CN105378437B - 光纤电缆、光纤电缆的制造方法、以及分布型测定系统 - Google Patents

光纤电缆、光纤电缆的制造方法、以及分布型测定系统 Download PDF

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Abstract

在包含测量压力的光纤芯线和测量温度的多层铠装电缆的光纤电缆中，在该光纤芯线与多层铠装电缆之间形成环状的所期望的空隙层，并且在光纤电缆轴向上以规定间隔设置对该光纤芯线和多层铠装电缆进行固定的固定材料。

Description

光纤电缆、光纤电缆的制造方法、以及分布型测定系统
技术领域
本发明涉及利用光纤电缆来测定温度、压力、应变分布的分布型光纤系统中使用的光纤电缆、该光纤电缆的制造方法、以及利用该光纤电缆来一次性测定温度、压力、应变的分布的分布型测定系统。
背景技术
以往，已知一种能利用多层铠装电缆来测定被测定体的压力和温度分布的系统，该多层铠装电缆使用两种光纤作为传感器(例如专利文献1)。该系统中，对这种两种光纤每一种检测两种光纤的布里渊频移、以及瑞利频移ΔνB、ΔνR，并基于这四个值来求出被测定体的压力分布、温度分布。四个值具体而言是指例如光纤电缆的传感器即光纤芯线10的布里渊频移、瑞利频移、以及FIMT(Fiber in Metallic Tube的简称。指“金属管包覆光纤芯线”。下文使用该简称)4的布里渊频移、瑞利频移(参照图10、图11)。
这里，压力和温度是光纤所在部分的场所的压力和温度，因而两种光纤具有相同的值，因此，若将T1、T2设为各电缆的温度，利用参照压力P0(例如大气压)、参照温度T0(例如室温)将ΔP设为ΔP＝P-P0，将ΔT设为ΔT＝T1-T0＝T2-T0，则被测定体的压力变化ΔP、温度变化ΔT、应变变化Δε1、Δε2、上述四个频移的值(其中，对于光纤芯线10的布里渊频移、及瑞利频移标注上标号1，对于FIMT4的布里渊频移、及瑞利频移标注上标号2来区别记载)之间，下式(1)的关系成立。这里，dij是基于上述频移的各光纤的特性系数，能作为光纤的灵敏度系数相对于频移的逆矩阵来求得。
[数学式1]
数1
使用该光纤的压力、温度分布测定技术能应用于物体的体积变化的分布测量。例如，多孔的砂岩在被流体填充前和填充后，体积会发生变化，因此是上述测定技术的应用领域之一。然而，在使用以往的铠装电缆的光纤分布型测定系统中，由于电缆制作方面的问题等，有些情况下也可能无法测量正确的应变分布。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本专利特开2010-216877号公报
这里，例如在仅利用了布里渊频移的分布型压力传感器中，利用了由于对光纤施加了应变而产生的布里渊频移，但对于该布里渊频移，通过将施加在该光纤的探针上的压力转换为应变来测定沿着光纤电缆的压力分布，因此能通过测量因压力而变形的探针上固定的光纤传感器的频移，来测定所施加的压力。为此，需要将光纤传感器固定在上述探针上，由此，通过测量光纤传感器的频移，从而能测量施加在探针上的压力。
发明内容
发明所要解决的技术问题
然而，以往，由于多层铠装电缆的制造方面的理由，处于无法精密地控制多层铠装电缆所使用的电缆钢线和光纤耦合面的耦合状态的状况，因此目前为止，无法在压力测定中获得具有足够精度的值。下面，利用附图对此进行说明。
图12是示意性表示以往的光纤芯线10与多层铠装电缆50的最内层的电缆钢线的耦合面的状况的图。该图中，光纤芯线10由具有最内层的传感器功能的光纤波导11、直接覆盖该光纤波导11的第一覆膜12、以及进一步覆盖该第一覆膜的第二覆膜13构成，另一方面，多层铠装电缆50的最内层的电缆钢线在设计上采用图中51所示的配置，即，设计成光纤芯线的直径比最内层的电缆钢线所产生的空隙的直径要小，但其卷绕状态会因制造状况而产生变化，考虑如图中51、52、53所示，相对于光纤芯线10的轮廓线Ls处于各种耦合状况。即，在电缆钢线处于图中51的位置且隔开间隔与轮廓线Ls耦合，即，光纤芯线10与多层铠装电缆50之间存在间隙的情况(情况a)，电缆钢线处于图中52的位置且与轮廓线Ls接触耦合的情况(情况b)，以及电缆钢线处于图中53的位置且从轮廓线Ls进入光缆芯线10的情况(情况c)。在情况a时(若用图11来说明，则最内周部分的铠装电缆并非处于与光纤芯线相接的位置(用实线表示圆周的位置)而处于隔开稍许间隔的位置(用虚线表示圆周的位置)的情况下)，由于流体流入空隙，因此光纤受到与外压相同的压力。与此相对，在情况b(若用图11来说明，则在最内周部分的铠装电缆处于与光纤芯线相接的位置(用实线表示圆周的位置)的情况下)、情况c时，中心部的光纤波导11所受的压力是与多层铠装电缆所受的外压不同的值。
