WO2003060454A1 - Messvorrichtung - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung zur Feststellung von Leckstellen in Fernwärmeversorgungsanlagen, Pipelines oder Tanks oder von Bränden in Tunneln mit einem Messsensor. Als Messsensor ist ein Sensorkabel mit mindestens einem in diesem in Einbettungsmaterial eingebetteten, als Einmodenglasfaser ausgebildeten Sensorelement vorgesehen, wobei das Sensorkabel in der Isolierung der Fernwärme-Rohranlagen oder nahe den Pipelines, Tanks oder Tunneln verläuft. Verschiedene Kabelaufbauelemente bestehen aus einem Werkstoff, der im Kontakt mit Wasser oder bestimmten Kohlenwasserstoffverbindungen oxidiert, aufquillt oder brüchig wird und damit zu einer, eine Dämpfungserhöhung des Sensorelementes bewirkenden Verformung des Sensorelementes führt. Am Ende des Sensorkabels ist eine die Dämpfungserhöhung des Sensorelementes feststellende Dämpfungsmesseinrichtung angeschlossen.

Description

20

25 Messvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Messvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 .

30 Der Einsatz von Sensorelementen in einem Kabel und/oder die Fehlerortung durch Erzeugen und Messen einer Dämpfungserhöhung einer Glasfaser bzw. Lichtwellenleiters ist aus den folgenden Schriften bekannt.

Die EP-A2-0 245 753 beschreibt eine Messvorrichtung zur Feststellung von 35 Wassereintritt in ein Kabel. Der Sensor besteht hier aus einer bestimmten Glasfaser, die im Lichtwellenleiterkabel eingebunden ist und über ihre Gesamtlänge radial mit einem Quellkörper beschichtet ist. Bei Wassereintritt wird die Glasfaser seitlich verbogen. Das an der Glasfaser angeschlossene Messgerät wertet diese Verlegung durch Messung des dadurch entstehenden Übertra-gungsverlustes aus. Diese besondere Glasfaser wird nur zur Feststellung von Wassereintritt in das Kabel verwendet.

Aus der DE-A1 -43 09 41 1 ist ein Feuchtigkeitssensor bekannt, der Bestandteil eines elektrischen oder optischen Kabels ist und zur Feststellung von Feuchtig- keitseinbrüchen in kunststoffummantelten Kabeln dient. Als Feuchtigkeitssensor wird entweder ein Kupferdraht oder eine optische Ader eingesetzt, der bzw. die mit der Feuchtigkeit in Kontakt kommt, wenn diese das ihn bzw. sie umgebende Kabelmantelmaterial aufgelöst hat und dann aktiviert wird. Bei der Verwendung des Kupferdraht-Sensors ist der Eintritt von Feuchtigkeit durch eine Messung des Absinkens des Isolationswiderstands einer Meldeader und beim Einsatz eines optischen Sensors durch Messung der Dämpfungserhöhung oder der Reflexion in der Meldeader feststellbar.

Ferner ist aus der PCT/EP 99 105 998 ein Messfühler zur Feststellung von Was- sereintritt in Muffen von Fernmeldeanlagen bekannt, die zur Verbindung von Glasfaserkabeln dienen. Der Messfühler umfasst u.a. einen Wassersensor, der in einer Muffe montiert ist. Auch dieser Wassersensor zeichnet sich dadurch aus, dass ein Viskose-Pressschwamm durch Quellen eine zur Überwachung in den Messfühler eingelegte Einmodenfaser des Glasfaserkabels bei Wassereintritt in die Glasfaserverbindungsmuffe verformt und dass somit eine Dämpfungserhöhung bei der biegeempfindlichen Messwellenlänge von 1625nm am fernen, überwachenden Messende signalsiert wird. Mit einem solchen Messfühler ist eine genaue Fehlerstellenortung mit sofortiger Alarmmeldung über große Entfernung an alle für Reparaturmaßnahmen nötigen Stellen möglich. Die ortsgenaue Feststellung der Art des Wassereintritts in die Muffen ist in der genannten Schrift offenbart und wird seit 1999 durch die Deutsche Telekom AG praktiziert. Durch die Schrift IEC EN 60793-1 -22, Verfahren B, ist die Messung der Dämpfungserhöhung und die Feststellung von Leckstellen über eine Entfernung von über 80 km bei der Messwellenlänge 1625nm an Einmodenfasern des Typs B1.1 an sich bekannt.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Messvorrichtung der im Oberbegriff des Anspruchs 1 genannten Art zu schaffen, die einen Messaufbau, einen Kabel- aufbau und Materialien für einen universellen Einsatz aufweist und eine schnelle, zuverlässige und eindeutig identifizierbare Ortung von Leckstellen in Tanks, Rohranlagen und Pipelines oder Bränden in Tunneln ermöglicht.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.

