Устройство и способ для индикатора перенапряжения электромеханического кабеля
Устройство для индикации перенапряжения в морском электромеханическом кабеле с кабельным слоем, содержащим по меньшей мере один кабель передачи данных и/или электроэнергии, включающий в себя скрученные жилы или волоконно-оптическую проводку, причем устройство включает в себя кабель индикатора перенапряжения, содержащий по меньшей мере одну нескрученную жилу, расположенную внутри секции электромеханического кабеля, при этом указанная по меньшей мере одна нескрученная жила приспособлена к разрыву, когда натяжение в указанной по меньшей мере одной нескрученной жиле как больше, чем допустимая рабочая нагрузка для электромеханического кабеля, так и когда меньше, чем натяжение, необходимое для разрыва скрученных жил или волоконно-оптической проводки электромеханического кабеля. Устройство позволяет идентифицировать несколько ситуаций перенапряжения в кабеле. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 11 ил.
Область техники, к которой относится изобретение
Раскрытые варианты осуществления изобретения в целом относятся к устройству и способу для обнаружения и индикации перенапряжения в электромеханическом кабеле.
Уровень техники
Электромеханический кабель может быть кабелем, например, таким как морская сейсмическая коса, включающая в себя компоненты датчика, кабели для передачи данных, а также компоненты для увеличения прочности и увеличения плавучести, расположенные в едином кабеле. Морская сейсмическая коса может быть электромеханическим кабелем, используемым для сбора данных по характеру и составу грунта ниже массы воды, используя технологии сейсморазведочного построения. На фиг. 1 показан пример системы морской сейсмической косы при использовании. Морское судно 101, включающее в себя катушку 102 с кабелем, может развертывать и буксировать электромеханический кабель 103 на поверхности воды или ниже ее поверхности. Системы сейсморазведочного построения могут использоваться в количестве более чем одна. Электромеханический кабель 103 может достигать 15 километров в длину и может быть выполнен из более коротких соединительных секций 201 при прокладке электромеханического кабеля, каждая из которых может составлять, например, от 110 до 200 метров в длину. Секции 201 могут быть отсоединяемыми друг от друга. Электромеханический кабель 103 может быть, например, морской сейсмической косой или сейсмоприемной косой.
На фиг. 2 показан пример секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки. Секция 201 электромеханического кабеля 103 может включать в себя различные компоненты 104 датчика, находящиеся внутри внешней оболочки 105. Компонентами 104 датчика могут быть, например, гидрофоны, геофоны, акселерометры, электромагнитные датчики, датчики гравитации, или комбинации их этих датчиков, при этом они могут быть распределены на равномерных расстояниях вдоль электромеханического кабеля 103. Внешняя оболочка 105 может быть, например, полиуретановой оболочкой, и может быть гладкой, чтобы минимизировать шум в компонентах 104 датчика. Плавучий материал может быть размещен в электромеханическом кабеле 103 внутри внешней оболочки 105 и может помогать поддерживать электромеханический кабель 103 на уровне поверхности воды или под водой.
Секция 201 электромеханического кабеля 103 может включать в себя слой 202 проводки кабеля. Слой 202 для проводки кабеля может быть слоем внутри секции 201, включающим различные кабели 203, винтообразно намотанные вокруг внутреннего несущего элемента (на фиг. 2 не виден). Кабели 203 могут быть использованы, например, для передачи данных и передачи электроэнергии между компонентами 104 датчика и оборудованием для обработки данных, а также для соединения с источниками питания, расположенными на морском судне 101 или развернутыми в воде из морского судна 101 отдельно от электромеханического кабеля 103 или как его часть. Кабели 203 могут проходить вдоль длины секции 201 и могут присоединяться к соответствующим кабелям 203 в соседних секциях 201 электромеханического кабеля 103.
На фиг. 3 показан пример части секции электромеханического кабеля, включая вид внутреннего слоя кабельной проводки, жил кабеля и несущего элемента. Кабели 203 могут включать в себя различные типы проводки кабеля. Например, как показано на фиг. 3, кабели 203 могут включать в себя жилы в виде витых пар, скрученных трех жил, и скрученных четырех жил. Следует отметить, что концы жил внутри кабелей 203 показаны на фиг. 3 с иллюстративными целями и могут быть невидимыми в собранном электромеханическом кабеле 103. Кабели 203 могут быть выполнены из любого подходящего электрического проводника для передачи данных или передачи электроэнергии, например, такого как медь, в любом подходящем измерительном приборе могут быть сплошными или многожильными, и могут быть изолированными и расположенными в любой подходящей компоновке. Кабели 203 также могут включать в себя прокладку оптического волокна. На фиг. 4 показан пример кабеля с витой парой. Кабель 203 может включать в себя внешнюю изолирующую оболочку 401, первую жилу 404, обмотанную первой внутренней изолирующей оболочкой 403, и вторую жилу 405, обмотанную второй внутренней изолирующей оболочкой 402. Первая внутренняя изолирующая оболочка 403 и вторая внутренняя изолирующая оболочка 402 могут быть скручены вокруг друг друга, образуя кабель в виде витой пары.
