Область техники
Настоящее изобретение относится к области кабелей и, в частности, к кабелям, имеющим усиливающий элемент, изготовленный из синтетических волокон, относящихся к классу, известному как суперволокна. Более конкретно, настоящее изобретение относится к кабелям, имеющим усиливающий элемент, сформированный из синтетического суперволокна, которые легче тросов из стальной проволоки и рассчитанные на растягивающие нагрузки, выполненные с возможностью намотки на барабаны и лебедки и прохождения через шкивы и, дополнительно, с возможностью передавать сигналы данных и, при необходимости, электричество.
Уровень техники
Кабели, имеющие усиливающие элементы, сформированные из суперволокон, имеют преимущество по сравнению с традиционными тросами из стальной проволоки, заключающееся в том, что суперволоконные усиливающие элементы накапливают значительно меньше кинетической энергии по сравнению с тросами из стальной проволоки и, поэтому, значительно менее опасны при внезапном обрыве. Наоборот, тросы из стальной проволоки работают как пружины, накапливающие энергию, и при внезапном обрыве такого троса из стальной проволоки его концы отскакивают с огромной накопленной энергией, и иногда могут убить и искалечить членов экипажа и других лиц, находящихся рядом с тросом, и повредить оборудование.
Поэтому важно заменить тросы из стальной проволоки на кабели, в которых в их усиливающих элементах применяются суперволокна.
Другим преимуществом кабелей, в которых для их усиливающих элементов применяются суперволокна, по сравнению с тросами из стальной проволоки, является то, что кабели с усиливающим элементом из суперволокон не ржавеют и имеют меньший вес и в воздухе, и в воде, по сравнению с тросами из стальной проволоки. Меньший вес обусловливает применение менее громоздкого и менее дорогого оборудования и технических средств, а отсутствие ржавчины может увеличить срок службы и повысить безопасность при эксплуатации.
Однако, основной проблемой, ограничивающей применение кабелей с усиливающим элементом из суперволокон вместо тросов из стальной проволоки, заключается в том, что кабели с усиливающими элементами из суперволокон склонны к катастрофическому разрушению из-за не обнаруженного постоянного удлинения в конкретной области кабеля, поскольку такие кабели, применяемые для динамических задач, должны быть защищены оболочкой и, поэтому, их труднее проверять. Кроме того, поскольку они не ржавеют, трудно определить их остаточный срок службы. Если нет возможности отслеживать температуру внутри кабеля, а также его удлинение (удлинение также в этой отрасли известно как «деформация») троса или кабеля с усилителем из суперволокна, то невозможно точно спрогнозировать катастрофическое разрушение кабеля с усиливающим элементом из суперволокна. Как было указано выше, такое разрушение может привести к потере человеческой жизни или конечности, а также к повреждению оборудования.
Вышеописанные проблемы ограничивают принятие отраслью кабелей с усилителем из суперволокон вместо стальных тросов. Это является проблемой, поскольку стальные тросы продолжают убивать и калечить членов экипажа, когда кабели с усиливающим элементом из суперволокон не используются.
Таким образом, благодаря преимуществам в области безопасности и экономическим преимуществам кабелей с усиливающим элементом из суперволокон по сравнению со стальными тросами, понятно, что уже давно в отрасли имеется потребность в кабеле, который позволит непрерывно отслеживать его внутреннюю температуру и удлинение и/или ползучесть кабеля.
В некоторых предлагавшихся решениях этих проблем предлагалось формировать кабели с магнитами, расположенными в сердечнике, расположенном внутри синтетического усиливающего элемента. Эта концепция заключалась в использовании магнитов для отслеживания как нагрева, так и удлинения. Главная проблема этой концепции заключается в том, что проверка может осуществляться только на части кабеля, где расположено сенсорное оборудование, а не на любой длине вдоль всего кабеля. Поскольку нецелесообразно всегда использовать дистанционно управляемые подвижные устройства, которые имеют сенсорное оборудование для постоянного мониторинга длинных участков кабелей, которые могут иметь длину в тысячи метров, и могут находиться под водой, или крановый трос может постоянно двигаться, такие решения не нашли широкого распространения.
Специалистам в отрасли производства оптических кабелей, с которыми мы работали, известно, что для использования оптических кабелей для мониторинга удлинения или деформации или нагрева объектов, нужны по меньшей мере два оптических кабеля, при этом оптические волокна внедрены в объект и прочно контактирую с ним, и где другой оптический кабель находится в конфигурации «свободная трубка», что означает, что оптический кабель свободно расположен в трубке, а трубка внедрена в объект. Концепция заключается в том, что поскольку оптическое волокно, свободно расположенное в трубке, не подвергается какому-либо удлинению и/или деформации и/или напряжению, то можно его точно использовать для определения удлинения внедренного волокна, используя методы, хорошо известные в отрасли, включая показания рассеяния Бриллюэна (бриллюэновского рассеяния), где такие показания сравниваются между оптическим волокном в «свободной трубке» и оптическим волокном, прикрепленным к объекту, например, бетонной структурой, для определения удлинения прикрепленного оптического волокна и, таким образом, структуры, к которому это волокно прикреплено. Знания и тенденция в отрасли заключаются в том, чтобы при мониторинге удлинения удерживать оптические волокна как можно более прямыми. Предпринимались попытки отслеживать удлинение кабелей с синтетическими усиливающими элементами с помощью оптических волокон, расположенных внутри кабеля, но все такие попытки оказались неудачными. (Конфигурация «свободной трубки» для целей настоящего изобретения содержит любую конструкцию, в которой оптоволоконный проводник может свободно скользить относительно окружающих объектов, таких как другие компоненты структуры, не образующие оптоволоконный проводник, например, не являющиеся буерным слоем, охватывающим оптическое волокно или любой изоляцией, сформированной интегрально с оптоволоконным проводником; кроме того, конфигурация «свободной трубки» содержит любую конструкцию, где оптоволоконный проводник, включая буфер и/или изоляцию, сформированную интегрально с оптоволоконным проводником, может скользить относительно непосредственно окружающих объектов, таких, как, в случая кабеля или троса, волокна или нити сердечника кабеля или троса, или даже другие оптоволоконные проводники внутри кабеля или троса).
В предыдущей патентной публикации WO 2009/142766 А2 этого же заявителя, что и по настоящей заявке, предлагается не стальной выдерживающий натяжение кабель передачи сигналов данных и энергии, способный выдерживать очень высокие нагрузки. К сожалению, хотя это изобретение получило некоторое признание, особенно в отношении проводников, сформированных из металлической нити в кабелях сонаров, включенных в название этого изобретения, попытки включить оптическое волокно/оптоволоконные проводники не удались, поскольку оптоволоконные проводники рвались при первой попытке использовать кабель.
В попытках далее улучшить выносливость любых оптических волокон, включенных в кабели по вышеуказанной публикации, через несколько лет после этой нашей публикации мы предложили другие решения, описанные в нашей последующей международной публикации WO 2017/149553 А1. Хотя эти решения заметно улучшили разрешение сигнала металлических проводников, используемых в описанных там кабелях сонаров, попытки использовать оптическое волокно/оптоволоконные проводники в таких кабелях сонаров также не удались, поскольку, как было обнаружено, проводники также рвались при первом же использовании кабеля.
Таким образом понятно, что давно появившаяся потребность в кабеле, основным назначением которого является выдерживать высокие растягивающие нагрузки и который позволяет дистанционно и автоматически проверять его удлинение на всей длине кабеля и в любой конкретной зоне и/или на участке длины вдоль всей длины кабеля, продолжает оставаться неудовлетворенной.
Цели изобретения
Целью настоящего изобретения является создание конструкции кабеля с синтетическим усиливающим элементом, имеющего меньший вес по сравнению с тросом из стальной проволоки и способного выдерживать типичные разрушающие силы на барабанах, лебедках, шкивах и т.п., где кабель позволяет осуществлять мониторинг в реальном масштабе времени и температуры внутри кабеля, и удлинения на всей длине кабеля, а также в любой конкретной зоне и/или на участке длины вдоль всей длины кабеля.
Другой целью изобретения является создание конструкции кабеля с синтетическим усиливающим элементом, имеющего меньший вес по сравнению с тросом из стальной проволоки и способного выдерживать типичные разрушающие силы на барабанах, лебедках, шкивах и т.п., где кабель позволяет осуществлять мониторинг в реальном масштабе времени и температуры внутри троса, и удлинения на всей длине кабеля, а также в любой конкретной зоне и/или на участке длины вдоль всей длины кабеля, где кабель содержит оптические волокна, защищенные от разрушающих сил, встречающихся на барабанах, лебедках и шкивах, и синтетические усиливающие элементы, а также, при необходимости, силовые проводники, такие как коаксиальный кабель, расположенный внутри сердечника кабеля.
Другой целью настоящего изобретения является создания способа изготовления кабеля с синтетическим усиливающим элементом, имеющего меньший вес, чем трос из стальной проволоки и способного выдерживать типичные разрушающие силы на барабанах, лебедках, шкивах и т.п., где кабель позволяет в реальном масштабе времени вести мониторинг и температуры внутри кабеля, и удлинения кабеля, а также нагрузки на кабель, при этом кабель содержит оптические волокна и, при необходимости, силовые проводники, такие как коаксиальный кабель, расположенный внутри сердечника кабеля.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание способа определения и температуры внутри кабеля, и любого удлинения и/или деформации, возникающих в тросе с синтетическим усиливающим элементом, а также нагрузки на трос, где трос содержит оптические волокна, защищенные от разрушающих сил, возникающих на барабанах, лебедках и шкивах, и при этом при необходимости трос содержит силовые проводники, такие как коаксиальный кабель, расположенный внутри сердечника кабеля.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание кабеля передачи данных с усиливающим элементом из синтетических волокон, выполненного со возможностью наматываться на лебедку под натяжением и при гидравлических ударах, воздействующих на рыболовный траулер, который остается неповрежденным в течение коммерчески оправданного срока по меньшей мере в 24 календарных месяцев с даты первого использования и, более конкретно, который имеет более высокое разрешение сигнала и/или качество сигнала, передаваемого по оптическим волокнам, содержащемся в таком кабеле передачи данных, по сравнению с предыдущими не стальными кабелями передачи данных того же заявителя, описанными в WO 2009/142677 А2 и WO 2017/149553 А1, и, в частности, передающего сигналы с достаточно высоким качеством и разрешением, что позволяет использовать оборудование, способное различать разные породы рыбы, рыбную молодь и маломерную рыбу.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание кабеля передачи данных с усиливающим элементом из синтетических волокон, выполненного с возможностью наматываться на лебедку и оставаться неповрежденным при удлинении и гидравлических ударах, воздействующих, например, на рыболовные траулеры и суда сейсморазведки, в частности, имеющие водоизмещение более 100 тонн и даже более 3000 тонн.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание кабеля передачи данных с усиливающим элементом из синтетических волокон, выполненного с возможностью наматываться на лебедку при натяжении, превышающем 100 кг, и оставаться неповрежденным в течение коммерчески оправданного срок в 24 календарных месяца с даты первого применения на траулерах или судах сейсморазведки водоизмещением более 20 тонн.
Еще одной целью настоящего изобретения является создание не стального кабеля передачи данных, который не перекручивается при отпускании.
Другой целью настоящего изобретения является создание кабеля, способного наматываться на лебедку при натяжении, имеющего усиливающий элемент, сформированный предпочтительно из синтетических волокон и более легкого и менее склонного к отскоку по сравнению с тросом из стальной проволоки, имеющего высокое разрешение сигнала и/ или качество передаваемого сигнала по оптическому волокну, встроенному в трос, способного наматываться на лебедки и барабаны, а также, при необходимости, содержащего силовые проводники, такие как коаксиальный кабель, расположенный внутри сердечник кабеля.
Краткое описание изобретения
Настоящее изобретение основано на удивительном и неожиданном открытии, что путем полного помещения в кожух из твердого гибкого материала двух отдельных оптоволоконных проводников, один из которых выполнен с возможностью передавать по меньшей мере длины волн рассеяния Бриллюэна; а другой - выполнен с возможностью передавать длины волн комбинационного (или романовского) обратного рассеяния; причем каждый из двух отдельных оптоволоконных проводников сам сформирован в спираль, тем самым образуя двойную спираль из оптического волокна, и эта двойная спираль полностью заключена в оболочку из твердого гибкого материала, при этом оптоволоконные проводники не контактируют друг с другом так, чтобы образовать сердечник кабеля, образованный комбинацией (i) двух оптоволоконных проводников, где каждый из этих оптоволоконных проводников определяет спираль (и, предпочтительно, совместно оно определяют двойную спираль), и (ii) твердого гибкого материала внутри которого полностью заключены оптоволоконные проводники, расположенные спирально (и, предпочтительно, совместно определяющие двойную спираль), где тот же твердый гибкий материал, в который полностью заключены оптоволоконные проводники, также служит для поддержки внутреннего диаметра спиральной формы, образованной каждым оптоволоконным проводником (предпочтительно, этот же твердый гибкий материал образует стержень, вокруг которого проходит каждый спиральный оптоволоконный проводник, при этом такой стержень предпочтительно имеет овальное сечение, если смотреть в плоскости, перпендикулярной длинной оси стержня, но также имеющее овальную или эллиптическую форму), и используя сердечник кабеля как поддерживающий сердечник для (предпочтительно, полого оплетенного) усиливающего элемента, сформированного из полимерного материала и, предпочтительно, сформированного из суперволокон, который сформированы в полой оплетке вокруг сердечника кабеля, и, предпочтительно, где сердечник кабеля поддерживает естественную форму внутренней полости усиливающего элемента при удлинении, которое, например, является удлинением, подобным рабочей нагрузке кабеля или совпадающим с ней, что удивительно и вопреки знаниям специалистов в этой отрасли и температуру, и удлинение кабеля можно легко определять и отслеживать, и что удивительно, разрешение информации и/или сигналов данных, передаваемых по одному или обоим оптическим волокнам имеют значительно более высокое качество, чем в известных конструкциях тросов, рассчитанных в первую очередь не высокие растягивающие нагрузки, а также на передачу сигналов данных. Кроме того, используя сравнение отслеживаемых величин температуры, полученных с помощью опрашивающих длин волн, передаваемых по оптоволокну, передающему комбинационное обратное рассеяние, и с помощью опрашивающих длина волн, считываемых опросчиком, и которые являются длинами волн, передаваемых по оптоволокну, передающему рассеяние Бриллюэна, можно определить теплоту и удлинение оптических волокон и/или заранее определенных участков оптических волокон. Когда удлинение оптического волокна определено, то учитывая спиральную структуру оптического волокна, включая шаг спиральной структуры и внутренний диаметр спиральной структуры, можно определить удлинение кабеля, содержащего такую спиральную структуру, что позволяет определить, находится ли удлинение кабеля при конкретной нагрузке в приемлемых пределах, при этом нагрузку определяют с помощью датчиков нагрузки, соединенных с лебедкой, барабаном или другим оборудованием, в котором применяется этот трос, и если удлинение кабеля выходит за допустимые пределы, этот трос снимается с эксплуатации до катастрофического разрыва.
