RU163713U1

RU163713U1 - UNDERWATER CABLE WITH INTEGRATED FIBER OPTICAL SENSORS FOR TEMPERATURE AND DEFORMATION DISTRIBUTION

Info

Publication number: RU163713U1
Application number: RU2014144741/28U
Authority: RU
Inventors: Дмитрий Владимирович Адаменко; Борис Васильевич Авдеев; Илья Михайлович Алексейчук; Дмитрий Алексеевич Дворецкий; Алексей Борисович Пнев; Константин Александрович Рогинский
Priority date: 2014-11-07
Filing date: 2014-11-07
Publication date: 2016-08-10

Abstract

Кабель для подводной прокладки, содержащий основные функциональные элементы конструкции, армирующие элементы и промежуточные и наружную оболочки, содержащий размещённые по оси кабеля встроенные сенсоры распределения температуры в виде, по меньшей мере, одного свободно уложенного оптического волокна и гидрофобного заполнителя внутри металлической трубки, и сенсоры распределения деформации в виде оптического волокна в плотном полимерном покрытии, размещённого плотно, без скольжения внутри кабельных оболочек, отличающийся тем, что кабель содержит дополнительный сенсор распределения температуры, размещённый в радиальной толщине наружной оболочки и три сенсора распределения деформации, размещённые в радиальной толщине наружной оболочки на равных расстояниях друг от друга.A cable for underwater laying, containing the main functional structural elements, reinforcing elements and intermediate and outer shells, containing integrated temperature distribution sensors located along the cable axis in the form of at least one freely laid optical fiber and a hydrophobic filler inside a metal tube, and distribution sensors deformation in the form of an optical fiber in a dense polymer coating, placed tightly, without sliding inside the cable sheaths, characterized in that spruce contains an additional distribution of temperature sensor that is located in the radial thickness of the outer shell and the three strain distribution sensor placed in the radial thickness of the outer shell at equal distances from each other.

Description

Подводный кабель со встроенными волоконно-оптическими сенсорами распределения температуры и деформацииSubmarine cable with integrated fiber optic temperature and strain distribution sensors

Полезная модель относится к подводному кабелю, а именно к конструкции подводного кабеля, дополненного распределенными сенсорами температуры и деформации, в которых оптические волокна используются в качестве чувствительных элементов, работающих на основе регистрации распределения параметров тонкой структуры рассеянного излучения. Для измерения распределения температуры и\или деформации в оптическом волокне используются методы, основанные на эффектах комбинационного рассеяния (КР, или эффект Рамана) и рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (РМБ).The utility model relates to an underwater cable, namely, to the design of an underwater cable, supplemented by distributed temperature and strain sensors, in which optical fibers are used as sensitive elements operating on the basis of recording the distribution of parameters of the fine structure of scattered radiation. Methods based on the effects of Raman scattering (Raman scattering, or the Raman effect) and Mandelstam-Brillouin scattering (RMB) are used to measure the temperature distribution and / or strain in an optical fiber.

Эффект КР обусловлен взаимодействием излучения с тепловыми молекулярными колебаниями в среде. Отраженный (Рамановский) сигнал содержит информацию о температуре в точке рассеяния. Поскольку мощность Рамановского излучения очень мала, в качестве чувствительного элемента обычно используются многомодовые волокна с большой апертурой. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне возникает в результате взаимодействия излучения с акустическими волнами (звуковыми волнами) гигагерцового диапазона. Этот эффект можно рассматривать как дифракцию света на движущейся решетке, созданной акустической волной. Таким образом, отраженный сигнал испытывает доплеровский сдвиг по частоте, поскольку решетка движется со скоростью звука. Скорость звука напрямую связана с плотностью материала и зависит как от его температуры, так и от внутреннего механического напряжения (деформации). В результате величина частотного Бриллюэновского сдвига несет информацию о температуре и деформации в точке рассеяния.The Raman effect is due to the interaction of radiation with thermal molecular vibrations in the medium. The reflected (Raman) signal contains information about the temperature at the scattering point. Since the power of Raman radiation is very small, multimode fibers with a large aperture are usually used as a sensitive element. Mandelstam-Brillouin scattering in an optical fiber occurs as a result of the interaction of radiation with acoustic waves (sound waves) of the gigahertz range. This effect can be regarded as the diffraction of light by a moving grating created by an acoustic wave. Thus, the reflected signal experiences a Doppler frequency shift, since the grating moves with the speed of sound. The speed of sound is directly related to the density of the material and depends both on its temperature and on internal mechanical stress (deformation). As a result, the magnitude of the Brillouin frequency shift carries information about the temperature and strain at the scattering point.

