的支撑结构包括具有两个高架轨93a和93b的桥接件(在图9中不可见)，绞盘车83在该桥接件上垂直于起重机的运动而移动。根据常规设计，绞盘车83具有用于举起集装箱的绞盘系统(未示出)。
端部止动器88可以布置在轨的两个端部以便防止起重机移动超过轨端部。
每一个龙门起重机82由相应的电缆86提供电力，该电缆可以是常规的电力缆线，将电力传输站81连接到起重机供应单元89。重型缆线85连接到起重机供应单元89以便从由相应的电缆86承载的起重机供应单元获取电力并且为起重机82的多种功能(其移动、定位、监视等等)提供电力。此外，重型缆线接收控制/数据电信号和/或光学信号。虽然起重机供应单元被示出为放置在靠近电力传输站的轨端部的附近，但起重机供应单元的其它位置是可能的，诸如在相对于轨的长度的轨的旁边的中间位置处。
重型缆线85缠绕固定到起重机结构的横向侧上的卷轴84。缆线卷轴84可以被机动化以便允许卷轴沿两个方向旋转。缆线到起重机供应单元的引导可以由引导装置96(图9中可见)提供，在该图的实施例中，该引导装置包括两个横向相对地布置的偏转引导辊。每一条电缆85的一个端部固定到相应的起重机供电单元89中并且相对的端部典型地在电缆卷轴的中心(称为供给中心)固定在缆线卷轴84处。在起重机的迅速的水平移动期间，当绕卷轴的缆线的不连续的和通常突然的缠绕和解绕阶段出现时，重型缆线85随后在两个端部处被约束。通常，起重机的加速和减速不与缆线的缠绕或解绕同步地发生，因此在电缆的延长中施加重复的峰值。
在实施例中，重型缆线具有参考图1a和1b描述的类型的结构。在另一实施例中，重型缆线具有参考图1a-1b、3、4和5描述的结构的任何一种。
再次参考图8和9，每一条重型缆线85包括应变传感器和温度传感器。应变传感器包括机械联接到缆线的至少一个纵向结构元件的光学纤维，尤其是与电缆的至少一个纵向结构元件机械相适合的光学纤维，而温度传感器包括以疏松构造集成在缆线中的光学纤维。至少应变传感器的光学纤维是单模光学纤维，并且优选地，温度传感器的光学纤维也是单模光学纤维。优选地，应变和温度光学纤维是电信级光学纤维。
将电力运送到重型缆线85的供电缆线86中的每一条包括集成的光学纤维元件，该集成的光学纤维元件包括优选地以疏松缓冲构造沿供给缆线布置的至少两条光学纤维。供给缆线86中的每一条光学纤维的一个端部光学连接到布里渊采样设备(图8和9中未示出)，而相对的端部光学连接到重型缆线84中包括的应变和温度光学纤维的相应的端部。光学连接可以通过常规装置在电源单元中发生。因此，使重型缆线85能够从相应的供给缆线86接收电力和用于布里渊分析的光学信号。布里渊采样设备可以被容纳在电力传输站81中。在图8和9中，仅仅为了清楚起见，供给缆线86被示出为位于地面上方。应当理解，供给缆线可以达到起重机供电单元同时在地面下延伸(在图9中由虚线描述)。
图10是示意图，示出根据实施例的用于控制安装在可移动设备上的多条重型缆线的应变并且优选地用于控制其温度的监视系统的操作原理。多条供给缆线103、105、107和109分别相应地包括第一和第二供给光学纤维118a和118b、119a和119b、120a和120b以及121a和121b。供给缆线103、105、107和109供应电力，并且优选地供应控制信号到相应的重型缆线104、106、108和110，每一条重型缆线包括应变传感器光学纤维112a和温度传感器光学纤维112b。第一供给光学纤维118a、119a、120a和121a光学连接到相应的重型缆线104、106、108和110的应变光学纤维112a。第二供给光学纤维118b、119b、120b和121b光学连接到相应的重型缆线104、106、108和110的温度光学纤维112b。供给缆线的供给光学纤维与重型缆线的应变和温度光学纤维的光学连接可以通过熔接被实现。相对于相应的供给缆线位于远处的每一条重型缆线的应变和温度光学纤维112a和112b的端部彼此连接(由装置的连接点表示，例如接合器113)以便形成跨越重型缆线和供给缆线的纤维环。在图8和9中示出的实施例中，应变和温度光学纤维的远端部位于接合在起重机的卷轴中(例如在卷轴的供给中心中)的重型缆线的端部处。
