用于连续生产安装在穿孔金属中空型材中的光纤波导传感器的方法技术

一种用于连续生产其中安装有一个或多个光纤波导的薄壁、穿孔金属中空型材的方法(100)，所述方法包括：以第一供应速率向变形单元设备供应(102)平的金属条带，该变形设备使金属条带连续地变形成具有沿纵向方向延伸的槽的金属中空型材。被变形成金属中空型材的金属条带的、在沿金属中空型材的纵向方向延伸的接触区域中彼此靠着齐平的两个相对边缘被连续地彼此焊接(110)，从焊接区域拉出并且进行穿孔。根据本发明专利技术的方法进一步包括：定位保护管，该保护管在拉出侧上到达焊接的金属中空型材中至超出穿孔点；以及经由保护管从一个或多个光纤退绕机中供应(111)一个或多个光纤波导，使得一个或多个光纤波导在拉出方向上从穿孔点下游的导向管或保护管被引入穿孔金属中空型材中。其中安装有一个或多个光纤波导的穿孔金属中空型材被接纳在接纳单元中(124)。孔金属中空型材被接纳在接纳单元中(124)。孔金属中空型材被接纳在接纳单元中(124)。

【技术实现步骤摘要】
用于连续生产安装在穿孔金属中空型材中的光纤波导传感器的方法


[0001]本专利技术涉及具有由金属构成并且通过钻孔穿孔的外部套的光纤波导传感器的生产，尤其涉及这种具有金属套的光纤波导传感器的连续生产。

技术介绍

[0002]用于信号的光传输的光纤波导(又称为光波导或光导体)根据应用和对机械稳定性以及对环境影响和氢扩散的防护的要求，利用由塑料构成的壳和/或利用金属壳被包绕。金属壳中的光纤例如在海底缆线的情况下被使用并且通常也被引导作为高压线路的地线中的通信通道。被金属壳包围的光纤波导也被称为金属管中光纤(Fibre in Metal Tube)，或简称为FIMT。
[0003]玻璃光纤也可以用作用于各种物理变量的传感器，例如用于测量例如桥梁结构、风力涡轮机或石油和天然气生产系统中的压力、温度、振动和其他测量变量的传感器。这些光纤波导传感器通常也用金属壳包绕以尤其保护免受机械损坏，高级钢的金属壳尤其由于耐化学性而被使用。为了使测量变量更好地通过金属壳传递到玻璃光纤，可以在金属壳中引入孔。
[0004]一根或多根光纤可以放在一根金属管中。为了避免由于温度波动或机械张应力引起的金属管的长度变化而使光纤撕裂或断裂，包含在金属管中的光纤的长度可以比金属管的长度更长。
[0005]在用于生产其中安装有光纤波导的金属管的已知连续过程的情况下，光纤波导或光纤波导束被供应至管成形过程。在管成形过程期间，由金属(例如，高级钢)构成的平条带被形成为管，该管沿纵向方向开槽并且该管包绕光纤波导或光纤波导束。形成为管的平条带沿着槽焊接有纵向接缝。例如，在文献EP 0 727 679 A1中指示了这种方法的过程和为此配置的设备。
[0006]因为当在金属壳中钻孔时可能会损坏在其中导向的光纤波导，并且由于在钻孔期间光纤波导的单次损坏而使整个生产长度无法使用，因此在引入光纤波导之前将孔引入金属壳中。通常，例如在如文献JP H05 157589 A中所指示的，在金属条带被形成为金属中空型材之前，已经例如通过冲压将孔引入金属条带中。
[0007]如果借助于电弧焊方法(比如，钨极惰性气体保护焊(TIG))来执行焊接，则小于0.15mm的壁厚度无法可靠地焊接。使用已知的电弧方法焊接的管可能还具有明显的焊道，焊道突出到管内部并且使安装在其中的光纤波导暴露于机械损坏的风险下。此外，使用已知方法无法生产直径小于的管。因此，包绕光纤波导或光纤波导束的金属管的尺寸设置具有下限。这导致最小弯曲半径较大和高重量。
[0008]激光焊接方法允许连续生产直径低至2mm的、光纤波导放置在其中的金属管。为了实现甚至更小的直径，必须在将金属条带焊接形成为封闭的金属中空型材之后，通过拉拔模、辊和其他减小工具来减小直径。所有这些用于减小管直径的方法都存在一个共同的问
题，即在圆周方向上的压缩应力导致塑性材料流动，这具有封闭先前引入的穿孔的作用。即使直径减小超过20％，也会导致孔完全闭合。图1示意性地示出了减小管直径时穿孔的几何形状的变化。在图1a)中，示出了在直径减小之前具有第一直径D1并且设置有圆孔L的管的段R。在通过拉拔过程减小直径之后，管段由于塑性材料的流动而变得更长并且具有较小的第二直径D2，但是先前的圆孔L也已经变形为长形的椭圆形。