Таким образом, в датчиках на основе РМБ измеряется частота, а в датчиках на основе КР -интенсивность сигнала. Частотные измерения можно осуществить с высокой точностью, в то время как интенсивность сигнала рассеянного излучения зависит от потерь во всем оптическом тракте и которые могут меняться со временем. Поэтому сенсоры, использующие эффект РМБ, обладают большей точностью и лучшей стабильностью во времени.Thus, the frequency is measured in the sensors based on the RMB, and the signal intensity in the sensors based on the RS. Frequency measurements can be carried out with high accuracy, while the intensity of the scattered radiation signal depends on the losses in the entire optical path and which can vary with time. Therefore, sensors using the RMB effect have greater accuracy and better stability over time.

Эффект РМБ может значительно усиливаться, если в световод наряду с основным сигналом (сигналом накачки) ввести так называемый пробный сигнал. При выполнении условия резонанса, когда разность частот излучения накачки и пробного сигнала в точности равна Бриллюэновскому сдвигу частоты, мощность рассеянного излучения существенно усиливается (эффект вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна, ВРМБ). Частота пробного сигнала, при которой выполняется условие резонанса, зависит от температуры и внутреннего механического напряжения в оптическом волокне. За счет увеличения мощности рассеянного сигнала улучшается отношение сигнал-шум в выходных данных. Это, в свою очередь, значительно снижает время измерения и повышает точность измерения в точке рассеяния.The RMB effect can be significantly enhanced if, along with the main signal (pump signal), the so-called test signal is introduced into the fiber. When the resonance condition is satisfied, when the difference between the frequencies of the pump radiation and the probe signal is exactly equal to the Brillouin frequency shift, the power of the scattered radiation is significantly enhanced (Mandelstam-Brillouin stimulated scattering effect, SBS). The frequency of the test signal at which the resonance condition is satisfied depends on the temperature and internal mechanical stress in the optical fiber. By increasing the power of the scattered signal, the signal-to-noise ratio in the output is improved. This, in turn, significantly reduces the measurement time and increases the accuracy of the measurement at the scattering point.

Определение места, в котором измеряется температура или деформация, происходит на основе технологии, схожей с применяемой в радарных установках (рефлектометрия). В оптическое волокно запускаются лазерные импульсы, и характеристики рассеянного излучения записываются как функции времени. При известном значении скорости света можно вычислить температуру или величину деформации (растяжения) оптического волокна в зависимости от расстояния. Пространственное разрешение таких измерений определяется длительностью оптического импульса (например, импульсы длительностью 10 нс задают точность измерения расстояния, равную 1 м). Оптические рефлектометры позволяют измерять распределение деформации или температуры в оптическом волокне длиной до нескольких десятков километров. Частотный сдвиг Мандельштама-Бриллюэна для стандартных одномодовых волокон составляет примерно 500 МГц на один процент удлинения волокна (иные виды деформации могут быть представлены через удлинение) и примерно 1 МГц/град.The determination of the place at which temperature or deformation is measured is based on a technology similar to that used in radar installations (reflectometry). Laser pulses are triggered into the optical fiber, and the characteristics of the scattered radiation are recorded as functions of time. With the known value of the speed of light, one can calculate the temperature or the amount of deformation (tension) of the optical fiber depending on the distance. The spatial resolution of such measurements is determined by the duration of the optical pulse (for example, pulses of 10 ns duration specify the accuracy of the distance measurement equal to 1 m). Optical time domain reflectometers allow measuring the distribution of strain or temperature in an optical fiber up to several tens of kilometers long. The Mandelstam-Brillouin frequency shift for standard single-mode fibers is about 500 MHz by one percent elongation of the fiber (other types of deformation can be represented by elongation) and about 1 MHz / deg.

