JP2014519438A - 水中遠隔作業機用光ファイバケーブルシステム - Google Patents

Abstract

遠隔作業機（ＲＯＶ）用光ファイバ管理システムは、光ケーブル（１０９）全長を含むスプール（１０７）と、スプールに連結されたモータ（１０８）と、モータ制御器（３０４）と、速度センサ（３０３）と、供給機構とを備える。モータ制御器は、水中のＲＯＶの速度を検出し、モータの回転速度を制御して、光ケーブルを、ＲＯＶの速度以上の速度でスプールから外せるようにする。供給機構を使用して光ケーブルに張力を加えて、光ケーブルをスプールから外して絡まらせずにＲＯＶから放出できるようにする。
【選択図】図３

Description

関連特許出願の相互参照
本出願は、２０１１年５月１８日出願の「ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＭＡＮＡＧＥＭＥＮＴ ＳＹＳＴＥＭ」という名称の米国特許出願第１３／１１０，７２６号の優先権を主張するものである。米国特許出願第１３／１１０，７２６号の内容は参照により本明細書に組み込まれる。本出願はまた、２０１０年６月３日出願の「ＤＥＰＬＯＹＡＢＬＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ」という名称の米国特許出願第１２／７９３，５８９号、および２０１０年６月８日出願の「ＯＣＥＡＮ ＤＥＰＬＯＹＡＢＬＥ ＢＩＯＤＥＧＲＡＤＡＢＬＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＣＡＢＬＥ」という名称の米国特許出願第１２／７９５，９７１号を含み、それらの内容が参照により本明細書に組み込まれる。

本出願は、水中応用例において光ファイバカートリッジから光ファイバを展開するためのシステムに関する。

光ファイバなどのファイバは、情報の送受信を行うために水中応用例において使用されている。例えば、水中装置は、推進系および方向制御機構を有することができる。水中装置は支援船によって展開可能であり、光ファイバは水中装置と支援船との間に結合することができる。支援船は、方向制御機構を操作するために使用される制御情報を水中装置に送信することができる。

いくつかの水中装置では、光ファイバは、支援船の動き、水中装置、水流、ならびに海洋生物および静止した物体との接触により、かなりの張力を受ける可能性がある。破断することなく引張力に抵抗するために、光ファイバケーブルが破断するのを防止する保護ジャケットで光ファイバケーブルを覆うことができる。しかしながら、この保護ジャケットにより、光ファイバにはかなりの重量と体積とが付加される。保護ジャケットのない細い光ケーブルを使用することができるように、光ファイバに著しい引張力が加わるのを防止する改良されたシステムが求められている。

細い断面を有する光ファイバは高強度ジャケットを含まず、遠隔作業機（ＲＯＶ）上の光ファイバ管理システムに格納されたスプール上に格納される。好適な実施形態では、参照により本明細書に組み込まれる、「ＯＣＥＡＮ ＤＥＰＬＯＹＡＢＬＥ ＢＩＯＤＥＧＲＡＤＡＢＬＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＣＡＢＬＥ」という名称の米国特許出願第１２／７９５，９７１号によって開示されるように、光ファイバは生分解性を有する。参照により本明細書に組み込まれる、「ＤＥＰＬＯＹＡＢＬＥ ＯＰＴＩＣＡＬ ＦＩＢＥＲ ＣＡＲＴＲＩＤＧＥ」という名称の米国特許出願第１２／７９３，５８９号によって開示されるように、光ファイバを耐圧スプールに巻くことができる。ＲＯＶが水中を移動すると、センサはＲＯＶの速度を検出し、光ファイバ管理システムはスプールを回転させ、供給システムは、ＲＯＶが水中を移動する速度とほぼ同じかそれより速い速度で光ファイバをスプールから引き出す。ＲＯＶから光ファイバを放出することによって、光ファイバは本質的に水中で静止し、ファイバに加えられる張力は最小のものになる。

別の実施形態では、光ファイバの第２のスプールを有する第２の光ファイバ管理システムは、水上支援船上の水上構造に、または水上支援船に隣接して取り付け可能である。センサは、水上支援船の移動を検出し、支援船が水中を移動する速度とほぼ同じかそれより速い速度で第２のスプールから光ファイバを放出することができる。支援船が移動すると、光ファイバは第２のスプールから解放されるため、ファイバにおける張力を最小限に抑えることができる。

光ファイバ管理システムは、光ケーブルのスプールを回転させるモータと、光ケーブルをスプールから引き出す光ファイバ放出体と、モータの速度と光ケーブル放出体の引き出す速度とを制御する制御器とを含むことができる。制御器がＲＯＶまたは支援船の速度を監視し、モータの回転速度を調整することで、光ケーブルは同じかわずかに速い速度で放出される。