Кроме того, настоящее изобретение основано не удивительном и неожиданном открытии, что путем подвешивания внутри твердого гибкого материала минимум двух отдельных оптоволоконных проводников, где по меньшей мере один из оптоволоконных проводников способен передавать длины волн рассеяния Бриллюэна, а по меньшей мере другой из оптоволоконных проводников способен передавать длины волн комбинационного обратного рассеяния, и где каждый из по меньшей мере двух отдельных оптоволоконных проводников сформирован в спираль, тем самым образуя по меньшей мере двойную спираль оптических волокон,, где спираль, являющаяся по меньшей мере двойной спиралью полностью заключена в твердый гибкий материал так, чтобы сформировать сердечник кабеля, образованный комбинацией (i) минимум двух оптоволоконных проводников, где каждый оптоволоконный проводник образует спираль, и (ii) твердого гибкого материала, в котором подвешены (и полностью заключены) оптоволоконные проводники, каждый из которых свернут в спираль, и используя сердечник кабеля как поддерживающий сердечник для (предпочтительно полого оплетенного) усиливающего элемента, сформированного из полимерного материала и предпочтительно сформированного из суперволокон, которые сформированы в полую конструкцию оплетки вокруг сердечника кабеля и, предпочтительно, где сердечник кабеля поддерживает естественную форму внутренней полости усиливающего элемента при удлинении, которое, например, является удлинением, подобным рабочей нагрузке кабеля или совпадающим с ней, то температуру и удлинение кабеля можно легко определить и отслеживать и, неожиданно, разрешение информационных сигналов и/или сигналов данных, передаваемых по одному или по обоим из оптических волокон, имеет значительно более высокое качество, чем в известных конструкциях тросов, рассчитанных в первую очередь на высокие растягивающие нагрузки, а также на передачу сигналов данных.
Настоящее изобретение дополнительно основано на удивительном и неожиданном открытии, что осуществляя процесс производства высокопрочного кабеля передачи данных, который содержит новый этап создания дополнительной фиксации между сердечником, содержащим термопластичный материал, и оптоволоконным проводником (проводниками), закрученным спиралью вокруг сердечника, где такая дополнительная фиксация является дополнительной к любой фиксации, возникающей из того факта, что оптоволоконный проводник (проводники) соединены с сердечником, располагаясь спиралью вокруг сердечника, и путем создания дополнительной фиксации перед помещением термопластичного материала вокруг комбинации оптоволоконного проводника (проводников) и сердечника, вокруг которого проводник закручен спиралью, чтобы внедрить оптоволоконный проводник (проводники) в термопластичный материал, и/или между сердечником и термопластичным материалом; и при последующем формировании по меньшей мере слой оболочки усиливающего элемента из полимерного материала вокруг внедренного оптоволоконного проводника (проводников), проходящего спиралью вокруг сердечника, можно получить высокопрочных кабель передачи данных, имеющий очень высокое качество сигнала, что удовлетворяет давно испытываемую потребность отрасли.
Предпочтительно, сердечник, вокруг которого спирально навиты оптоволоконные проводники, сформирован из термопластичного материала и по меньшей мере его внешний слой сформирован из термопластичного материала, при этом, также предпочтительно, термопластичный материал, расположенный вокруг комбинации сердечника и оптоволоконных проводников, спирально навитых вокруг сердечника, является термопластичным материалом, создающим очень прочную связь с термопластичным материалом сердечника и, по меньшей мере, с термопластичным материалом, образующим внешний слой сердечника, например, образующим слой сердечника, с которым контактируют навитые спиралью оптоволоконные проводники. Идеально и предпочтительно, сформированная связь является неразделимой связью. Например, связь в идеале настолько прочна, что термопластичный материал, расположенный вокруг комбинации сердечника и навитых спиралью на него оптоволоконных проводников в твердой фазе нельзя отделить от термопластичного материала сердечника.
Еще более предпочтительно, термопластичный материал, расположенный вокруг комбинации сердечника и оптоволоконных проводников, спирально навитых вокруг сердечника, является термопластичным материалом, который образует очень прочную связь и, предпочтительно, неразделимую связь, и с (i) термопластичным материалом, образующим сердечник и по меньшей мере и особенно с термопластичным материалом, образующим внешний слой сердечника, и с (ii) оптоволоконными проводниками и/или внешним слоем и/или наружной поверхностью оптоволоконных проводников, например, из буферного материала изоляционного материала или другого материала, образующего внешний слой и/или наружный слой оптоволоконных проводников.
Таким образом, согласно одному аспекту настоящего изобретения предлагается высокопрочный кабель передачи данных, имеющий упрочняющий элемент и сердечник. Этот высокопрочный кабель передачи данных содержит отрезок сердечника кабеля, содержащий сердечник и по меньшей мере один оптоволоконный проводник, имеющий спиральную форму и полностью заключенный в твердый гибкий материал. Таким образом, по существу, этот по меньшей мере один оптоволоконный проводник расположен спирально вокруг сердечника.
В одном варианте высокопрочный кабель передачи данных заключен в оболочку из твердого гибкого материала и зажат и/или вставлен между: (а) слоем твердого гибкого материала, содержащим по меньшей мере поверхность сердечника и, в некоторых вариантах, весь сердечник от его центра до поверхности, и (b) слоем твердого гибкого материала, содержащим слой, который расположен снаружи от поверхности сердечника.
Слой твердого гибкого материала, содержащий по меньшей мере поверхность сердечника и слой твердого гибкого материала, содержащий слой, расположенный снаружи от поверхности сердечника, имеют идентичный состав и постоянно связаны друг с другом, что означает, что в некоторых вариантах слой, содержащий по меньшей мере поверхность сердечника и слой, расположенный снаружи от поверхности сердечника изготовлены из по существу или точно одного и того же материала.
В одном варианте высокопрочного кабеля передачи данных: (i) слой твердого гибкого материала, содержащий по меньшей мере поверхность сердечника; (ii) слой твердого гибкого материала, содержащий слой, расположенный снаружи от поверхности сердечника; и (iii) самый внешний слой, содержащий оптоволоконный проводник, постоянно связаны друг с другом. В некоторых вариантах все эти три слоя имеют идентичный состав и постоянно связаны друг с другом, что означает, что в некоторых вариантах они изготовлены из одного и того же материала или из идентичных материалов. В вариантах, содержащих эти три слоя, все они предпочтительно постоянно связаны друг с другом.
Твердый гибкий слой, расположенный снаружи от сердечника (т.е. окружающий оптоволоконный кабель) имеет толщину, измеряемую от самой внешней кромки оптоволоконного проводника до внешней поверхности этого слоя, и которая предпочтительно минимум в четверо превышает диаметр оптической трубки (22, 22А) оптоволоконного проводника и предпочтительно находится в диапазоне от четырех до двухсот диаметров оптической трубки оптоволоконного проводника.
В предпочтительном в настоящее время варианте изобретения высокопрочный кабель передачи данных содержит плавающий экран, где комбинация плавающего экрана и внешней поверхности твердого гибкого слоя 3, окружающего сердечник и оптические волокна, конформны стенке внутренней полости окружающего усиливающего элемента кабеля, и усиливающий элемент предпочтительно является полым оплетенным усиливающим элементом. В некоторых вариантах высокопрочного кабеля передачи данных интерфейс между твердым гибким слоем 3, окружающим сердечник, и поверхностью сердечника имеет форму, которая не конформна стенке внутренней полости усиливающего элемента. В некоторых таких вариантах интерфейс между твердым гибким слоем 3, окружающим сердечник, и поверхностью сердечника имеет форму, в которой отсутствуют углубления с выпуклой частью, если смотреть изнутри сердечника (например, наружу от сердечника).
В некоторых вариантах высокопрочный кабель передачи данных содержит множество оптоволоконных проводников, каждый из которых предпочтительно полностью заделан в твердый гибкий материал, образующий поверхность сердечника (или весь сердечник), и в твердый гибкий материал, образующий слой 3. Предпочтительно, внешняя поверхность оптоволоконных проводников не контактирует непосредственно с поверхностью других оптоволоконных проводников в любой точке на длине сердечника кабеля.
Согласно другому аспекту настоящего изобретения предлагается способ изготовления высокопрочного кабеля передачи данных, содержащий этапы, на которых:
(i) спирально навивают по меньшей мере один оптоволоконный проводник вокруг сердечника, содержащего термопластичный материал, который образует по меньшей мере поверхность сердечника;
(ii) далее, помещают дополнительный термопластичный материал вокруг комбинации сердечника и по меньшей мере одного оптоволоконного проводника, спирально навитого на сердечник, так, чтобы полностью покрыть оптоволоконный проводник термопластичным материалом;
(iii) далее дают термопластичному материалу отвертеть, тем самым формируя сердечник кабель (10);
(lv) далее вокруг сердечника кабеля формируют плавающий экран;
(v) далее, формируют оплетенный усиливающий элемент, содержащий синтетический материал, расположенный вокруг сердечника кабеля и оплетенный плавающим экраном; после чего подвергают полученный кабель натяжению и нагреву, достаточным для допущения постоянной деформации термопластичного материла, образующего слой, но не допуская нарушения структурной целостности слоя 3, в то же время допуская удлинение и уплотнение полученного кабеля и усиливающего элемента, содержащего этот полученный кабель;
(vi) далее, определяют, что требуемая степень удлинения и уплотнения полученного кабеля и упрочняющего элемента полученного кабеля достигнута, после чего охлаждают полученный кабель до температуры, при которой термопластичный материал, образующий слой 3, не может пластично деформироваться без разрушения структурной целостности слоя 3, тем самым получая постоянное удлинение и уплотнение усиливающего элемента, а также полученного кабеля и заставляя слой 3 в комбинации с плавающим экраном быть конформными со стенкой внутренней полости усиливающего элемента. Способ изготовления высокопрочного кабеля передачи данных отличается тем, что содержит следующие этапы, на которых:
a. создают сердечник, предпочтительно сердечник из термопластичного материала и предпочтительно имеющий внешний поверхностный слой, сформированный из термопластичного материала и, при необходимости, содержащий любые проводники и/или другие элементы внутри сердечника;
b. помещают по меньшей мере один или несколько оптоволоконный проводник в форме спирали, намотанной на внешнюю поверхность сердечника;
c. при необходимости, но наиболее предпочтительно, дополнительно фиксируют оптоволоконные проводники, которые образуют спираль вокруг сердечника, на сердечнике;
d. наносят дополнительный термопластичный материал вокруг комбинации сердечника и оптоволоконных проводников, спирально намотанных на сердечник, чтобы заключить оптоволоконные проводники между сердечником и этим термопластичным материалом;
e. формируют плавающий экран вокруг комбинации сердечника, оптоволоконных проводников, спирально навитых на сердечник, и термопластичного материала, расположенного вокруг комбинации сердечник и оптоволоконных проводников, спирально навитых на сердечник;
f. формируют предпочтительно оплетенный слой оболочки усиливающего элемента из полимерного материала вокруг плавающего экрана и элементов, содержащихся внутри него;
g. вокруг слоя оболочки усиливающего элемента помещают в текучем состоянии отверждаемый упругий клей, такой как многокомпонентную смесь полиуретана; и
h. формируют защитное покрытие вокруг оболочки усиливающего элемента и вещества упругого клея, таким образом формируя улучшенный высокопрочный легкий стойкий к разрушению волоконный кабель с высоким разрешением данных и с возможностью передавать электроэнергию по настоящему изобретению.
Наиболее предпочтительно, термопластичный материал сердечника и дополнительный термопластичный материал выбирают так, чтобы сформировать связь между (a) твердой фазой дополнительного термопластичного материала, и (b) твердой фазой термопластичного материала, образующего сердечник и/или по меньшей мере образующего внешний слой сердечника, настолько прочную, чтобы эти два термопластичных материала нельзя было разъединить. То есть, их нельзя чисто отломить один от другого, но любая попытка сделать это приведет к неравномерному излому, который не позволит получить структуру, имеющую исключительно дополнительный термопластичный материал и/или исключительно сердечник без какой-то части дополнительного термопластичного материала. Еще более предпочтительно, дополнительный термопластичный материал и термопластичный материал сердечника являются одним и тем же термопластичным материалом.
Еще более предпочтительно, дополнительный термопластичный материал образует прочное соединение с материалом, образующим внешний слой оптоволоконных проводников. Еще более предпочтительно, и термопластичный материал, образующий сердечник и/или образующий по меньшей мере поверхность сердечника, и дополнительный термопластичный материал образуют прочную связь с материалом, образующим внешний слой оптоволоконных проводников.
Далее, в отличие от предшествующего уровня техники, и против тенденции в области производства стойких к разрушению волоконных кабелей, способных передавать данные и электроэнергию, с синтетическими полимерными усиливающими элементами, т.е. от ранее предлагавшихся тем же заявителей кабелей, и перед выполнением этапа «g», на котором вокруг слоя оболочки усиливающего элемента помещают в текучем состоянии отверждаемый упругий клей, такой как многокомпонентную смесь полиуретана; и этапа «h», на котором формируют защитное покрытие вокруг оболочки усиливающего элемента и вещества упругого клея, кабель по настоящему изобретению, полученный вышеописанными этапами «a»-»f» и не имеющий защитного покрытия вокруг слоя защитной оболочки и слоя клея, приклеивающего такую оболочку с усиливающему элементу, можно растягивать в холодном состоянии. Например, его можно растягивать при температуре достаточно низкой, чтобы избежать плавления термопластичного материала. Полезным считается удлинение от 15 до 80 процентов от максимального предела прочности на разрыв слоя оболочки усиливающего элемента. Далее, кабель теперь можно оснастить защитной оболочкой, например, оплеткой, приклеиваемой к защитной оболочке усиливающего элемента упругим клеем. Или, альтернативно и при необходимости, а также перед этапами «g», на котором вокруг слоя оболочки усиливающего элемента помещают в текучем состоянии отверждаемый упругий клей, такой как многокомпонентную смесь полиуретана; и этапа «h», на котором формируют защитное покрытие вокруг оболочки усиливающего элемента и вещества упругого клея, последующие этапы включают горячее глубинное удлинение кабеля, сформированного на этапах «a»-«f», и при отсутствии защитного покрытия вокруг слоя оболочки усиливающего элемента и клеевого слоя, который приклеивает такой покрытие к слою оболочки усиливающего элемента, выполняют следующие операции:
(i) прилагают первое удлинение к слою оболочки усиливающего элемента и, таким образом ко всем элементам, находящимся внутри слоя оболочки усиливающего элемента (слой оболочки усиливающего элемента и все элементы, находящиеся внутри него, также известны как «кабель, находящийся в производстве»);
(ii) нагревают кабель, находящийся в производстве, по настоящему изобретению, при этом теплоту нагрева выбирают так, чтобы заставить термопластичный материал, расположенный внутри кабеля, находящегося в производстве, по настоящему изобретению, перейти в расплавленное, т.е., полужидкое состояние. При необходимости и как было экспериментально определено, в отличие от предшествующего уровня техники и против существующей в отрасли тенденции, температуру нагрева можно выбирать и применять так, чтобы расплавленного состояния достигала только часть сердечника, особенно, чтобы расплавленного состояния достигала та часть сердечника, которая расположена наиболее близки к внешней части находящегося в производстве кабеля, а часть сердечника, расположенная ближе к продольной центральной оси не могла перейти в фазу расплава. Этого можно достичь, регулируя и температуру, и продолжительность нагрева, например, пропуская находящийся в производстве кабель через печь, в которую подается тепловая энергия, регулируя теплоты, средство подачи теплоты, например, тепловое излучение с вдуванием воздуха или нагретого пара или без него, а также скорость движения кабеля через печь и длину печи, пока экспериментально не будет получена технология и/или формула для конкретных диаметра и конструкции находящегося в производстве кабеля, которые позволяют плавить только те части термопластика в кабеле, которые находятся ближе к внешней части кабеля, в то же время не плавя или не допуская перехода в фазу расплава тех частей термопластика, которые расположены ближе к центральной продольной оси кабеля. Таким образом, например, во время обработки кабеля сердечник 1 может оставаться твердым, а дополнительный термопластичный слой 3 может перейти в фазу расплава.
(iii) растягивают слой оболочки усиливающего элемента находящегося в производстве кабеля так, чтобы удлинить полый оплетенный слой оболочки усиливающего элемента и структуры, находящиеся внутри полого оплетенного слоя оболочки усиливающего элемента (такие как спиральные оптические волокна) на заранее определенную величину, то есть не величину, которая не приводит к разрыву оптоволоконных проводников и которое также снимает конструктивное удлинение со слоя оболочки усиливающего элемента, в то же время уменьшая его диаметр и диаметр находящегося в производстве кабеля.
(iv) определяют, достигнута ли требуемая величина удлинения, предпочтительно заранее определенная величина удлинения по меньшей мере слоя оболочки усиливающего элемента.
{v) охлаждают слой оболочки усиливающего элемента и элементы, содержащиеся в нем, предпочтительно поддерживая удлинение слоя оболочки усиливающего элемента и, тем самым также поддерживая удлинение элементов, содержащихся в нем, т.е., внутри находящегося в производстве кабеля, до тех пор, пока термопластичный материал, содержащийся в слое оболочки усиливающего элемента не перейдет в твердую фазу и комбинация элементов, содержащихся внутри слоя оболочки усиливающего элемента не примет форму, которая соответствует и адаптирована к естественной форме стенок, образованных внутренней полостью. полого оплетенного усиливающего элемента, и предпочтительно, но при необходимости, так, чтобы в результате оптические проводники, находящиеся внутри охлажденного находящегося в производстве кабеля сократились или уменьшили свою длину на приблизительно 0,5% или меньше, но эта величина может быть и большей;
(vi) наносят любые другие изделия или вещества на внешнюю поверхность слоя оболочки усиливающего элемента, такие как полиуретан в текучем состоянии или другие упругие клеящие вещества; после чего
(vii) пока упругое клеящее веществе все еще находится в текучем состоянии (если такое вещество было выбрано для использования) формируют защитное покрытие вокруг слоя оболочки усиливающего элемента, и слоя упругого клеящего вещества и/или других изделий, расположенных снаружи слоя оболочки усиливающего элемента, тем самым формируя улучшенный кабель передачи данных с высоким разрешением и усиливающим элементом из синтетических волокон по настоящему изобретению.
Таким образом, согласно первому объекту настоящего изобретения создан синтетический трос или кабель, имеющий поддерживающий сердечник, содержащийся во внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента, причем поддерживающий сердечник имеет форму, адаптированную к внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента, при этом поддерживающий сердечник заключен в оболочку внутри плавающего экрана, причем полый плетеный синтетический усиливающий элемент выполнен вокруг комбинации поддерживающего сердечника и плавающего экрана, в котором заключен указанный сердечник, при этом плавающий экран выполнен из переплетенных жил оплетки и представляет собой полую плетеную конструкцию, и полый синтетический усиливающий элемент выполнен из переплетенных жил оплетки, причем каждая жила оплетки, образующая плетеный плавающий экран, образована из, по меньшей мере, двух волокон.
Предпочтительно, каждое из, по меньшей мере, двух волокон имеет скрученную конструкцию.
Предпочтительно, каждое из, по меньшей мере, двух волокон имеет сплющенную форму.
Предпочтительно, все волокна, образующие указанную жилу, образованную из, по меньшей мере, двух волокон, имеют одинаковое направление укладки.
Предпочтительно, жилы, образующие полый плетеный плавающий экран, содержат угол оплетки, жилы, образующие полый плетеный усиливающий элемент, содержат угол оплетки, и жилы, образующие плавающий экран, содержат угол оплетки, который отличается от угла оплетки, образованного жилами, образующими усиливающий элемент.
Предпочтительно, угол оплетки жил, образующих плавающий экран, дополнительно имеет большее значение по сравнению с углом оплетки жил, образующих усиливающий элемент.
Предпочтительно, угол оплетки жил, образующих плавающий экран, составляет меньше шестидесяти пяти градусов.
Предпочтительно, угол оплетки жил, образующих плавающий экран, находится в диапазоне от шестидесяти градусов до десяти градусов.
Согласно второму объекту настоящего изобретения создан синтетический трос или кабель, имеющий поддерживающий сердечник, имеющий форму, адаптированную к внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента, причем поддерживающий сердечник заключен в оболочку внутри плавающего экрана, при этом плетеный синтетический усиливающий элемент образован вокруг комбинации плавающего экрана и поддерживающего сердечника, который заключен в оболочку внутри плавающего экрана, причем плавающий экран выполнен из переплетенных жил оплетки и представляет собой полую плетеную конструкцию, и полый синтетический усиливающий элемент выполнен из переплетенных жил оплетки, отличающийся тем, что жилы оплетки, образующие плавающий экран, имеют угол оплетки, который отличается от угла оплетки жил оплетки, образующих синтетический усиливающий элемент.
Предпочтительно, угол оплетки жил, образующих плавающий экран, дополнительно имеет большую величину, по сравнению с углом оплетки жил, образующих усиливающий элемент.
Предпочтительно, угол оплетки жил, образующих плавающий экран, составляет менее шестидесяти пяти градусов.
Предпочтительно, угол оплетки жил, образующих плавающий экран, находится в диапазоне от шестидесяти градусов до десяти градусов.
Предпочтительно, плетеные жилы, образующие плетеный плавающий экран, содержат жилу, образованную из, по меньшей мере, двух волокон.
Предпочтительно, каждое из, по меньшей мере, двух волокон имеет скрученную конструкцию.
Предпочтительно, каждое из, по меньшей мере, двух волокон имеет сплющенную форму.
Предпочтительно, все волокна, образующие указанную жилу, образованную из, по меньшей мере, двух волокон, имеют одинаковое направление укладки.
Сформированный таким образом высокопрочный кабель передачи данных по настоящему изобретению обеспечивает значительно более высокое качество и/или разрешение сигнала данных по сравнению с известными высокопрочными кабелями передачи данных, что позволяет использовать находящееся в настоящее время в разработке оборудование, позволяющее определить породу рыб, различать размеры рыб, которое на может использоваться, например, с известными кабелями передачи данных, что позволяет уводить рыболовные снасти от нецелевых рыб и от молодой и маломерной рыбы, что позволяет улучшить здоровье рыбных ресурсов и морских млекопитающих и морских птиц, а также зависящих от них рыболовецких сообществ и достичь целей настоящего изобретения.
Обладая описанными преимуществами, предлагаемый не стальной высокопрочный кабель передачи данных отвечает давно существующей потребности отрасли.
Эти и другие признаки, цели и преимущества изобретения будут понятны или очевидны специалистам из нижеследующего подробного писания предпочтительных вариантов, проиллюстрированных на приложенных чертежах.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1 - вид в перспективе одного варианта высокопрочного кабеля передачи данных согласно настоящему изобретению;
Фиг. 2, 3 и 4 - производственные этапы формирования сердечника 10 высокопрочного кабеля передачи данных согласно настоящему изобретению;
Фиг. 3А - сечение по линии 3А с фиг. 3;
Фиг. 4А - сечение по линии 4А с фиг. 4;
Фиг. 5 - вид сбоку сердечника 10 с фиг. 4 высокопрочного кабеля передачи данных с фиг. 1, причем спиральные оптоволоконные проводники 2 и первый усиливающий элемент 8 полностью заключены в термопластичный материал 1, 3 и, следовательно также полностью заключены в сердечник 10, как показано пунктирными линиями показывающими скрытые объекты;
Фиг. 6 - сечение по линии 6 с фиг. 1;
Фиг. 7 - вод сбоку, иллюстрирующий профиль сердечника 10 после завершения этапов нагрева и удлинения высокопрочного кабеля передачи данных (эти этапы выполняются перед нанесением внешнего покрытия 7 и клеевого слоя 6); причем слой 5 оболочки усиливающего элемента и уплотняющая оболочка 4 на чертеже не показаны для иллюстрации сердечника 10, и где части оптоволоконных проводников 2, заключенные в сердечник 10, показаны штриховыми линиями;
Фиг. 8 - сечение высокопрочного кабеля передачи данных с фиг. 1, по линии 6 с фиг. 1, иллюстрирующий разные слои высокопрочного кабеля 20 передачи данных, причем собранный высокопрочный кабель передачи данных был нагрет и растянут перед нанесением клеевого слоя 6 и финального внешнего покрытия 7;
Фиг. 9 и 9А - виды в перспективе, соответственно, альтернативного варианта высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, где показаны его различные слои, где в сердечник 1 и кабель-сердечник 10 включен коаксиальный кабель;
Фиг 10 - сечение альтернативного высокопрочного кабеля передачи данных с фиг. 9 и фиг. 9А, по линии 10 с фиг. 9 и 9А, иллюстрирующее различные слои готового собранного высокопрочного кабеля 20 передачи данных, причем собранный готовый высокопрочный кабель передачи данных подвергался нагреву и удлинению перед нанесением клеевого слоя 7 и финального внешнего покрытия 7;
Фиг. 11 - вид сбоку высокопрочного кабеля передачи данных согласно настоящему изобретению, иллюстрирующий разные его слои, причем отрезок каждого оптоволоконного проводника 2 оторван от кабеля-сердечника 10, что приводит к разрыву слоя 3 и слоя 1, при этом материал слоя 1 и слоя 3 приклеен к внешнему буферному/изолирующему слою оптоволоконных проводников с силой приклеивания, достаточной для того, чтобы по меньшей мере часть материала слоя 1 отсоединялась от остального материала слоя 1 и оставалась прикрепленной к буферному/изолирующему слою оптоволоконного проводника 2 во время и после отрывания части оптоволоконного проводника 2 от слоя 3 и, тем самым от кабеля-сердечника 10, образуя тем самым канавки в кабеле-сердечнике 10, который были заняты комбинацией оптоволоконного проводника 2 и частью материала, образующего слой 1 и слой 3);
Фиг. 12 - сечение одного типа оптоволоконного проводника 2, применяемого для примера в высокопрочном кабеле передачи данных согласно настоящему изобретению, если смотреть в плоскости, лежащей перпендикулярно длинной оси оптоволоконного проводника 2 и показывающее различные слои и признаки, составляющие оптоволоконный проводник 2: сердечник 41, оболочку 43 и буфер 45 (буфер 45 также известен как «буферный слой» и/или как «покрытие», «оболочка» или «изоляция»). Для целей настоящего изобретения комбинация сердечника 41 и оболочки 43, содержащаяся в любом оптоволоконном проводнике, применяемом при формировании любого варианта высокопрочного кабеля передачи данных согласно настоящему изобретению, образует узел, известный как «оптическая трубка», показанная на фиг. 12 позицией 22. Для целей настоящего изобретения наибольшая ширина любой оптической трубки, применяемой в оптоволоконном проводнике, используемом при формировании высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, здесь определяется как диаметр оптической трубки и определяется измерением расстояния вдоль воображаемой прямой пересекающей сечение оптической трубки на ее наибольшей ширине, как показано на фиг. 12 воображаемой прямой 33;
Фиг. 13 - сечение другого типа оптоволоконного проводника, применяемого для примера в высокопрочном кабеле передачи данных по настоящему изобретению, если смотреть в плоскости, лежащей перпендикулярно длинной оси оптоволоконного проводника и показывающее различные слои и признаки оптоволоконного проводника. Оптоволоконный проводник с фиг. 13 содержит такие же слои и признаки, что и оптоволоконный проводник по фиг. 12, включая: сердечник 41А, оболочку 43А и буфер 45 (буфер 45 также известен как «буферный слой» и/или как «покрытие», «оболочка» или «изоляция»), за исключением того, что оптоволоконный проводник по фиг. 13 дополнительно содержит дополнительный слой 47 оболочки, который также известен как «внешняя оболочка» и/или «слой внешней оболочки», следовательно слой 43А также известен как «внутренняя оболочка» и/или «слой внутренней оболочки». Для целей настоящего изобретения «оптическая трубка» оптоволоконного проводника по фиг. 13 и любой оптоволоконный проводник, используемый для формирования высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, также формируется комбинацией сердечника и оболочки (которая в случае оптоволоконного проводника по фиг. 13 включает внешнюю и внутреннюю оболочки 43А и 47), как показано позицией 22А. Для целей настоящего изобретения наибольшая ширина любой оптической трубки, применяемой в оптоволоконном проводнике, используемом при формировании высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, здесь определяется как диаметр оптической трубки и определяется измерением расстояния вдоль воображаемой прямой пересекающей сечение оптической трубки на ее наибольшей ширине, как показано на фиг. 13 воображаемой прямой 33А.