Как показано на фиг. 3, несущий элемент 301, вокруг которого могут быть намотаны кабели 203 в слое 202 проводки кабеля, может быть выполнен из любого подходящего материала в любой подходящей структуре, например, такой как композитный материал или плетеный или винтовой стальной канат. Несущий элемент 301 может быть гибким, чтобы учитывать и поддерживать изгибание электромеханического кабеля 103, которое происходит при его обычном использовании. Альтернативно, несущий элемент 301 может быть намотан винтообразно или оплетен поверх кабелей 203, которые могут быть скручены вместе в виде спирали, для того чтобы слой 202 проводки кабеля являлся внутренним по отношению к несущему элементу 301. Пьезоэлектрический датчик давления или другой датчик 302 в компоненте 104 датчика может быть присоединен к одному из кабелей 203 через кабель 303 датчика, используя подходящий интерфейс, чтобы передавать собранные данные датчика обратно к морскому судну 101 через кабели 203.
Электромеханический кабель 103 и каждая из его секций 201 могут подвергаться различным напряжениям во время развертывания, использования и извлечения. Электромеханический кабель 103 может испытывать действие увеличения натяжения, когда он разматывается с катушки, буксируется и наматывается обратно на катушку. Когда часть электромеханического кабеля 103 испытывает воздействие натяжений, которые превышают допустимую безопасную рабочую нагрузку для электромеханического кабеля 103, токопроводящие жилы или оптические волокна внутри кабелей 203 секции 201, которые подвергаются чрезмерному натяжению или перенапряжению, могут быть повреждены. Повреждения в любой из жил кабелей 203 могут ухудшать функционирование электромеханического кабеля 103, что требует остановки всего обследования и выполнение дорогостоящего ремонта. Может быть полезной возможность определять, являлось ли повреждение кабеля результатом состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле 103, или было результатом производственного дефекта.
Динамометрические датчики или тензометрические датчики могут быть использованы внутри электромеханического кабеля 103, чтобы обнаруживать состояния чрезмерного натяжения или перенапряжения. Однако как динамометрические датчики, так и тензометрические датчики могут быть дорогостоящими и могут требовать электрическое питание и передачу данных, а также возможность сохранения данных по натяжению при оперировании с кабелем, которые вызывают необходимость дополнительной прокладки кабеля внутри электромеханического кабеля 103, а также требуют вычислительную мощность и сохранение данных на борту морского судна 101. Это может потребовать или дополнительного пространства, мощности и ширины полосы частот для передачи данных от компонентов 104 датчика, или привести к дополнительному весу электромеханического кабеля 103, увеличению сложности и стоимости из-за наличия дополнительных компонентов и прокладке кабеля, которая может вызвать необходимость работать с динамометрическими датчиками или тензометрическими датчиками внутри электромеханического кабеля 103. Чрезмерное натяжение также может создаваться вдоль длины секции 201 за счет локализованного изгибания кабеля, превышающего расчетный диаметр изгибания. Это локализованное изгибание будет приводить к тому, что внешние токопроводящие жилы или оптические волокна внутри кабелей 203 секции 201 будут испытывать действие состояний чрезмерного натяжения, при этом жилы на внутреннем участке изгиба будут испытывать сжимающее усилие, которое также может повредить компонент. Высокие напряжения, создаваемые локализованным изгибанием, не будут обнаруживаться динамометрическими датчиками или тензометрическими датчиками.
Таким образом, существует необходимость в устройстве и способе для индикации перенапряжения в электромеханическом кабеле без усложнения кабеля.
Раскрытие изобретения
В различных вариантах осуществления изобретения устройство и способ обеспечивают индикацию перенапряжения в электромеханическом кабеле.
Согласно одному варианту осуществления изобретения существует устройство для индикации перенапряжения в электромеханическом кабеле, включает в себя кабель индикатора перенапряжения, содержащий по меньшей мере одну нескрученную жилу, расположенную внутри секции электромеханического кабеля, при этом нескрученная жила приспособлена к разрыву, когда натяжение в нескрученной жиле больше, чем допустимая рабочая нагрузка для электромеханического кабеля.
Согласно другому варианту осуществления изобретения способ для обнаружения состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле содержит этапы, на которых: прикладывают напряжение к нескрученной жиле в кабеле индикатора перенапряжения; измеряют, по меньшей мере, одну характеристику цепи, образованной нескрученной жилой и одним из следующих элементов: второй нескрученной жилой, несущим элементом и скрученной жилой; сравнивают измеренную характеристику с расчетным значением для характеристики; и в том случае, если измеренная характеристика отличается от расчетного значения для характеристики на значение, превышающее заданную величину, указывают, что в электромеханическом кабеле имеет место состояние перенапряжения.
