CN105093450A - 一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，它包括缆芯、传感部件及外铠装加强保护层，缆芯的绝缘护层外表面分布着用于嵌入传感部件的预留凹槽，传感部件包括基于光传输的传感光纤部件和/或基于电传输的传感组件；缆芯包括通信光纤单元、内铠加强件及在外的绝缘护层；外铠装加强保护层包括填充防腐沥青的一层或多层外铠加强件及绕包在外的外被层。在绝缘护层外表面开的凹槽内设置各类传感部件，利用适用的探测仪器和系统，在线监测缆本身的位置移动和弯曲、扭转等形态的应变，还能灵敏地探测到离海底光缆一定范围内的水声、地震波、船艇接近、船锚勾拉等信息，传感部件设置在缆芯外，相当于为通信光纤建立了一道防窃听的警戒屏障。
Description
技术领域
本发明涉及海底光缆，尤其涉及一种在缆结构中嵌入传感部件的智能海底光缆。
背景技术
海底光缆系统以其大容量、高可靠性、优异的传输质量等优势，在通信领域、尤其在超长距离国际通信中起到重要的作用。目前，还没有一种通信技术能与之媲美。
我国拥有18000多公里的海岸线和分布在沿海的6500多个大小岛屿，建设海底光缆系统具有重大的政治、国防和经济意义。
海底光缆工作在肉眼不可见、水文和底质情况复杂的水下，尤其是非埋设的海底光缆，容易受水流影响而发生位置改变,受船舶航行和渔业及养殖业活动（如船锚勾拉等）而导致故障或破坏。对某些重要的海底光缆，甚至还存在被窃听的可能。目前，窃听海底光缆的主要方法是剥离所有的保护结构露出光纤，对光纤非破坏性地施加微弯，用高灵敏的接收器探测光纤弯曲部位泄漏的光信号并进行分析。
海底光缆主要由缆芯和外铠装加强保护层两部分组成，在所有的海底光缆中，外铠装加强保护层是雷同的，主要的区别是缆芯结构。
从理论上说，常规海底光缆中用的通信光纤也可用于分布式传感，但由于光缆中的通信光纤处于缆芯的中心位置且受多重结构的保护，接收到的信号会很弱，很难准确可靠地判断光缆周边的振动和被窃听。如果将传感光纤直接置于缆芯外又受到外铠加强层的挤压、拉伸和扭转，因而是不合理的。
现有的技术方案是将传感光纤单元置于内铠装或外铠装加强的绞层中，但是，内铠装戓外铠装加强件都是承力部件，传感光纤单元的机械性能（抗拉、抗压强度和弯曲等）很难与之匹配，往往在施工布放时就发生光纤断裂或衰减增大，即使勉强布放入海，其可靠性也较低。
因此，需要一种既能确保通信性能又能在线监测缆工作状态（如应力、扭转和位置改变等）和同时探测周边事件（如被船锚勾拉、船艇接近等）及防止缆被非法开剥（反窃听）的智能海底光缆。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆。
为解决上述技术问题，本发明的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，它包括缆芯、传感部件及外铠装加强保护层，所述缆芯具有绝缘护层，所述绝缘护层外表面分布着用于嵌入传感部件的预留凹槽。
所述传感部件包括基于光传输的传感光纤部件和/或基于电传输的传感组件，其嵌入在绝缘护层外表面的预留凹槽中，避免受到外铠加强件的挤压、拉伸和扭转。
基于光传输的传感光纤部件由传感用光纤和传感光纤护层组成。
基于电传输的传感组件由外形为细管形的电学传感器和绝缘信号线组成，所述电学传感器串联或并联在所述的绝缘信号线上成连续线束状。
所述缆芯包括通信光纤单元、内铠加强件及在外的绝缘护层；所述通信光纤单元包括各类通信光纤、阻水化合物及在外的通信光纤保护管；所述内铠加强件是绞合在通信光纤单元外的一层或多层金属或非金属单线，各单线间和各绞层间填充阻水材料，所述绝缘护层挤包在内铠加强件绞层外。
所述通信光纤保护管为不锈钢管或铜管。
所述外铠装加强保护层包括填充防腐沥青的一层或多层外铠加强件及绕包在外的外被层。
所述外铠加强件为钢丝绞线组成的绞层；所述外被层是一层或多层由多根聚丙烯绳组成的绞层。