一実施形態では、光ファイバ管理システムは、ＲＯＶに送信される制御信号によって制御可能である。ＲＯＶが信号を受信していずれかの方向に移動する場合、光ファイバ管理システムは、制御信号の速度を判断し、かつ光ファイバを同じかわずかに速い速度で放出することができる。本実施形態では、光ファイバ管理システムは、移動制御信号が受信される時に光ファイバを放出することができるため、より迅速に応答することができる。ＲＯＶの応答はいくらか遅れることがあるため、光ファイバ管理システムはＲＯＶが移動する直前に光ケーブルを放出することができる。

光ケーブルをスプールから外して放出体に供給し、放出体は光ケーブルに張力を加えることができるため、光ケーブルをスプールから絡ませずに外すことができる。放出体は引張力を加えることが可能であるが、その引張力を約０．４５ｋｇ（１ポンド）の力よりも小さくすることができる。例えば、一実施形態では、放出体は光ケーブルに約１４．１７〜２８．３５ｇ（１／２〜１オンス）の張力を加えることができる。この張力により、光ケーブルを回転させる時、スプールから当該ケーブルを静かに引き出すことができるが、光ファイバをスプールに巻き付ける際にモータの回転より速く回転させることができない場合がある。

ＲＯＶ上の通信装置はスプール上の光ファイバによって支援船と通信することができる。しかしながら、スプールは回転するため、回転結合装置を光ファイバに取り付けることで、光ケーブルがスプール上で回転しながら信号を送信することが可能になる。光ケーブルの一端を回転結合装置に連結することができ、それにより光信号が可能になる。

光ケーブルを格納するスプールを有するＲＯＶを示す図である。 光ケーブルによって支援船に連結される翼付きＲＯＶを示す図である。 ケーブル管理システムの一実施形態を示す図である。 光ケーブルを格納するスプールの断面図である。 光ケーブルを格納するスプールの正面図である。 光ケーブルの一実施形態を示す図である。 生分解性被覆と不透明層とを有する光ケーブルの一実施形態を示す図である。 部分的に溶解させた生分解性被覆を有する光ケーブルの一実施形態を示す図である。 被覆が溶解した後の光ファイバを示す図である。 砂状の小片に分解された後の光ファイバを示す図である。

本発明は、水中応用例のためのファイバを格納するためのスプールに関する。図１を参照すると、一実施形態において、ファイバを、スプール１０７上に格納される光ファイバ１０９とすることができる。このファイバは支援船１０３と遠隔作業機（ＲＯＶ）１０１との間の通信のために使用される。光ファイバ１０９の一端を支援船１０３上の通信機器に連結することができ、光ファイバ１０９の他端をＲＯＶ１０１上の通信および制御機器に連結することができる。

光ファイバ１０９のスプール１０７はＲＯＶ１０１上に格納される。ＲＯＶ１０１が進むと、スプール１０７は回転し、これにより、光ファイバ１０９はＲＯＶ１０１から続けて放たれる。光ファイバ１０９の一端を回転結合装置１１１に連結することができるため、スプール１０７はＲＯＶ１０１と支援船１０３との間の通信を維持しながら回転することができる。一実施形態では、センサ３０３は、水中のＲＯＶ１０１の相対速度を検出してから、スプール１０７の回転速度を制御して、水中のＲＯＶ１０１の相対速度とほぼ同じかそれより速い速度で光ファイバ１０９を放出することができる。

別の実施形態では、受信機３０５は支援船１０３からの制御信号を検出することができる。これらの制御信号は、ＲＯＶ１０１の推進系を制御する速度信号を含むことができる。受信機３０５は支援船１０３からＲＯＶ１０１への制御速度信号を検出した後、スプール１０７の回転速度を制御して、水中のＲＯＶ１０１の制御信号の速度とほぼ同じかそれより速い速度で光ファイバ１０９を放出することができる。

図２を参照すると、一実施形態において、光ファイバ１０９のそれぞれの端を２つの別個のスプールの周りに巻き付けることができ、または、システムは連結される２つの異なるスプール上に巻き付けられた２つの光ファイバを使用することができる。そのスプールはそれぞれ、図１に示すスプールと同様のものとすることができる。一方のスプールを支援船１０３から離れて進むＲＯＶ１０２に取り付けることができ、もう一方のスプールは水面近くに取り付け可能で、支援船１０３と接続可能である。ＲＯＶ１０２を、参照により本明細書に組み込まれる、米国特許第７，１３１，３８９号に記載される「翼付き潜水装置」とすることができる。ＲＯＶ１０２は支援船１０３から離れて進むと、光ファイバ１０９はＲＯＶ１０２のスプールから外される。同様に、支援船１０３が推進力または海流によって水中を移動すると、光ファイバ１０９はもう一方のスプールから外される。したがって、ＲＯＶ１０２および支援船１０３が移動しても、光ファイバ１０９にはそれほどの張力は加わらない。