Фиг. 14 - сечение альтернативного кабеля-сердечника согласно настоящему изобретению в плоскости, находящейся перпендикулярно длинной оси этого альтернативного кабеля-сердечника.
Подробное описание изобретения
На фиг. 1 показан высокопрочный кабель 20 передачи данных согласно настоящему изобретению, содержащий: сердечник 1, содержащий термопластичный материал т соединенный с первым усиливающим элементом 8 (см. также фиг. 2); по меньшей мере один и предпочтительно несколько оптоволоконных проводников 2, спирально навитых на сердечник 1 (см. также фиг. 3), которые могут быть оптоволоконными проводниками любого типа, хотя неожиданно предпочтительным был найден одномодовый оптоволоконный проводник; дополнительный термопластичный слой 3 окружает спирально навитые оптоволоконные проводники, расположенные между слоем 3 и внешней поверхностью сердечника 1 (см. также фиг. 4); плавающий экран 4; слой 5 оболочки усиливающего элемента, упругий клеевой слой 6 и защитное внешнее покрытие 7.
Сердечник 1 предпочтительно сформирован из термопластичного материала. Однако, сердечник 1 может содержать металлические и/или другие проводники (не показанные на фиг. 1) и/или другие элементы (не показанные на фиг. 1), расположенные внутри сердечника, такие как коаксиальный силовой и/или информационный кабель (см. элементы, обозначенные позициями 21, 22 и 23 на фиг. 9, 9А, 10 и 11, на которых показан внутренний сердечник 1 коаксиального кабеля); и/или оплетенный проводник из медных нитей и/или электромагнитный экран, как показано в ранних публикациях того же заявителя, упомянутых выше. Любая часть сердечника 1, не занятая изделиями, необходимыми для производства и/или функционирования высокопрочного кабеля передачи данных, предпочтительно сформирована из термопластичного материала. Независимо от конструкции сердечника 1, внешний поверхностный слой сердечника 1 сформирован из термопластичного материала и имеет толщину в диапазоне от приблизительно 0,5 мм до приблизительно 4 мм, предпочтительно, от приблизительно 1,5 мм до приблизительно 4 мм перед любыми этапами удлинения.
Предпочтительно, для все вариантов высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению: сердечник 1 имеет круглое сечение (хотя, менее предпочтительно, он моет иметь овальное, квази-овальное, квази-круглое или эллиптическое сечение); и когда сердечник 1 имеет круглое сечение, его диаметр предпочтительно в 32-264 раза, и предпочтительно, в 40-64 раза больше диаметра оптической трубки оптоволоконного проводника, используемого при формировании высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению. Неожиданно оказалось, что такие варианты обеспечивают более высокое разрешение передаваемых данных, в отличие от известного уровня техники и тенденций в отрасли, как показано в примерах в наших предшествующих опубликованных заявках на патент. Когда сердечник 1 имеет не идеально круглое сечение, диаметр сердечника 1 измеренный как диаметр на сечении наибольшей ширины, предпочтительно имеет величину, входящую в указанные диапазоны.
В особенно предпочтительном варианте высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, сердечник 1 предпочтительно непосредственно соединен с первым усиливающим элементом 8. Этого можно достичь, формируя сердечник 1 вокруг первого усиливающего элемента 8, например, экструдируя термопластичный стержень, вокруг первого усиливающего элемента 8 (см. фиг. 2) или альтернативно, экструдируя термопластичный стержень для формирования сердечника 1, с последующей оплеткой полой оплеткой, расположенной вокруг термопластичного стержня, полого оплетенного многожильного первого усиливающего элемента 8, как это можно сделать на известной оплеточной машине. В настоящее время предпочтительно, чтобы сердечник 1 был сформирован вокруг первого усиливающего элемента 8, как показано на фиг. 1 и 2, и чтобы первый усиливающий элемент 8 не контактировал с поверхностью сердечника 1. В настоящее время предпочтительно использовать усиливающий элемент, способный сохранять свою целостность при температурах до 120°C, предпочтительно до 200°C, и особенно при температурах до 270°C, например, из арамидных нитей или витых полиэфирных нитей. В настоящее время предпочтительно не формировать усиливающий элемент из термопластичного материала.
Однако, и альтернативно, со ссылками на фиг. 9-11, где показан альтернативный вариант высокопрочного кабеля передачи данных по фиг. 1, где в сердечник 1 включен узел коаксиального кабеля, показанный позициями 21, 22 и 23, когда желательно внедрить в сердечник 1 металлический проводник, то первый усиливающий элемент 8 может находиться внутри оплетенного металлического проводника 21, и комбинация оплетенного металлического проводника 21 и первого усиливающего элемента 8 может непосредственно соединяться с сердечником 1, предпочтительно путем экструзии термопластичного слоя 22 вокруг комбинации оплетенного металлического проводника 21 и первого усиливающего элемента 8 так, чтобы сформировать стержень, определяющий сердечник 1. Далее, электромагнитный экран 23 можно сформировать вокруг внешней поверхности термопластичного слоя 22, например, укладывая слоями медные нити в двух противоположных направлениях, и электромагнитный экран 23 моет служить проводником и/или проводящим контуром, а затем вокруг электромагнитного экрана можно сформировать термопластичный слой, образующий внешнюю поверхность сердечника 1.
Оптоволоконные проводники, используемые для формирования любого высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, предпочтительно имеют буферный слой, расположенный снаружи оболочки, где такой буферный слой имеет достаточную толщину и сформирован из достаточно стойкого к истиранию материала, который может выдерживать истирание, встречающееся в процессе производства, без отхода в любом положении от внешней поверхности оболочки, и который выдерживает температуры до 200°C, более предпочтительно 250°C и еще более предпочтительно 270°C. Кроме того, если такой буферный слой состоит из материала, являющегося смесью материалов, в которой один материал смеси является тем же термопластичным материалом, который используется для формирования слоев 1 и/или 3, при этом предпочтительными являются полиэтилен или нейлон, в настоящее время предпочтительной является комбинация силикона с термопластичным материалом. Пример такого буферного слоя обозначен позицией 45 на фиг. 12 и 13.
На фиг. 5 позицией 19 показан шаг спирали оптоволоконных проводников, навитых вокруг сердечника 1. Оптоволоконные проводники предпочтительно навиты вокруг сердечника 1 с шагом, который в 160-480 раз, предпочтительно в 336-480 раз больше диаметра оптической трубки по меньшей мере для одного и предпочтительно для всех оптоволоконных проводников, сформированных в высокопрочном кабеле передачи данных.
Далее, как показано на фиг. 5, в любом варианте высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению дополнительный термопластичный слой 13 предпочтительно сформирован так, чтобы полностью покрывать внешние поверхности 15 оптоволоконных проводников 2 и слой 13 термопластичного материала имеет толщину, выбранную так, чтобы после окончательного изготовления высокопрочного кабеля передачи данных оптоволоконные проводники оставались внедренными в термопласт даже после того, как комбинация кабеля-сердечника 10, заключенного в уплотняющую оболочку 4, при необходимости, но предпочтительно, была деформирована удлинением при нагреве, как указано в настоящем описании, чтобы быть конформной и поддерживать внутреннюю полость усиливающего элемента 5 (фиг. 8).
Далее, как показано на фиг. 5, в любом варианте высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, расположенный вокруг сердечника и оптоволоконных проводников, спирально навитых на сердечник, слой 3 дополнительного термопластичного материала имеет толщину, измеренную от внешней кромки 15 оптоволоконного проводника до поверхности 17 слоя 3 кабеля-сердечника 10, которая минимум в четыре раза, и может быть в диапазоне 4-66 раз больше диаметра оптической трубки этого оптоволоконного проводника. Другими словами, для любого высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, предпочтительно, толщина того участка дополнительного термопластичного слоя 3, который расположен снаружи от внешней кромки 15 буферного слоя 45 оптоволоконного проводника, образующего высокопрочный кабель передачи данных, имеет толщину в диапазоне 4-66 диаметров оптической трубки этого оптоволоконного проводника.
Уплотняющая оболочка 4 может быть любым слоем, который останавливает и/или в основном останавливает протекание расплавленных (т.е., «полужидких») фаз термопластичного материала сквозь эту оболочку. Хотя существуют различные возможные и способы изготовления такой уплотняющей оболочки, предпочтительно такая уплотняющая оболочка формируется путем плетения оболочки из волокон и/или нитей, имеющих температуру размягчения и/или температуру плавления выше, чем у термопластичного материала, из которого выполнен кабель-сердечник 10, содержащий сердечник 1 и внешний термопластичный слой 1. Предпочтительный в настоящее время уплотняющая оболочка сформирована путем плетения вокруг кабеля-сердечника полой плетеной оболочки из полиэфирных волокон или нитей так, чтобы расплавленные фазы термопластичного материала, находящиеся внутри уплотняющей оболочки, в данном случае, термопластичного материала, из которого изготовлен кабель-сердечник 10, не пропускались или почти не пропускались сквозь уплотняющую оболочку. Специалистам в области производства кабелей и тросов известно, что при формировании защитной плетеной оболочки и/или покрытия, предназначенной служить барьером, то угол оплетки нитей, образующих защитную оболочку, составляет от 65 градусов и больше, и особенно в диапазоне от 65 до 85 градусов, и что чем больше угол оплетки, тем более непроницаемой становится сформированная плетеная оплетка и/или покрытие.
Однако, неожиданно было обнаружено, что повышенная долговечность готового кабеля передачи данных по настоящему изобретению обеспечивается путем формирования плетеной уплотняющей оболочки, где угол нитей и/или волокон, образующих уплотняющую оболочку меньше 65 градусов и, более предпочтительно, 60-10 градусов. Однако, не являясь предпочтительным в настоящее время, угол оплетки уплотняющей оболочки может быть больше 60 градусов, но в настоящее время это не является предпочтительным (следует понимать, что «угол оплетки» плетеной оболочки и/или плетеного усиливающего элемента это угол, угол между (i) одной нитью оплетки, сходящей с катушки оплеточной машины, и (ii) продольной осью готовой оплетаемой структуры. Например, как показано на фиг. 9А, угол оплетки полого плетеного усиливающего элемента 5 - это угол между (i) воображаемой прямой 71, которая соосна с длинным размером нитей 73 оплетки, образующей усиливающий элемент 5, и воображаемой прямой 75, соосной с готовым сформированным плетеным усиливающим элементом 5).
Кроме того, неожиданно было обнаружено, что когда уплотняющую оболочку формируют из волокон или жил, то срок службы кабеля передачи данных по настоящему изобретению увеличивается, когда каждая жила, образующая плетеный уплотняющую оболочку является жилой, сформированной по меньшей мере из двух волокон и каждое волокно имеет скрученную конструкцию, и когда степень скручивания такова, что волокно легко сжимается в сплющенное состояние (т.е. его ширина больше чем высота и/или выпуклость), когда жилы оплетки сформированные из по меньшей мере двух волокон, прижаты к слою 3 кабеля-сердечника 10 во время формирования плетеной уплотняющей оболочки вокруг слоя 3. Сплющенный или ленточные или пленочные жилы и/или волокна можно использовать для формирования каждой жилы оплетки, образующей уплотняющую оболочку 4 при условии соблюдения вышеуказанного диапазона углов. Неожиданно и в отличие от предшествующего уровня техники, было обнаружено, что долговечность уплотняющей оболочки и, следовательно, самого кабеля увеличивается, когда угол оплетки плетеной уплотняющей оболочки не совпадает с углом оплетки усилительного элемента 5, и когда угол оплетки уплотняющей оболочки превышает угол оплетки усиливающего элемента 5. Однако, менее предпочтительно, эти два угла оплетки могут быть одинаковы, или угол оплетки уплотняющей оболочки может иметь меньшую величину, но в настоящее время это не является предпочтительным.
Когда требуется реализовать дополнительный, но не предпочтительный вариант высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, формируя этот высокопрочный кабель передачи данных, опуская этапы нагревания кабеля до достижения термопластическим материалом в сердечнике 1 и/или слое 3 фазы расплава, что противоречит предшествующему уровню техники и тенденциям в отрасли, то уплотняющая оболочка можно не формировать и, таким образом, эта уплотняющая оболочка не обязательна в таких вариантах, что также отличается от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли.
