[发明专利]用于连续生产安装在穿孔金属中空型材中的光纤波导传感器的方法

说明书

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

技术领域

本发明涉及具有由金属构成并且通过钻孔穿孔的外部套的光纤波导传感器的生产，尤其涉及这种具有金属套的光纤波导传感器的连续生产。

背景技术

用于信号的光传输的光纤波导(又称为光波导或光导体)根据应用和对机械稳定性以及对环境影响和氢扩散的防护的要求，利用由塑料构成的壳和/或利用金属壳被包绕。金属壳中的光纤例如在海底缆线的情况下被使用并且通常也被引导作为高压线路的地线中的通信通道。被金属壳包围的光纤波导也被称为金属管中光纤(Fibre in Metal Tube)，或简称为FIMT。

玻璃光纤也可以用作用于各种物理变量的传感器，例如用于测量例如桥梁结构、风力涡轮机或石油和天然气生产系统中的压力、温度、振动和其他测量变量的传感器。这些光纤波导传感器通常也用金属壳包绕以尤其保护免受机械损坏，高级钢的金属壳尤其由于耐化学性而被使用。为了使测量变量更好地通过金属壳传递到玻璃光纤，可以在金属壳中引入孔。

一根或多根光纤可以放在一根金属管中。为了避免由于温度波动或机械张应力引起的金属管的长度变化而使光纤撕裂或断裂，包含在金属管中的光纤的长度可以比金属管的长度更长。

在用于生产其中安装有光纤波导的金属管的已知连续过程的情况下，光纤波导或光纤波导束被供应至管成形过程。在管成形过程期间，由金属(例如，高级钢)构成的平条带被形成为管，该管沿纵向方向开槽并且该管包绕光纤波导或光纤波导束。形成为管的平条带沿着槽焊接有纵向接缝。例如，在文献EP 0 727 679 A1中指示了这种方法的过程和为此配置的设备。

因为当在金属壳中钻孔时可能会损坏在其中导向的光纤波导，并且由于在钻孔期间光纤波导的单次损坏而使整个生产长度无法使用，因此在引入光纤波导之前将孔引入金属壳中。通常，例如在如文献JP H05 157589 A中所指示的，在金属条带被形成为金属中空型材之前，已经例如通过冲压将孔引入金属条带中。

如果借助于电弧焊方法(比如，钨极惰性气体保护焊(TIG))来执行焊接，则小于0.15mm的壁厚度无法可靠地焊接。使用已知的电弧方法焊接的管可能还具有明显的焊道，焊道突出到管内部并且使安装在其中的光纤波导暴露于机械损坏的风险下。此外，使用已知方法无法生产直径小于的管。因此，包绕光纤波导或光纤波导束的金属管的尺寸设置具有下限。这导致最小弯曲半径较大和高重量。

激光焊接方法允许连续生产直径低至2mm的、光纤波导放置在其中的金属管。为了实现甚至更小的直径，必须在将金属条带焊接形成为封闭的金属中空型材之后，通过拉拔模、辊和其他减小工具来减小直径。所有这些用于减小管直径的方法都存在一个共同的问题，即在圆周方向上的压缩应力导致塑性材料流动，这具有封闭先前引入的穿孔的作用。即使直径减小超过20％，也会导致孔完全闭合。图1示意性地示出了减小管直径时穿孔的几何形状的变化。在图1a)中，示出了在直径减小之前具有第一直径D1并且设置有圆孔L的管的段R。在通过拉拔过程减小直径之后，管段由于塑性材料的流动而变得更长并且具有较小的第二直径D2，但是先前的圆孔L也已经变形为长形的椭圆形。

发明内容

因此，本发明的目的是提出一种用于连续生产安装在穿孔金属中空型材中的光纤波导传感器的改进方法和相应设备。