光ファイバ管理システムの一実施形態のさらに詳細な例示を図３に示す。本例では、光ファイバ管理システムは、回転結合装置１１１、スプール１０７、モータ１０８および放出体機構３０１を含むことができる。スプール１０７はモータ１０８に連結される回転軸１０６に取り付けられて、スプール１０７が回転できるようにする。モータ１０８は、モータ１０８の回転速度を制御する制御器３０４に連結可能である。制御器３０４はまた、ＲＯＶの速度を示すことができるセンサに連結可能である。例えば、制御器３０４を、水中のＲＯＶ１０１の速度を検出する速度センサ３０３に連結することができる。速度センサ３０３は、水中または他の周囲流体中のＲＯＶの速度を検出する、機械式、超音波または任意の他の機構とすることができる速度トランスデューサとすることができる。

別の実施形態では、光ファイバ管理システムは、光ケーブル１０９の一端に連結される受信機３０５を含むことができる。受信機３０５はＲＯＶの速度を制御する支援船からの制御信号を受信することができる。本実施形態では、受信機３０５は、移動制御信号を検出して、その制御信号を制御器３０４に送信することができる。制御器は、その後これらの制御信号からＲＯＶの速度を予測して、ＲＯＶの予測速度以上の速度で光ケーブル１０９を解放するために必要な速度で、モータ１０８を回転させることができる。他の実施形態では、制御器３０４に連結された受信機３０５と速度センサ３０３の双方を組み合わせて機能させることができる。受信機３０５からの信号は、ＲＯＶが移動しようとしていることを示すことが可能であり、制御器３０４はモータ１０８の回転を開始させることができる。次いで、光ケーブル１０９の移動速度がＲＯＶの実際速度に対応するように、速度センサ３０３は、制御器３０４に速度信号を送信することができる。

モータの回転は、光ケーブルの速度＝スプールの半径とモータの回転速度との積の式に基づくものとすることができる。したがって、スプールが約８．８９ｃｍ（３．５インチ）または０．０８８９ｍ（０．２９１７フィート）である場合、スプールの円周は０．５５８６ｍ（１．８３２６フィート）である。ＲＯＶの検出速度が毎秒１．５２ｍ（５フィート）である場合、モータの回転速度は１秒当たり１．５２ｍ（５フィート）／０．５５８６ｍ（１．８３２６フィート）、１秒当たり２．７２８回転または１６３．７回転／分（ＲＰＭ）を超えるものでなければならない。一実施形態では、ＲＯＶは毎秒３．０４８ｍ（１０フィート）未満で進む場合があり、対応する回転速度は３２７．４ＲＰＭより大きいものである場合がある。

光ファイバ管理システムはまた、光ケーブル１０９をスプール１０７から外すための放出体機構３０１を含むことができる。スプール１０７をモータ１０８のみによって回転させる場合、光ケーブルがＲＯＶを出る前に光ケーブル１０９が絡むことがある。光ケーブル１０９がＲＯＶから円滑に外されるようにするために、放出体機構３０１は、モータ１０８の回転速度に関わらずに、光ケーブル１０９における定張力を維持することができる。一実施形態では、放出体機構３０１は、水ポンプ３２１、水ポンプモータ３２３および供給管３２５を含むことができる。モータ３２３は水ポンプ３２１を作動させて、水ポンプ３２１は供給管３２５を通して水を汲み出すことができる。水は、供給管３２５の前端から入って、供給管３２５の後端から出ていく。供給管３２５は、広径の前端および細径の後端を有する。光ケーブル１０９は供給管３２５内に配置されて、供給管３２５内の光ケーブル１０９の周りの水の速度により、定張力を有する光ケーブル１０９を引き出す。一実施形態では、光ケーブル１０９は、供給管３２５の前端にあるぴったりと合わさった孔に嵌合し、供給管３２５の後端にある広い孔から出ることができる。供給管３２５の後端は最小抵抗の経路を提供するため、供給管３２５内へ汲み出される実質的にすべての水が、前端に流れ込み後端から流れ出る。供給管３２５の後端の狭径により、水が供給管３２５の後端に入ると流水速度が増すことになる。この増加した速度により、光ケーブル１０９に対する張力を増加させることができる。他の実施形態では、他の種類の放出体機構を光ファイバ管理システムと共に使用することができる。