布里渊采样设备100从输入/输出光端口101发出第一光学信号(泵)并且从输入/输出光端口102发出第二光学信号(探测器)。信号从输入/输出光端口101和102被发射到相应的第一和第二光学纤维部分111和114中。第一光学纤维部分111光学连接到接收泵信号的供给缆线103的第一供给光学纤维118a，而第二光学纤维部分114光学连接到接收探测器信号的最后供给缆线109的第二供给光学纤维121b。第一供给缆线103的第二供给纤维118b光学连接到第二供给缆线104的第一供给纤维119a；第二供给缆线104的第二供给纤维119b光学连接到第三供给缆线105的第一供给纤维120a，并且第三供给缆线105的第二供给纤维120b光学连接到第二供给缆线107的第一供给纤维121a。这产生纤维环，该纤维环具有作为打开的光输入/输出的靠近第一供给缆线103的第一供给纤维118a的一个端部和第四供给缆线109的第二供给纤维121b的一个端部(近端部)。参考附图，术语“近”和“远”可以被理解为参考采样设备，或至少参考与采样设备的光学连接。然而，这种术语仅仅意图指示相对位置且/或用于方便描述，但它们不被解释为具有绝对含义。两条不同供给缆线的光学纤维端部或供给缆线的光学纤维的一个端部与光学连接到采样设备的纤维部分的光联接可以通过常规联接装置被实现，该常规联接装置没有在图中被示出。
连接到图10中示出的布里渊采样设备的重型缆线的数量是4。然而，应当理解，与布里渊仪器动态相比，取决于纤维衰减和纤维长度引起的光损失、熔接损失、机械接合损失，该数量可以是不同的。例如，安装在相应的起重机中的达到10条的重型缆线可以在单个纤维环中被测量。
供给光学纤维优选地为电信级单模光学纤维。
第一和第二光学信号是用于产生布里渊反向散射信号的以合适的幅值和频率的反向传播光学信号，该布里渊反向散射信号被采样设备100分析。通过了解供给缆线中和形成纤维环的重型缆线中的纤维的纤维长度(例如，在环内的布线构造的校准之后)，可以将应变变化关联到沿纤维环的部位，并且因此监视施加到光学连接到采样设备的每一条重型缆线的应变。
根据本发明的一个方面，用于监视多条电缆(并且尤其是用于监视多条重型缆线)的监视系统包括：用于测量布里渊散射光的光谱变化的采样设备，该采样设备包括第一和第二光输入/输出端口，第一输入/输出端口倾向于发出第一光学信号并且第二输入/输出端口倾向于发出第二光学信号；和多条重型缆线，该多条重型缆线包括第一和最后重型缆线，该多条缆线中的每一条缆线包括应变传感器和温度传感器，该应变传感器包括应变光学纤维，该温度传感器包括温度光学纤维，该应变和温度传感器沿相应的缆线纵向延伸，该应变光学纤维和温度光学纤维具有近端部和远端部，该近端部布置在相应的电缆的近端部，其中：每一条重型缆线的应变光学纤维和温度光学纤维的远端部彼此光学连接，第一重型缆线的应变光学纤维的近端部与采样设备的第一输入/输出光通信并且最后电缆的温度光学纤维与采样设备的第二输入/输出端口光通信，并且第一重型缆线的温度光学纤维的近端部与最后重型缆线的应变光学纤维的近端部光学连接，以便形成光学纤维环，在该光学纤维环中，多条重型缆线的每一条重型缆线的应变光学纤维和温度光学纤维与采样设备的第一和第二输入/输出端口光通信，并且第一和第二光学信号沿相反方向进入光学纤维环。
本申请人已经观察到，商业上可获得的布里渊采样设备可以能够测量达到20km的光学纤维的应变和温度。当起重机分散在大的区域上并且沿垂直于起重机的行进方向的水平方向间隔开相当大的距离时，将大大间隔开的起重机连接到容纳采样设备的相同的电力传输站外壳可能不是特别高效率的。此外，将有利的是，使用典型地预先存在的从电力传输站到起重机的布线构造。
图11示出根据本发明的另外实施例的用于货物移动的区域(诸如港口中的集装箱码头)中的多条重型缆线的监视系统。相同的附图标记用于标识具有与图8的元件相同或相似功能的相似部件。电力传输站125供应电力和控制信号到第一组起重机130，而电力传输站128供应电力和控制信号到第二组起重机131。电力传输站的任一个容纳布里渊采样设备(未示出)，该采样设备通过光缆129光学连接到其它电力传输站的供给缆线中的一条，该光缆包括优选地为单模光学纤维的两条光学纤维。每一组中的起重机的数量完全是示例性的，虽然该数量可以典型地从3到6变化。