利用图9所示的模型对情况b、情况c进行说明。该图是用于评价由处于外侧的环状体(将多层铠装电缆模型化后所得)包围的柱状体(将光纤波导模型化后所得)所受的压力(半径方向的垂直应力)和施加在环状体上的压力的简单模型。在利用通常的光纤进行测量的情况下，如图9(a)所示，该柱状体与环状体成为一体，在环状体受到外压Po的状态下在传感器即柱状体部分测定压力。该情况下，对传感器部分的压力值进行探讨。
因此，这里，假设环状体为圆环状体，柱状体为圆柱状体，且均由均匀的各向同性弹性材料构成，将该圆环状体的半径设为b，将其弹性系数即拉梅常数设为λ1、μ1，将上述圆柱状体的半径设为a，将其拉梅常数设为λ2、μ2，从而将图9(a)分解为图9(b)、图9(c)这两个，对施加在圆柱状体上的压力Pi进行评价。这里，将圆环状体的内压设为Pi。这里，在线性弹性理论中，胡克定律利用拉梅常数λ、μ来如下式(2)那样表示。
[数学式2]
数2 σij＝2μεij+λεkkδij (2)
式(2)中，σ表示应力，ε表示应变，i、j是表示彼此正交的三轴方向中的两个方向的指标(例如若将x、y、z轴设为彼此正交的三轴，则为其中的两个方向、即x轴、y轴方向的指标)。δij是克罗内克(Kronecker)的变化量。并且，通常，λ为拉梅的第一常数，μ是被称为第二常数且必定为正的值。此外，μ也称为刚性模量，通常记为G。
该情况下，图9(b)中，半径a的位置上的圆环状体的位移u1(r＝a)需要是与半径a的位置上的圆柱状体的位移u2(r＝a)相等的值，该情况下，上述Pi利用Po由式(3)表示。
[数学式3]
数3
图9(a)中，a＜b，因此该式的分母上的{}括号内的式的值始终为正值。因此，得到以下结论。
(情况1)：在圆环状体与圆柱状体的弹性率相等、即式(4)成立的情况下，Pi＝Po。
[数4]
数4 λ1+μ1＝λ2+μ2 (4)
(情况2)：在圆环状体的弹性系数比圆柱状体的弹性系数大、即式(5)成立的情况下，Pi＜Po。
[数学式5]
数5 λ1+μ1＞λ2+μ2 (5)
(情况3)：在圆环状体的弹性系数比圆柱状体的弹性系数小、即式(6)成立的情况下，Pi＞Po。
[数学式6]
数6 λ1+μ1＜λ2+μ2 (6)
即，对于情况2，圆柱状体(这里相当于光纤)所受的压力(半径方向的垂直应力)比施加在圆环状体(这里相当于多层铠装电缆)上的压力要小。即，对于情况b、情况c，中心部的光纤波导11所受的压力是比多层铠装电缆5所受的外压要小的值，无法对铠装电缆外侧应当测量部位的压力值进行合适的评价。
该情况通过实际的试验数据如下所示。图13是利用通过光纤裸线的试验而得到的压力·灵敏度，对于作为基准的三个压力值即25MPa、15MPa、5MPa将使用多层铠装电缆形态的电缆得到的布里渊、瑞利频移转换为压力时的、在整个电缆长度3m上的压力分布的测定数据。图中的值是上述作为基准的压力值。由该图可知，虽然减少量因作为基准的压力值的不同而不同，但无论在哪一个压力基准值下，测定数据的值都小于作为基准的压力值。
此外，由于无法连动地确定光纤芯线和多层铠装电缆中使用的电缆钢线的层间位置，且另一方面，被测定体通常被固定在最外侧的铠装层、即电缆钢线层上来测定，因此无法保证测定对象的应变与光纤芯线1的应变相一致，在分布型压力温度测定系统(DPTS)中，处于无法以良好的精度实施应变分布测定的状况。
也不限于上述那样的状况，例如在CCS(Carbon Dioxide Capture and Storage：二氧化碳捕获和封存)、即将由发电厂、工厂等排出的CO2分离、回收并储存到地层的技术中，为了监视储存在地下的CO2，例如将伴随着CO2压入的地层内的压力上升而产生的应变、或CO2渗入岩石时产生的应变作为测定对象，因而尤其要求精密的应变测定。另外，希望一种也能适用于页岩气等的生产的技术。
