КАБЕЛЬНАЯ ЛИНИЯ
CABLE LINE

Изобретение относится к области прокладки кабельных линий с возможностью определения формы и пространственного положения трассы кабельной линии скрытой прокладки, например подземной или подводной, с использованием волоконно-оптических средств.
С ростом числа коммуникаций актуальной является задача определения трассы и расположения кабельных линий, которые после проведения строительства могут отличаться от проектных значений. Кроме того, в процессе долговременной эксплуатации положение кабеля может меняться вследствие усадки, смещения грунтов, а также суффозионных процессов. Важным является возможность получения точного пространственного расположения кабельной линии для выдачи фактических данных геоподосновы при последующей эксплуатации для точного определения расположения кабельной линии, а также при проектировании пересечений с другими коммуникациями. Также данные о фактическом пространственном положении кабелей подземной прокладки могут быть необходимы при построении цифрового двойника трассы кабельных линий.
В связи с этим существует техническая проблема по обеспечению возможности определения расположения кабельных линий скрытой прокладки.
Из уровня техники известно использование для определения положения или формы протяженного объекта прикрепленного к нему оптоволоконного датчика с расположенным внутри сердцевины волокна массивом волоконных брегговских решеток, используемых для измерения деформаций волокна (вместе с объектом), при этом оптоволоконный датчик подключен к рефлектометру с соответствующим вычислительным устройством, посредством которого возможны расчет и определение положения или формы протяженного объекта (US 2006013523 A1, G02B6/00, 19.01.2006).
Недостатком данного технического решения является то, что используемое оптическое волокно со встроенными решетками Брегга обеспечивает только дискретные измерения, т.е. на контролируемом протяженном объекте образуются "слепые" зоны. Кроме того, использование решеток Брегга значительно удорожает производство такого волоконного сенсора.
Эти недостатки в какой-то степени устранены в принятом за прототип устройстве для мониторинга гибкого силового кабеля скрытой (подводной) проводки по WO 2008073033 A1, G01B 11/00, 19.06.2008, в котором используется непрерывный оптоволоконный датчик для определения изгиба и деформации силового кабеля, встроенный непосредственно в этот кабель. Оптоволоконный датчик здесь подключен к соответствующему устройству для непрерывного измерения деформации оптоволокна и, соответственно, кабеля.
Однако, данное устройство не обеспечивает решение задачи по определению именно расположения кабельной линии скрытой проводки.
Технической проблемой, на решение которой направлено данное изобретение, является создание кабельной линии скрытой прокладки, имеющей в качестве чувствительных элементов стандартные одномодовые оптоволокна, встроенные в кабель и обеспечивающие непрерывный контроль деформации кабеля, и, следовательно, формы оси силового кабеля, а также имеющей возможность определения фактического пространственного расположения кабельной линии.
Техническим результатом, обеспечиваемым заявленным изобретением, является повышение точности и достоверности определения фактического пространственного расположения кабельной линии скрытой прокладки.
Достижение указанного технического результата обеспечивается тем, что кабельная линия содержит силовой электрический кабель, имеющий по меньшей мере один силовой проводник с изоляцией, оболочку и четыре сенсорных оптических волокна, расположенных вдоль оси кабеля, три из которых в качестве распределенных датчиков измерения деформации кабеля встроены в оболочку кабеля, связаны с ней жестко без скольжения и расположены в поперечном сечении кабеля в вершинах треугольника, причем параллельно оси кабеля, а четвертое - в качестве датчика измерения распределения температуры размещено внутри кабеля свободно и выполнено с избыточной длиной, соединительные кабельные муфты, предназначенные для соединения строительных длин кабеля в кабельную линию, и концевые кабельные муфты, при этом упомянутые сенсорные оптические волокна с помощью концевых кабельных муфт последовательно соединены друг с другом в шлейф с выводом свободных концов первого из упомянутых трех оптических волокон и четвертого оптического волокна на одном из концов кабельной линии в виде начального и концевого участков упомянутого шлейфа, а концевые кабельные муфты на концах кабельной линии установлены с возможностью подключения упомянутых свободных концов к оптическому измерителю распределения продольной деформации и температуры оптических волокон и с возможностью размещения на них навигационного устройства для определения координат концов кабельной линии.
