專利名稱：海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種對海底光纜的張力扭矩檢測的試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝 背景技術(shù)制造海底光纜在絞制外層鎧裝鋼線時(shí)會(huì)引入很大的內(nèi)應(yīng)力，該內(nèi)應(yīng)力 與使用材料的特性、絞合節(jié)距、預(yù)成形深度和絞制速度等多個(gè)參數(shù)有關(guān), 同時(shí)也與海底光纜的結(jié)構(gòu)、工藝設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量密切相關(guān)。在海底光纜 受到拉伸時(shí)，內(nèi)應(yīng)力會(huì)引起不同方向和不同程度的扭轉(zhuǎn)，因此在海底光 纜施工時(shí)必須施加一定的張力以克服這種扭轉(zhuǎn)，但施加的張力過大,會(huì) 危及纜的運(yùn)行性能。當(dāng)海底光纜受到錨拉等各種原因造成破損，在打撈 檢修并裁去破損段時(shí)，內(nèi)應(yīng)力瞬間突變會(huì)引起纜的扭轉(zhuǎn)造成更大范圍的 損壞，甚至危及人身和施工裝備。長期以來人們對海底光纜的扭轉(zhuǎn)一直 停留在表面的認(rèn)識(shí)上，缺乏科學(xué)的數(shù)據(jù)分析指導(dǎo)研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)和施工應(yīng)用。如某海底光纜在檢修時(shí)發(fā)現(xiàn)平均每公里有17處扭結(jié)之多，卻不能得出準(zhǔn)確的分析結(jié)果。發(fā)明內(nèi)容為了克服對現(xiàn)有海底光纜扭轉(zhuǎn)和斷裂缺乏科學(xué)數(shù)據(jù)停留在表面認(rèn)識(shí) 上的不足，本發(fā)明提供一種海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其試驗(yàn)裝置，的張力扭矩特性，用以判斷纜的質(zhì)量水平，為指導(dǎo)海底光纜的研究、設(shè) 計(jì)、生產(chǎn)、施工提供科學(xué)依據(jù)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是海底光纜張力扭矩試驗(yàn) 方法及其裝置包括下列部件組成(1)夾持海底光纜的固定夾具；(2) 被測海底光纜試樣；(3)位移測量裝置；(4)帶角度傳感器的可旋轉(zhuǎn)夾 具；(5)拉力傳感器；(6)砝碼及砝碼架；(7)拉力變換器；(8)角度 變換器；(9)位移變換器；(10)—臺(tái)專用計(jì)算機(jī)作為中央處理器；(11) 光功率計(jì)；(12)光源；(13) —臺(tái)螺桿或液壓拉力試驗(yàn)機(jī)。海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法可以用臥式或者立式兩種方式，其特征在 于包含下列步驟和方法(1)張力扭矩試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作a、 用一個(gè)固定夾具夾持被測海底光纜的一端，另一端由一個(gè)帶旋轉(zhuǎn) 傳感器的可旋轉(zhuǎn)夾具夾持；b、 將一位移測量裝置安裝在被測海底光纜中段任一位置；c、 將被測海底光纜試樣中的光纖兩端分別端接、視試驗(yàn)需要可以全 部光纖端接，只留一個(gè)輸入端和一個(gè)輸出端，也可以端接其中一部分或 同時(shí)分別檢測每一根光纖，將光纖的輸入端接光源，輸出端接光功率計(jì)；光源和光功率計(jì)是兩臺(tái)分列式儀表，也可以是綜合性的光纖應(yīng)變分析測試儀；d、 將位移測量裝置的信號輸出經(jīng)位移變換器轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央 處理器；e、 將角度傳感器的信號輸出經(jīng)角度變換器轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央處 理器；f、 將拉力傳感器的信號輸出經(jīng)拉力變換器轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央處理器；(2) 海底光纜張力扭矩試驗(yàn)步驟為，開啟光源，啟動(dòng)拉力試驗(yàn)機(jī)向 被測海底光纜施加張力，試驗(yàn)和記錄海底光纜的光衰耗量、張力、伸長 應(yīng)變量、旋轉(zhuǎn)方向及角度a、 開啟光源，光從光源進(jìn)入海底光纜中光纖輸入端，經(jīng)光纖回路后 從光纖輸出端進(jìn)入光功率計(jì)后輸入中央處理器，測得海底光纜內(nèi)光纖輸 出的光功率及其附加衰耗變量；b、 開啟拉力試驗(yàn)機(jī)對海底光纜軸向施加不同大小張力，拉力變換器、 角度變換器、和位移變換器同時(shí)反映出被測海底光纜的張力、纜內(nèi)光纖 伸長應(yīng)變量、纜的左旋或右旋旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)角度，纜內(nèi)光纖的附加光 衰耗量諸數(shù)據(jù)顯示或輸送入中央處理器記錄并處理。