Слой 5 оболочки усиливающего элемента предпочтительно сформирован из суперволокон, например, из высокомодульного полиэтилена и, когда выбирается вариант теплового удлинения высокопрочного кабеля передачи данных при температуре фазового перехода термопластического материала, он предпочтительно формируется с помощью 24-жильной оплеточной машины так, чтобы изготовить 24-жильной плетеный слой 5 оболочки усиливающего элемента, особенно, например, оплетку конструкции «2×24», еще более предпочтительно, оплетку конструкции «3×24». 24-жильная полая конструкция для усиливающего элемента не соответствует предшествующему уровню техники и тенденциям в отрасли, где применяются 12-нитевые оплеточные машины для изготовления 12-нитевого плетеного слоя 5 оболочки усиливающего элемента. Если принимается решение о нагреве и удлинении высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению, этот этап выполняют до нанесения слоя 6 упругого клея и внешнего покрытия 7, и выполняют так, чтобы комбинация внешнего слоя 3 кабеля-10 сердечника и уплотняющей оболочки 4, окружающего кабель-сердечник 10, деформировалась для адаптации к внутренней полости полого плетеного усиливающего элемента (а кабель-сердечник 10 получил волнистый профиль, если смотреть в плане, см. фиг. 7), но наиболее предпочтительно, не деформируя слой термопластичного материала на внешней части сердечника 1 и вокруг которого спирально намотаны оптоволоконные проводники (см. фиг. 8), что можно определить, формируя внешний слой термопластичного материала сердечника 1 из материала другого цвета, чем цвет слой 3 термопластичного материала, и определяя, деформирован или нет их интерфейс в результате нагрева и удлинения. Цель состоит в том, чтобы снять конструктивное удлинение и вызвать уплотнение усиливающего элемента без деформирования сердечника 1, что отличается от предшествующего уровня техники и тенденции в отрасли, примером чему являются наши предыдущие заявки на патент, где оптоволоконные проводники впрессовывались в сердечник 1 в результате этапов удлинения и/или нагрева и удлинения.
Упругий клеевой слой 6 является полиуретаном, например, полиуретановой смесью двух или более компонентов, который предпочтительно наносится, когда он находится в текучем состоянии, на внешнюю поверхность слоя оболочки усиливающего элемента непосредственно перед формированием защитного покрытия 7, вокруг слоя оболочки усиливающего элемента. В результате упругий клеевой слой 6 связывает слой оболочки усиливающего элемента с защитным покрытием.
Производственные процессы
Способ производства высокопрочного кабеля передачи данных согласно настоящему изобретению, содержит этапы, на которых:
(a) Этап 1: создают гибкий сердечник 1 из твердого материала (см. фиг. 2) и, предпочтительно, сердечник 1 соединен с первым усиливающим элементом 8, расположенным внутри сердечника 1 и в его центре, как показано на фиг. 1 и 2. Сердечник 1 содержит гибкий твердый термопластичный материал и, когда он не содержит других элементов помимо первого усиливающего элемента 8, и предпочтительно, в дополнение к первому усиливающему элементу 8 содержит только гибкий твердый термопластичный материал (сам первый усиливающий элемент 8 в идеале сформирован из не термопластичного материала, как описано выше). Сердечник 1 предпочтительно имеет форму кабеля и/или стержня круглого сечения или форму удлиненного объекта круглого сечения, если смотреть в плоскости, перпендикулярной продольной оси сердечника 1. Важно, какие бы элементы не были при необходимости включены в сердечник 1, такие как, например, металлический проводник электроэнергии, сердечник 1 имеет внешнюю поверхность, сформированную из гибкого твердого термопластичного материала.
(b) Этап 2: помещают по меньшей мере один или несколько волоконно-оптических проводников 2 спирально вокруг внешней поверхности сердечника (см. фиг. 3). Этот этап может выполняться с помощью намоточной машины, например, машины, которая вращается вокруг центральной точки с одной или более катушкой, или бобиной, где на каждой катушке намотан оптоволоконный проводник. Гибкий сердечник 1, например, сматываемый с подающей катушки и наматываемый на приемную катушку предпочтительно с направляющими, удерживающими сердечник 1 через центральную точку намотки намоточной машины, проходящими вдоль центральной оси намоточной машины. Принимаются меры к тому, чтобы оптоволоконные проводники сматывались с бобин и/или катушек в направлении, перпендикулярном или по меньшей мере почти перпендикулярном продольной оси бобин и/или катушек, так, чтобы на оптоволоконные проводники не передавалось вращение. Оптоволоконные проводники и, таким образом, катушки и/или бобины, разнесены друг от друга на одинаковое расстояние (см. фиг. 3А) и оптоволоконные проводники наматываются и размещаются на термопластичную поверхность сердечника 1 (см. также фиг. 3А). Например, если применяется четыре оптоволоконных проводника, имеется четыре катушки и/или бобины, разнесенные на 90 градусов. Если применяется три оптоволоконных проводника, имеется три катушки и/или бобины, разнесенные на 120 градусов. Если применяется два оптоволоконных проводника, имеется две катушки и/или бобины, разнесенные на 180 градусов. Когда для формирования высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению применяется только один оптоволоконный проводник, то предпочтительно на сердечнике 1 также спирально размещается жила и/или нить и/или волокно, не являющееся оптоволоконным проводником, с использованием в том де месте и с помощью того же оборудования, что использовалось бы для намотки второго оптоволоконного проводника, если бы он использовался, что приводит к намотке спиралью оптоволоконного проводника и нити, не являющейся оптоволоконным проводником, которая также может быть нитью из термопластичного материала или, например, полиэфира. Еще более предпочтительно, если используется только один оптоволоконный проводник, то вокруг сердечника 1 спиралью наматываются две жилы и/или нити и/или волокна, где эти три элемента, например, один оптоволоконный проводник и две жилы и/или нити и/или волокна, которые не являются оптоволоконными проводниками, и разнесенные на 120 градусов, при этом они наматываются на сердечник 1 тем же оборудованием и способами, что используются для намотки на сердечник 1 трех оптоволоконных проводников. В этом случае две жилы и/или нити и/или волокна могут быть выполнены из термопластичного материала, например, из полиэфира.
(c) Этап 3: при необходимости, но наиболее предпочтительно, дополнительно фиксируют спирально навитые оптоволоконные проводники на сердечнике.
(d) Этап 4: наносят дополнительные термопластический материал 3 вокруг комбинации сердечника 1 и оптоволоконных проводников 2, навитых спиралью вокруг сердечника 1, чтобы заключить оптоволоконные проводники между сердечником 1 и термопластичным материалом 3 (см. 4), и дают дополнительному термопластичному материалу 3 отвердеть, тем самым полностью заключая спирально навитые оптоволоконные проводники внутрь твердого гибкого материала, сформированного как стержень и/или кабель, тем самым получая кабель-сердечник 10 (см. также фиг. 5). Для термопластичного сердечника 1 и слоя 3 можно использовать полиэтилен и различные формы полиэтилена. Этот этап может выполняться путем позиционирования после вышеупомянутой центральной точки намотки экструзионной головки, которая экструдирует текучий термопластичный материал вокруг комбинации сердечника 1 и всего, что соединено с сердечником 1, например, любые оптоволоконные проводники, спирально навитые на сердечник 1, и любые жилы и/или волокна и/или нити, спирально навитые на сердечник 1 (например, когда используется только один или, в некоторых случаях, два оптоволоконных проводника), и протягивают и/или иным образом пропускают «кабель», сформированный такой комбинацией, сквозь экструзионную головку, экструдируя (предпочтительно под давлением) термопластичный материал для формирования слоя 3, предпочтительно выбирая температуру расплавленного термопластичного материала, давление экструзии и время, которые приводят к размягчению (но не к переходу в жидкую фазу) поверхности термопластичной внешней части сердечника 1, и прилагая достаточное давление, чтобы частично вдавить оптоволоконные проводники во внешнюю термопластичную поверхность внешней части сердечника 1, чтобы они «сели» в поверхность сердечника 1, после чего дают термопластичному материалу, образующему слой 3, отвердеть (продолжая подачу сердечника 1), тем самым формируя готовый кабель-сердечник 10.
Дальнейшее описание кабеля-сердечник 10 ведется со ссылками на фиг. 5, где приведен вид сбоку производственной фазы кабеля-сердечника 10 по наиболее предпочтительному варианту высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению (например, кабеля-сердечника, полученного на этапах 1-4, особенно, на обязательных этапах 1, 2 и 4, и предпочтительно, включая этап 3), и перед заключением кабеля-сердечника либо в уплотнительный экран, либо в усиливающий элемент и, определенно перед любыми выбранными этапами удлинения, где термопластичный материал, образующий сердечник 1 и дополнительный термопластичный материал, образующий слой 3 кабеля-сердечника, на чертеже не показаны, за исключением периферийного контура термопластичного материала, образующего слой 3, чтобы была видима спиральные оптоволоконные проводники 2, полностью погруженные в отвердевший твердый термопластичный материал. Хотя на фиг. 5 показаны три оптоволоконных проводника, часто более предпочтительным является один, ходя можно использовать любое необходимое количество. Соответственно, на фиг. 5 показан кабель-сердечник 10, содержащий оптоволоконный проводник 2, проходящий по спирали и полностью заключенный в гибкий твердый материал.
После описание кабеля-сердечника 10, полученного на этапах 1-4, следует описание последующих этапов производства.
(e) Этап 5: при необходимости и если требуется применить горячее удлинение к высокопрочному кабелю передачи данных после добавления усиливающего элемента, следующим этапом является формирование уплотняющей оболочки 4 (см. фиг. 6) вокруг кабеля-сердечника 10 (предпочтительно непосредственно вокруг дополнительного термопластичного материала, образующего слой 3, расположенный вокруг комбинации сердечника 1 и оптоволоконных проводников 2, спирально навитых на сердечник).
(f) Этап 6: формируют предпочтительно плетеный слой 5 оболочки усиливающего элемента из полимерного материала вокруг слоя 3 из термопластичного материала (см. фиг. 1) или, был выполнен дополнительный этап формирования вокруг слоя 3 уплотнительного экрана 4, то слой оболочки усиливающего элемента формируют вокруг уплотнительного экрана и, следовательно, вокруг протяженности всех изделий, содержащихся внутри уплотняющей оболочки; в то же время обеспечивая целостность оптоволоконных проводников, тем самым формируя высокопрочный кабель передачи данных по настоящему изобретению.
Предпочтительной конструкцией слоя оболочки усиливающего элемента является полая плетеная конструкция, предпочтительно содержащая равное количество жил S и Z, образующих полую оплетку, где каждая основная жила оплетки предпочтительно имеет сплющенную форму. Каждая такая жила оплетки предпочтительно имеет ширину, по меньшей мере вдвое превышающую ее высоту, особенно, в сформированном слое оболочки полого плетеного усиливающего элемента. Каждая такая жила оплетки предпочтительно также состоит из нескольких волокон. Предпочтительно, каждая такая жила оплетки состоит из двух волокон, где каждое волокно имеет не плетеную или параллельно уложенную конструкцию, но предпочтительно имеет скрученную/уложенную конструкцию, особенно с длинной скруткой и/или свободной скруткой в соответствии с отраслевыми стандартами на свободную скрутку для волокон из высокомодульного полиэтилена или других выбранных волокон. Важно и предпочтительно, каждое такое волокно имеет достаточно свободную конструкцию, т.е. достаточно свободно скручено/уложено, чтобы оплеточное напряжение, создаваемое оплеточным устройством, деформировало каждое такое волокно в сплющенную форму, ширина которой больше ее высоты, в готовом слое оболочки полого плетеного усиливающего элемента. Таким образом, жилы оплетки принимают сплющенную форму, с соотношением ширины и высоты больше, чем два к одному. То есть, поскольку каждая жила оплетки, образующей слой оболочки усиливающего элемента, содержат минимум два волокна, и поскольку каждое такое волокно имеет одинаковые высоту и ширину, что и другие такие волокна, образующие одну жилу оплетки, и поскольку каждое такое волокно имеет большую ширину, чем высота после процесса оплетки, готовая жила оплетки сформирована минимум из двух волокон, такая жила при удлинении должна иметь и/или определять сплющенную форму,, имеющую большую ширину по сравнению с высотой и ее ширина превышает высоту вдвое или больше.
В отличие от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли, высокопрочный кабель передачи данных по настоящему изобретению можно использовать в состоянии, в котором он находится на этапе 6, описанном выше, предпочтительно, после нанесения защитной оболочки, которая приклеивается к упрочняющему элементу слоем упругого клея. Однако это не является предпочтительным. Наиболее предпочтительно и в отличие от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли, высокопрочный кабель передачи данных, сформированный способом, содержащим этапы 1-6 (и при отсутствии клеевого слоя 6 и внешнего покрытия 7) подвергается дальнейшей обработке на этапах, на которых подвергают высокопрочный кабель передачи данных нагреву, достаточному для, предпочтительно, деформации термопластичного слоя 3, и не приводящему к фазовому переходу термопластичного материала сердечника 1, и еще более предпочтительно, и также в отличие от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли, также не приводящему к фазовому переходу термопластичного материала, образующего слой 3 и/или высокопрочного кабеля передачи данных (например, такому, чтобы не допустить фазовый переход этого термопластичного материала, из твердой фазы в фазу расплава и/или в жидкую фазу), в сочетании с этапами, на которых растягивают кабель на заранее определенную величину, чтобы постоянно удлинить и постоянно ужать слой оболочки упрочняющего элемента и кабель-сердечник 10, особенно так. чтобы уменьшить и его диаметр и диаметр и/или среднюю толщину всего высокопрочного кабеля передачи данных (без клеевого слоя 6 и внешнего покрытия 7), после чего охлаждают высокопрочный кабель передачи данных (без клеевого слоя 6 и внешнего покрытия 7), предпочтительно сохраняя достаточное удлинение кабеля, чтобы сохранить его удлинение и уплотнение, чтобы комбинация внешней части термопластичного слоя 3 и уплотняющей оболочки 4 приняла форму, соответствующую естественной поверхности стенки внутренней полости полого плетеного усиливающего элемента, сохраняя заранее определенную величину удлинения и уплотнения, чтобы постоянно удлинить и постоянно уменьшить диаметр кабеля. В отличие от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли, примерами которых являются предыдущие заявки на патент того же заявителя, величину нагрева, удлинения и времени в одном предпочтительном варианте предпочтительно выбирают так, чтобы вызвать деформацию комбинации термопластичного слоя 3 и уплотняющей оболочки 4, чтобы они приняли естественную форму стенки полости полого плетеного усиливающего элемента 5, в то же время (i) не смещая оптоволоконные проводники 2, (ii) не позволяя оптоволоконным проводникам 2 смещать материал сердечника 1 из его положения перед этапами нагрева и удлинения по сравнения с положением после нагрева и удлинения, и (iii) не позволяя оптоволоконным проводникам сплетаться с сердечником 1 по сравнению с их положением относительно сердечника 1 перед этапами нагрева и удлинения.