技术实现思路

[0009]因此，本专利技术的目的是提出一种用于连续生产安装在穿孔金属中空型材中的光纤波导传感器的改进方法和相应设备。
[0010]该目的通过根据权利要求1所述的方法和根据权利要求9所述的设备来实现。在各情况下，在从属权利要求中明确了进一步发展和实施例。
[0011]在根据本专利技术的用于连续生产其中安装有一个或多个光纤波导的穿孔金属中空型材的方法中，首先例如从盘卷供应平的金属条带。所供应的金属条带的宽度优选地已经对应于金属中空型材的周长。如果所供应的金属条带比金属中空型材的周长所需的宽度宽，或者如果金属条带的边缘不够光滑，则可以在供应操作期间，在连续过程中将金属条带在一侧或两侧上修整到一定大小。在本说明书中，表述“金属”针对所有类型的金属(包括有色金属)及其合金、特别是高级钢被使用。可以连续检测金属条带的供应速率或每单位时间供应的长度。
[0012]以合适的宽度可用的金属条带在单阶段或多阶段变形过程中被连续地形成为具有期望截面的金属中空型材。变形过程可以包括沿条带的纵向方向在若干相继阶段中执行的弯曲，例如在相应构造的辊和型材上。在此，截面可以是圆形的、椭圆形的、特别是直立的椭圆形，或任何期望的多边形形状。直立的椭圆形截面在金属中空型材封闭期间可以提供优点，并且在封闭后可以被容易地变形为金属圆形中空型材。
[0013]在变形过程期间或在变形过程后，供应要安装在中空型材中的一个或多个单独的光纤波导或一束或多束光纤波导。一个或多个光纤波导可以利用非金属层被包绕。在多个光纤波导被供应的情况下，可以提供防止光纤波导彼此扭结或缠绕的导向装置。为了防止由于径向封闭金属中空型材的焊接过程而对光纤波导或光纤波导束造成损坏，光纤波导或光纤波导束在导向管或保护管内被导向，当从拉出方向看，从供应侧前进的导向管或保护管突出到金属中空型材内，直至超过焊接点，仅在此后才暴露一个或多个光纤波导。
[0014]在该方法的实施例中，可以例如通过连续测量供应速率来连续确定每单位时间供应的光纤波导的长度。这尤其可以用于确定引入金属中空型材中的一个或多个光纤波导的多余长度。当存在温度波动时，一个或多个光纤波导的多余长度可以补偿金属中空型材和一个或多个光纤波导的不同线性膨胀，使得不会发生一个或多个光纤波导的断裂或撕裂。
[0015]金属中空型材在变形之后具有在纵向方向上延伸的区域，金属条带的边缘在该区域中彼此抵靠齐平。彼此抵靠齐平的边缘沿着对接边缘彼此焊接，因此被径向封闭。焊接可以例如通过激光器或电弧焊来进行。
[0016]在下文中，即使激光器照射的电磁辐射的波长可能在人类看不可见的波长范围内，该电磁辐射也用表述“光”来指代。
[0017]在激光焊接中，激光器将光能引入焊接区域中的点中，当光能撞击用于焊接的材
料表面时，光能被吸收并转化为热。为了将足够大量的能量引入用于焊接的材料中，必须使光高强度聚焦。因此也需要高强度聚焦，因为焊接仅在沿槽的边缘的接触区域中进行。激光束撞击工件的点处的高能量密度引起在邻接边缘的两侧处的材料局部熔化，从而使熔化物彼此流入。当不再受到激光束撞击时，材料会再次固化，并且形成焊缝。由于金属内部的热传导，与激光束撞击的点紧邻的区域可能会剧烈升温，甚至可能熔化。具体地，在要生产的金属中空型材的截面尺寸较小的情况下，例如在截面尺寸小于4mm的情况下，激光束的聚焦因此至关重要，以便避免液化材料不受控制地流出或材料脱离。
[0018]由于接纳一个或多个光纤波导的金属中空型材被连续地引导经过静态激光器，因此产生了连接两个边缘的连续焊缝。为了防止薄壁厚度确实存在的液体材料不受控制地流出，所引入的激光器功率和管移动经过激光器的速度必须被相互协调。通过合适的配合，本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于连续生产其中安装有一个或多个光纤波导的薄壁、穿孔金属中空型材的方法(100)，所述方法包括：
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以第一供应速率向变形设备(3，7)供应(102)平的金属条带(1)，