放出体機構３０１によって引き起こされる光ケーブル１０９の張力は、約０．４５ｋｇ（１ポンド）の力よりも少ない張力を維持することができる。一実施形態では、光ケーブル１０９における張力を、約１４．１７〜２８．３５ｇ（１／２〜１オンス）の力とすることができる。この力は、スプール１０７と供給管３２５との間の光ケーブル１０９の一部を教示させ続けることができるが、モータ１０８を回転させずにスプール１０７を回転させるほどの力ではない。供給管３２５の後端はＲＯＶの外側に位置付けられて、ＲＯＶの後方へ誘導される。

一実施形態では、スプール１０７は、開放型圧縮性円筒構造１２１を含むことができる。図４はスプール１０７の断面図であり、図５は圧縮性円筒構造１２１の周りに巻き付けられた光ケーブル１０９を有するスプール１０７の正面図である。スプール１０７は、剛性中心円筒部１１５、フランジ１１７、および剛性中心円筒部１１５を取り囲む弾性圧縮性円筒構造１２１を含むことができる。一実施形態では、圧縮性円筒構造１２１の外径を直径約１２．７〜２２．８６ｃｍ（５〜９インチ）とすることができる。しかしながら、他の実施形態では、この直径をより大きくまたはより小さくすることができる。光ファイバ１０９は、圧縮性円筒構造１２１の外径の周りに巻き付けられる。光ファイバ１０９は、所定の張力で圧縮性円筒構造１２１の周りに巻き付けられる。一実施形態では、張力を約０．４５〜４５０ｇ（０．００１〜１ポンド）の力とすることができる。

スプール１０７は加圧された水中環境で使用されているため、高い水圧による圧縮性円筒構造１２１の変形は生じ得ない。周囲圧力は水中のＲＯＶの深度に直接比例する。例えば、淡水中では、０．３０５ｍ（１フィート）の深度当たり約０．０３０ｋｇ／平方センチメートル（０．４３ポンド／平方インチゲージ（ＰＳＩＧ））であり、塩水中では、圧力の増加は０．３０５ｍ（１フィート）の深度当たり約０．０３１ｋｇ／平方センチメートル（０．４４ＰＳＩ）である。したがって、３０．４８ｍ（１００フィート）まで潜水すると３．０２〜３．０９ｋｇ／平方センチメートル（４３〜４４ＰＳＩＧ）の周囲圧力が生じ、１，５２４ｍ（５，０００フィート）まで潜水すると１５１〜１５４ｋｇ／平方センチメートル（２，１５０〜２，２００ＰＳＩＧ）の周囲圧力が生じることになる。圧縮性円筒構造１２１は非常に高い周囲圧力でその形状を保持可能でなければならず、圧縮性を維持しなければならない。圧縮性円筒構造１２１が圧力下で変形する材料からできており、スプールを水面下に沈める場合、光ファイバ１０９はかなり浅い深度でほどけるようになる。これは、スプール上の光ファイバ１０９を解体させ、おそらくは絡ませることになる。光ファイバ１０９がスプール１０７から引き出されると、張力は一定ではなくなり、光ファイバ１０９は絡まるようになる。

図６を参照すると、一実施形態において、光ファイバは、光送信機であるコア５０１と、プラスチック被覆５０５とを含むことができる。一実施形態では、コア５０１は直径約１０μｍであり、約１２５μｍの外径を有する被覆５０５によって取り巻かれている。他の実施形態では、直径約５〜４００μｍのコアとすることができ、被覆は約５０〜５００μｍの直径を有することができる。コアはガラス製とすることが可能である。しかしながら、他の実施形態では、コアは、フッ化ジルコン酸塩ガラス、フッ化アルミン酸ガラスおよびカルコゲニドガラス、ならびにサファイアのような結晶性物質といった、他の材料から作られることも可能である。シリカガラスおよびフッ化物ガラスは、約１．５の屈折率を有することが多いが、カルコゲニドなどの材料の中には、３に達する屈折率を有するものもあり得る。通常は、コア５０１と被覆５０５との間の屈折率の差異は１パーセント未満である。他の実施形態では、コア５０１は、０．５ミリメートルかそれ以上の芯直径を有する場合があるプラスチック光ファイバ（ＰＯＦ）から作られることが可能である。

光ファイバ５０１は１つまたは複数の被覆を有することができる。内部一次被覆５０５は、マイクロベンディングによって生じる減衰を最小限に抑えるための緩衝装置として機能することができる。光ファイバ被覆を、多くのさまざまな方法で施すことができる。「ウェットオンドライ」工程では、光ファイバは、一次被覆施工を通過してからＵＶ硬化される。光ファイバ被覆は同心円状に施されて、引き込みが行われている最中のファイバへの損傷を防止し、かつ、ファイバ強度とマイクロベンディング耐性とを最大化する。

コア５０１は、約５〜４００μｍの外径を有するプラスチック被覆５０５によって取り巻かれ、好適な実施形態では、その直径を約１２５μｍとすることができる。他の実施形態では、コア５０１を直径内とすることができ、被覆５０５は、約５０〜５００μｍの直径を有することができる。説明したように、光ファイバコア５０１の被覆を、海洋での展開における特有の要件を満たすために特別に設計された外部可溶性または生分解性プラスチック被覆とすることができる。未加工の光ファイバコア５０１の外部プラスチック被覆５０５は、水溶性プラスチック、例えば、コーンスターチを含有するプラスチックに変更される。こういったプラスチックは、海水中でセ氏０度に近い温度で、海底に置かれるかわずかに堆積物に埋め込まれるかされると、例えばおよそ１か月で劣化していく。

光ファイバ被覆５０５の別の可能な材料はポリ乳酸（ＰＬＡ）である。ＰＬＡは多くの熱可塑性物質と同様に加工され得る。ＰＬＡのいくつかの形態には、ポリ−Ｌ−ラクチド（ＰＬＬＡ）およびポリ−Ｄ−ラクチド（ＰＤＬＡ）が含まれ、これらは結晶性を高めた非常に規則的なステレオコンプレックスを形成する。ＰＤＬＡおよびＰＬＬＡの生分解は、より高い結晶性によってＰＬＡより緩やかに生じる。

図７を参照すると、さまざまな実施形態において、光ファイバ被覆５０５を透明または不透明とすることができる。いくつかの場合では、コア５０１を透過する光を、透明な光ファイバ被覆５０５を通して放射することもできる。この照射は赤外光学領域内で可能であり、光ファイバ被覆５０５を、ケーブルをかみ裂いたり損傷を与えたりする可能性のある動物および他の光に反応する生物にとっての潜在的な標的となり得る。また、人目につかず防御された状態での用途の場合、ケーブルが何らかの光を放射することは、結果的にセンサによって検出されることになる。この潜在的問題を解消するために、光ファイバ被覆５０５を不透明とすることができる。添加剤を加えることによって被覆５０５を不透明にすることができる。他の実施形態では、追加の不透明層５１５を被覆５０５に施して光ファイバ被覆５０５によってすべての光が放射されないようにすることができる。不透明層５１５を生分解性とすることもでき、被覆５０５のように水中で溶解することができる。

ＲＯＶ任務が完了した後、ＲＯＶは浮上し回収されて、光ケーブルをＲＯＶおよび支援船から分離することができる。図８を参照すると、光ファイバケーブルが水中に残される場合、被覆５０５および場合によっては不透明層５１５も水中で溶解する。図９を参照すると、最終的にコア５０１の材料のみが残される。同軸ガラスコア５０１を、生分解性被覆５０５を有さない単一モード光ファイバケーブルの標準の光ファイバとほぼ同一とすることができる。コア５０１は通常、直径０．００８ｃｍ（０．００３インチ）しかないため、保護被覆５０５がなければ極めて脆弱なものになる。図１０を参照すると、何らかの屈曲または物理的接触により、光学コア５０１は堆積物において機械的に分解されて、本質的に「砂」に戻る。したがって、プラスチック被覆およびガラスコアからなる、配置済みファイバは、急速に劣化可能とされ無公害なものとされる。

本発明の別の特徴は光ケーブルの浮力を制御する能力である。好適な実施形態では、完全な光ファイバケーブルの密度は海水の密度に近いが、それよりわずかに大きい。この密度は緩やかに下降していくため、光ファイバケーブルが任務期間中海底に接触してしまう危険性を最小限に抑える。しかし、中立浮力光ファイバケーブルは、海底に接触せずに周囲水中で効率的に浮遊するため、無制限の作動時間をもたらすことになる。しかしながら、環境への懸念のため、ファイバを、確実に時機を逸せずに海底へ落下させて堆積物と同化し生分解されるように、わずかに高い密度とすることが望ましい。図８を参照すると、生分解処理中、外部被覆５０５が溶解する間、海底が海洋生物に与える害もより少ない。

別の実施形態では、光ファイバケーブルは、任務期間中は中立浮力式となるように設計され得るが、プラスチック被覆５０５の生分解の速度をより速くすることができる。例えば、２４時間以内に、被覆５０５は重量を増やすか体積を減らすことができ、その結果、光ファイバケーブルの耐用寿命を使い果たした後、ケーブルは沈下し、海底の堆積物に急速に同化する。さらにこの設計は、海底と接触する可能性を最小限にするため、光ファイバケーブルの早期破損の危険性を低減する。さらに別の実施形態では、光ファイバケーブルは最初に正の浮力を有することができる。水中に位置付けられると、被覆は周囲水の一部を吸収することができ、水中でのその重量は調整されて、用途による必要に応じてわずかに負または中立とすることができる。