图11的监视系统的可能的光学构造在图12的示意图中被示出。第一组供给缆线145、149、150和152分别包括第一和第二供给光学纤维，该第一和第二供给光学纤维通过已知方法(诸如通过光学连接器167)光学连接到相应的重型缆线146、147、148和151的相应的应变和温度光学纤维。第一组供给缆线从第一电力传输站接收电力。第二组供给缆线158、159和160分别包括第一和第二供给光学纤维，该第一和第二供给光学纤维光学连接到相应的重型缆线155、156和157的相应的应变光学纤维和温度光学纤维。第二组供给缆线从第二电力传输站(图12中未示出)接收电力。布里渊采样设备143的两个光输入/输出端口163和164光学连接到光开关140的相应的输入端口165和166。输入/输出端口163发出第一光学信号(泵)，而输入/输出端口164发出第二光学信号(探测器)。参考图11，采样设备143和光开关140可以例如被容纳在第一电力传输站125中。光开关140倾向于将接收的第一光学信号分离和引导到两个输入/输出端口141和161，并且将接收的第二光学信号分离和引导到两个输入/输出端口142和162。光开关140可以为常规类型，例如单模纤维1x2或1x4或1x8光开关。
第一组的每一条重型缆线的应变和温度光学纤维的远端部彼此光学连接(例如通过连接器113)以便形成第一纤维环，该第一纤维环具有作为第一打开端部的第一供给缆线145的第一供给纤维的端部和作为第二打开端部的第四供给缆线152的第二供给纤维的端部。光开关的输入/输出端口141通过纤维部分111光学连接到第一供给缆线145的第一光纤维的近端部，而光开关的输入/输出端口142通过纤维部分114光学连接到第四(最后)供给缆线152的第二光纤维的近端部。
从输出端口141发出的第一光学信号(泵)被发射到供给缆线145的第一供给纤维中，而第二光学信号(探测器)被发射到供给缆线152的第二光学纤维中。第一光学信号进入第一组的第一供给缆线145的一条供给纤维，沿纤维环行进，即它沿第一组的供给和重型缆线的所有纤维传播，并且从最后供给缆线152的纤维出来。从输入/输出端口142发出的第二光学信号相对于第一光学信号反向传播，沿相反方向沿纤维环行进。离开供给缆线152的第二光学纤维的布里渊反向散射信号进入光开关140并且由采样设备143进行分析。
类似地，第二组的重型缆线155、156和157的每一条的远端部彼此光学连接以便形成第二纤维环，该第二纤维环具有两个打开的光学端部，即供给缆线158的第一光学纤维和供给缆线160的第二光学纤维。在该纤维环内，第一供给缆线158的第二光学纤维的近端部与第二供给缆线159的第一光学纤维光学连接，并且类似地，第二供给缆线159的第二光学纤维的近端部与第三供给缆线160的第一光学纤维光学连接。光开关140的输入/输出端口161和162光学连接到连接光缆144的相应的第一和第二连接光学纤维，该光缆具有靠近光开关140的第一端部和相对于光开关位于远处的第二端部。在光缆144的与近端部相对的远端部，第一和第二连接光学纤维光学连接到供给缆线158的第一光学纤维和供给缆线160的第二光学纤维。这样，第二组重型缆线从连接光缆144接收两个采样光学信号，其中从设备143发出的光学信号进入光开关140并且被光开关140引到连接光缆144。第二组的重型缆线中产生的布里渊反向散射信号被反馈到连接光缆144中并且被光开关140引到输入/输出端口165和166，因此进入采样设备143。
参考图11和12描述的实施例有利地允许进一步减小监视系统的成本。
虽然在前述实施例中，供给缆线被描述成设置有包括至少两条光学纤维的光纤元件，但因为这可能代表能够运输光数据和/或控制信号的常规电力缆线的情况，因此本发明包括供给布线系统，该供给布线系统包括电力供给缆线和光缆，该光缆包括至少两条光学纤维。在那种情况下，光缆可以在电力供给缆线旁边延伸并且光学连接到重型缆线的应变和温度光学纤维。