Следующим этапом производства высокопрочного кабеля передачи данных по настоящему изобретению затем может быть этап нанесения на слой оболочки усиливающего элемента защитного покрытия 7, которое предпочтительно приклеивается к слою оболочки усиливающего элемента слоем 6 упругого клея.
Сформированный таким образом высокопрочный кабель передачи данных по настоящему изобретению обеспечивает значительно более высокое качество и/или разрешение сигнала данных по сравнению с известными высокопрочными кабелями передачи данных, тем самым позволяя использовать оборудование, в настоящее время находящееся в разработке, но не способное идентифицировать породы и размеры рыб, тем самым позволяя не допускать нацеливание рыболовных снастей на нецелевые породы рыб, рыбную молодь и маломерную рыбу, тем самым улучшая здоровье рыбных ресурсов и морских млекопитающих, птиц и рыболовецких сообществ, которые зависят от них, и достигая целей настоящего изобретения.
Удивительно и неожиданно, что комбинируя этапы, во-первых, создания дополнительной фиксации между сердечником и оптическими волокнами, спирально навитыми на сердечник, т.е., фиксации, превышающей полученную путем спиральной навивки оптических волокон на сердечник 1, с последующими этапами, во-вторых, нанесения дополнительного термопластичного материала 3, чтобы полностью покрыть спиральные оптические волокна 2 термопластичным материалом, где термопластичный материал сердечника 1 также образует поверхность сердечника 1, является совместимым и образует плотную и предпочтительно неразделимую связь с термопластичным материалом, используемым для формирования слоя 3 дополнительного термопластичного материала и, предпочтительно, является тем же материалом, что и термопластический материал слоя 3, после чего дают термопластичному материалу слоя 3 отвердеть и/или остыть, тем самым формируя кабель-сердечник 10, после чего формируют полимерный слой оболочки усиливающего элемента, предпочтительно из волокон высокомодульного полиэтилена, вокруг соя 3 (и, при необходимости, уплотняющей оболочки), то даже без термического удлинения при температурах, достаточных для достижения сердечником 1 и/или слоем 3 фазы расплава, формируется высокопрочный кабель передачи данных с прекрасным разрешением сигнала.
Ключевой этап создания дополнительной фиксации между сердечником 1 и оптоволоконными проводниками 2, спирально навитыми на сердечник 1, можно выполнять любым подходящим способом, который позволяет оптоволоконным проводникам сопротивляться скольжению вдоль сердечника 1 и, особенно, любым подходящим способом, который останавливает скольжение оптоволоконного проводника вдоль сердечника 1 и/или удерживает оригинально сформированную спиральную навивку оптоволоконных проводников так, чтобы эти спирально навитые оптоволоконные проводники не меняли свое положение на дальнейших этапах обработки, но не ограничивается этапом нанесения дополнительного термопластичного материала 3 вокруг оптоволоконных проводников, чтобы полностью покрыть оптоволоконные проводники термопластичным материалом.
Другими словами, фиксация между оптоволоконными проводниками и сердечником, вокруг которого они навиты, усиливается для создания сопротивления скольжению вдоль сердечника и/или изменению формы спирали оптоволоконных проводников, которое становится больше, чем обеспечивается простым расположением оптоволоконных проводников спиралью вокруг сердечника.
К примерам относятся:
1. нанесение липкого вещества, такого как клеящее вещество, на внешнюю поверхность сердечника перед навиванием оптоволоконных проводников на сердечник по спирали. Липкое вещество можно наносить, пропуская сердечник через ванну с таким липким веществом, которое высыхает не слишком быстро, или распылением или нанесением кистью такого вещества на сердечник. Это вещество должно быть совместимо с фазами расплава термопластического материала, выбранного для термопластического сердечник и для дополнительного термопластического материала, образующего слой 3.
2. прикрепление оптоволоконных проводников на место на сердечнике, на который они навиты, с помощью двусторонней клейкой ленты.
3. нагревание оптоволоконных проводников перед навивкой их на сердечник так, чтобы комбинация их температуру и натяжения оптоволоконных проводников при навивке на сердечник заставляла оптоволоконные проводники вытеснять часть материала на поверхности сердечника и создавать углубленную дорожку, например, канавку, на поверхности сердечника, в которой лежит по меньшей мере часть ширины каждого оптоволоконного проводника.
4. нагревание сердечника или по меньшей мере поверхности сердечника перед навивкой оптоволоконных проводников на сердечник, чтобы комбинация их температуру и натяжения оптоволоконных проводников при навивке на сердечник заставляла оптоволоконные проводники вытеснять часть материала на поверхности сердечника и создавать углубленную дорожку, например, канавку, на поверхности сердечника, в которой лежит по меньшей мере часть ширины каждого оптоволоконного проводника.
5. распыление или нанесение другим способом клеящего вещества на оптоволоконные проводники перед их навивкой на сердечник так, чтобы оптоволоконные проводники приклеились к сердечнику и сопротивлялись смещению вдоль длины сердечника.
6. распыление или нанесение другим способом клеящего вещества на комбинацию оптоволоконных проводников и сердечника после навивки оптоволоконных проводников на сердечник так, чтобы оптоволоконные проводники приклеились к сердечнику и сопротивлялись смещению вдоль длины сердечника.
7. предпочтительным в настоящее время является способ дополнительной фиксации сердечника и оптоволоконных проводников, спирально навитых на сердечник, заключающийся в пропускании сердечника с уже навитыми на нем спирально оптоволоконными проводниками через нагревательный элемент, в котором применяют теплоту, например, тепловое излучение, при температуре и со временем облучения, достаточными для возбуждения (предпочтительно термопластичной) поверхности сердечника, после чего дают комбинации сердечника и оптоволоконных проводников остыть до более низкой температуры, чем в нагревательном элементе, особенно до температуры, при которой термопластичный материал переходит в твердую фазу, после чего наносят дополнительный термопластичный материал вокруг комбинации сердечника и оптоволоконных проводников, спирально навитых на сердечник.
После этапа создания дополнительной фиксации между оптоволоконными проводниками, спирально навитыми на сердечник, и сердечником, предпочтительно выполняют этап нанесения дополнительного термопластичного материала, образующего слой 3, вокруг комбинации сердечника 1 и оптоволоконных проводников, спирально навитых на сердечник. Для выполнения этого этапа, неожиданно было обнаружено, что предпочтительно использовать экструзию, относящуюся к типу, известному как экструзия под давлением. После того, как дополнительный термопластичный материал, образующий слой 3, будет нанесен так, чтобы полностью заключить оптоволоконные проводники в термопластичном слое 3, с термопластом по меньшей мере поверхности сердечника 1, следующим этапом будет формирование уплотняющей оболочки вокруг термопластичного слоя 3, после чего на последующих этапах производства, описанных выше, формируют слой оболочки усиливающего элемента, упругий клеевой слой и защитную оболочку.
Альтернативные варианты сердечника
На фиг. 14 показано сечение альтернативного кабеля-сердечника 110 по настоящему изобретению в плоскости, перпендикулярной длинной оси этого альтернативного кабеля-сердечника 110. Как показано на чертеже, альтернативный кабель-сердечник 110 содержит вариант кабеля-сердечника 10, который содержит коаксиальный кабель 111, находящийся внутри кабеля-сердечника 10, и дополнительно содержит несколько дополнительных проводников 112, заключенных в твердый гибкий материал 114, предпочтительно, в твердый гибкий термопластичный материал, который предпочтительно является тем же материалом, из которого сформирован слой 3 кабеля-сердечника 10. Как показано на чертеже, снаружи от кабеля-сердечник 10 проходят несколько дополнительных проводников 112. Наиболее предпочтительно, вокруг кабеля-сердечника 10 сформирована уплотняющая оболочка 4 и наиболее предпочтительно эти несколько дополнительных проводников 112 расположены снаружи от кабеля-сердечника 10 и снаружи от уплотняющей оболочки 4, которая покрывает кабель-сердечник 10. Эти несколько дополнительный проводников 112 предпочтительно уложены параллельно вокруг кабеля-сердечника 10, но они могут быть и скручены.
Предпочтительный в настоящее время способ формирования альтернативного кабеля-сердечника 110 содержит следующие этапы:
A) создают готовый кабель-сердечник 10 способом описанным выше и покрытый уплотняющей оболочкой 4.
B) создают несколько стержней 116, где каждый стержень содержит проводник 112, заключенный в твердый гибкий материал 114, который предпочтительно является тем же термопластичным материалом, который образует слой 3, и каждый стержень 116 покрыт уплотняющей оболочкой 117, где уплотняющая оболочка 117 предпочтительно сформирована из плотно сплетенных полимерных волокон и/или нитей, который предпочтительно сплетены в полую оплетку, но она может быть любым слоем, который останавливает и/или в основном останавливает протекание расплавленного (или «полужидкого») термопластичного материала сквозь такую уплотняющую оболочку.
C) размещают нужное количество стержней 116, предпочтительно параллельно вокруг кабеля-сердечника 10, тем самым формируя альтернативный кабель-сердечник 110, и
D) размещают уплотняющую оболочку 4A вокруг кабеля-сердечника 110, где уплотняющая оболочка 4A предпочтительно сформирована из плотно сплетенных полиэфирных волокон и/или нитей, которые предпочтительно сплетены в полую оплетку, но она может быть любым слоем, который останавливает и/или в основном останавливает протекание расплавленного (или «полужидкого») термопластичного материала сквозь такую уплотняющую оболочку.
Хотя стержни 116 могут иметь сечение любой формы, в настоящее время предпочтительно, чтобы сами стержни 116 были сформированы с сужающейся формой 118 сечения (если смотреть в плоскости, перпендикулярной длинной оси стержня 116), например, с формой усеченного клина, чтобы облегчить их параллельную укладку вокруг кабеля-сердечника 10.
Предпочтительно, каждый проводник 112 прикрепляют к усиливающему элементу (не показан) перед заключением в оболочку и/или другой слой термопластичного материла, например, прикрепляют к нити и/или волокну из высокомодульного полиэтилена или арамида, например, сформованных в полую плетеную оболочку из медных и/или других металлических нитей вокруг усиливающего элемента, где такой усиливающий элемент предпочтительно имеет более высокую точку размягчения и/или температуру дегенерации по сравнению с твердым гибким материалом 114.
После формования уплотняющей оболочки 4A вкруг внешней поверхности альтернативного кабеля-сердечника 110, выполняется остальная часть производственного процесса, описанного выше и выполняемая после формования уплотняющей оболочки 4 вокруг кабеля-сердечника 10 так, чтобы получить альтернативный вариант кабеля по настоящему изобретению, который можно использовать, например, как трос, соединяющий плавучие суда с привязным аэростатом, использующимся в качестве паруса для такого судна.
Способы применения
Как показано на фиг. 11, для применения кабеля передачи данных с индикацией удлинения и температуры, его следует подсоединить к опрашивающему или другому устройству, такому как сонар, для чего необходимо обнажить оптоволоконные проводники. Это предпочтительно можно сделать, во-первых, удалив части покрытия 7, клеевого слоя 6, усиливающего элемента 5 и уплотняющей оболочки 4 так, чтобы кабель-сердечник 10 выступал и/или выходил за поверхность 44, образованную срезанными кромками покрытия, клеевого слоя, усиливающего элемента и уплотняющей оболочки; во-вторых, нагрев внешнюю поверхность слоя 3 выступающего участка кабеля-сердечника 10 (предпочтительно, нагревая его дистальный конец 51), например, направляя пар или горячий воздух от пневматического пистолета на определенный оптоволоконный проводник, видимый сквозь предварительно прозрачный термопластичный слой 3, образующий внешнюю поверхность кабеля-сердечника 10 в течение достаточного периода времени, чтобы размягчить термопластичный материал, непосредственно контактирующий с выбранным оптоволоконным проводником; после чего достают оптоволоконный проводник из слоя 3, например, острогубцами или щипцами, затем захватывают оптоволоконный проводник за его дистальный конец 61, после чего осторожно отрывают выбранный оптоволоконный проводник наружу от размягченного термопластичного слоя 3 кабеля-сердечника 10, затем делают паузу и нагревают следующую область термопластичного слоя 10 кабеля-сердечника 10, которая находится снаружи от остающихся внедренными частей выбранного оптоволоконного проводника; после чего продолжают вытягивать из кабеля-сердечника 10 выбранный оптоволоконный проводник, пока не обнажится достаточная длина этого оптоволоконного проводника, и отводят его от кабеля-сердечника 10, чтобы его можно было срастить с другим оптоволоконным проводником, который соединяет оптоволоконный проводник, входящий в высокопрочный кабель передачи данных с другими оптоволоконными проводниками, соединенными с аппаратурой. Когда кабель передачи данных также содержит коаксиальный кабель или силовой проводник, они также выступают из кабеля-сердечника, как показано на фиг. 11, чтобы быть доступными для подключения к другому оборудованию.