Известны волоконно-оптические распределенные сенсоры, предназначенные для мониторинга различных объектов, работа которых основана на регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, например, волоконно-оптические датчики измерения распределения температуры, основанные на эффектах комбинационного рассеяния (эффект Рамана), в которых амплитуда рассеянного сигнала зависит от температуры (URL: http://temperatoes.ru/pages/volokonno_opticheskie_datchiki_temperatury; URL: http://www.thermal-rating.com/Menu/About+LIOS/LIOS+Technology+Russian;URL:http://www.sedatec.org/products/863951/863952/863954/; патент на полезную модель РФ №65223, опубликован 27/07/2007). Известны волоконно-оптические датчики распределения температуры или внутреннего механического напряжения (растяжения), на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения (эффект Мандельштама-Бриллюэна) (URL: : http://www.sedatec.org/ru/products/863951/863952/864017/). Недостатком сенсоров на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения (эффект Мандельштама-Бриллюэна) является невозможность раздельного измерения в одном и том же сенсоре и температуры и деформации, что усложняет задачу измерения распределений деформации и температуры, так как требует использования двух типов сенсоров: деформации и температуры.Fiber-optic distributed sensors are known for monitoring various objects whose operation is based on recording parameters of the fine structure of scattered radiation, for example, fiber-optic sensors for measuring temperature distribution based on Raman effects (Raman effect), in which the amplitude of the scattered signal depends on temperature (URL: http://temperatoes.ru/pages/volokonno_opticheskie_datchiki_temperatury; URL: http://www.thermal-rating.com/Menu/About+LIOS/LIOS+Technology+Russian;URL:http://www .sedatec.org / products / 863951/863952/863954 /; utility patent Odel RF №65223, published 27/07/2007). Known fiber-optic sensors for the distribution of temperature or internal mechanical stress (tension), based on the registration of the frequency shift of the scattered radiation (Mandelstam-Brillouin effect) (URL:: http://www.sedatec.org/ru/products/863951/863952/ 864017 /). A disadvantage of sensors based on recording the frequency shift of scattered radiation (the Mandelstam-Brillouin effect) is the impossibility of separate measurements of temperature and strain in the same sensor, which complicates the task of measuring the distribution of strain and temperature, since it requires the use of two types of sensors: strain and temperature .

Конструкция волоконно-оптического сенсора для измерения только температуры, на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения Мандельштама-Бриллюэна, должна обеспечивать нечувствительность сенсора к деформации (растяжению), что достигается свободной укладкой оптического волокна, с избыточной длиной, например по винтовой линии, внутри оптического модуля, или также за счет повива оптического модуля, вокруг центрального элемента. Чем меньше шаг повива, тем больше избыточная длина оптического волокна, тем больше ресурс нечувствительности к растяжению. Точно так же, через избыточную длину оптического волокна, обеспечивается нечувствительность к растяжению, изгибу, кручению, в оптических кабелях связи, для сохранения их передаточных характеристик в установленном диапазоне внешних воздействий. Следовательно, большинство конструкций оптических кабелей связи применимы в качестве сенсоров распределения температуры на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения Мандельштама-Бриллюэна. Применение внутримодульного гидрофобного заполнения улучшает также и тепловой контакт. Сенсоры деформации (растяжения), на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения Мандельштама-Бриллюэна, должны содержать оптические волокна, в плотном механическом контакте с наружными оболочками сенсора (и объектом мониторинга). Конструкция сенсора деформации должна исключать взаимное скольжение оптического волокна относительно элементов конструкции в диапазоне допустимых деформаций.The design of a fiber-optic sensor for measuring only temperature, based on recording the frequency shift of the scattered radiation of Mandelstam-Brillouin, should ensure that the sensor is insensitive to deformation (stretching), which is achieved by free laying of the optical fiber, with an excess length, for example along a helix, inside the optical module , or also due to the coiling of the optical module around the central element. The smaller the span pitch, the greater the excess length of the optical fiber, the greater the tensile insensitivity resource. In the same way, through the excess length of the optical fiber, insensitivity to stretching, bending, torsion in optical communication cables is provided to preserve their transfer characteristics in the specified range of external influences. Therefore, most designs of optical communication cables are applicable as temperature distribution sensors based on recording the frequency shift of the scattered radiation of Mandelstam-Brillouin. The use of intramodular hydrophobic filling also improves thermal contact. Deformation (tension) sensors, based on recording the frequency shift of the scattered radiation of Mandelstam-Brillouin, must contain optical fibers in tight mechanical contact with the outer shell of the sensor (and the monitoring object). The design of the strain sensor should exclude mutual sliding of the optical fiber relative to structural elements in the range of permissible deformations.