光ファイバケーブルの浮力を変更するために、被覆の密度を変更することができ、または、コアと被覆との相対的な直径を調整することができる。本発明の好適な実施形態では、ファイバの生産用具に最小限の変更が加えられる。したがって、好ましい事例では、ガラス単一モードコア５０１の直径および密度は、変更されず標準のままである。さらに、プラスチック被覆５０５の外径も変更されず、標準の生産用具の使用を可能にし、外部保護可溶性プラスチック層の密度を変更するだけで、所望の結果が得られる。

コアの密度および直径ならびに被覆の外径を知ることにより、被覆に必要とされる密度を判断し、適した材料を使用して光ファイバケーブルを製作することができる。例えば、標準の生産用具を使用した被覆に対する比重０．８９を有する超高分子量（ＵＨＭＷ）ポリエチレンなどの超軽量プラスチックにより、海水中で中立浮遊に非常に近い状態の光ファイバが生産されることになる。さらに、超軽量プラスチック被覆は、コーンスターチなどの可溶性成分を有するドープ塗料が施されて、水中における可溶性をさらに促進させることができる。

実際的には、海水の密度自体が温度、塩分および深度によって可変であるため、理想的で完璧な中立浮遊は実現不可能である。したがって、単一の水域内であっても、密度は変化する場合がある。したがって、好適な実施形態では、光ファイバケーブルにわずかに負の浮力を持たせて、配置済みファイバを海底の堆積物に落とし込むことによって環境上の安全に考慮するという結果を導くようにする。したがって、好適な実施形態は、既存の標準的ファイバの生産時の直径を維持し、溶解度の修正後、０．８９よりわずかに大きく、好ましくは０．９〜０．９４の範囲の比重を有するプラスチック被覆が設計されることになる。

ほぼ中立浮力光ファイバケーブルに対して、以下の計算を行う。単一モードファイバに対して、ガラス内部コアおよび外部同軸ガラスコアは共に、外径およそ０．００８ｃｍ（０．００３インチ）で標準化できる。したがって、３０４．８ｍ（１，０００フィート）単位の長さ当たりのガラス体積は、π×（半径）^２×長さ、すなわち、π×（０．００８ｃｍ（０．００３インチ）／２）^２×３０，４８０ｃｍ（１２，０００インチ）＝１．５３２１立方センチメートル（０．０８４８立方インチ）となる。浮力計算に対して、単一モードコアを透過する光からなる２つのガラス（異なる屈折率およびわずかに異なる比重を有する）の組み合わせた比重は、２．７となり得る。したがって、ガラスの立方インチ当たりの重量は、およそ０．０４４ｋｇ（０．０９７ポンド）であり、直径０．００８ｃｍ（０．００３インチ）のガラスの３０４．８ｍ（１，０００フィート）の重量は、約０．００３７ｋｇ（０．００８２ポンド）である。

標準外径０．０２５ｃｍ（０．０１０インチ）を有する単一モードファイバの、３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たりのプラスチック体積は、π×（半径）^２×長さ−ガラス体積、すなわち、π×（０．０２５ｃｍ（０．０１インチ）／２）^２×３０，４８０ｍ（１２，０００インチ）−１．５３２１立方センチメートル（０．０８４８立方インチ）＝１３．４３立方センチメートル（０．８６立方インチ）となる。プラスチックの比重を１立方インチ当たり０．５８または０．０１９ｋｇ（１．１４または０．０４１ポンド）とすると、３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たりの標準光ファイバケーブルにおけるプラスチック重量は、０．０１６ｋｇ（０．０３５ポンド）となる。したがって、ガラスコアおよびプラスチック被覆双方を有する標準の光ファイバケーブルは、海水よりも高い比重を有することができる。３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たりの標準ファイバの合計重量は、０．００３７ｋｇ（０．００８２ポンド）＋０．０１６ｋｇ（０．０３５ポンド）＝０．０１９７ｋｇ（０．０４３ポンド）となる。ファイバの排水容積は、π×（０．０２５ｃｍ（０．０１インチ）／２）^２×３０，４８０センチメートル（１２，０００インチ）＝１４．９６立方センチメートル（０．９４立方インチ）となる。３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たりの海水置換の標準重量は、１４．９６立方センチメートル（０．９４立方インチ）×０．０１７ｋｇ（０．０３７ポンド）／１６．３９立方センチメートル（立方インチ）＝０．２５４ｋｇ（０．０３５ポンド）となる。海水は、１６．３９立方センチメートル（１立方インチ）当たり０．０１７ｋｇ（０．０３７ポンド）の密度を有する。したがって、基準として、標準単一モードファイバの典型的な負の浮力は、標準光ケーブルの重量−水の重量：０．０２０ｋｇ（０．０４３ポンド）−０．０１６ｋｇ（０．０３５ポンド）＝３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たり０．００４ｋｇ（０．００８ポンド）となる。