В соответствии с еще одним вариантом осуществления изобретения устройство для индикации перенапряжения в электромеханическом кабеле включает в себя: внешнюю оболочку, окружающую электромеханический кабель; несущий элемент, расположенный по длине внутри электромеханического кабеля; вспененный материал, расположенный внутри электромеханического кабеля; компонент сейсмического датчика, расположенный внутри носителя датчика, находящегося внутри электромеханического кабеля; кабель индикатора перенапряжения, содержащий по меньшей мере две нескрученньгх жилы, намотанных винтообразно вокруг несущего элемента внутри слоя кабельной проводки в электромеханическом кабеле, причем каждая нескрученная жила, содержащая медный провод, расположена внутри внешней изолирующей оболочки, при этом нескрученные жилы способны разрываться, когда натяжение в нескрученных жилах больше, чем допустимая рабочая нагрузка для электромеханического кабеля; первый разъем и второй разъем, расположенные внутри электромеханического кабеля, при этом один конец нескрученных жил присоединен к первому разъему, а другой конец нескрученных жил присоединен ко второму разъему; и контрольное устройство, содержащее по меньшей мере один из приборов: амперметр и омметр, присоединенный к кабелю индикатора перенапряжения, причем контрольное устройство способно прикладывать напряжение к нескрученным жилам и определять, была ли повреждена одна из нескрученных жил, основываясь на измерениях амперметра или омметра, и указывать на возникновение состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле, когда определено, что нескрученная жила повреждена.
Краткое описание чертежей
Чертежи иллюстрируют один или более вариантов осуществления изобретения и вместе с описанием поясняют эти варианты осуществления изобретения.
На фиг. 1 - пример системы морской сейсмической косы при использовании;
на фиг. 2 - пример секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки;
на фиг. 3 - пример части секции электромеханического кабеля, включая вид внутренней кабельной проводки, жил кабеля и несущего элемента;
на фиг. 4 - пример кабеля с витой парой;
на фиг. 5 - пример секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки с кабелем индикатора перенапряжения;
на фиг. 6а и 6b - примеры нескрученных кабелей, которые могут быть использованы в качестве кабеля индикатора перенапряжения с одной жилой и двумя жилами;
на фиг. 7 - пример части секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки с кабелем индикатора перенапряжения, жилами кабеля и несущим элементом;
на фиг. 8 - пример секции электромеханического кабеля, соединенной с контрольным устройством, включая вид слоя кабельной проводки с повреждением в кабеле индикатора перенапряжения;
на фиг. 9 - пример части секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки с жилами кабеля, несущим элементом и повреждением в кабеле индикатора перенапряжения;
на фиг. 10 - пример принципиальной схемы для индикатора перенапряжения в электромеханическом кабеле; и
на фиг. 11 - пример процедуры для обнаружения и индикации состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле с кабелем индикатора перенапряжения и контрольным устройством.
Осуществление изобретения
Последующее описание примера вариантов осуществления изобретения относится к описанию чертежей. Одинаковыми ссылочными обозначениями на различных чертежах указаны одинаковые или аналогичные элементы. Последующее подробное описание не ограничивает изобретение. Напротив, объем изобретения определяется формулой изобретения. В различных вариантах осуществления изобретения, как показано на фиг. 1-11, устройство для индикации перенапряжения входит в состав электромеханического кабеля.
Ссылка по всему описанию на «один вариант осуществления изобретения» или «вариант осуществления изобретения» означает, что частный признак, структура или характеристика, описанные во взаимосвязи с вариантом осуществления изобретения, включены, по меньшей мере, в один вариант осуществления изобретения раскрываемого объекта изобретения. Таким образом, фразы «в одном варианте осуществления изобретения» или «в варианте осуществления изобретения» в различных местах по всему описанию необязательно относятся к тому же самому варианту осуществления изобретения. Кроме того, частные признаки, структуры или характеристики могут быть скомбинированы любым подходящим образом в одном или более вариантах осуществления изобретения.
На фиг. 5 показан пример секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки с кабелем индикатора перенапряжения. Кабель 501 индикатора перенапряжения может наряду с кабелями 203 входить в состав слоя 202 кабельной проводки, при этом он намотан винтообразно вокруг несущего элемента 301. Кабель 501 индикатора перенапряжения может быть одножильным непрерывным кабелем в слое 202 кабельной проводки, проходящим по длине одной из секций 201 электромеханического кабеля 103. Как показано на фиг. 5, в том случае, например, если слой кабельной проводки включает в себя три кабеля 203, то каждая четвёртая обмотка вокруг несущего элемента 301 может быть кабелем 501 индикатора перенапряжения. Кабель 501 индикатора перенапряжения может быть намотан вокруг несущего элемента 301 с более узким зазором, чем кабели 203, для того чтобы кабель 501 индикатора перенапряжения в большей степени подвергался напряжению, чем кабели 203, когда секция 201 подвергается перенапряжению.