(3) 分析得出的試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)供海底光纜的研究、設(shè)計(jì)、工藝制 造、質(zhì)量監(jiān)控、施工和應(yīng)用部門作為指導(dǎo)工作的依據(jù)；上述所述的對海底光纜施加軸向張力的裝置是由液壓或機(jī)械傳動(dòng)的 拉力試驗(yàn)機(jī)通過拉力傳感器顯示或者輸出電子信號的；上述所述的帶有 角度傳感器的可旋轉(zhuǎn)夾具是在高強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)連接器上增加測量角度的部件 或者是自帶測量和傳感角度的裝置，傳感的方式是機(jī)械傳動(dòng)直接測量的 電阻式或者間接測量的電磁式、帶光柵的光電式、電容式、霍爾元件之 類合適的傳感裝置；上述所述的光源和光功率計(jì)是分列式儀表或者是在向海底光纜施加軸向張力時(shí)同時(shí)讀出或記錄纜內(nèi)光纖的應(yīng)變和光衰耗變化量的光纖應(yīng)變分析測量儀；上述所述的海底光纜兩端的張力、光纜的 伸長應(yīng)變量、光纜的旋轉(zhuǎn)方向、光纜的旋轉(zhuǎn)角度、纜內(nèi)光纖伸長應(yīng)變量 和附加光衰耗等參數(shù)可以同時(shí)檢測并輸入處迎器得山試驗(yàn)結(jié)果，也可以 只檢測其中的單項(xiàng)或某幾項(xiàng)或者不通過處理器僅讀出或記錄數(shù)據(jù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是通過科學(xué)儀器檢測，弄清了海底光纜張力扭矩、伸長 應(yīng)變量、光纜在張力狀態(tài)下旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)角度、纜內(nèi)光纖伸長應(yīng)變量 和附加光衰耗等技術(shù)參數(shù)及其相互關(guān)系，為科學(xué)指導(dǎo)海底光纜的研究、 設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、施工、應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)，避免了盲目性，具有開創(chuàng)性 的劃時(shí)代意義，對海底光纜結(jié)構(gòu)和工藝技術(shù)的改進(jìn)具有顯著的積極意義。


下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明被測海底光纜處于臥式狀態(tài)張力扭矩試驗(yàn)裝置圖。圖2是本發(fā)明被測海底光纜處于立式狀態(tài)張力扭矩試驗(yàn)裝置圖。圖3是本發(fā)明應(yīng)用的夾持海底光纜的固定夾具裝置圖，其中圖3(a)是 斜楔式固定夾具，圖3(b)是螺旋預(yù)絞式夾具。圖3中夾具的連桿與拉力 試驗(yàn)機(jī)的靜端拉力環(huán)相連接。圖4是帶角度傳感器的旋轉(zhuǎn)夾具結(jié)構(gòu)圖。其中圖4(a)為直接測量扭轉(zhuǎn) 角度結(jié)構(gòu)圖，圖4(b)為電磁傳感測量角度結(jié)構(gòu)圖。圖5是某海底光纜應(yīng)力一應(yīng)變試驗(yàn)結(jié)果圖。在張力作用下得到纜的應(yīng) 變伸長量、纜內(nèi)光纖的應(yīng)變伸長量和附加光衰耗變化量。圖6—圖8是三根海底光纜在較小張力下的扭矩性能，這三根海底光 纜都具有類似于圖5所示較優(yōu)秀的應(yīng)力——應(yīng)變——衰耗性能，卻表現(xiàn) 出差異很大的張力扭矩特性，即在受力時(shí)有不同的施工維護(hù)性能。在剛 幵始受到張力時(shí)都出現(xiàn)了反扭矩，張力達(dá)到某一值時(shí)才會(huì)過零產(chǎn)生正扭 矩，隨纜結(jié)構(gòu)和工藝不同，該過零值是不同的。掌握該特性，在施工和 維護(hù)打撈時(shí)才可避免因纜的扭轉(zhuǎn)容易出現(xiàn)的打扭和打結(jié)等故障。圖9是本發(fā)明檢測的海底光纜在小張力扭轉(zhuǎn)過程中纜內(nèi)光纖的衰耗變 化，圖9下半部分表明，因纜內(nèi)光纖有余長，在小張力下光纖并沒有發(fā) 生應(yīng)變，但隨纜的扭轉(zhuǎn)，圖9上半部分光纖在光單元的位置發(fā)生了改變， 導(dǎo)致了光纖衰耗的變化，并可能影響通信的正常傳輸。圖10中對a、 b、 c三根海底光纜檢測結(jié)果表明不同的海底光纜在大張力情況下的扭矩亦各不相同，a光纜的正反向扭矩是最小的，c光纜的扭矩是最大的，b光纜的扭矩處于a、 c兩光纜之間。