好適な実施形態では、ファイバ生産用具は相対的に変更されない場合があるが、プラスチック被覆材料は、例えば、ＵＨＭＷポリエチレンに近い比重（比重＝０．８９、６．４５平方センチメートル（平方インチ）当たり０．０１４５ｋｇ（０．０３２ポンド））を有するものと置き換えられる。ファイバの３０４．８ｍ（１０００フィート）当たりのプラスチック重量が３０４．８ｍ（１，０００フィート）につき０．０１２ｋｇ（０．０２７ポンド）に低減しているのが見られ、標準ガラスコアおよび標準外径を有する光ファイバの合計重量は、０．０１２ｋｇ（０．０２７ポンド）のプラスチック＋０．００３７ｋｇ（０．００８２ポンド）のガラス＝３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たり０．０１６ｋｇ（０．０３５ポンド）の光ファイバケーブルとなる。

光ファイバケーブルの排水量はまた、３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たり０．０１６ｋｇ（０．０３５ポンド）であるため、比重が０．８９で外径が０．０２５ｃｍ（０．０１インチ）の標準プラスチック軽量被覆を有するこのファイバは、中立浮遊に非常に近い状態になる。しかしながら、好適な実施形態では、環境への影響を考慮すると、長い期間をかけて廃棄されたファイバを安全に海底へと到達させるが、緩やかに下方へ移動させ、通常は９〜１２時間続くであろうＲＯＶの任務中にファイバの海底との接触を最小限に抑えるように、ファイバはわずかに負の状態にしておかなくてはならない。

既存の光ファイバ直径とプラスチック被覆直径とが使用されることを仮定して、上記の計算は行われる。一代替実施形態では、光ファイバケーブルの外径を変更して所望の結果を実現することができる。上記の計算から、標準外径が０．０２５ｃｍ（０．０１０インチ）として、海洋展開可能な光ファイバのガラスコア周りの水溶性プラスチック被覆の理想的な比重は０．９〜０．９５である。これにより、水中での重量は３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たり０．００４ｋｇ（０．００８ポンド）から３０４．８ｍ（１，０００フィート）当たりおよそ０．０００２〜０．０００９ｋｇ（０．０００５〜０．００２ポンド）に低下し、１０の平方根による標準的な摩擦抵抗の計算による理論上の下方移動速度を低減させることになる。

他の実施形態では、０．０２５ｃｍ（０．０１０インチ）より大きいかそれより小さい外径を有する光ファイバケーブルを構成することが可能である。海水の密度がおよそ０．０１７ｋｇ（０．０３７ポンド）／ｉｎ^３であるため、光ファイバケーブルの正味密度を０．０１７ｋｇ（０．０３７ポンド）／ｉｎ^３よりもわずかに大きくしなければならない。５％〜１０％大きくした密度は、０．０１８ｋｇ（０．０３９ポンド）／ｉｎ^３〜０．０１９ｋｇ（０．０４１ポンド）／ｉｎ^３となり得る。したがって、密度がかなり低いプラスチック被覆を有する光ファイバケーブルは０．０２５ｃｍ（０．０１０インチ）より細くなり、より高い密度を有する被覆は０．０２５ｃｍ（０．０１０インチ）より大きい直径を有することができる。双方の光ファイバケーブルは同じ正味密度を有することができる。光ファイバケーブルの密度を、一般的密度の重量／体積の式で表すことができ、ここで、重量＝被覆密度×体積＋コア重量である。被覆材料の密度に基づき外径を調整することによって、光ファイバケーブルの正味密度を、約０．０１８ｋｇ（０．０３９ポンド）／ｉｎ^３より大きくかつ約０．０１９ｋｇ（０．０４１ポンド）／ｉｎ^３より小さくなるように調整することができる。