本发明可以应用于监视系统，在该监视系统中，采样设备直接光学连接到多条重型缆线，该多条重型缆线设置有光学纤维应变传感器，并且优选地设置有光学纤维温度传感器。换句话说，通常，监视系统的纤维环不需要包括供给缆线作为用于重型缆线的中间电力/控制供电元件，尤其是在要被监视的多条电缆不跨越大的区域(诸如港口集装箱码头)散布的情况下。

Claims (37)

1.一种电缆(l；30；40；50；60)，所述电缆包括：
应变传感器(5)，所述应变传感器沿所述电缆沿纵向延伸并且包括布置在弯曲中性区域内的应变光学纤维(9)，所述弯曲中性区域包围并且包括所述电缆的弯曲中性纵向轴线(Z；69a)；和
至少两个纵向结构元件(2，7，3；43，44；53，54；61，62，63)，所述至少两个纵向结构元件中的至少一个是包括电导体(12；45；59)的芯(2；43；53)，
其中，所述应变传感器(5)嵌在应变传递填料(6；25；47；51；66)中，所述应变传递填料至少在应变状态中将所述至少两个纵向结构元件中的至少一个与所述应变传感器(5)机械联接。
2.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述应变传递填料包括具有0.01到0.7GPa的杨氏模量的弹性体。
3.根据权利要求1或2所述的电缆，其中，所述应变传递填料基于热固性弹性体。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电缆，其中，所述应变传感器包括包围所述应变光学纤维(9)的保护护套(8)，并且其中所述应变传递填料包围所述保护护套并且与所述保护护套相适合。
5.根据权利要求4所述的电缆，其中，所述保护护套基于纤维加强的复合材料。
6.根据权利要求5所述的电缆，其中，所述保护护套的所述纤维加强的复合材料通过加强纤维被加强，所述加强纤维选自玻璃、碳、硼和石墨纤维组成的组。
7.根据权利要求5或6所述的电缆，其中，所述加强纤维基本上沿所述电缆的纵向方向取向。
8.根据权利要求4到7中的任一项所述的电缆，其中，所述保护护套具有从500到1000μm的厚度。
9.根据权利要求5所述的电缆，其中，所述保护护套的所述纤维加强的复合材料借助加强纤维被加强，所述加强纤维嵌在交联树脂中。
10.根据权利要求4到9中的任一项所述的电缆，其中，所述应变传感器还包括紧密缓冲层(10)，所述紧密缓冲层包围所述应变光学纤维并且与所述应变光学纤维(9)和所述保护护套(8)相适合。
11.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述应变传感器还包括包围所述应变光学纤维的紧密缓冲层(10)。
12.根据权利要求10或11所述的电缆，其中，所述紧密缓冲层包括耐热材料。
13.根据权利要求10或11所述的电缆，其中，所述紧密缓冲层基于辐射可固化的丙烯酸盐聚合物。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的电缆，其中，所述应变光学纤维(9)是利用涂层系统涂覆的单模光学纤维。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的电缆，其中，所述电缆具有大致圆形的横截面，并且所述应变传感器相对于所述至少两个纵向结构元件居中地定位。
16.根据权利要求15所述的电缆，其中，所述应变传递填料将所述应变传感器与所述至少两个纵向结构元件机械联接。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的电缆，其中，在基本上没有应变的状态中，所述应变传递填料也将所述应变传感器与所述至少一个纵向结构元件机械联接。
18.根据权利要求15到17中的任一项所述的电缆，其中，所述中性纵向轴线是所述电缆的中心纵向轴线，并且所述至少两个纵向结构元件沿径向布置在所述应变传感器的外部。