本发明鉴于上述课题而完成，其目的在于提供一种在使用了铠装电缆方式的光纤的分布型光纤测定系统中，采用在光纤波导与铠装电缆之间形成了间隙的光纤电缆，并使用固定材料固定该光纤波导和铠装电缆，能利用光纤电缆中使用的两种光纤来一次性且高精度地测定被测定体的压力分布、温度分布、以及应变分布的光纤电缆，并提供光纤电缆的制造、以及分布型测定系统。
解决技术问题所采用的技术方案
本发明的光纤电缆，
铺设在被测定体中或沿着被测定体铺设来与该被测定体一起变形，该光纤电缆用于利用布里渊频移以及瑞利频移，来根据入射到该光纤电缆中的光在所述光纤电缆内散射得到的散射光，测定所述被测定体的压力、温度、应变的分布，其特征在于，由测定所述被测定体的压力的光纤芯线、以及测量所述被测定体的温度的多层铠装电缆构成，在所述光纤芯线与所述多层铠装电缆之间形成有环状的空隙层，在所述光纤电缆的轴向上隔开间隔设置对所述光纤芯线和所述多层铠装电缆进行固定的固定材料。
本发明的光纤电缆的制造方法，
在测量压力的光纤电缆的光纤芯线的最外层部呈环状地覆盖所期望厚度的水溶性树脂层，在对所述光纤电缆的铠装层进行铠装化之后，包括：去除所述水溶性树脂层的工序；以及在将所述水溶性树脂层去除后、利用固定材料对所述光纤芯线和所述铠装层进行固定的工序。
一种使用本发明的光纤电缆的分布型测定系统，
使用本发明的光纤电缆，利用布里渊散射·瑞利散射的混合型后向散射测定仪来一次性求出被测定体的压力、温度、应变的分布，该布里渊散射·瑞利散射的混合型后向散射测定仪根据在该光纤电缆内散射的散射光的布里渊频移以及瑞利频移来分析并求出物质的压力、温度、应变的分布，该光纤电缆铺设在被测定体中或沿着被测定体铺设来与该被测定体一起变形，该光纤电缆用于利用布里渊频移以及瑞利频移，来根据入射到该光纤电缆中的光在所述光纤电缆内散射得到的散射光，测定所述被测定体的压力、温度、应变的分布，其由测定所述被测定体的压力的光纤芯线、以及测量所述被测定体的温度的多层铠装电缆构成，在所述光纤电缆的轴向上隔开间隔设置对所述光纤芯线和所述多层铠装电缆进行固定的固定材料，使得在所述光纤芯线与所述多层铠装电缆之间形成有环状的空隙层。
一种使用本发明的光纤电缆的分布型测定系统，
使用利用了瑞利相位变化代替所述瑞利频移的光纤电缆，利用布里渊散射的后向散射测定仪以及瑞利相位测定仪来一次性求出被测定体的压力、温度、应变的分布，该布里渊散射的后向散射测定仪以及瑞利相位测定仪根据在光纤电缆内散射的散射光的布里渊频移以及瑞利相移来分析并求出物质的压力、温度、应变的分布。
发明效果
根据本发明，能获得如下显著效果：提供能一次性并高精度地测定被测定体的压力分布、温度分布、以及应变分布的光纤电缆，并能提供该光纤电缆的制造、以及被测定体的测定方法。
附图说明
图1是表示本发明实施方式1的测定压力、温度、应变的分布型光纤系统的概要的图。
图2是示意性示出本发明实施方式1的分布型光纤系统所使用的光纤电缆的图。
图3是本发明实施方式1的光纤电缆的轴向(长度方向)的主要部分的概要剖视图。
图4是表示本发明实施方式1的光纤电缆的轴向位置和测定压力的关系的图。
图5是用于说明本发明实施方式1的光纤电缆的长度方向的剖面结构的示意图。
图6是本发明实施方式1的光纤电缆的与轴垂直的方向的剖面的示意图。
图7是表示本发明实施方式1的光纤电缆的轴向上测定到的压力分布的测定数据的一个示例的图。
图8是用于说明本发明实施方式1的光纤电缆的制造方法的流程的图。
图9是表示用于对本发明实施方式1的光纤电缆上施加的压力进行评价的简单模型的图。
图10是表示以往使用两种光纤作为传感器的多层铠装电缆的光纤电缆的长度方向的主要部分结构的一个示例的剖视图。
图11是图10的光纤电缆的与轴垂直的方向上的截面的示意图。
图12是示意性表示以往的光纤电缆的电缆芯线与多层铠装电缆的最内层的电缆钢线的耦合面的状况的图。
图13是表示以往的光纤电缆的轴向上测定到的压力分布的测定数据的一个示例的图。
图14是用于说明本发明实施方式3的光纤电缆的多层铠装电缆的主要部分的示意图。
图15是用于说明本发明实施方式4的设置了隔离体的光纤电缆的主要部分结构的图。
图16是用于说明本发明实施方式5的光纤电缆的加热导线的主要部分的剖面结构的示意图。
具体实施方式
以下，利用附图，对本发明的实施方式进行说明。
实施方式1.
