光纤电缆、光纤电缆的制造方法、以及分布型测定系统技术方案

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。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】光纤电缆、光纤电缆的制造方法、以及分布型测定系统
本专利技术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。
技术介绍
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(FiberinMetallicTube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。
技术实现思路
专利技术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2σij＝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4λ1+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5λ1+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6λ1+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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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或瑞利频移，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波，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。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2013.05.10 JP 2013-0998691.一种光纤电缆，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...

【专利技术属性】
技术研发人员：薛自求，岸田欣增，山内良昭，须崎慎三，
申请(专利权)人：公益财团法人地球环境产业技术研究机构，光纳株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP