專利名稱：海底光纜張力扭矩試驗方法及其裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種對海底光纜的張力扭矩檢測的試驗方法及其試驗裝 背景技術制造海底光纜在絞制外層鎧裝鋼線時會引入很大的內(nèi)應力，該內(nèi)應力 與使用材料的特性、絞合節(jié)距、預成形深度和絞制速度等多個參數(shù)有關, 同時也與海底光纜的結構、工藝設計和制造質(zhì)量密切相關。在海底光纜 受到拉伸時，內(nèi)應力會引起不同方向和不同程度的扭轉，因此在海底光 纜施工時必須施加一定的張力以克服這種扭轉，但施加的張力過大,會 危及纜的運行性能。當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，內(nèi)應力瞬間突變會引起纜的扭轉造成更大范圍的 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一直 停留在表面的認識上，缺乏科學的數(shù)據(jù)分析指導研究、設計、生產(chǎn)和施工應用。如某海底光纜在檢修時發(fā)現(xiàn)平均每公里有17處扭結之多，卻不能得出準確的分析結果。發(fā)明內(nèi)容為了克服對現(xiàn)有海底光纜扭轉和斷裂缺乏科學數(shù)據(jù)停留在表面認識 上的不足，本發(fā)明提供一種海底光纜張力扭矩試驗方法及其試驗裝置，的張力扭矩特性，用以判斷纜的質(zhì)量水平，為指導海底光纜的研究、設 計、生產(chǎn)、施工提供科學依據(jù)。本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是海底光纜張力扭矩試驗 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)—臺專用計算機作為中央處理器；(11) 光功率計；(12)光源；(13) —臺螺桿或液壓拉力試驗機。海底光纜張力扭矩試驗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)張力扭矩試驗的準備工作a、 用一個固定夾具夾持被測海底光纜的一端，另一端由一個帶旋轉 傳感器的可旋轉夾具夾持；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、視試驗需要可以全 部光纖端接，只留一個輸入端和一個輸出端，也可以端接其中一部分或 同時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；光源和光功率計是兩臺分列式儀表，也可以是綜合性的光纖應變分析測試儀；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)拉力變換器轉換成電信號輸入中央處理器；(2) 海底光纜張力扭矩試驗步驟為，開啟光源，啟動拉力試驗機向 被測海底光纜施加張力，試驗和記錄海底光纜的光衰耗量、張力、伸長 應變量、旋轉方向及角度a、 開啟光源，光從光源進入海底光纜中光纖輸入端，經(jīng)光纖回路后 從光纖輸出端進入光功率計后輸入中央處理器，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、 開啟拉力試驗機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、和位移變換器同時反映出被測海底光纜的張力、纜內(nèi)光纖 伸長應變量、纜的左旋或右旋旋轉方向及旋轉角度，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) 分析得出的試驗結果及數(shù)據(jù)供海底光纜的研究、設計、工藝制 造、質(zhì)量監(jiān)控、施工和應用部門作為指導工作的依據(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械傳動的 拉力試驗機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夾具是在高強度旋轉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，傳感的方式是機械傳動直接測量的 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是分列式儀表或者是在向海底光纜施加軸向張力時同時讀出或記錄纜內(nèi)光纖的應變和光衰耗變化量的光纖應變分析測量儀；上述所述的海底光纜兩端的張力、光纜的 伸長應變量、光纜的旋轉方向、光纜的旋轉角度、纜內(nèi)光纖伸長應變量 和附加光衰耗等參數(shù)可以同時檢測并輸入處迎器得山試驗結果，也可以 只檢測其中的單項或某幾項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)點是通過科學儀器檢測，弄清了海底光纜張力扭矩、伸長 應變量、光纜在張力狀態(tài)下旋轉方向及旋轉角度、纜內(nèi)光纖伸長應變量 和附加光衰耗等技術參數(shù)及其相互關系，為科學指導海底光纜的研究、 設計、生產(chǎn)、施工、應用奠定了堅實基礎，避免了盲目性，具有開創(chuàng)性 的劃時代意義，對海底光纜結構和工藝技術的改進具有顯著的積極意義。


下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。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)張力扭矩試驗裝置圖。圖3是本發(fā)明應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)是螺旋預絞式夾具。圖3中夾具的連桿與拉力 試驗機的靜端拉力環(huán)相連接。圖4是帶角度傳感器的旋轉夾具結構圖。其中圖4(a)為直接測量扭轉 角度結構圖，圖4(b)為電磁傳感測量角度結構圖。圖5是某海底光纜應力一應變試驗結果圖。在張力作用下得到纜的應 變伸長量、纜內(nèi)光纖的應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)秀的應力——應變——衰耗性能，卻表現(xiàn) 出差異很大的張力扭矩特性，即在受力時有不同的施工維護性能。在剛 幵始受到張力時都出現(xiàn)了反扭矩，張力達到某一值時才會過零產(chǎn)生正扭 矩，隨纜結構和工藝不同，該過零值是不同的。掌握該特性，在施工和 維護打撈時才可避免因纜的扭轉容易出現(xiàn)的打扭和打結等故障。圖9是本發(fā)明檢測的海底光纜在小張力扭轉過程中纜內(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) 生應變，但隨纜的扭轉，圖9上半部分光纖在光單元的位置發(fā)生了改變， 導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。