图1是表示利用本发明实施方式1的光纤的布里渊以及瑞利散射的频率信息来一次性测定压力、温度、应变的分布型光纤系统8的概要的图。图中，使用了铠装电缆的光纤电缆7由设置在多层铠装导线中且具有温度传感器等传感器功能的光纤即FIMT4、以及具有光纤芯线的传感器功能的部分即光纤波导11等构成，这些电缆通过固井(cementing)等与地层固定。这些电缆还由布里渊散射·瑞利散射的混合型后向散射测定仪6(图1中表示为R&B测定系统)等构成，该混合型后向散射测定仪6使光入射到上述电缆的光纤(光从ch1向FIMT4入射，并从ch2向光纤波导11入射)，从而对上述两个光纤的入射光和散射光的频移进行测量并分析。利用上述结构的分布型光纤系统8，从而能高精度且一次性测定作为测定对象的井筒(例如二氧化碳注入井)的压力P、温度T、应变ε的分布。
接着，对该测定系统中的测定步骤进行说明。首先，对于布里渊散射，入射光和散射光的频移ΔνB由下式(7)、(8)表示。
[数学式7]
数7
[数学式8]
数8
这里，ΔνB的上标数字表示光纤的种类，带有“1”表示与光纤波导有关，带有“2”表示与FIMT有关。此外，Cij是光纤固有的灵敏度系数，上标数字与上述同样表示所涉及的光纤种类。此外，ε的上标数字也与上述同样表示所涉及的光纤的种类。另外，式(8)中没有涉及ΔP的项是因为FIMT受到的压力影响已被切断。
对于第二项的瑞利频移ΔνR，则由式(9)、式(10)表示。
[数学式9]
数9
[数学式10]
数10
这里，ΔνR的上标数字表示光纤的种类，带有“1”表示与光纤波导有关，带有“2”表示与FIMT有关。另外，式(10)中没有涉及ΔP的项是因为FIMT受到的压力影响已被切断。其它说明与上述ΔνB所涉及的内容同样，因此这里省略说明。
利用上述式(7)～式(10)，在压力变化ΔP、温度变化ΔT、应变变化Δε、与ΔνB、ΔνR之间，以根据上述灵敏度系数Cij确定的特性系数(以基于频移的特性系数作为Cij的逆矩阵求出的系数)Dij并由式(11)确定的关系成立。
[数学式11]
数11
由此，能利用式(11)，根据频移信息来求得被测定体的压力变化ΔP、温度变化ΔT、以及应变变化Δε。
以上示出了利用布里渊和瑞利散射的频率信息，来求出被测定体的压力变化ΔP、温度变化ΔT、应变变化Δε的步骤的概要，但在频率信息的基础上进一步使用相位信息来求出被测定体的压力变化ΔP、温度变化ΔT、应变变化Δε的方法也是有效的。特别是在对瑞利频移进行测量的情况下，与测量布里渊频移的情况相比，通常测量时间更长，因此在测量时间存在限制等情况下，使用该相位信息的方法较为有效。下面，对使用相位信息来求得被测定体的压力变化ΔP、温度变化ΔT、应变变化Δε的方法的步骤的概要进行说明。
该方法中，使用相位信息来代替使用上述瑞利散射的频率信息。若将与瑞利散射的相移有关的灵敏度系数设为C3j，则光纤波导的瑞利散射的相移ΔφR由式(12)表示，FIMT的瑞利散射的相移ΔφR由式(13)表示。
[数学式12]
数12
[数学式13]
数13
式中，Δε为光纤电缆的轴应变测定对象，C31为瑞利相位的应变的灵敏度系数，C32是瑞利相位的温度的灵敏度系数，C33是瑞利相位的压力的灵敏度系数。另外，式(13)中没有涉及ΔP的项是因为FIMT受到的压力影响已被切断。其它说明与上述ΔνB所涉及的内容同样，因此这里省略说明。
利用上述式(7)、式(8)和式(12)、式(13)，在压力变化ΔP、温度变化ΔT、应变变化Δε、与ΔνB、ΔφR之间，以根据上述灵敏度系数C1j、C3j确定的特性系数(以基于频移的特性系数作为上述灵敏度系数的逆矩阵求出的系数)Fij并由式(14)确定的关系成立。
[数学式14]
数14