На фиг. 6а и фиг. 6b показаны примеры нескрученных кабелей, которые могут быть использованы в качестве кабеля индикатора перенапряжения с одной жилой и двумя жилами. Кабель 501 индикатора перенапряжения может быть единственным нескрученным кабелем и может включать в себя, как показано на фиг. 6а, внешнюю изолирующую оболочку 601, а первая нескрученная жила 603 обмотана первой внутренней изолирующей оболочкой 602. Альтернативно, первая нескрученная жила может быть не обмотана первой внутренней изолирующей оболочкой 602, а может быть только изолирована внешней изолирующей оболочкой 601. Как показано на фиг. 6b, кабель индикатора перенапряжения также может включать в себя вторую нескрученную жилу 605, обмотанную второй внутренней изолирующей оболочкой 604. Нескрученные жилы 603 и 605 могут быть, например, медными жилами. Кабель 501 индикатора перенапряжения, включающий в себя или нескрученные жилы 603 и 605, или только нескрученную жилу 603, может содержаться в слое 202 кабельной проводки, где другие кабели 203 могут включать в себя жилы, которые являются витыми парами, скрученными тремя жилами, и скрученными четырьмя жилами, или волоконно-оптическими кабелями. Нескрученные жилы 603 и 605 могут быть проводящими материалами с различными длинами, и могут быть соединены в цепь посредством подходящего соединителя, например, такого как жгут проводов на каждом конце электромеханического кабеля 103. Альтернативно, в том случае, если кабель 501 индикатора перенапряжения включает в себя только нескрученную жилу 603, цепь может быть завершена с использованием нескрученной жилы 603 и несущего элемента 301, одного из кабелей 203, или любого другого подходящего кабеля или длины проводящего материала внутри секции 201 электромеханического кабеля 103.
На фиг. 7 показан пример части секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки с кабелем индикатора перенапряжения, жилами кабеля и несущим элементом. Жилы в кабелях 203, например, такие как скрученные жилы 404 и 405, могут быть мягкими медными жилами. Допустимое натяжение для медных жил, чтобы избежать усталостных разрушений, может быть менее чем 0,02%. Натяжение жил может быть уменьшено за счет совместного скручивания отдельных жил, таких как жилы 404 и 405, для образования винтовых подкомпонентов, таких как ранее описанные витые пары, скрученные три жилы и скрученные четыре жилы. Скрученные вместе жилы могут быть защищены от физического сжимания посредством их изоляции, например, изолирующими оболочками 402 и 403, как показано на фиг. 4. Винтовые подкомпоненты, например, кабели 203, могут быть затем скручены вместе или намотаны вокруг несущего элемента 301, как в слое 202 кабельной проводки. Каждая операция скручивания, выполняемая на жилах, может увеличить допустимое удлинение и уменьшить натяжение в жилах, позволяя кабелям 203 избегать повреждения жил, даже в том случае, когда они подвергаются натяжениям, которые могут быть выше проектируемой допустимой рабочей нагрузки для электромеханического кабеля 103. При увеличении угла наклона винтовой линии угол между обмотками кабелей 203 и продольной осью несущего элемента 301 также может увеличивать способность жил в кабелях 203 сопротивляться повреждению. Несущий элемент 301 может быть выполнен таким образом, чтобы выдерживать расчетную механическую нагрузку электромеханического кабеля 103, а также ограничивать натяжение или механическое удлинение токопроводящих жил или оптических волокон.
Когда электромеханический кабель 103 подвергается натяжению, превышающему предполагаемую допустимую рабочую нагрузку, нескрученные жилы 603 и 605 в кабеле 501 индикатора перенапряжения могут испытывать действие большего натяжения, чем то натяжение, которое может быть для жил критическим при работе электромеханического кабеля 103, таких как жилы в кабелях 203, при этом нескрученные жилы могут быть повреждены раньше этого. Разорванные жилы 603 и 605 могут быть индикаторами того, что секция 201, в которой произошел разрыв жил, получила перенапряжение во время использования, которое находится за пределами рекомендуемых производителем значений. Аналогичным образом, если кабель 501 индикатора перенапряжения включает в себя только одну нескрученную жилу 603, разрыв в единственной нескрученной жиле 603 может быть индикаторами того, что секция 201, в которой произошел разрыв жил, получила перенапряжение во время использования, которое находится за пределами рекомендуемых производителем значений. Характеристики нескрученных жил 603 и 605, такие как материал жил, толщина жилы, а также являются ли жилы 603 и 605 сплошными или скрученными, могут быть выбраны таким образом, что эти жилы 603 и 605 будут разрываться, когда они подвергаются натяжению, которое превышает только предполагаемую допустимую рабочую нагрузку электромеханического кабеля 103.