低下した密度により、重力によって水中での下方速度が低下する。標準的な光ファイバケーブルと比較すると、光ファイバケーブルが海底と接触する時はおよそ３倍以上とされるべきである。しかしながら、こういった小規模な場合の他の要因により、標準的な抵抗の計算は不正確になる場合がある。標準的な光ファイバケーブルについて、水中実験が行われた。この実験では、ケーブルを深度２，４３８ｍ（８，０００フィート）のモンテレー海底谷に沈めて、通常の作業機による任務をシミュレートした。標準的なファイバの平均残存時間は３時間であった。３時間後、光ファイバを海底に沈めることによって終結させて、その光ファイバを機械的に海底上の物体に突き当てて光ファイバを破損させた。したがって、海洋での実験結果から、３〜４倍緩やかに下方へ移動させた結果、光ファイバケーブルは少なくとも９〜１２時間以上残存することがわかる。重力による下方移動速度を計算したが、上記で実現されるように、下方への重力または負の浮力を１０倍低減させることによって、この下方移動速度を３倍低減させることができる。

本発明のシステムは特定の実施形態に関して記載されたが、本発明のシステムの適用範囲から逸脱することなく、これらの実施形態に対する追加、削除および変更を行うことができることは理解されたい。記載されたシステムはさまざまな構成要素を含むが、これらの構成要素および記載された構成を、他のさまざまな構成に修正かつ再配置可能であることは十分理解されたい。

Claims (20)

1. 光ファイバを格納するスプールと、
   前記スプールを回転させるモータと、
   水中で装置の移動速度を検出する速度トランスデューサと、
   検出された水中での装置の移動速度以上の速度で前記スプールから前記光ファイバを外すことを制御するために前記モータに連結された制御器とを含む、装置。
2. 前記スプール、前記モータ、前記速度トランスデューサおよび前記制御器に連結された遠隔作業機（ＲＯＶ）をさらに含む、請求項１に記載の装置。
3. 前記ＲＯＶは翼付き潜水装置である、請求項２に記載の装置。
4. 前記スプールから外される前記光ファイバに張力を加える放出体をさらに含む、請求項１に記載の装置。
5. 前記放出体は、前記光ファイバの一部を取り囲む管を通して水を送る水ポンプを含む、請求項４に記載の装置。
6. 前記光ファイバの一端に取り付けられた回転結合装置をさらに含む、請求項１に記載の装置。
7. 前記スプールは、
   複数の流水孔を有する円筒部と、
   前記円筒部の一端に連結された第１フランジと、
   前記円筒部の他端に連結された第２フランジと、
   前記円筒部を取り囲み、開放体積を有する圧縮性筒体とを含む、請求項１に記載の装置。
8. 前記光ファイバは生分解性を有する、請求項１に記載の装置。
9. 光ファイバを格納するスプールと、
   前記スプールを回転させるモータと、
   装置速度信号を受信するための、前記光ファイバに連結された受信機と、
   前記装置速度信号以上の速度で前記スプールから前記光ファイバを外すことを制御するための、モータに連結された制御器とを含む、装置。
10. 前記スプール、前記モータ、前記速度トランスデューサおよび前記制御器に連結された遠隔作業機（ＲＯＶ）をさらに含む、請求項９に記載の装置。
11. 前記ＲＯＶは翼付き潜水装置である、請求項１０に記載の装置。
12. 前記スプールから外される前記光ファイバに張力を加える放出体をさらに含む、請求項９に記載の装置。
13. 前記放出体は、前記光ファイバの一部を取り囲む管を通して水を送る水ポンプを含む、請求項１０に記載の装置。
14. 前記光ファイバの一端に取り付けられた回転結合装置をさらに含む、請求項９に記載の装置。
15. 前記スプールは、
    複数の流水孔を有する円筒部と、
    前記円筒部の一端に連結された第１フランジと、
    前記円筒部の他端に連結された第２フランジと、
    前記円筒部を取り囲み、開放体積を有する圧縮性筒体とを含む、請求項９に記載の装置。
16. 前記光ファイバは生分解性を有する、請求項９に記載の装置。
17. 速度トランスデューサを有する遠隔作業機（ＲＯＶ）の移動を検出するステップと、
    前記速度トランスデューサからモータへ速度信号を送信するステップと、
    前記ＲＯＶの移動速度以上の速度で光ファイバを格納するスプールを前記モータによって回転させるステップと、
    前記スプールと前記ＲＯＶとから前記光ファイバを外すステップとを含む、方法。
18. 管を通して前記光ファイバを配置するステップと、
    前記ＲＯＶの移動速度より速い速度で前記管を通して水を汲み出すステップとをさらに含む、請求項１５に記載の方法。
19. 前記スプールと前記管との間の、前記光ファイバの一部に対する引張力を維持するステップをさらに含む、請求項１６に記載の方法。
20. 前記光ファイバの一部に対する前記引張力は５６．７ｇ（２オンス）未満である、請求項１７に記載の方法。

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