由此，能利用式(14)，根据频移信息、相移信息来求得被测定体的压力变化ΔP、温度变化ΔT、以及应变变化Δε。该情况下，需要布里渊后向散射测定仪和瑞利相位测定仪来代替混合型后向散射测定仪。另外，作为仅使用相位信息的方法，可举出如下参考文献：(1)Shiuh-Chuan Her,Chih-Min Yang“Dynamic Strain Measured by Mach-ZehnderInterferometric Optical Fiber Sensors”,Sensors(ISSN 1424-8220)2012,March2012,12,pp3314-3326.(2)J.H.Cole,et.al,“TWENTY-FIVE YEARS OF INTERFEROMETRICFIBER OPTIC ACOUSTIC SENSORS AT THE NAVAL RESEARCH LABORATORY”,WashingtonAcademy of Sciences,Fall 2004,pp40-57。
这里，需注意式(12)～(14)中的ΔφR是干涉原理所涉及的相位变化，是与基于式(11)以前的瑞利散射的入射光的频率变化ΔνR不同的物理量。
图2是示意性表示上述图1的分布型光纤系统8所使用的光纤电缆7的图。该图中，光纤电缆7大体上由中心部的光纤芯线1和多层铠装电缆5构成。光纤芯线1的最内周配置有具有传感器功能且由玻璃构成的光纤波导11，其外周形成有直接覆盖该光纤波导11且具有防水、防氢效果的第一覆膜12、以及进一步覆盖该第一覆膜、用于保护光纤波导11并提高强度的第二覆膜13。并且，在第二覆膜13的外周，隔开一定间隔δ设置上述多层铠装电缆5。
该一定的间隙δ是在制作光纤电缆的初期工序中，由第二覆膜13的外周所形成的水溶性树脂层14等形成，在之后的工序中，在其外周形成铠装电缆后，该光纤电缆7浸入水中或热水中时，该水溶性树脂层14溶解于水或热水，从而形成为所期望尺寸的空隙层。在实际的压力测量时，利用上述光纤芯线1来测量流入该空隙层的被测定体(液体)的压力等。
具体而言，将上述水溶性树脂层14的厚度设计并加工到所期望的尺寸(这里为上述一定的间隙δ。通常，单侧半径尺寸为数10～数100μm左右)，制作成在将光纤电缆铠装化(将在光纤芯线的四周设置导线称为铠装化)时达到所需的机械性能、即耐磨耗性、抗压力性、以及足够的拉伸强度等。在铠装化刚完成后，多层铠装导线与该水溶性树脂层14接触。之后，将光纤电缆浸入水或热水中，来去除水溶性树脂层14。另外，在观测井为油井的情况下，能通过将上述水溶性树脂层14替换为油溶性树脂来设定上述一定的间隙δ。
此外，作为使上述水溶性树脂层14溶解的其它方法，也存在用熔点较低的树脂来构成该层的方法。具体而言，例如将水溶性树脂层14的熔点设为100℃左右(例如使用聚乙烯即可)，将上述第一覆膜12、以及第二覆膜13的熔点设为200℃以上，在铠装化后，将整个光纤电缆的温度加热到150℃，从而能去除水溶性树脂层14。除了上述以外，也能利用在铠装化时暂时起到光纤芯线1的包覆功能、且之后可去除的物质，具体而言为油溶性的物质、可溶于酒精的物质、或压缩后会变成粉末的聚合物玻璃等来代替该水溶性树脂层14。
此外，也能直接将树脂保护层埋入地中，使树脂溶解到地中的同时来进行固井。
图3是以一定间隙在光纤芯线1与多层铠装电缆5之间形成了空隙层2的光纤电缆的轴向(长度方向)的主要部分的示意剖视图。如图所示，不仅形成以上说明的空隙层2，还以间距间隔d在光纤轴向(长度方向)上设置长度c的固定材料3a、3b，来固定光纤芯线1和多层铠装电缆5。其理由在于，若仅设置空隙层，则光纤芯线1相对于多层铠装电缆并未固定，因此无法高精度地测定该光纤上产生的应变。因此，需要在形成空隙层2的基础上，对光纤芯线1和多层铠装电缆5进行固定。