На фиг. 8 показан пример секции электромеханического кабеля, соединенной с контрольным устройством, включая вид слоя кабельной проводки с повреждением в кабеле индикатора перенапряжения. На фиг. 9 показан пример части секции электромеханического кабеля, включая вид слоя кабельной проводки с жилами кабеля, несущим элементом и повреждением в кабеле индикатора перенапряжения. Кабель 501 индикатора перенапряжения может быть соединен с контрольным устройством 801. Контрольное устройство 801 может быть расположено, например, на борту морского судна 101, вместе с другим оборудованием, развернутым в воде морским судном 101, например, таким как плот, или внутри соответствующей секции 201, где данные от контрольного устройства 801 могут быть переданы на морское судно 101 наряду с собранными сейсмическими данными от компонентов 104 датчика. Контрольное устройство 801 может быть любым подходящим устройством для определения разрыва, например такого, как разрыв 802, как показано на фиг. 8 и фиг. 9, который произошел в одной из нескрученных жил 603 и 605 кабеля 501 индикатора перенапряжения, и может включать в себя любую подходящую комбинацию электрической и электронной аппаратной части или программного обеспечения, чтобы позволять контрольному устройству 801 отслеживать перенапряжение кабеля 501 индикатора перенапряжения. Например, контрольное устройство 801 может быть только электрической или электронной аппаратной частью без программного обеспечения, или может быть специализированным программным обеспечением, или частью большего приложения программного обеспечения, вычислительным устройством, работающим с любой общей или специализированной целью, способным соединяться с кабелем 501 индикатора перенапряжения, или естественным образом, или через отдельный аппаратный интерфейс. Контрольное устройство 801 может прикладывать напряжение к цепи, создаваемой нескрученными жилами 603 и 605 и проводить через них ток. Контрольное устройство 801 может включать в себя амперметр или омметр для измерения сопротивления и тока в цепи, и может иметь устройство визуального отображения, такое как индикаторные лампы, светодиодный индикатор или жидкокристаллический экран, акустическое сигнальное устройство, такое как громкоговоритель, или может передавать данные к другому устройству, например, используя подсоединение к сети Ethernet, Wi-Fi, Bluetooth, радиочастоту, или любым другим способом проводной или беспроводной передачи данных.
Контрольное устройство 801 может функционировать, например, подавая электрический ток к кабелю 501 индикатора перенапряжения. Разрыв в нескрученной жиле 603 может прервать цепь, создаваемую контрольным устройством 801 и кабелем 501 индикатора перенапряжения. Контрольное устройство 801 может обнаруживать, что цепь была повреждена, а это может означать, что произошел разрыв в одной или более нескрученных жилах 603 и 605. Вследствие того, что ток и напряжение, подаваемые контрольным устройством 801 к кабелю 501 индикатора перенапряжения, могут быть необходимы только для того, чтобы формировать цепь через нескрученные жилы 603 и/или 605, величина тока и напряжения, необходимая для того чтобы позволить контрольному устройству 801 отслеживать кабель 501 индикатора перенапряжения, может быть ниже, чем величина, необходимая для того чтобы работать с последовательностями динамометрических датчиков или тензометрических датчиков.
Использование контрольного устройства 801 с кабелем 501 индикатора перенапряжения может позволять обнаруживать состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле 103 раньше того момента, когда какие-либо жилы в кабелях 203 получат повреждения. Электромеханический кабель 103 может быть затем восстановлен, или может быть ослаблено чрезмерное напряжение, перед тем как функционирование электромеханического кабеля 103 ухудшится.