具體實(shí)施方式
實(shí)施例l.一種臥式海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及裝置參見附圖1。在圖l中l(wèi).夾持海底光纜的固定夾具，2.被測海底光纜試樣，3.位移 測量裝置，4.帶角度傳感器的旋轉(zhuǎn)夾具，5.拉力傳感器，7.拉力變換器， 8.角度變換器，9.位移變換器，IO.中央處理器，ll.光功率計(jì)，12.光源。 試驗(yàn)前做好準(zhǔn)備工作，將上述設(shè)備、儀器按圖1安裝連接完畢，其中包 括各項(xiàng)光學(xué)連接、電連接和機(jī)械及傳動(dòng)連接。做好準(zhǔn)備工作后即著手試 驗(yàn)和記錄被測海底光纜的各項(xiàng)參數(shù)a、 幵啟光源，光從光源進(jìn)入到光纜中光纖一端經(jīng)端接回路后光纖末 端進(jìn)入光功率計(jì)再輸入到中央處理器，由此測得海底光纜光纖輸出的光 功率及其附加衰耗變量，試驗(yàn)結(jié)果見圖5上半部分光衰耗量與拉力及應(yīng) 變關(guān)系曲線圖表。b、 開啟拉力試驗(yàn)機(jī)對被測海底光纜軸向施加不同大小張力，拉力變 換器、角度變換器和位移變換器同時(shí)分別反映出被測光纜的張力、伸長 應(yīng)變量、旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)角度、纜內(nèi)光纖的附加光衰耗量諸數(shù)據(jù)信號輸 入中央處理器，中央處理器自動(dòng)對上述被測參數(shù)記錄并處理。試驗(yàn)結(jié)果 見圖5、圖6、圖7、圖8、圖9。實(shí)施例2， 一種立式海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及裝置，參見附圖2，對 一根海底光纜a進(jìn)行張力扭矩檢測，其測試的原理方法和儀器設(shè)備同實(shí) 施例1,所不同的是在立式試驗(yàn)裝置中纜的承力夾具端的張力可以由機(jī)械 裝置提供，也可以由在與纜的垂直軸線一致的步進(jìn)重量砝碼及砝碼架(6) 提供。測試結(jié)果見圖10中曲線a所示。實(shí)施例3， 一種臥式海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及裝置參見附圖1。試驗(yàn)的設(shè)備、儀器及方法步驟同實(shí)施例1，對一根海底光纜b進(jìn)行張 力扭矩測試，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)見圖10中的曲線b所示。 實(shí)施例4， 一種臥式海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及裝置參見附圖1。本試驗(yàn)的設(shè)備儀器及方法步驟與實(shí)施例l相同，對一根海底光纜c進(jìn) 行檢測，試驗(yàn)結(jié)果數(shù)據(jù)參見圖10中的曲線c。
權(quán)利要求
1. 一種海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其裝置可以用臥式或者立式兩種方式，其特征在于包括下列部件組成(1)夾持海底光纜的固定夾具，(2)被測海底光纜試樣，(3)位移測量裝置，(4)帶角度傳感器的可旋轉(zhuǎn)夾具，(5)拉力傳感器，(6)砝碼及砝碼架，(7)拉力變換器，(8)角度變換器，(9)位移變換器，(10)中央處理器，(11)光功率計(jì)，(12)光源；海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法其特征在于包含下列步驟和方法(1)張力扭矩試驗(yàn)的準(zhǔn)備工作a、用一個(gè)固定夾具夾持被測海底光纜的一端，另一端由一個(gè)帶旋轉(zhuǎn)傳感器的可旋轉(zhuǎn)夾具夾持；b、將一位移測量裝置安裝在被測海底光纜的中段任一位置；c、將海底光纜試樣中的各光纖兩端分別端接成一個(gè)串聯(lián)的閉環(huán)回路，光纜的一端全部端接，另一端的光纖端接后只剩下起始和終端兩個(gè)光纖頭，其中一根光纖頭與光源相接，另一光纖頭與光功率計(jì)相接，使之從光源經(jīng)往返端接的光纖后到光功率計(jì)成為一個(gè)閉環(huán)光回路，根據(jù)測試需要，也可以端接其中的一部分光纖或者某一根光纖構(gòu)成閉環(huán)光回路；d、將位移測量裝置的信號輸出經(jīng)位移變換器轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央處理器；e