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使所述供应的平的金属条带(1)连续地变形(108)成具有沿纵向方向延伸的槽的金属中空型材，其中被变形成所述金属中空型材的所述金属条带(1)的两个相对边缘在沿所述金属中空型材的纵向方向延伸的接触区域中彼此靠着齐平并且在焊接设备(8)被连续地彼此焊接(110)，
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从所述焊接区域拉出焊接的所述金属中空型材，其特征在于，所述方法进一步包括：
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使用钻孔设备(27)对焊接的所述金属中空型材进行穿孔(112)，所述钻孔设备在拉出侧上被布置在超出所述焊接设备(8)的穿孔点处，
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定位导向管或保护管，所述导向管或保护管延伸通过所述焊接区域下方并且在所述拉出侧到达进入焊接的所述金属中空型材至超出所述穿孔点，
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经由所述导向器或保护管(12)从一个或多个光纤退绕机(9)供应(109)一个或多个光纤波导，使得所述一个或多个光纤波导在所述拉出方向上从所述穿孔点下游的所述导向管或保护管(12)被引入所述穿孔金属中空型材中，以及
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将其中安装有所述一个或多个光纤波导的所述穿孔金属中空型材接纳(124)在接纳单元(25)中。2.根据权利要求1所述的方法(100)，进一步包括：
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在所述穿孔(112)之前，将焊接的所述金属中空型材的截面尺寸减小(111)至期望的最终大小。3.根据权利要求1或2所述的方法(100)，其中，所述导向管或保护管(12)突出到所述金属中空型材中超出所述穿孔点某一第一长度并且从所述金属中空型材撤回某一第二长度，并且/或者在指定数量的钻孔后轴向地旋转指定角度。4.根据权利要求1、2或3所述的方法(100)，其中，所述穿孔(112)包括借助于激光在所述金属中空型材的壁中钻出孔。5.根据权利要求1至4之一所述的方法(100)，进一步包括：
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将填料凝胶引入所述金属中空型材内，以将所述一个或多个光纤波导嵌入所述填料凝胶。6.根据权利要求1至5之一所述的方法(100)，其中，所述一个或多个光纤波导以多余长度被引入到所述穿孔金属中空型材中，所述方法进一步包括：
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通过向所述穿孔金属中空型材引入张力，对所述穿孔金属中空型材进行弹性拉伸(120)，
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将所述一个或多个光纤波导和可能的所述填料凝胶引入(109)到拉伸的所述金属中空型材中，以及
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在引入(109)所述一个或多个光纤波导之后并且在接纳(124)在所述接纳单元(25)中之前，结束所述弹性拉伸。7.根据权利要求6所述的方法(100)，进一步包括：
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连续地确定在未拉伸状态下供应的所述一个或多个光纤波导的长度以及在结束所述
弹性拉伸之后取走的所述金属中空型材的长度，并在其中引入所述一个或多个光纤波导，以及
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确定(128，130)用于控制来自非穷举清单的一个或多个过程参数的控制或受控变量，所述非...

【专利技术属性】
技术研发人员：拉尔夫，
申请(专利权)人：耐克森公司，
类型：发明
国别省市：