由于只要能固定光纤芯线1和多层铠装电缆5即可，因此该情况下所使用的固定材料的半径方向(与轴向垂直的方向)的尺寸在与环状的多层铠装电缆内侧相对的部分的内径以上即可。即，图中，只要是在固定材料3c所示部分的半径以上即可，通常使用如下固定方法，即，利用树脂等粘接剂固定到构成多层铠装电缆的铠装电缆层中的最内层(图2中用5a所示的层)的半径位置(参照固定材料3a、3b)。另外，图3中示出了固定材料3a、3b彼此的间隔(长度方向的间距)为固定间隔d的情况，但并不限于此，只要能固定光纤芯线1和多层铠装电缆5即可，因此也可以以不定间隔间距来构成。
在图3那样结构的光纤电缆中能获得如下效果：如该轴向的位置和测定到的压力的值的关系图(图4)所示，有固定材料的部分(图中B1、B2所示的部分)为压力的不敏感部分，光纤芯线1无法进行合适的压力测定，但在没有固定材料的部分(图中A1、A2、A3所示的部分)，能进行高精度的压力分布测定(压力测定精度为5psi以下)。
利用图5、图6对上述结构的光纤电缆的更详细的状态进行说明。图5是用于说明光纤电缆的长度方向的剖面结构的示意图，示出了相当于图3的一个固定材料的长度的部分。如图5所示，光纤芯线1通过固定材料3固定于多层铠装电缆5的最内层部5a，形成空隙层2。并且，在该最内层部5a的外面一层的层5b上位于该层5b整体的十分之一左右的规定位置上配置有具有温度传感器功能的FIMT4(图中的三重圆圈标记)。图6示意性表示与该图5的光纤电缆的轴垂直的方向上的截面。如该图所示，多层铠装电缆5由同心圆状的三层构成，在中心部的光纤芯线1和该多层铠装电缆5的最内层部5a之间形成有间隙δ的空隙层。
并且，可知在如上述那样设置空隙层2的情况下，在光纤电缆轴向的整个电缆长度3m上测定到的压力分布的测定数据与上述图13所示的情况不同，对于以通过光纤裸线的试验得到的压力·应变灵敏度为基准而设定的三个评价压力值、即25MPa、15MPa、5MPa，将使用多层铠装电缆形态的光纤电缆而得到的布里渊、瑞利频移转换为压力时的压力测定值在上述电缆长度3m的哪个测定位置，都是与作为基准的压力值没有差异的压力分布(参照图7)。
接着，利用以下图8的流程图对上述本发明的光纤电缆的、形成上述空隙层并用固定材料进行固定的制作方法(制造方法)进行说明。图中，在步骤1中使由水溶性树脂构成的水溶性树脂层14以所期望的空隙层厚度δ包覆光纤芯线1，接下来在步骤2中，使用钢线，将其绕着水溶性树脂层14呈螺旋状地卷绕一层或多层，进行铠装化的制作。接着，在步骤3中，将铠装化制作后的光纤电缆浸入水溶液或热水中来去除水溶性树脂层14。接着，在步骤4中，在光纤电缆的轴向(长度方向)上以一定长度(参照图3、图3中用“c”表示的长度)、一定间隔(参照图3，图3中用“d”表示的间距)、或以一定长度(图3中用“c”表示的长度)的不定间隔注入环氧树脂等，从而固定光纤芯线1和铠装电缆。固定的半径方向的尺寸至少需要铠装电缆的最内层的半径程度(参照0035段)。然后，进一步在步骤5中，若进行作为可选项的光纤电缆的外层的结构加工(用于保护光纤电缆的工序)，则完成光纤电缆的制作。
若采用上述结构的本申请发明的光纤电缆，则能获得以下所示的效果。首先，如上所述，能在图4的“A”所示部分(具体而言A1、A2、A3)即压力探测部上实线高精度的压力测定。然而，在压力不敏感部上，与周围的压力没有一致性。此外，若铠装各层之间没有相对滑动，则光纤芯线的应变与铠装层的应变和高度(例如1με左右)一致。
并且，对于该光纤电缆，只要电缆没有被切断，则能保证寿命。本来，由于光纤的拉伸强度比钢铁大，因此若采用铠装结构，则不会比钢铁的寿命先切断，但在制造铠装层时，光纤中可能会残留高应变，这是导致光纤电缆断线的主要原因。在本发明之前示出的图8的步骤3的工序中，暂时释放光纤，因此具有消除残余应变的效果，从而具有不会对光纤电缆强度造成影响，能充分强化铠装强度，并延长整个光纤电缆寿命的效果。
实施方式2.