Известен волоконно-оптический комбинированный сенсор распределения деформации и температуры, предназначенный для систем мониторинга на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, представленный в патенте на полезную модель РФ №122773, опубликованном 10/12/2012. Известный сенсор позволяет регистрировать распределение деформации посредством плотной, без проскальзывания, связи первого оптического волокна с армирующим покрытием и наружной оболочкой и одновременно регистрировать изменения температуры через параллельно размещенное, свободно уложенное в полимерном модуле, второе оптическое волокно. Известный сенсор содержит оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, армирующее покрытие и наружную полимерную оболочку, а также дополнительное оптическое волокно, свободно уложенное в оптическом модуле.Known fiber-optic combined sensor of the distribution of strain and temperature, designed for monitoring systems based on the registration of parameters of the fine structure of the scattered radiation, presented in the patent for utility model of the Russian Federation No. 122773, published on 10/12/2012. The known sensor allows you to record the distribution of deformation by tight, without slipping, the connection of the first optical fiber with a reinforcing coating and the outer sheath and simultaneously record temperature changes through a parallel, freely laid in the polymer module, the second optical fiber. The known sensor contains an optical fiber in a dense polymer coating, a reinforcing coating and an outer polymer shell, as well as an additional optical fiber freely laid in the optical module.

Итак, волоконно-оптические сенсоры на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения Мандельштама-Бриллюэна, предназначенные для измерения распределения температуры (температурные сенсоры), должны содержать свободно уложенные, с избыточной длиной, оптические волокна. Диапазон нечувствительности к деформации определяется величиной избыточной длины оптического волокна.So, fiber-optic sensors based on recording the frequency shift of the scattered radiation of Mandelstam-Brillouin, designed to measure the temperature distribution (temperature sensors), must contain freely laid, with an excess length, optical fibers. The strain tolerance range is determined by the excess length of the optical fiber.

Сенсоры деформации, с плотной без скольжения укладкой оптических волокон, позволяют регистрировать сдвиг частоты рассеянного излучения Мандельштама-Бриллюэна, зависящий как от величины деформации (растяжения), так и от температуры. Для определения чисто деформационного сдвига частоты, необходимо вычесть величину частотного сдвига расположенного вблизи температурного сенсора.Deformation sensors, with a dense non-slip stacking of optical fibers, make it possible to detect the frequency shift of the scattered Mandelstam-Brillouin radiation, which depends on both the strain (tension) and temperature. To determine the purely deformational frequency shift, it is necessary to subtract the magnitude of the frequency shift located near the temperature sensor.

В настоящее время приборы, в которых используется способ измерения распределения деформации и/или температуры оптического волокна вдоль его оси (растяжения или сжатия), основанный на явлении вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна (ВРМБ), производятся и являются коммерчески доступными. В качестве примера такого устройства можно привести Бриллюэновский анализатор Ditest STA-R производства Omnisens SA, Швейцария [URL: http://onmisens.ch/ditest/3521-ditest-sta-r.php].Currently, instruments that use a method for measuring the distribution of deformation and / or temperature of an optical fiber along its axis (tension or compression), based on the Mandelstamm-Brillouin (SBS) phenomenon, are manufactured and are commercially available. An example of such a device is the Ditest STA-R Brillouin analyzer manufactured by Omnisens SA, Switzerland [URL: http://onmisens.ch/ditest/3521-ditest-sta-r.php].