Каждая секция 201 электромеханического кабеля 103 может иметь отдельный кабель 501 индикатора перенапряжения. Когда происходит разрыв в одном из кабелей 501 индикатора перенапряжения, контрольное устройство 801 может быть способно показывать отдельную секцию 201 электромеханического кабеля 103, где расположено повреждение, если например, кабели 501 индикатора перенапряжения используются для создания параллельной цепи. На фиг. 10 показан пример принципиальной схемы для индикатора перенапряжения в электромеханическом кабеле. Электромеханический кабель 103 может включать в себя секцию 201, секцию 1002 и секцию 1003. Нескрученные жилы 603 и 605 могут быть присоединены с использованием резисторов 1004, 1005, 1006 1007, 1008 и 1009, которые могут быть расположены в соответствующих разъемах в начале и конце каждой из секций 201, 1002 и 1003. Разъемы также могут быть использованы для соединения нескрученных жил 603 и 605 между секциями, в результате разъемы и резисторы 1004,1005, 1006 1007,1008 и 1009 находятся параллельно друг другу поперек к направлению длины электромеханического кабеля 103. Контрольное устройство 801 может подавать электричество к цепи из источника 1001 питания, и может измерять сопротивление или ток в цепи с помощью, например, амперметра или омметра, которые являются частью контрольного устройства 801 или присоединены к нему. Если происходит повреждение, существование этого повреждения в одной из нескрученных жил 603 и 605 может быть идентифицировано при увеличении сопротивления и уменьшении тока в параллельной цепи. Величина изменения сопротивления и тока может быть использована для определения секции 201, в которой произошел разрыв. Чем ближе к месту разрыва находится контрольное устройство 801, тем большим является увеличение сопротивления и уменьшение тока, которые могут наблюдаться контрольном устройством 801. Например, если повреждена нескрученная жила 603 в секции 1002, то резисторы 1006 1007, 1008 и 1009 могут быть отрезаны от параллельной цепи. Если сопротивления нескрученных жил 603 и 605 и резисторов в разъемах известны, то увеличение сопротивления или уменьшение тока в цепи могут быть использованы для точного вычисления того, какое количество резисторов было отрезано от цепи при повреждении в одной из нескрученных жил 603 и 605. Секция, в которой произошло повреждение, может быть определена на основании количества отрезанных резисторов.
Также могут быть использованы другие электрические схемы для определения существования повреждения в кабеле 501 индикатора перенапряжения. Например, электрическая схема может использовать единственную нескрученную жилу 603 или 605 для определения наличия повреждения. Или другой пример: контрольное устройство 801 может быть размещено в секции 201 и может только обнаруживать повреждения в кабеле 501 индикатора перенапряжения внутри секции 201. Контрольное устройство 801 может передавать эту информацию к морскому судну 101, когда секция 201 может иметь возможность для обработки, чтобы суммировать сигналы от множества датчиков, оцифровывая и передавая их к морскому судну 101. Контрольное устройство 801 также может локально сохранять информацию по обнаруженным повреждениям в кабеле 501 индикатора перенапряжения. Каждая из секций 201 может иметь свое собственное контрольное устройство 801.
На фиг. 11 показан пример процедуры для обнаружения и индикации состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле с кабелем индикатора перенапряжения и контрольным устройством. В блоке 1101 кабель индикатора перенапряжения может быть подсоединен к контрольному устройству. Например, одна или обе нескрученных жилы 603 или 605 в кабеле 501 индикатора перенапряжения могут быть подсоединены к контрольному устройству 801 с использованием любых подходящих разъемов. Если используется только одна жила, то роль другой жилы может быть выполнена одним из кабелей 203, несущим элементом или любым другим доступным кабелем.
В блоке 1102 контрольное устройство может прикладывать напряжение к кабелю индикатора перенапряжения. Например, контрольное устройство 801 может использовать источник 1001 питания, чтобы приложить напряжение и провести ток через цепь, создаваемую от края до края электромеханического кабеля 103 нескрученными жилами 603 и 605 в кабеле 501 индикатора перенапряжения. Цепь может быть, например, такой, как показано на фиг. 9. Ток может проводиться через цепь при известном напряжении.
В блоке 1103 контрольное устройство 801 может содержать измерения, производимые амперметром или омметром для расчетных значений тока и сопротивления для данной цепи. Контрольное устройство 801 может получать измерения сопротивления и амперной нагрузки от нескрученных жил 603 и 605, а затем сравнивать эти измеренные значения со значениями, расчетными, если бы в нескрученных жилах 603 и 605 не было повреждений. Расчетные значения могут быть определены эмпирически или могут быть вычислены на основе структуры цепи, включающей в себя количество секций 201 в электромеханическом кабеле 103, длину кабеля 501 индикатора перенапряжения, а также количество и характеристики резисторов, используемых в цепи.
В блоке 1104, если измерения от амперметра или омметра дают сопротивление, которое является более высоким, чем расчетные значения или амперную нагрузку, которая является более низкой, чем расчетные значения на величину, превышающую расчетные отклонения при измерении, тем самым показывая повреждение в нескрученных жилах, процесс продолжается с переходом к блоку 1105. В противном случае процесс продолжается с переходом к блоку 1103.