本发明的有益效果：在常规海底光缆的外形、主要机械性能和光通信传输性能保特不变的前提下，在绝缘护层外表面开凹槽，在槽内设置各类传感部件，免受外铠加强件的挤压、拉伸和扭转等影响，利用适用的探测仪器和系统，不但能分布式在线监测到缆本身的位置移动和弯曲、扭转等缆体形态的应变，还能灵敏地探测到离海底光缆一定范围内的水声、地震波、船艇接近、船锚勾拉等信息，由于传感部件设置在缆芯外，相当于为通信光纤建立了一道防窃听的警戒屏障，是集通信和传感为一体的智能海底光缆。
附图说明
图1为本发明的结构示意图。
其中：A、缆芯，B、通信光纤单元，C、传感部件，D、外铠装加强保护层，
1、通信光纤，2、阻水化合物，3、通信光纤保护管，4、内铠加强件，5、阻水材料，6、绝缘护层，7、预留凹槽，8、基于电传输的传感组件，8-1、电学传感器，8-2、绝缘信号线，9、基于光传输的传感光纤部件，9-1、传感光纤护层（或套），9-2、传感用光纤，10、外铠加强件，11、防腐沥青，12、外被层。
具体实施方式
为了加深对本发明的理解，下面将结合实施例和附图对本发明作进一步详述，该实施例仅用于解释本发明，并不构成对本发明的保护范围的限定。
如图1所示，本发明的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，它包括缆芯A、传感部件C及外铠装加强保护层D，缆芯A具有绝缘护层6，绝缘护层外表面分布着用于嵌入传感部件C的预留凹槽7。
现有的技术是将传感单元放在内、外铠钢丝的绞层中，传感元件（无论是光或电的）的抗拉、抗弯、抗扭性能都比钢丝差太多，可靠性很差。本发明在缆芯的绝缘护层外表面开设预留凹槽，因凹槽是螺旋状的，所以槽内元件的长度比缆芯长度要大，不受光缆拉伸和扭转等的影响，即使缆芯内通信光纤受过度张力（受损伤）断了，只要缆不断（缆直接断的概率很低，绝大多数是光纤断或衰减增大），槽内元件仍是安全的，故传感功能仍能正常工作。另外，传感光纤可应急调度为通信用。总体来说，因凹槽形状和尺寸可根据传感部件而调整，确保传感部件不受挤压且工作环境好，扩展了传感器的应用门类，大为扩大了监测和警戒的功能及范围。
传感部件C包括基于光传输的传感光纤部件9和/或基于电传输的传感组件8，其嵌入在绝缘护层6外表面的预留凹槽7中。
其中，基于光传输的传感光纤部件9由传感用光纤9-2和传感光纤护层9-1组成，光纤为单根或多根的松套或紧包光纤。这种光纤是常规光纤或对某些参数敏感的特种光纤。
其中，基于电传输的传感组件8由外形为细管形的电学传感器8-1和绝缘信号线8-2组成，电学传感器8-1串联或并联在的绝缘信号线82上成连续线束状。这些电学传感器通常是微功耗的MEMS（微机电系统，MicroelectroMechanicalSystems）器件或其他适用的电学（电阻、电容、电感、电磁等）主动或被动器件，绝缘信号线是单芯或多芯的绝缘铜线。
传感部件C用成缆机嵌入在缆芯绝缘层外表面预留凹槽7中，成缆机的绞合节距应与预留凹槽7的螺旋节距一致并有防跳槽装置和措施。
缆芯A包括通信光纤单元B、内铠加强件4及在外的绝缘护层6；通信光纤单元B包括各类通信光纤1、阻水化合物2及在外的通信光纤保护管3，通信光纤保护管3为不锈钢管或铜管；内铠加强件4是绞合在通信光纤单元B外的一层或多层金属或非金属单线，各单线间和各绞层间填充阻水材料5，绝缘护层6挤包在内铠加强件4绞层外。
通信光纤单元B在专用设备上制造，由若干通信光纤1和阻水化合物2及通信光纤保护管3组成，通信光纤1是各类用于光通信的单模或多模光纤，在管内的最大数量由光纤特性和通信光纤保护管的内径决定，光纤在管内应有合适的余长；阻水化合物2（俗称“纤膏”）应与光纤相容，在管内的填充率不低于75%；通信光纤保护管3由不锈钢带或铜带经成型、焊接和拉拔制成，通信光纤1和阻水化合物2在金属带材焊接成管前的成型过程中同步注入至通信光纤保护管3中。