然而，在制造本光纤电缆的过程中，通常在20℃左右的常温下包覆上述水溶性树脂层14，但在油井等实际使用时，油井的温度是比该常温高100℃以上的高温(最高有时会达到300℃)，光纤电缆本身的温度会根据该油井的温度而上升到100℃以上的高温。其结果，会在光纤芯线1上产生2000με左右的应变，有时可能会产生断线，在确保测定精度方面存在问题。
因此，在本光纤电缆的制造过程中，在包覆水溶性树脂层14时，不在常温，而在100℃左右(100±10℃)的高温下进行，并在对光纤芯线1施加张力的状态下冷却到常温。其结果，能获得光纤芯线1保持着应变的光纤电缆的包覆品。若在之后的工序中去除水溶性树脂层14，则光纤芯线1在保持规定的应变的状态下设置在光纤电缆的中心，并如图3所示以一定间隔d将其固定。并且，在将这种在高温下进行了处理的光纤电缆71安装到上述高温的油井时，光纤芯线1上产生的应变与未在高温下进行处理的情况相比，减少了规定的应变量，具有能延长这种光纤电缆71的寿命的效果。
实施方式3.
此外，作为其它情况，有时会在油井坑内的流体中含有通常作为砂石处理的被称为支撑剂(proppant)的物质。在含有该支撑剂的流体中安装光纤电缆的情况下，存在该流体中的砂石会侵蚀金属导线所包含的铁(Fe)的问题。尤其在通过紧密捻合来制作光纤电缆的情况下，光纤电缆也可能会断线。
为了防止这种断线，在光纤电缆7所使用的多层铠装电缆5采用将多根导线捻合而得到的绞线(strand)的情况下，如图14所示，对于捻合的导线，将利用硬度比通常的金属制导线要软的塑料材料等形成为袋状形态来包住上述捻合的导线而得到的膨胀部15设置在上述多个导线各自的离散部位上的方法较为有效。图14(a)是表示绞线之前、在最外层(第三层)形成膨胀部15后的多层铠装电缆5的最外层的一个示例的模型图，图14(b)是将导线捻合而得到的、绞线后的螺旋状的多层铠装电缆5的一部分的图。此外，能利用该方法对设置了膨胀部的光纤电缆72进行保护。即，由于膨胀部15使含有上述支撑剂的流体的运动速度减小，因此能利用该支撑剂来降低在使用光纤电缆进行测定时会导致问题产生的光纤电缆72的磨损量。此外，变更材料对于光纤电缆的磨损量也具有改善效果。
实施方式4.
实施方式1中所述的构成多层铠装电缆的FIMT通常通过焊接加工来制造。制造该FIMT时的质量检查中也没有被检测到的光纤电缆的针孔缺陷可能会在验证试验的温度分布测定等中通过检测到漏信号(一部分急剧变化的信号)而被发现。此外，也可能在现场安装光纤电缆时产生针孔缺陷。如果FIMT中存在这种针孔缺陷，则在使用光纤电缆的过程中，包含气体、水分的油性液体会入侵到FIMT内，从而不仅会对被测定体的温度分布、应变分布、或压力分布的测定精度造成影响，还可能无法完成测定本身，进而导致地下的油井内的高温、高压的油等漏出到地上而引发事故。针对该问题，以往通过对光纤电缆的外周覆盖高分子树脂来应对，但这会增加处理时间，而且在制造光纤电缆方面也是导致成本上升的主要原因。
为此，如图15所示，沿着光纤电缆的径向，在FIMT4与光纤芯线1之间设置隔离体16。该隔离体16通过在制造光纤电缆时(到FIMT成型时之前)预先注入树脂，并如图所示以规定的间隔Lp(例如10m左右)设置在光纤电缆的长度方向上，或在FIMT成型后，在FIMT上开孔并注入树脂，并同样地以规定间隔Lp来设置，从而作为具有隔离压力的阻挡作用的隔离体设置在光纤电缆内。在设置了这种隔离体16的光纤电缆73中，即使FIMT中存在针孔缺陷，其影响也停止于产生该针孔缺陷的隔离区间(某一隔离体与相邻隔离体之间的区间)，具有不会对光纤电缆73整体的测定功能产生影响的效果。
实施方式5
在以上说明的光纤电缆中，整个电缆为所谓的被动结构，因此仅仅是传播光，电缆本身并不具有产生信号光、或变更用于向目的场所传输光信号的传输路径这样的主动功能。因此，以下对本实施方式中通过在光纤电缆中设置用于加热的加热导线从而能主动掌握被测定物的温度、应变特性的情况进行说明。