、將角度傳感器的信號輸出經(jīng)角度變換器轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央處理器；f、將拉力傳感器的信號輸出經(jīng)拉力變換器轉(zhuǎn)換成電信號輸入中央處理器；(2)試驗(yàn)和記錄海底光纜的光衰耗量、張力、伸長應(yīng)變量、旋轉(zhuǎn)方向及角度a、開啟光源，光從光源進(jìn)入到海底光纜中光纖一端經(jīng)往返端接光纖回路后從光纖末端進(jìn)入光功率計(jì)后輸入到中央處理器，由此測得海底光纜內(nèi)光纖輸出的光功率及其附加衰耗變量；b、開啟拉力試驗(yàn)機(jī)對被測海底光纜軸向施加不同大小的張力，拉力變換器、角度變換器、和位移變換器同時(shí)反映出被測海底光纜的張力，纜內(nèi)光纖伸長應(yīng)變量、左旋或者右旋旋轉(zhuǎn)方向及旋轉(zhuǎn)角度，纜內(nèi)光纖的附加光衰耗量輸送入中央處理器，中央處理器對上述被測參數(shù)記錄并處理；(3)分析得出試驗(yàn)結(jié)果及數(shù)據(jù)供海底光纜的研究、設(shè)計(jì)、工藝制造、質(zhì)量控制、施工和應(yīng)用部門作為指導(dǎo)工作的依據(jù)。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其裝置，其特征是上述所述的對光纜施加張力的裝置是由液壓或機(jī)械傳動(dòng)的拉力試 驗(yàn)機(jī)對立立式試驗(yàn)也可以用步進(jìn)砝碼通過拉力傳感器顯示或者輸出電子 信號。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其裝置，其 特征是上述所述的帶有角度傳感器的可旋轉(zhuǎn)夾具是在高強(qiáng)度旋轉(zhuǎn)連接器 上增加測量角度的部件或者是自帶測量和傳感角度的裝置，傳感的方式 是機(jī)械傳動(dòng)直接測量的電阻式或間接測量的電磁式、帶光柵的光電式、 電容式、霍爾元件之類合適的傳感裝置。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其裝置，其 特征是上述所述的安裝在海底光纜中段的伸長應(yīng)變測量裝置是帶位移刻 度的機(jī)械式裝置、帶光柵的光電式、電容式、電磁式、霍爾元件之類傳 感裝置。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其裝置，其 特征是上述所述的光源和光功率計(jì)是分列式儀表或者是在向海底光纜施 加張力時(shí)同時(shí)讀出或記錄纜內(nèi)光纖的應(yīng)變和光衰耗變化量的光纖應(yīng)變分 析測量儀。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方式及其裝置，其 特征是海底光纜兩端的張力、纜的伸長應(yīng)變量、纜的旋轉(zhuǎn)方向、纜的旋 轉(zhuǎn)角度、纜內(nèi)光纖伸長應(yīng)變量和附加光衰耗等參量可同時(shí)檢測并輸入處 理器得出試驗(yàn)結(jié)果，也可以只檢測其中的單項(xiàng)或某幾項(xiàng)或者不通過處理 器僅讀出或記錄數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種海底光纜張力扭矩試驗(yàn)方法及其裝置可以用臥式或者立式兩種方式，其特征在于包括下列部件(1)夾持海底光纜的固定夾具、(2)被測海底光纜試樣、(3)位移測量裝置、(4)帶角度傳感器的可旋轉(zhuǎn)夾具、(5)拉力傳感器、(6)砝碼及砝碼架、(7)拉力變換器、(8)角度變換器、(9)位移變換器、(10)中央處理器、(11)光功率計(jì)、(12)光源，將上述試驗(yàn)器材與設(shè)備分別進(jìn)行光連接、電連接和機(jī)械連接后組成整體試驗(yàn)裝置后，開通光源和開啟拉力試驗(yàn)機(jī)、觀察和記錄被測海底光纜的光衰耗量、張力、伸長應(yīng)變量、纜的旋轉(zhuǎn)方向和角度諸參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是將試驗(yàn)得出的參數(shù)作為指導(dǎo)海底光纜的研究、設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、工藝和施工維修等各級領(lǐng)導(dǎo)和科學(xué)技術(shù)人員開展相關(guān)工作決策的重要科學(xué)依據(jù)。
文檔編號G01L5/06GK101275875SQ20071002098
公開日2008年10月1日 申請日期2007年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2007年3月28日
發(fā)明者張美娣, 光 林, 陳錫浩, 黃俊華 申請人:江蘇通光信息有限公司