19.根据权利要求15到18中的任一项所述的电缆，其中，所述电缆具有预定义的最小容许曲率半径ρmin，并且所述中性区域从所述中心纵向轴线沿径向延伸不超过0.02ρmin。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的电缆，还包括用于温度感测的温度光学纤维(24；49；57)，所述温度光学纤维沿所述电缆的长度延伸并且以疏松的构造被包封在纵向延伸的模块(19；41；52)中。
21.根据权利要求20所述的电缆，其中，所述纵向延伸的模块在所述应变传感器的径向外部的位置中被包括在光学纤维元件(3)中，所述光学纤维元件集成在所述电缆中。
22.根据权利要求1所述的电缆，其中，所述应变传感器包括：
包围所述应变光学纤维的紧密缓冲层(10)；和
包封所述紧密缓冲层的保护护套(8)，所述应变传递填料包围所述保护护套并且与所述保护护套相适合，
其中，选自由所述紧密缓冲层、所述保护护套和所述应变传递填料组成的组的至少一个第一元件由在所述电缆具有弹性性能的应变范围中的弹性材料制成，并且所述组中的至少一个第二元件由塑性材料制成，并且其中由塑性材料制成的所述至少一个第二元件与由弹性材料制成的所述至少一个第一元件接触并且具有的轴向刚性小于由弹性材料制成的所述至少一个第一元件的轴向刚性。
23.根据权利要求22所述的电缆，其中，由塑性材料制成的所述至少一个第二元件包括所述应变传递填料，所述应变传递填料由选自由以下各物组成的组的材料制成：具有1到5GPa的杨氏模量的聚酯；具有2到4GPa杨氏模量的聚酰胺；具有0.003到0.01GPa杨氏模量的聚氯乙烯；具有0.1到0.3GPa杨氏模量的低密度聚乙烯；和具有0.4到1.2GPa杨氏模量的高密度聚乙烯。
24.根据权利要求22或23所述的电缆，其中，所述紧密缓冲层基于辐射可固化的丙烯酸盐聚合物。
25.根据权利要求22到24中的任一项所述的电缆，其中，由弹性材料制成的所述至少一个第一元件包括所述保护护套。
26.一种用于至少测量至少一条电缆的拉伸应变的变形监视方法，所述方法包括以下步骤：
提供至少一条电缆，所述至少一条电缆包括：应变传感器(5)，所述应变传感器沿所述电缆纵向延伸并且包括布置在弯曲中性区域内的应变光学纤维(9)，所述弯曲中性区域包围并且包括所述电缆的弯曲中性纵向轴线(Z；69a)；和至少两个纵向结构元件(2，7，3；43，44；53，54；61，62，63)，所述至少两个纵向结构元件中的至少一个是包括电导体(12；45；59)的芯(2；43；53)，其中所述应变传感器至少在应变状态中与所述至少两个纵向结构元件中的至少一个机械联接；
将第一光学信号引入所述应变光学纤维；
检测从所述应变光学纤维发出的布里渊散射光；和
分析所述散射光中的光谱变化，以便至少测量所述至少一条电缆的拉伸应变。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述至少一条电缆还包括用于温度感测的温度光学纤维(24；49；57)，所述温度光学纤维沿所述电缆的长度延伸并且以疏松的构造被包封在纵向延伸的模块(19；41；52)中，并且所述温度光学纤维被光学连接到所述应变光学纤维，所述方法还包括以下步骤：沿相对于所述第一光学信号相反的传播方向将第二光学信号引入所述温度光学纤维。
28.一种用于至少测量至少一条电缆的拉伸应变的变形监视系统，所述变形监视系统包括：
电缆，所述电缆包括：应变传感器，所述应变传感器沿所述电缆纵向延伸并且包括应变光学纤维，所述应变光学纤维具有布置在弯曲中性区域内的近端部和远端部，所述弯曲中性区域包围并且包括所述电缆的弯曲中性纵向轴线；和至少两个纵向结构元件，所述至少两个纵向结构元件中的至少一个是包括电导体的芯，其中所述应变传感器至少在应变状态中与所述至少两个纵向结构元件中的至少一个机械联接；和
采样设备，所述采样设备用于测量所述应变光学纤维中的布里渊散射光的光谱变化，所述采样设备与所述应变光学纤维的至少所述近端部光学联接，以便将光引入所述应变光学纤维。
29.一种用于至少测量多条电缆的拉伸应变的变形监视系统，所述变形监视系统包括：