Способы применения
Способ использования варианта настоящего изобретения, который включает использование рассеяния Бриллюэна и обратного комбинационного (романовского) рассеяния для определения нагрева и удлинения некоторых заранее определенных зон и/или участков длины сердечника кабеля и, тем самым, кабеля, содержит этапы, на которых применяют соответствующее опрашивающее устройство и/или опрашивающие устройства для считывания рассеяния Бриллюэна и/или обратного комбинационного рассеяния и, затем, для определения, когда используется рассеяние Бриллюэна, положение на оптическом волокне, в котором возникает возмущение и/или аномалия, с помощью известных средств; и для определения температуры в этой зоне (зонах) и/или на участках длины, с использованием комбинационного обратного рассеяния, также используя известные средства; далее, используют величину температуры, полученную в результате интерпретации комбинационного обратного рассеяния, чтобы подтвердить удлинение оптического волокна, передающего рассеяние Бриллюэна в этой заранее определенной зоне и/или на участке длины вдоль длины кабеля; далее используют найденное удлинение оптического волокна для определения удлинения в этой заранее определенной зоне и/или на участке длины спиральной структуры, образованной оптическим волокном так, как это можно определить математически, учитывая диаметр оптического волокна, образующего спиральную структуру, а также шаг спиральных структур и ее внутренний диаметр, тем самым определяя удлинение самого кабеля в этой заранее определенной зоне и/или на участке длины вдоль длины кабеля поскольку удлинение спиральной структуры равно удлинению готового кабеля любой конкретной зоне и/или на участке длины кабеля, тем самым позволяя осуществлять мониторинг кабеля без необходимости в дистанционных датчиках и/или дистанционно управляемых подвижных устройствах на всей длине кабеля и позволяя определить, продолжить или прекратить использование кабеля.
Для определения удлинения кабеля в промышленном применении без предварительной калибровки самого готового кабеля, при эксплуатации кабеля отслеживают световую энергию комбинационного обратного рассеяния и рассеяния Бриллюэна; полученные данные рассеяния Бриллюэна коррелируют с базой данных, которые указывают каково удлинение оптического волокна, передающего рассеяние Бриллюэна при конкретных температурах и/или в диапазонах температур для таких считанных длин волн, тем самым определяя удлинение оптического волокна с рассеянием Бриллюэна для конкретной температуру, определенной путем мониторинга и считывания комбинационного обратного рассеяния; далее, используют найденное удлинение оптического волокна с рассеянием Бриллюэна для определения удлинения спиральной структуры, образованной оптическим волокном с рассеянием Бриллюэна, которое можно определить математически, учитывая диаметр оптического волокна 2, удлинение оптического волокна 2, образующего спиральную структуру, шаг спиральной структуры и ее внутренний диаметр, тем самым определяя удлинение самой спиральной структуры, которое определяет удлинение готового кабеля, что позволяет отслеживать и определять удлинение готового кабеля без необходимости в мониторинге температуры воды и/или воздуха и позволяет определить, продолжать или прекратить использование кабеля до катастрофического обрыва.
Способы определения нагрева и удлинения кабеля
В некоторых случаях может потребоваться проверить точность калибровки, выполняемой производителями и/или поставщиками оптических волокон, используемых для считывания комбинационного обратного рассеяния и рассеяния Бриллюэна или определить, как такие калибровочные данные изменились в процессе производства кабелей по настоящему изобретению, если они изменились. В таком случае, часть готового кабеля, имеющего оптическое волокно для считывания рассеяния Бриллюэна и комбинационного обратного рассеяния, могут быть экспериментально откалиброваны, подвергая готовый кабель воздействию заранее определенного диапазона температур и удлиняя кабель с разными величинами удлинения при каждой температуре, и определяя величины рассеяния Бриллюэна и комбинационного обратного рассеяния, когда кабель находится при каждой конкретной заранее определенной температуре и при каждой конкретной величина удлинения, тем самым либо калибруя, либо проверяя точность калибровки, выполненной производителем и/или поставщиком для определения температуры по комбинационному обратному рассеянию и для определения удлинения по рассеянию Бриллюэна.
Более подробно: когда требуется и желательно экспериментально определить корреляцию между удлинением и температурой кабеля и показателями рассеяния Бриллюэна и комбинационного обратного рассеяния, способ для волоконного кабеля с индикацией удлинения и температуру по настоящему изобретению содержит этапы, на которых (i) подвергают заранее определенную длину готового кабеля воздействию диапазон заранее определенных температур в заранее определенном диапазоне величин удлинения кабеля, (ii) считывают длины волн, возвращающихся и передаваемых по волоконной оптике для рассеяния Бриллюэна, и считывают комбинационное обратное рассеяние по меньшей мере в одном из оптических волокон для каждой конкретной комбинации величины конкретной температуры и величины конкретного удлинения; (iii) регистрируют показания, тем самым формируя базу данных, которая коррелирует показания длины волн рассеяния Бриллюэна и показания комбинационного обратного рассеяния для конкретного кабеля, сформированного по настоящему изобретению, когда этот кабель имеет конкретную температуру и конкретное удлинение. Хотя отрезок кабеля может одновременно подвергаться нагреву и удлинению, из-за того, что важно обеспечить достижение конкретной температуры всеми участками отрезка кабеля, в настоящее время предпочтительно подвергать кабель воздействию каждой конкретной температуры, без сильного удлинения, пока кабель определенно не достигнет конкретной температуры на всех участках отрезка кабеля, а затем подвергают кабель достаточному удлинению, чтобы получить требуемое удлинение. Например, сначала кабель можно подвергнуть воздействию конкретной температуры в течение достаточного периода времени, чтобы отрезок кабеля с уверенностью достиг конкретной температуры на всей длине этого отрезка, что можно определить, зондируя кабель температурными зондами, когда кабель не подвергается сильному удлинению; затем кабель подвергают удлинению, пока он не получит конкретное удлинение; затем, передают световую энергию с определенной длиной волны по оптическим волокнам для рассеивание Бриллюэна и считывают световые сигналы, которые проходят по всей длине оптического волокна и те, что возвращаются в начальному концу оптического волокна (например, те, которые возвращаются в результате рассеивания Бриллюэна), а также передают световую энергию по оптическому волокну, которое допускает считывание комбинационного обратного рассеивания; регистрируют величины световой энергии и/или длин волн, тем самым создавая базу данных, которая содержит корреляцию показаний комбинационного обратного рассеяния с определенными температурами, а также корреляцию конкретной световой энергии и/или величин дин волн для конкретного оптического волокна с рассеянием Бриллюэна в кабеле конкретной конструкции, находящимся под определенном удлинении и при определенной температуре. Наконец, используют кабель для промышленной эксплуатации, отслеживая температуру по показаниям комбинационного обратного рассеяния и показаниям рассеяния Бриллюэна, и коррелируя величины температуры, подтвержденные показаниями комбинационного обратного рассеяния с величинами длин волн, подтвержденными показаниями оптического волокна с рассеяниям Бриллюэна, для определения удлинения кабеля для конкретных длин волн, соответствующих конкретным зонам кабеля (известно как использовать рассеяние Бриллюэна для определения, откуда на длине оптического волокна исходит полученная длина волны Бриллюэна, т.е., как далеко от опросчика находится положение, откуда исходит полученная длина волны, что является основной ценностью использования рассеяния Бриллюэна). Таким образом волоконный кабель, способный передавать данные и с индикацией удлинения и нагрева по настоящему изобретению, пригоден для мониторинга и температуры кабеля, удлинения и/или деформации в конкретных зонах и/или участках длины на всей длине кабеля. Сравнивая величины удлинения и/или деформации с допустимыми пределами при определенных нагрузках, для определенных нагрузок, определенных датчиками нагрузки, модно определить относительную целостность упрочняющего элемента, сформированного из суперволокон, и принять решение о продолжении или прекращении эксплуатации кабеля до того, как произойдет его катастрофическое разрушение.
Для точного измерения удлинения участка длины кабеля путем размещения оптоволоконного проводника, способного передавать длины волн комбинационного обратного рассеяния, в форме спирали и прочно зафиксированного внутри проверяемого кабеля, вместо конфигурации «свободной трубки» (конфигурация «свободной трубка» включает любую конструкцию, где оптоволоконный проводник, включая его буфер и изоляцию, сформированные интегрально с оптоволоконным проводником, может скользить относительно непосредственно примыкающих к нему объектов, таких, как, в случае кабеля или троса, волокна или жилы сердечника кабеля или троса, или даже другие оптоволоконные проводники в кабеле или тросе) в комбинации с отдельным другим оптоволоконным проводником, который можно использовать для считывания рассеяния Бриллюэна и где этот отдельный другой оптоволоконный проводник также имеет форму спирали и прочно зафиксирован внутри проверяемого кабеля, вместо конфигурации «свободной трубки», и, затем, используют показания тепловых величин из оптоволокна с комбинационным обратным рассеянием в расчетах с показаниями из оптического волокна, способного передавать рассеяние Бриллюэна для получения величин удлинения оптического волокна с рассеянием Бриллюэна, что отличается от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли, и, неожиданно, позволяет осуществлять мониторинг нагрева и/или удлинения.
Кроме того, размещение оптического волокна, способного передавать комбинационное обратное рассеяние в спиральной форме и прочно прикрепленным к сердечнику внутри контролируемого кабеля, а не в конфигурации «свободной трубки», и/или в иной конфигурации, допускающей скольжение относительно других компонентов кабеля, в комбинации с отдельным оптическим волокном, пригодным для считывания рассеяния Бриллюэна, и где это отдельное оптическое волокно также расположено в форме спирали и прочно прикреплено к сердечнику внутри контролируемого кабеля, и подвешивание и/или полное заключение обоих оптических волокон в форме спирали и прочное крепление к сердечнику и внутри сердечника, сформированного из твердого гибкого материала внутри несущего нагрузку кабеля, и использование величин нагрева, полученных интерпретацией показаний комбинационного обратного рассеяния в комбинации с данными, полученными от рассеяния Бриллюэна, чтобы иметь возможность рассчитать удлинение оптического волокна, по которому передаются длины волн рассеяния Бриллюэна, а затем математически рассчитать, учитывая спиральную форму оптического волокна, по которому передаются длины волн рассеяния Бриллюэна, удлинение спиральной структуры, образованной таким волокном в контролируемой области кабеля и, тем самым, подтвердить удлинение кабеля, отличается от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли и, неожиданно позволяет мониторить нагрев и/или удлинение кабеля.
Определив удлинение кабеля и/или заранее определенной зоны и/или участка длины вдоль длины кабеля вышеописанными способами, можно рассчитать растягивающую нагрузку на кабель /или заранее определенную зону и/или участок длины вдоль длины кабеля. Это можно сделать, коррелируя величины удлинения с базой данных, которая коррелирует процентные величины удлинения для конкретной конструкции кабеля с различными растягивающими нагрузками на кабель. Таким образом, зная либо удлинение кабеля, либо нагрузку на него можно определить другую величину. Поэтому рассчитав удлинение кабеля, либо для кабеля в целом, либо для конкретной зоны и/или конкретного участка длины вдоль длины кабеля, можно определить нагрузку на кабель.
Промышленная применимость
Кабель передачи данных согласно настоящему изобретению может применяться как крановый трос/кабель, как трос/кабель для глубоководных работ, как кабель носового сонара, а также может использоваться для соединения и сообщения с сонаром, а если он содержит металлический силовой проводник 21, то для подачи питания на сонары, расположенные в других областях трала, в дополнение к носовому сонару, и может, например, использоваться как кабель для сонаров, установленных в средней части трала, или на кутке или мотне тралового мешка. Кабель передачи данных также может применяться с барабаном ваера трала и выполнять две задачи: служить ваером траулера и кабелем носового сонара, и, таким образом, поддерживать связь с носовым сонаром или другим устройством в рыболовных снастях через ваер трала, вместо отдельного кабеля носового сонара.
Кабель передачи данных по настоящему изобретению также может служить высокопрочным кабелем передачи данных для ваеров траулера и, таким образом, для связи с носовым сонаром или другим устройством в рыболовных снастях, через ваер траулера, а не через отдельный улучшенный волоконный кабель высокого разрешения с защитой от смятия, а также он может использоваться как буксирный трос, трос глубоководной лебедки, крановый трос, сейсморазведочный кабель, глубоководный швартовый канат, скважинный кабель, кабель для телеуправляемых подводных аппаратов, кабель для сейсморазведки, или как несущий нагрузку кабель передачи данных и/или энергии. При использовании в качестве скважинного кабеля считается полезным изготавливать окончательное внешнее покрытие из витой стальной проволоки, чтобы бронировать кабель. Однако в большинстве других вариантов применения наиболее полезной будет описанное выше плетеное покрытие. При использовании в качестве кабеля для сейсморазведки или в качестве кранового троса, или в любом варианте применения, требующем стойкости к воздействию тепла, включая скважинный кабель считается полезным, чтобы усиливающий элемент был сформирован как полая плетеная конструкция из 24 жил, что отличается от предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли, при этом наиболее полезной считается 2×24-жильная конструкция или, даже более предпочтительно, 3×24-жильная конструкция, где каждая из 24 жил сформирована из арамидной нити, покрытой оболочкой или высокомодульного полиэтилена или фторопласта или полиэфира, после чего эти жилы сплетают в полый плетеный из 24 жил усиливающий элемент, имеющий по меньшей мере 2×24-жильную 3×24-жильную конструкцию. Когда кабель применяется там, где требуется стойкость к нагреву, обнаружение нагрева, обнаружение удлинения или обнаружение обрыва, или обнаружение области кабеля, ответственного за отказ любой из функций кабеля оп передаче данных и/или энергии, считается полезным, чтобы улучшенный высокопрочный легкий стойкий к смятию волоконный кабель по настоящему изобретению с высоким разрешением данных и способностью передавать электроэнергию содержал оптические волокна, которые можно использовать при опросах, в которых считываются и интерпретируются длины волн рассеяния Бриллюэна и/или комбинационного обратного рассеяния, и, особенно, оптические волокна, способные точно передавать интерпретируемые длины волн рассеяния Бриллюэна и/или комбинационного обратного рассеяния, чтобы обеспечить возможность мониторинга удлинения и/или нагрева оптических волокон в любой области на длине оптического волокна. Таким образом, передавая свет по оптическим волокнам таким способом, который позволяет считывать рассеяние Бриллюэна и/или комбинационное обратное рассеяние и интерпретируя длины волн рассеяния Бриллюэна и/или комбинационного обратного рассеяния с помощью подходящего опрашивающего устройства, можно определить удлинение и/или нагрев конкретных участков контролируемого оптического волокна и, поэтому, можно определить удлинение усиливающего элемента кабеля, а также температуру в конкретных положениях на длине кабеля. Таким образом можно определить целостность усиливающего элемента кабеля определить, пригоден ли кабель для продолжения эксплуатации или его лучше вывести из эксплуатации и заменить. Важно, что предыдущие попытки использовать длины волн рассеяния Бриллюэна и/или комбинационного обратного рассеяния для контроля удлинения и/или нагрева оптических волокон в любой области на длине оптических волокон и/или кабеля, содержащего оптические волокна, не удались и в предшествующем уровне техники не описаны конструкция кабеля передачи данных по настоящему изобретению и способ его изготовления. Важно, что в отрасли давно считалось что следует минимизировать изгиб оптоволоконных проводников, содержащихся в кабелях любого типа, включая помимо прочего, кабели для яхтинга, когда такие оптоволоконные проводники используются для мониторинга нагрева и/или удлинения оптоволоконных проводников и кабеля, в котором они находятся. В отличие о предшествующего уровня техники и тенденций в отрасли, а также общепринятого в отрасли мнения, оптоволоконный проводник, сформированный в спираль и используемый для образования сердечника кабеля как описано выше, способен передавать сигналы данных высокого разрешения. Тот факт, что кабель по настоящему изобретению функционирует таким образом, противоречит общепринятому мнению в отрасли.