В частном случае, кабельная линия может быть снабжена нагревателями, которые установлены на концевых кабельных муфтах с возможностью создания "тепловых меток" на рефлектограмме сенсорных оптических волокон, используемых для уточнения расчета формы и координат пространственного расположения кабеля.
Изобретение поясняется чертежами, на которых показано:
фиг. 1 - схематическое изображение силового кабеля с составляющими элементами,
фиг. 2 - поперечное сечение кабеля,
фиг. 3 - схема кабельной линии с возможными подключениями измерительных блоков,
фиг. 4 - график распространения "тепловых меток" по оптическим волокнам.
Кабельная линия содержит силовой электрический кабель 1, имеющий по меньшей мере один силовой проводник 10 с изоляцией, оболочку 11 и четыре сенсорных оптических волокна, расположенных вдоль оси 12 кабеля, три из которых в качестве распределенных датчиков 2 измерения деформации кабеля встроены в оболочку 11 кабеля, связаны с ней жестко без скольжения и расположены в поперечном сечении кабеля в вершинах треугольника, причем параллельно оси 12, а четвертое - в качестве датчика 3 измерения распределения температуры размещено внутри кабеля свободно и выполнено с избыточной длиной. Сенсорные оптические волокна 2 и 3 последовательно соединены друг с другом в шлейф - точки А1 и А2, A3 и А4 на одном конце (А) кабеля, и точки В3 и В4 на другой стороне (В) кабеля. При этом свободный конец - точка В1 первого из упомянутых трех оптических волокон 2 и свободный конец - точка В4 четвертого оптического волокна 3 на другом конце (В) кабеля выведены из кабеля в виде начального и концевого участков упомянутого шлейфа.
Для соединения строительных длин кабеля 1 в кабельную линию используются соединительные кабельные муфты 9, а установленные на концах кабеля 1 концевые кабельные муфты 6 используются для соединения сенсорных оптических волокон 2 и 3 в упомянутый выше шлейф. При этом свободные концы (В1 и В4) оптических волокон 2 и 3 могут быть подключены к оптическому измерителю 4 распределения продольной деформации и температуры оптических волокон, а также на концевые муфты могут быть установлены навигационные устройства 7 для определения координат концов А и В кабеля.
Данные измерения продольной деформации и температуры оптических волокон от измерителя 4 и данные от устройств 7 для определения координат передаются в вычислительное устройство 5 с программным обеспечением для расчета формы и координат расположения кабеля 1. Причем, оптический измеритель 4, устройства 7 для определения координат и вычислительное устройство 5 могут подключаться для проведения расчета координат расположения периодически, по мере необходимости, после прокладки кабельной линии. Или могут быть установлены стационарно и в таком случае осуществлять мониторинг положения кабельной линии в течении всего периода ее эксплуатации.
Для повышения точности расчета по определению формы и координат расположения кабельной линии на концевых кабельных муфтах 6 вместе с устройствами 7 для определения координат устанавливаются нагреватели 8, которые создают "тепловую метку" на рефлектограмме сенсорных волокон (фиг. 4). Это нужно для точного определения начала и конца отрезков волокон в кабельной линии, содержащей три сенсорных волокна 2 деформационных и одно волокно 3 свободной укладки температурное, соединенные в шлейф. Так как длина физическая кабеля и длина оптическая волокон в кабеле могут незначительно различаться, особенно для волокна 3 со свободной укладкой, требуется точно привязать координаты (пикетаж) волокон к координатам кабельной линии (пикетажу кабельной линии) с учетом коэффициента укладки волокна в кабеле. Кроме того, для точного расчета формы кабельной линии необходимо использовать значения относительной деформации трех волокон 2 в одном поперечном сечении кабеля 1 и, таким образом, важно иметь полное согласование длин волокон между собой, то есть для каждого пикетажа кабеля 1 должны быть точно определены пикетажи на оптической длине волокна на оптической рефлектограмме.
"Тепловые метки", создаваемые нагревателями 8 на концах кабельной линии, предназначены для обеспечения точной привязки пикетажа волокон к кабелю 1 и между собой.
Таким образом, использование предлагаемого изобретения позволяет обеспечить точное определение фактического пространственного расположения кабельной линии скрытой проводки.