Известен волоконно-оптический сенсор деформации предназначенный для использования в распределенных волоконно-оптических системах мониторинга (4-th International Conference on Structural Health Monitoring on Intelligent Infrastructure (международная конференция SHMII-4) 2009, 22-24 июля, Цюрих, Швейцария доклад M. Iten, F. Ravet, M. Nikles, M. Facchini, T. Hertig, D. Hauswirth, A. Puzrin «Soil-embedded fiber optic strain sensor for detection of differential soil displacement» рисунок 3b). Сенсор состоит из специального оптического волокна в плотном полимерном покрытии, армирующих покрытий, в числе которых, есть продольно сваренная трубка из нержавеющей стали, герметично запечатывающая оптическое волокно и повышающая стойкость сенсора к раздавливанию. Наружная оболочка сенсора из термопластичного материала дополнительно армирована проволочной броней из круглых стальных проволок.Known fiber-optic strain sensor for use in distributed fiber-optic monitoring systems (4-th International Conference on Structural Health Monitoring on Intelligent Infrastructure (international conference SHMII-4) 2009, July 22-24, Zurich, Switzerland report M. Iten , F. Ravet, M. Nikles, M. Facchini, T. Hertig, D. Hauswirth, A. Puzrin “Soil-embedded fiber optic strain sensor for detection of differential soil displacement” (Figure 3b). The sensor consists of a special optical fiber in a dense polymer coating, reinforcing coatings, including a longitudinally welded stainless steel tube that hermetically seals the optical fiber and increases the sensor's resistance to crushing. The outer shell of the sensor made of thermoplastic material is additionally reinforced with wire armor made of round steel wires.

Известен «Волоконно-оптический сенсор», предназначенный для систем мониторинга на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, представленный в патенте на полезную модель РФ №125705, опубликованном 10/03/2013. Сенсор содержит, по меньшей мере, одно оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, металлические армирующие покрытия и наружную оболочку из термопластичного материала, отличающейся тем, что армирующее покрытие, расположенное плотно поверх полимерного покрытия оптического волокна, выполнено из ламинированной с двух сторон металлической ленты.The well-known "Fiber Optic Sensor", designed for monitoring systems based on the registration of parameters of the fine structure of scattered radiation, is presented in the patent for utility model of the Russian Federation No. 125705, published on 03/10/2013. The sensor contains at least one optical fiber in a dense polymer coating, metal reinforcing coatings and an outer shell of thermoplastic material, characterized in that the reinforcing coating located densely on top of the polymer coating of the optical fiber is made of laminated metal tape on both sides.

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели решением (прототипом) является техническое решение, представленное компанией Omnisens SA Швейцария (URL: http://www.omnisens.com/docs/umbilical%20prototype%20strain%20temperature%20monitoring%20JSM.pdf, дата публикации 22.07.2012). Известный кабель является шлангокабелем и содержит один сенсор деформации и два сенсора температуры, расположенных по оси кабеля. Данный кабель предназначен для подводной прокладки и содержит основные функциональные элементы конструкции, армирующие элементы, промежуточные и наружную оболочки и, размещенные по оси кабеля, в общей оболочке, встроенные два сенсора распределения температуры и один сенсор распределения деформации. Каждый сенсор распределения температуры представляет собой металлическую трубку со свободно уложенными оптическими волокнами, и заполненную гидрофобным заполнителем. Сенсор распределения деформации представляет собой оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, размещенное плотно, без скольжения внутри кабельных оболочек. Выбранная конструкция сенсорной части кабеля состоит из трех, расположенных по оси кабеля, волоконно-оптических сенсоров, два из которых предназначены для контроля температуры, а один для контроля деформации. Заметим еще раз, что для определения величины деформации кабеля, из величины частотного сдвига деформационного сенсора необходимо вычесть температурный частотный сдвиг, температурного сенсора, размещенного также по оси кабеля, при той же температуре.The closest solution to the proposed utility model (prototype) is the technical solution provided by Omnisens SA Switzerland (URL: http://www.omnisens.com/docs/umbilical%20prototype%20strain%20temperature%20monitoring%20JSM.pdf, publication date 07/22/2012). The known cable is a umbilical and contains one strain gauge and two temperature sensors located along the axis of the cable. This cable is designed for underwater laying and contains the main functional structural elements, reinforcing elements, intermediate and outer sheaths, and located along the cable axis in a common sheath, two built-in temperature distribution sensors and one strain distribution sensor. Each temperature distribution sensor is a metal tube with freely laid optical fibers, and filled with a hydrophobic filler. The strain distribution sensor is an optical fiber in a dense polymer coating, placed tightly, without slipping inside the cable sheaths. The selected design of the sensor part of the cable consists of three fiber-optic sensors located along the cable axis, two of which are designed to control temperature, and one to control deformation. We note once again that to determine the magnitude of the cable strain, from the magnitude of the frequency shift of the deformation sensor, it is necessary to subtract the temperature frequency shift of the temperature sensor, also located along the cable axis, at the same temperature.