Другие промышленные применения настоящего изобретения заключаются в формировании высокопрочных тросов и кабелей с синтетическими усиливающими элементами, имеющих формованные поддерживающие сердечники, где такие тросы и кабели подвергаются удлинению при нагревании для устранения конструкционного удлинения, для уплотнения усиливающего элемента и самого кабеля, и когда позволяют материалы, применяемые для формирования усиливающего элемента, для деформации волокон в усиливающем элементе так, чтобы все волокна усиливающего элемента несли нагрузку.
Предпочтительный в настоящее время способ формирования высокопрочного троса с синтетическим усиливающим элементом по настоящему изобретению содержит следующие этапы: создают сердечник 1, содержащий термопласт, например, стрежень 1 из термопластичного материала (стержень может содержать или не содержать проводники или другие элементы); затем формируют уплотняющую оболочку 4 вокруг этого сердечника, используя новые признаки настоящего изобретения для формирования такой уплотняющей оболочки; после чего формируют полый плетеный усиливающий элемент вокруг комбинации сердечника и уплотняющей оболочки (где полый плетеный усиливающий элемент может быть сформирован из главных жил оплетки, выполненный из высокомодульного полиэтилена арамида, или где каждая жила оплетки содержит центральную жилу или нить или другой корд из арамида, покрытую оболочкой из высокомодульного полиэтилена или другого материала), тем самым форсируя кабель; после чего выполняют этапы, на которых нагревают кабель до температуры, при которой термопластичный материал сердечника не размягчится и/или расплавится, т.е. станет «полужидким» но не жидким, и растягивают кабель (предпочтительно при контролируемом удлинении или удлинениях) до достижения заранее определенной и/или требуемой величины удлинения усиливающего элемента и, следовательно, всего кабеля и до достижения требуемого уплотнения (уменьшения общей ширины) кабеля и усиливающего элемента, пока термопластичный материал сердечник размягчен и/или расплавлен; после чего охлаждают кабель пока термопластичный материал сердечника не отвердеет, в то же время поддерживая достаточное удлинение для сохранения заранее определенной и/или требуемой величины удлинения кабеля; при этом способ отличается наличием выбора этапов формования уплотняющей оболочки, в число которых индивидуально или в комбинации входят следующие этапы, на которых:
a) формируют плетеную уплотняющую оболочку, где угол оплетки жил и/или волокон, образующих уплотняющую оболочку, меньше 65° и, более конкретно, в диапазоне от 60° до 10°.
b) формируют плетеную уплотняющую оболочку, где каждая жила оболочки является жилой, сформированной по меньшей мере из двух волокон.
c) формируют плетеную уплотняющую оболочку, где каждая жила, образующая плетеную уплотняющую оболочку является жилой, сформированной по меньшей мере из двух волокон и каждое из волокон имеет скрученную конструкцию.
d) формируют плетеную уплотняющую оболочку, где каждая жила, образующая плетеную уплотняющую оболочку является жилой, сформированной по меньшей мере из двух волокон и где каждое волокно имеет скрученную конструкцию, и где направление укладки одинаково для всех волокон, образующих жилу.
e) формируют плетеную уплотняющую оболочку, где каждая жила оплетки, образующей уплотняющую оболочку, сформирована по меньшей мере из двух волокон, и где каждое из волокон имеет скрученную конструкцию и где отношение скручивания таково, что волокно легко сплющивается (т.е., имеет ширину, большую чем высота и/иди рельеф), когда сплетенные жилы, образованные по меньшей мере из двух волокон прижаты к сердечнику во время формирования плетеной уплотняющей оболочки сердечника.
Таким образом, согласно настоящему изобретению: высокопрочный синтетический трос и/или кабель имеет поддерживающий сердечник 1, имеющий форму, адаптируемую к внутренней полости полого плетеного усиливающего элемента 5, пот этом сердечник 1 покрыт уплотняющей оболочкой 4; плетеный уплотняющий элемент 5 сформирован вокруг комбинации сердечника и уплотняющей оболочки, которая покрывает сердечник; уплотняющая оболочка сформирована из сплетенных жил и имеет конструкцию полой оплетки; усиливающий элемент сформирован из плетеных жил и имеет конструкцию полой оплетки; при это высокопрочный синтетический трос и/или кабель отличается тем, что жилы, образующие уплотняющую оболочку расположены под углом оплетки, который (i) отличается от угла оплетки, образованного жилами, составляющими усиливающий элемент и (ii) где угол оплетки жил, образующих уплотняющую оболочку, имеет большую величину по сравнению с углом оплетки жил, образующих усиливающий элемент.
Дополнительно:
a) жилы и/или волокна, образующие плетеную уплотняющую оболочку расположены под углом меньше 65° и более предпочтительно, в диапазоне от 60° до 10°.
b) каждая жила оболочки является жилой, сформированной по меньшей мере из двух волокон.
c) каждая жила, образующая плетеную уплотняющую оболочку является жилой, сформированной по меньшей мере из двух волокон и каждое из волокон имеет скрученную конструкцию.
d) каждая жила, образующая плетеную уплотняющую оболочку является жилой, сформированной по меньшей мере из двух волокон и где каждое волокно имеет скрученную конструкцию, и где направление укладки одинаково для всех волокон, образующих жилу.
e) каждая жила оплетки, образующей уплотняющую оболочку, сформирована по меньшей мере из двух волокон, и где каждое из волокон легко сплющивается (т.е., имеет ширину, большую чем высота и/иди рельеф) вокруг сердечника.
Дополнительно, согласно настоящему изобретению: высокопрочный синтетический трос и/или кабель имеет поддерживающий сердечник 1, имеющий форму, адаптированную к внутренней полости полого плетеного усиливающего элемента 5, сердечник 1 покрыт уплотняющей оболочкой 4, плетеный усиливающий элемент 5 сформирован вокруг комбинации сердечника и уплотняющей оболочки, покрывающей сердечник; уплотняющая оболочка сформирована из плетеных жил и имеет полую плетеную конструкцию; и усиливающий элемент сформирован из плетеных жил и имеет полую плетеную конструкцию; высокопрочный синтетический трос и/или кабель отличается тем, что жилы, образующие плетеную уплотняющую оболочку сформированы по меньшей мере из двух волокон, и каждое из волокон имеет скрученную конструкцию, и где волокно имеет сплющенную форму (т.е., имеет большую ширину, чем его высота и/или рельеф) вокруг сердечника. (Любой из вышеуказанных новых признаков конструкции уплотняющей оболочки также относится к этому тросу и/или кабелю).
Хотя настоящее изобретение было описано на примере предпочтительного в настоящее время варианта, следует понимать, что это описание является чисто иллюстративным и не должно толковаться в ограничительном смысле. Следовательно, не выходя за пределы изобретательской идеи и объема изобретения, специалистам очевидны различные изменения и замены и/или альтернативные варианты применения изобретения. Соответственно, приложенную формулу следует толковать как охватывающую все изменения, замены или альтернативные варианты применения, входящие в изобретательскую идею и объем изобретения.
Создан синтетический трос или кабель, имеющий поддерживающий сердечник (1), содержащийся во внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента (5), причем поддерживающий сердечник (1) имеет форму, адаптированную к внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента (5), при этом поддерживающий сердечник (1) заключен в оболочку внутри плавающего экрана (4), причем полый плетеный синтетический усиливающий элемент (5) выполнен вокруг комбинации поддерживающего сердечника и плавающего экрана, в котором заключен указанный сердечник, при этом плавающий экран выполнен из переплетенных жил оплетки и представляет собой полую плетеную конструкцию и полый синтетический усиливающий элемент выполнен из переплетенных жил оплетки, причем каждая жила оплетки, образующая плетеный плавающий экран, образована из по меньшей мере двух волокон. В другом варианте осуществления изобретения жилы оплетки, образующие плавающий экран, имеют угол оплетки, который отличается от угла оплетки жил оплетки, образующих синтетический усиливающий элемент. 2 н. и 14 з.п. ф-лы, 18 ил.
1. Синтетический трос или кабель, имеющий поддерживающий сердечник (1), содержащийся во внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента (5), причем поддерживающий сердечник (1) имеет форму, адаптированную к внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента (5), при этом поддерживающий сердечник (1) заключен в оболочку внутри плавающего экрана (4), причем полый плетеный синтетический усиливающий элемент (5) выполнен вокруг комбинации поддерживающего сердечника и плавающего экрана, в котором заключен указанный сердечник, при этом плавающий экран выполнен из переплетенных жил оплетки и представляет собой полую плетеную конструкцию, и полый синтетический усиливающий элемент выполнен из переплетенных жил оплетки, отличающийся тем, что каждая жила оплетки, образующая плетеный плавающий экран, образована из по меньшей мере двух волокон.
2. Синтетический трос или кабель по п. 1, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух волокон имеет скрученную конструкцию.
3. Синтетический трос или кабель по п. 1 или 2, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух волокон имеет сплющенную форму.
4. Синтетический трос или кабель по п. 2 или 3, отличающийся тем, что все волокна, образующие указанную жилу, образованную из по меньшей мере двух волокон, имеют одинаковое направление укладки.
5. Синтетический трос или кабель по любому из пп. 1-4, отличающийся тем, что жилы, образующие полый плетеный плавающий экран, содержат угол оплетки, жилы, образующие полый плетеный усиливающий элемент, содержат угол оплетки, и жилы, образующие плавающий экран, содержат угол оплетки, который отличается от угла оплетки, образованного жилами, образующими усиливающий элемент.
6. Синтетический трос или кабель по п. 5, отличающийся тем, что угол оплетки жил, образующих плавающий экран, дополнительно имеет большее значение по сравнению с углом оплетки жил, образующих усиливающий элемент.
7. Синтетический трос или кабель по п. 5 или 6, отличающийся тем, что угол оплетки жил, образующих плавающий экран, составляет меньше шестидесяти пяти градусов.
8. Синтетический трос или кабель по любому из пп. 5-7, отличающийся тем, что угол оплетки жил, образующих плавающий экран, находится в диапазоне от шестидесяти градусов до десяти градусов.
9. Синтетический трос или кабель, имеющий поддерживающий сердечник (1), имеющий форму, адаптированную к внутренней полости полого плетеного синтетического усиливающего элемента (5), причем поддерживающий сердечник (1) заключен в оболочку внутри плавающего экрана (4), при этом плетеный синтетический усиливающий элемент (5) образован вокруг комбинации плавающего экрана и поддерживающего сердечника, который заключен в оболочку внутри плавающего экрана, причем плавающий экран выполнен из переплетенных жил оплетки и представляет собой полую плетеную конструкцию, и полый синтетический усиливающий элемент выполнен из переплетенных жил оплетки, отличающийся тем, что жилы оплетки, образующие плавающий экран, имеют угол оплетки, который отличается от угла оплетки жил оплетки, образующих синтетический усиливающий элемент.
10. Синтетический трос или кабель по п. 9, отличающийся тем, что угол оплетки жил, образующих плавающий экран, дополнительно имеет большую величину, по сравнению с углом оплетки жил, образующих усиливающий элемент.
11. Синтетический трос или кабель по п. 9 или 10, отличающийся тем, что угол оплетки жил, образующих плавающий экран, составляет менее шестидесяти пяти градусов.
12. Синтетический трос или кабель по п. 9 или 10, отличающийся тем, что угол оплетки жил, образующих плавающий экран, находится в диапазоне от шестидесяти градусов до десяти градусов.
13. Синтетический трос или кабель по любому из пп. 9-12, отличающийся тем, что плетеные жилы, образующие плетеный плавающий экран, содержат жилу, образованную из по меньшей мере двух волокон.
14. Синтетический трос или кабель по п. 13, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух волокон имеет скрученную конструкцию.
15. Синтетический трос или кабель по п. 13 или 14, отличающийся тем, что каждое из по меньшей мере двух волокон имеет сплющенную форму.
16. Синтетический трос или кабель по любому из пп. 13-15, отличающийся тем, что все волокна, образующие указанную жилу, образованную из по меньшей мере двух волокон, имеют одинаковое направление укладки.
| US 20020121388 A1, 05.09.2002 | |||
| US 20140216782 A1, 07.08.2014 | |||
| US 20140262428 A1, 18.09.2014 | |||
| US 20130336623 A1, 19.12.2013 | |||
| WO 2004020732 A2, 11.03.2004 | |||
| WO 2009142766 A2, 26.11.2009 | |||
| ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ КАБЕЛЬ С ДАТЧИКОМ ИЗГИБА И СИСТЕМОЙ КОНТРОЛЯ И СПОСОБ ОБНАРУЖЕНИЯ ИЗГИБА В ПО МЕНЬШЕЙ МЕРЕ ОДНОМ ЭЛЕКТРИЧЕСКОМ КАБЕЛЕ | 2009 |
|
RU2510904C2 |
| WO 2016114671 A1, 21.07.2016. | |||