图16是表示本实施方式的加热导线的主要部分的剖面结构的示意图。该图中，加热导线17设置在构成多层铠装电缆5的铠装电缆层中最外层5c的部分的一个位置上(加热导线17不限于一个位置，也可以设置多个位置)，由例如中心部的导电线(例如铜线)18以及将其包围的外周部的绝缘层19来构成。并且，通过使电流流过该导电线18，能对设置了这种具有对导线进行加热的功能的加热导线的整个光纤电缆74进行换算成每一单位长度时均匀的加热(例如与不加热的情况相比能提高5℃左右的温度)。此外，通过阻止流过的电流来观察光纤电缆的降温过程和变形状况，从而能调查被测定物的温度、应变特性。
另外，本发明不限于上述各实施方式所示的内容，可以在其发明范围内对各实施方式进行自由组合，或者对各实施方式适当地进行变形、省略。
标号说明
1 光纤芯线、2 空隙层、3、3a、3b、3c 固定材料
4 FIMT(Fiber in Metallic Tube)
5 多层铠装电缆
5a、5b、5c 铠装电缆层
6 混合型后向散射测定仪(R&B测定系统)
7、71、72、73、74 光纤电缆
8 分布型光纤系统、11 光纤波导
12 第一覆膜、13 第二覆膜、14 水溶性树脂层
15 膨胀部、16 隔离体、17 加热导线、18 导电线
19 绝缘层
P 压力、T 温度、ε 应变。

Claims (8)

1.一种光纤电缆，铺设在被测定体中或沿着被测定体铺设来与该被测定体一起变形，该光纤电缆用于利用布里渊频移以及瑞利频移，来根据入射到该光纤电缆中的光在所述光纤电缆内散射得到的散射光，测定所述被测定体的压力、温度、应变的分布，其特征在于，
由测定所述被测定体的压力的光纤芯线、以及测量所述被测定体的温度的多层铠装电缆构成，在所述光纤芯线与所述多层铠装电缆之间形成有环状的空隙层，在所述光纤电缆的轴向上隔开间隔设置对所述光纤芯线和所述多层铠装电缆进行固定的固定材料。
2.如权利要求1所述的光纤电缆，其特征在于，
所述多层铠装电缆包括膨胀部或加热导线的某一方或双方，该膨胀部在离散部位上呈袋状地将构成所述多层铠装电缆的金属制导线包覆，该加热导线具备供电流流过的导电线并构成所述金属制导线的一部分。
3.如权利要求1所述的光纤电缆，其特征在于，
在所述光纤电缆的径向上的所述多层铠装电缆的FIMT与光纤芯线之间设置有在所述光纤电缆的轴向上以规定的长度对光纤电缆进行划分的树脂制的隔离体。
4.如权利要求1至3的任一项所述的光纤电缆，其特征在于，
使用瑞利相移代替所述瑞利频移。
5.一种光纤电缆的制造方法，其特征在于，
在测量压力的光纤电缆的光纤芯线的最外层部呈环状地覆盖所期望厚度的水溶性树脂层，
在对所述光纤电缆的铠装层进行铠装化之后，包括：
去除所述水溶性树脂层的工序；以及
在将所述水溶性树脂层去除后、利用固定材料对所述光纤芯线和所述铠装层进行固定的工序。
6.如权利要求5所述的光纤电缆的制造方法，其特征在于，
所述水溶性树脂层的覆盖在比常温要高的温度下进行。
7.一种分布型测定系统，其特征在于，
使用权利要求1所述的光纤电缆，
利用布里渊散射·瑞利散射的混合型后向散射测定仪来一次性求出被测定体的压力、温度、应变的分布，该布里渊散射·瑞利散射的混合型后向散射测定仪根据在该光纤电缆内散射的散射光的布里渊频移以及瑞利频移来分析并求出物质的压力、温度、应变的分布。
8.一种分布型测定系统，其特征在于，
使用权利要求4所述的光纤电缆，
利用布里渊散射的后向散射测定仪以及瑞利相位测定仪来一次性求出被测定体的压力、温度、应变的分布，该布里渊散射的后向散射测定仪以及瑞利相位测定仪根据在该光纤电缆内散射的散射光的布里渊频移以及瑞利相移来分析并求出物质的压力、温度、应变的分布。
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