Недостатком известного решения (прототипа) является то, что ввиду использования только одного сенсора деформации расположенного в центре кабеля невозможно судить о трех независимых типах возможных деформаций кабеля, а именно, изгибах в двух плоскостях и удлинении/сжатии.A disadvantage of the known solution (prototype) is that due to the use of only one deformation sensor located in the center of the cable, it is impossible to judge three independent types of possible cable deformations, namely, bending in two planes and elongation / compression.

Была поставлена задача разработки такой конструкции кабеля, которая обеспечила бы получение информации о трех независимых типах возможных деформаций кабеля, а именно изгибах в двух плоскостях и удлинении/сжатии.The task was to develop such a cable design that would provide information on three independent types of possible cable deformations, namely bending in two planes and elongation / compression.

Технический результат достигается тем, что кабель для подводной прокладки, содержащий основные функциональные элементы конструкции, армирующие элементы и наружные оболочки, содержащий, размещенные по оси кабеля встроенные сенсоры распределения температуры в виде, по меньшей мере, одного, свободно уложенного оптического волокна и гидрофобного заполнителя внутри металлической трубки, и сенсоры распределения деформации в виде оптического волокна в плотном полимерном покрытии, размещенного плотно, без скольжения внутри кабельных оболочек, отличающийся тем, что кабель содержит дополнительный сенсор распределения температуры, размещенный в радиальной толщине наружной оболочки и три сенсора распределения деформации, размещенные в радиальной толщине наружной оболочки на равных расстояниях друг от друга.The technical result is achieved in that the cable for underwater laying, containing the main functional structural elements, reinforcing elements and outer shells, comprising integrated temperature distribution sensors arranged along the cable axis in the form of at least one freely laid optical fiber and a hydrophobic filler inside metal tube, and strain distribution sensors in the form of an optical fiber in a dense polymer coating placed tightly, without slipping inside cable sheaths ek, characterized in that the cable comprises additional temperature distribution sensor disposed in the radial thickness of the outer shell and the three strain distribution sensor arranged in the radial thickness of the outer shell at equal distances from each other.

Наличие, в сумме, четырех сенсоров деформации позволяет сформировать наиболее полную картину о деформации кабеля, имея данные о направлении изгиба, удлинении/сжатии и кручении, благодаря расположению одного сенсора в центре кабеля и трех сенсоров, на равных расстояниях друг от друга, во внешней оболочке. Размещенный, там же, в радиальной толщине наружной оболочки дополнительный сенсор распределения температуры позволяет выделить чисто деформационный частотный сдвиг дополнительных деформационных сенсоров.The presence of a total of four strain sensors allows you to form the most complete picture of cable deformation, having data on the direction of bending, elongation / compression and torsion, due to the location of one sensor in the center of the cable and three sensors at equal distances from each other in the outer sheath . An additional temperature distribution sensor, located in the same place in the radial thickness of the outer shell, makes it possible to distinguish a purely deformational frequency shift of additional deformation sensors.

Кроме того, наличие двух сенсоров температуры, во внешней оболочке и в центре кабеля, позволяет дополнительно получить информацию о температуре окружающей среды и распределении температуры внутри кабеля, это особенно важно в случае, когда функциональные элементы кабеля, например, токопроводящие жилы, являются источниками тепла.In addition, the presence of two temperature sensors, in the outer jacket and in the center of the cable, provides additional information on the ambient temperature and the temperature distribution inside the cable, this is especially important when the functional elements of the cable, for example, conductors, are heat sources.