В блоке 1105 контрольное устройство может определить, в какой секции произошло повреждение. Сопротивление, превышающее расчетное значение, или амперная нагрузка, которая является более низкой, чем расчетные значения, могут показывать, что одна из секций 201 электромеханического кабеля 103 испытала действие условия перенапряжения, которое разорвало одну из нескрученных жил 603 и 605 в кабеле 501 индикатора перенапряжения. Контрольное устройство 801 может использовать изменение в сопротивлении или амперной нагрузке для вычисления количества резисторов, которые были отрезаны от цепи. Секция 201, в которой произошло повреждение, может быть затем определена на основе количества секций 201 в электромеханическом кабеле 103, количества резисторов на одну секцию 201, и количества резисторов, которые были отрезаны от цепи. Например, если имеется десять секций, каждая секция 201 имеет два резистора, и пять резисторов были отрезаны от цепи, контрольное устройство 801 может определить, что повреждение в одной из нескрученных жил 603 и 605 произошло в восьмой секции 201 электромеханического кабеля 103.
В блоке 1106 контрольное устройство может показывать, что возникло состояние перенапряжения. Контрольное устройство 801 может показывать существование повреждения в одной из нескрученных жил 603 и 605, показывая состояние перенапряжения и секцию 201, в которой произошло повреждение, любым подходящим способом. Контрольное устройство 801 может обеспечивать любую доступную информацию, например, такую как время и дата события, когда было обнаружено повреждение, секцию 201, в которой было обнаружено повреждение, и данные измерений от амперметра или омметра, используемые в определении существования повреждения.
В другом варианте осуществления изобретения возможно определить, был ли кабель подвергнут перенапряжению во время процесса ремонта или после факта отдельного случая. Как правило, в процессе ремонта измеряется непрерывность провода индикатора перенапряжения, и если он поврежден, то возможно локализовать повреждение за счет вскрытия кабеля. Вскрытие кабеля в местоположении повреждения позволит оператору определить причину неисправности не только в том случае, когда кабель был подвергнут перенапряжению, но также в том случае, когда он был подвергнут напряжению в точке, вызывающей структурное разрушение, наряду с простым повреждением провода.
Раскрытые примеры вариантов осуществления изобретения обеспечивают устройство для индикации перенапряжения в электромеханическом кабеле. Следует отметить, что описание не предполагает ограничение изобретения. И наоборот, примеры вариантов осуществления изобретения предназначены для того, чтобы охватывать альтернативные варианты, модификации и эквиваленты, которые включены в сущность и объем изобретения, как определено формулой изобретения. Кроме того, в подробном описании примеров вариантов осуществления изобретения сформулированы многочисленные характерные подробности, чтобы обеспечить всестороннее понимание изобретения. Однако специалистам в данной области техники будет понятно, что различные варианты осуществления изобретения могут быть применены на практике без таких характерных подробностей.
Хотя признаки и элементы согласно примерам вариантов осуществления изобретения описаны в отдельных комбинациях, каждый признак или элемент могут быть использованы в одном варианте без использования других признаков и элементов согласно вариантам осуществления изобретения или в различных комбинациях с другими признаками и элементами или без других раскрытых признаков и элементов.
Описание использует примеры объекта изобретения, раскрытого для того, чтобы позволить любому специалисту в данной области техники применить его на практике, включая создание и использование любых устройств или систем, а также выполнение любых комбинированных способов. Объем прав определен формулой изобретения и может включать в себя другие примеры, которые придут на ум специалисту в данной области техники. Предполагается, что такие другие примеры должны входить в объем формулы изобретения.
1. Устройство для индикации перенапряжения в морском электромеханическом кабеле с кабельным слоем, содержащим по меньшей мере один кабель передачи данных и/или электроэнергии, включающий в себя скрученные жилы или волоконно-оптическую проводку, причем устройство включает в себя кабель индикатора перенапряжения, содержащий по меньшей мере одну нескрученную жилу, расположенную внутри секции электромеханического кабеля, при этом указанная по меньшей мере одна нескрученная жила приспособлена к разрыву, когда натяжение в указанной по меньшей мере одной нескрученной жиле как больше, чем допустимая рабочая нагрузка для электромеханического кабеля, так и когда меньше, чем натяжение, необходимое для разрыва скрученных жил или волоконно-оптической проводки электромеханического кабеля.
2. Устройство по п. 1, в котором нескрученная жила является медной жилой.
3. Устройство по п. 1, в котором нескрученная жила дополнительно способна разрываться, когда напряжение в нескрученной жиле вызывает натяжение в нескрученной жиле, превышающее 0,02 %.
4. Устройство по п. 1, в котором кабель индикатора перенапряжения намотан винтообразно вокруг несущего элемента, расположенного вдоль длины секции электромеханического кабеля.
5. Устройство по п. 1, в котором кабель индикатора перенапряжения расположен в указанном слое кабельной проводки.
6. Устройство по п. 5, в котором слой кабельной проводки расположен внутри несущего элемента.
7. Устройство по п. 5, в котором, по меньшей мере, один кабель передачи данных и/или электроэнергии является одним из следующих видов: витая пара, скрученные три жилы, скрученные четыре жилы и волоконно-оптический кабель.