具體實施方式
實施例l.一種臥式海底光纜張力扭矩試驗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，12.光源。 試驗前做好準備工作，將上述設備、儀器按圖1安裝連接完畢，其中包 括各項光學連接、電連接和機械及傳動連接。做好準備工作后即著手試 驗和記錄被測海底光纜的各項參數(shù)a、 幵啟光源，光從光源進入到光纜中光纖一端經(jīng)端接回路后光纖末 端進入光功率計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，試驗結果見圖5上半部分光衰耗量與拉力及應 變關系曲線圖表。b、 開啟拉力試驗機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分別反映出被測光纜的張力、伸長 應變量、旋轉方向及旋轉角度、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，中央處理器自動對上述被測參數(shù)記錄并處理。試驗結果 見圖5、圖6、圖7、圖8、圖9。實施例2， 一種立式海底光纜張力扭矩試驗方法及裝置，參見附圖2，對 一根海底光纜a進行張力扭矩檢測，其測試的原理方法和儀器設備同實 施例1,所不同的是在立式試驗裝置中纜的承力夾具端的張力可以由機械 裝置提供，也可以由在與纜的垂直軸線一致的步進重量砝碼及砝碼架(6) 提供。測試結果見圖10中曲線a所示。實施例3， 一種臥式海底光纜張力扭矩試驗方法及裝置參見附圖1。試驗的設備、儀器及方法步驟同實施例1，對一根海底光纜b進行張 力扭矩測試，試驗結果數(shù)據(jù)見圖10中的曲線b所示。 實施例4， 一種臥式海底光纜張力扭矩試驗方法及裝置參見附圖1。本試驗的設備儀器及方法步驟與實施例l相同，對一根海底光纜c進 行檢測，試驗結果數(shù)據(jù)參見圖10中的曲線c。
權利要求
1. 一種海底光纜張力扭矩試驗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，(12)光源；海底光纜張力扭矩試驗方法其特征在于包含下列步驟和方法(1)張力扭矩試驗的準備工作a、用一個固定夾具夾持被測海底光纜的一端，另一端由一個帶旋轉傳感器的可旋轉夾具夾持；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相接，使之從光源經(jīng)往返端接的光纖后到光功率計成為一個閉環(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)拉力變換器轉換成電信號輸入中央處理器；(2)試驗和記錄海底光纜的光衰耗量、張力、伸長應變量、旋轉方向及角度a、開啟光源，光從光源進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入光功率計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、開啟拉力試驗機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、和位移變換器同時反映出被測海底光纜的張力，纜內(nèi)光纖伸長應變量、左旋或者右旋旋轉方向及旋轉角度，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)分析得出試驗結果及數(shù)據(jù)供海底光纜的研究、設計、工藝制造、質(zhì)量控制、施工和應用部門作為指導工作的依據(jù)。
2、 根據(jù)權利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗方法及其裝置，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械傳動的拉力試 驗機對立立式試驗也可以用步進砝碼通過拉力傳感器顯示或者輸出電子 信號。
3、 根據(jù)權利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗方法及其裝置，其 特征是上述所述的帶有角度傳感器的可旋轉夾具是在高強度旋轉連接器 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 是機械傳動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)權利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗方法及其裝置，其 特征是上述所述的安裝在海底光纜中段的伸長應變測量裝置是帶位移刻 度的機械式裝置、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)權利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗方法及其裝置，其 特征是上述所述的光源和光功率計是分列式儀表或者是在向海底光纜施 加張力時同時讀出或記錄纜內(nèi)光纖的應變和光衰耗變化量的光纖應變分 析測量儀。
6、 根據(jù)權利要求1所述的海底光纜張力扭矩試驗方式及其裝置，其 特征是海底光纜兩端的張力、纜的伸長應變量、纜的旋轉方向、纜的旋 轉角度、纜內(nèi)光纖伸長應變量和附加光衰耗等參量可同時檢測并輸入處 理器得出試驗結果，也可以只檢測其中的單項或某幾項或者不通過處理 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、(12)光源，將上述試驗器材與設備分別進行光連接、電連接和機械連接后組成整體試驗裝置后，開通光源和開啟拉力試驗機、觀察和記錄被測海底光纜的光衰耗量、張力、伸長應變量、纜的旋轉方向和角度諸參數(shù)。本發(fā)明的優(yōu)點是將試驗得出的參數(shù)作為指導海底光纜的研究、設計、生產(chǎn)、工藝和施工維修等各級領導和科學技術人員開展相關工作決策的重要科學依據(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