内铠加强件4利用绞线机将一层或多层金属或非金单线（图1中为一层）直按绞合在通信光纤单元B外，金属单线通常是镀锌钢线、铜线或它们的组合，每层单线覆盖率不低于95%；各单线间和各绞层间填充阻水材料5，其材质应与绞线材料相容。
绝缘护层6挤包在内铠加强件4绞层外，其材质通常是高密度聚乙烯或其他热塑性材料。在挤出机的机头上安装一个旋转机头，使绝缘护层6在挤出的同时在外表面螺旋式地分布用于嵌入传感元件的预留凹槽7。该凹槽的数量、具体形状和螺旋节距不受限制，视需嵌入的传感部件尺寸和数量而定；以该凹槽的槽底至绝缘护层6的内径，其厚度必须满足相关规范的绝缘要求。
外铠装加强保护层D包括填充防腐沥青11的一层或多层外铠加强件10及绕包在外的外被层12。
外铠装加强保护层D在海缆外铠装生产线上完成。在己嵌入传感部件C的缆芯A上绞合一层或多层外铠加强件10（图1中为一层），外铠加强件10通常是镀锌钢线组成的绞层，每层单线覆盖率不低于95%，各单线间和各绞层间填充防腐沥青11；最后绕包外被层12，外被层12是一层或多层由多根聚丙烯绳组成的绞层。
在常规海底光缆的外形、主要机械性能和光通信传输性能保特不变的前提下，在绝缘层外表面开凹槽，在槽内设置各类传感部件，使传感部件免受外铠加强件的挤压、拉伸和扭转等影响，利用适用的探测仪器和系统，不但能分布式在线监测到缆本身的位置移动和弯曲、扭转等缆体形态的应变，还能灵敏地探测到离海底光缆一定范围内的水声、地震波、船艇接近、船锚勾拉等信息，由于传感部件设置在缆芯外，相当于为通信光纤建立了一道防窃听的警戒屏障，是集通信和传感为一体的智能海底光缆。
Claims (8)
1.一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：它包括缆芯、传感部件及外铠装加强保护层，所述缆芯具有绝缘护层，所述绝缘护层外表面分布着用于嵌入传感部件的预留凹槽。
2.根据权利要求1所述的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：所述传感部件包括基于光传输的传感光纤部件和/或基于电传输的传感组件，其嵌入在绝缘护层外表面的预留凹槽中。
3.根据权利要求2所述的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：基于光传输的传感光纤部件由传感用光纤和传感光纤护层组成。
4.根据权利要求2所述的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：基于电传输的传感组件由外形为细管形的电学传感器和绝缘信号线组成，所述电学传感器串联或并联在所述的绝缘信号线上成连续线束状。
5.根据权利要求2所述的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：所述缆芯包括通信光纤单元、内铠加强件及在外的绝缘护层；所述通信光纤单元包括各类通信光纤、阻水化合物及在外的通信光纤保护管；所述内铠加强件是绞合在通信光纤单元外的一层或多层金属或非金属单线，各单线间和各绞层间填充阻水材料，所述绝缘护层挤包在内铠加强件绞层外。
6.根据权利要求5所述的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：所述通信光纤保护管为不锈钢管或铜管。
7.根据权利要求2所述的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：所述外铠装加强保护层包括填充防腐沥青的一层或多层外铠加强件及绕包在外的外被层。
8.根据权利要求7所述的一种在缆芯绝缘层嵌入传感部件的智能海底光缆，其特征在于：所述外铠加强件为钢丝绞线组成的绞层；所述外被层是一层或多层由多根聚丙烯绳组成的绞层。
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