8. Устройство по п. 1, в котором электромеханический кабель является морской сейсмической косой.
9. Устройство по п. 1, в котором кабель индикатора перенапряжения содержит вторую нескрученную жилу.
10. Устройство по п. 1, дополнительно содержащее контрольное устройство, присоединённое к кабелю индикатора перенапряжения, при этом контрольное устройство способно определять, была ли разорвана нескрученная жила.
11. Устройство по п. 9 или 10, в котором контрольное устройство способно прикладывать напряжение к нескрученным жилам.
12. Устройство по п. 11, дополнительно включающее в себя:
первый разъём, содержащий резистор и расположенный в начале первой секции электромеханического кабеля;
второй разъём, содержащий резистор и расположенный в конце первой секции электромеханического кабеля;
третий разъём, содержащий резистор и расположенный в начале второй секции электромеханического кабеля; и
четвёртый разъём, содержащий резистор и расположенный в конце второй секции электромеханического кабеля;
при этом нескрученные жилы кабеля индикатора перенапряжения присоединены к первому разъёму и второму разъёму, второй разъём присоединен к третьему разъёму, а нескрученные жилы второго кабеля индикатора перенапряжения, расположенные во второй секции, присоединены к третьему разъёму и четвёртому разъёму таким образом, что резисторы первого, второго, третьего и четвёртого разъёмов находятся в параллельной цепи.
13. Способ для обнаружения состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле посредством использования устройства по п. 1, содержащий этапы, на которых:
прикладывают напряжение к указанной по меньшей мере одной нескрученной жиле в указанном кабеле индикатора перенапряжения;
измеряют, по меньшей мере, одну характеристику цепи, образованной указанной по меньшей мере одной нескрученной жилой и одним из следующих элементов: второй нескрученной жилой, несущим элементом и скрученной жилой;
сравнивают измеренную характеристику с расчетным значением для характеристики; и
в том случае, если измеренная характеристика отличается от расчетного значения для характеристики на значение, превышающее заданную величину, указывают, что в электромеханическом кабеле имеет место состояние перенапряжения.
14. Способ по п. 13, в котором характеристика является амперной нагрузкой или сопротивлением.
15. Способ по п. 14, в котором при сравнении измеренной характеристики с расчетным значением для этой характеристики дополнительно определяют, является ли измеренная амперная нагрузка меньше, чем расчетная амперная нагрузка.
16. Способ по п. 14, в котором при сравнении измеренной характеристики с расчетным значением для этой характеристики дополнительно определяют, является ли измеренное сопротивление выше, чем расчетное сопротивление.
17. Способ по п. 13, дополнительно содержащий этап, на котором определяют секцию электромеханического кабеля, для которой было указано, что имеет место состояние перенапряжения, с использованием измеренной характеристики, расчетного значения для характеристики, физического свойства цепи и количества секций в электромеханическом кабеле.
18. Способ по п. 17, в котором физическим свойством цепи является количество резисторов в цепи в каждой секции электромеханического кабеля.
19. Устройство для индикации перенапряжения в электромеханическом кабеле с кабельным слоем, содержащим по меньшей мере один кабель передачи данных и/или электроэнергии, включающий в себя скрученные жилы или волоконно-оптическую проводку, причем устройство включает в себя:
внешнюю оболочку, окружающую электромеханический кабель;
несущий элемент, расположенный по длине внутри электромеханического кабеля;
вспененный материал, расположенный внутри электромеханического кабеля;
компонент сейсмического датчика, расположенный внутри носителя датчика, находящегося внутри электромеханического кабеля;
кабель индикатора перенапряжения, содержащий по меньшей мере две нескрученных жилы, намотанных винтообразно вокруг несущего элемента внутри слоя кабельной проводки в электромеханическом кабеле, причем каждая нескрученная жила, содержащая медный провод, расположена внутри внешней изолирующей оболочки, при этом нескрученные жилы способны разрываться, когда натяжение в нескрученных жилах как больше, чем допустимая рабочая нагрузка для электромеханического кабеля, так и когда меньше, чем натяжение, необходимое для разрыва скрученных жил или волоконно-оптической проводки электромеханического кабеля;
первый разъём и второй разъём, расположенные внутри электромеханического кабеля, при этом один конец нескрученных жил присоединен к первому разъёму, а другой конец нескрученных жил присоединен ко второму разъёму; и
контрольное устройство, содержащее по меньшей мере один из приборов: амперметр и омметр, присоединённый к кабелю индикатора перенапряжения, причём контрольное устройство способно прикладывать напряжение к нескрученным жилам и определять, была ли повреждена одна из нескрученных жил, основываясь на измерениях амперметра или омметра, и указывать на возникновение состояния перенапряжения в электромеханическом кабеле, когда определено, что нескрученная жила повреждена.