用于测量布里渊散射光的光谱变化的采样设备，所述采样设备包括第一光学输入/输出端口和第二光学输入/输出端口，所述第一光学输入/输出端口用于发出第一光学信号并且所述第二光学输入/输出端口用于发出第二光学信号；和
第一组多条电缆，所述第一组多条电缆包括第一电缆和最后电缆，所述第一组多条电缆中的每一条电缆包括应变传感器和温度传感器，所述应变传感器包括应变光学纤维，所述温度传感器包括温度光学纤维，所述应变传感器和温度传感器沿相应的电缆纵向延伸，所述应变光学纤维和温度光学纤维具有近端部和远端部，所述应变光学纤维的近端部和温度光学纤维的近端部位于相应的电缆的近端部处，其中：
每一条电缆的所述应变光学纤维的远端部和所述温度光学纤维的远端部彼此光学连接，
所述第一组多条电缆中的第一电缆的应变光学纤维的近端部与所述采样设备的第一光学输入/输出端口光通信，并且所述第一组多条电缆中的最后电缆的温度光学纤维与所述采样设备的第二光学输入/输出端口光通信，并且
所述第一电缆的温度光学纤维的近端部与所述最后电缆的应变光学纤维的近端部光学连接，以便形成光学纤维环，在所述光学纤维环中，所述多条电缆中的每一条电缆的所述应变光学纤维和所述温度光学纤维与所述采样设备的第一光学输入/输出端口和第二光学输入/输出端口两者光通信，并且所述第一光学信号和第二光学信号沿相反的方向进入所述光学纤维环。
30.根据权利要求29所述的系统，其中，所述第一多条电缆中的每一条电缆是包括至少两个纵向结构元件的重型缆线，所述至少两个纵向结构元件中的至少一个是包括电导体的芯，每一条重型缆线的应变光学纤维布置在弯曲中性区域内，所述弯曲中性区域包围并且包括所述电缆的弯曲中性纵向轴线，并且
其中，所述应变传感器与所述至少两个纵向结构元件中的至少一个机械联接。
31.根据权利要求30所述的系统，其中，每一条重型缆线的所述应变传感器嵌在应变传递填料中，所述应变传递填料将所述至少两个纵向结构元件中的至少一个与所述应变传感器机械联接，使得至少在应变状态中、所述至少两个纵向结构元件中的至少一个经受的应变被传递到所述应变传感器。
32.根据权利要求29到31中的任一项所述的系统，其中，所述第一组多条电缆中的每一条电缆的温度传感器沿所述电缆的长度延伸并且以疏松的构造被包封在纵向延伸的元件中。
33.根据权利要求31所述的系统，其中，每一条重型缆线中的所述应变传感器包括包围所述应变光学纤维的保护护套，并且其中所述应变传递填料包围所述保护护套并且与所述保护护套相适合。
34.根据权利要求29到33中的任一项所述的系统，还包括第一组多条供给缆线，所述第一组多条供给缆线包括第一供给缆线和最后供给缆线，所述多条供给缆线中的每一条供给缆线光学连接到所述第一组多条电缆中的相应电缆，所述第一供给缆线与所述第一电缆光学连接并且所述最后供给缆线与所述最后电缆光学连接，其中：
所述第一组多条供给缆线中的每一条供给缆线包括第一供给光学纤维和第二供给光学纤维，所述第一供给光学纤维和第二供给光学纤维分别包括近端部和远端部，
所述第一供给光学纤维的远端部和第二供给光学纤维的远端部分别光学连接到相应电缆的所述应变光学纤维和温度光学纤维，并且
通过将所述第一供给缆线的第一供给光学纤维的近端部与所述采样设备的第一光学输入/输出端口连接，并且通过将所述最后供给缆线的第二供给光学纤维的近端部与所述测量设备的第二光学输入/输出端口连接，所述第一电缆的应变光学纤维与所述采样设备的第一光学输入/输出端口光通信。
35.根据权利要求34所述的系统，其中，所述第一多条供给缆线中的每一条供给缆线是电缆，所述第一供给光学纤维和第二供给光学纤维以疏松的构造集成在所述电缆中，并且在发生光学连接的重型缆线的端部上，每一条供给缆线电连接到相应的重型缆线。
36.根据权利要求29到35中的任一项所述的系统，其中，所述第一多条电缆中的每一条电缆安装在相应的可移动设备上。
37.根据权利要求36所述的系统，其中，所述可移动设备是起重机，所述起重机包括支撑结构和以可旋转的方式安装在所述支撑结构上的卷轴，所述相应电缆能够缠绕在所述卷轴上和从所述卷轴上解绕，所述相应电缆在其远端部接合在所述卷轴上。
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