Полезная модель иллюстрируется чертежом (Фиг. 1), на котором изображено сечение подводного кабеля, содержащего функциональные элементы кабеля 1, армирующие элементы 2, оболочку кабеля 3, сенсор распределения температуры 4, сенсор распределения деформации 5, дополнительный сенсор распределения температуры 6, дополнительные сенсоры распределения деформации 7.The utility model is illustrated by a drawing (Fig. 1), which shows a section of an underwater cable containing functional elements of cable 1, reinforcing elements 2, cable sheath 3, temperature distribution sensor 4, strain distribution sensor 5, additional temperature distribution sensor 6, additional distribution sensors deformation 7.

Для определения доли чисто деформационного сдвига частоты рассеяния Мандельштама-Бриллюэна датчика деформации 5, размещенного по оси кабеля, необходимо вычесть величину частотного сдвига температурного сенсора 4, также размещенного по оси.To determine the proportion of the purely deformational shift of the Mandelstam-Brillouin scattering frequency of the deformation sensor 5 located along the cable axis, it is necessary to subtract the frequency shift of the temperature sensor 4, also located along the axis.

Дополнительный сенсор распределения температуры 6, позволяет определить значения чисто деформационных частотных сдвигов трех дополнительных сенсоров распределения деформации 7, размещенных в радиальной толщине наружной оболочки на равных расстояниях друг от друга. Кроме того, дополнительный температурный сенсор 6, размещенный в радиальной толщине наружной оболочки кабеля, с учетом частотного сдвига температурного сенсора 4, размещенного по оси, позволяет получить информацию о температуре окружающей среды и распределении температуры внутри кабеля.An additional temperature distribution sensor 6 makes it possible to determine the values of purely deformation frequency shifts of three additional deformation distribution sensors 7 located in the radial thickness of the outer shell at equal distances from each other. In addition, an additional temperature sensor 6, located in the radial thickness of the outer sheath of the cable, taking into account the frequency shift of the temperature sensor 4, placed along the axis, allows you to obtain information about the ambient temperature and the temperature distribution inside the cable.

Размещенный в наружной оболочке сенсор распределения температуры может быть выполнен в виде свободно уложенного, с избыточной длиной оптического волокна и гидрофобного заполнителя внутри металлической трубки, с использованием известных технологий и стандартного оборудования, предназначенного для изготовления оптических кабелей связи, подводной прокладки, либо встроенных в грозонесущий трос.The temperature distribution sensor located in the outer shell can be made in the form of a freely laid optical fiber with an excess length and a hydrophobic filler inside a metal tube, using well-known technologies and standard equipment for the manufacture of optical communication cables, underwater laying, or integrated into a lightning-proof cable .

Распределенные сенсоры деформации, в том числе размещаемые в наружной оболочке, могут быть выполнены на основе оптического волокна, в плотном полимерном покрытии. Оптическое волокно в плотном светоотверждаемом полимерном покрытии широко применяется в производстве оптических кабелей связи, предназначенных для сетей доступа.Distributed deformation sensors, including those placed in the outer shell, can be made on the basis of optical fiber in a dense polymer coating. Optical fiber in a dense light-curing polymer coating is widely used in the production of optical communication cables for access networks.

Распределенные сенсоры температуры и деформации могут быть размещены в радиальной толщи наружной оболочки в процессе наложения слоев внешней оболочки с использованием известного оборудования и технологий.Distributed temperature and strain sensors can be placed in the radial thickness of the outer shell in the process of applying layers of the outer shell using known equipment and technologies.

Несомненным достоинством предлагаемого решения является возможность изготовления данного типа подводного кабеля на существующем кабельном оборудовании, с применением известных, промышленно выпускаемых материалов.The undoubted advantage of the proposed solution is the ability to manufacture this type of submarine cable on existing cable equipment, using well-known, industrially produced materials.

Claims

A cable for underwater laying, containing the main functional structural elements, reinforcing elements and intermediate and outer shells, containing integrated temperature distribution sensors located along the cable axis in the form of at least one freely laid optical fiber and a hydrophobic filler inside a metal tube, and distribution sensors deformation in the form of an optical fiber in a dense polymer coating, placed tightly, without sliding inside the cable sheaths, characterized in that spruce contains an additional distribution of temperature sensor that is located in the radial thickness of the outer shell and the three strain distribution sensor placed in the radial thickness of the outer shell at equal distances from each other.