Als Sensorelement werden im Sensorkabel, das als querdruckstabiles Außenkabel oder Kabelschutzrohr zur Erdverlegung, Verlegung auf Pritschen oder in der Isolationsschicht von Rohranlagen ausgebildet sein kann, eine oder mehrere Einmodenfasern verwendet. Es genügt, im Sensorkabel ein einziges Sensorelement ein- zusetzen, das die Überwachungsfunktion übernimmt.

Das optische Sensorkabel gemäß der Erfindung als Wasserdampf-, Heißwasser, Kohlenwasserstoff- oder Brandmeldesensor weist Werkstoffe auf, die sich beim Auftreten von bestimmter Wasserdampf-, Heißwasser- oder Kohlenwasserstoff- Verbindungen auflösen, aufquellen oder bei Hitze stark schrumpfen und dadurch im

Störungsfall das im Kabel eingesetzte, mit einer sehr geringen Faserdämpfung arbeitende Sensorelement, nämlich die Einmodenfaser, im biegeempfindlichen Messwellenbereich verformen bzw. einem Querdruck aussetzen, wodurch eine deutlich merkbare Dämpfungserhöhung erzeugt wird. Die Wahl der das Sensor- element umgebenden Materialien schützen einerseits das Sensorelement vor Beschädigung durch äußere Einflüsse bei der Verlegung oder im Betrieb und ermöglichen andererseits die Aktivierung des Sensorelements beim Auftreten von bestimmten Wasserdampf-, Heißwasser- oder Kohlenwasserstoffverbindungen oder Hitze.

Als Sensorelement selbst wird eine handelsübliche Einmodenfaser eingesetzt. Diese gibt im Störfall über weite Entfernungen ein sofortiges, zuverlässiges und eindeutig identifizierbares Signal ab, wobei der, mittels Biegung des Einmodenfa- serabschnitts erzeugte Dämpfungsanstieg im langwelligen Bereich 1625 nm so hoch ist, dass er mittels einer Dämpfungsmesseinrichtung ohne Schwierigkeiten feststellbar ist.

Vorteilhafte Ausbildungen des Sensorkabels sind in den Unteransprüchen niedergelegt.

Die Erfindung wird anhand von Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 einen Querschnitt durch einen geschlossenen Kabelmantel des als Sensor verwendeten, optischen Kabels,

Fig. 2 einen Querschnitt durch einen perforierten Kabelmantel und/oder Kabelschutzrohr des als Sensor verwendeten, op- tischen Kabels,

Fig. 3 einen Querschnitt durch einen aus einem Geflecht bestehenden

Kabelmantel des als Sensor verwendeten, optischen Kabels,

Fig. 4 einen Querschnitt durch ein lagenverseiltes, als Sensor ver- wendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmantel nach Fig. 2,

Fig. 5 einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmantel nach Fig. 1 ,

Fig. 6a einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmantel nach Fig. 2,

Fig. 6b einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel ähnlich dem Kabel der Fig. 6a, aber mit einem Kabelmantel nach Fig. 2,

Fig. 7 einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmatel nach Fig. 3,

Fig. 8 einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmantel nach Fig. 3,

Fig. 9a einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmantel nach Fig. 1 ,

Fig. 9b einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmantel nach Fig. 1 ,

Fig. 10a einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel mit einem Kabelmantel nach Fig. 2, Fig. 10b einen Querschnitt durch ein weiteres, als Sensor verwendetes, optisches Kabel ähnlich dem Kabel der Fig. 1 0a, aber mit ei- 10 nem Kabelmantel nach Fig. 1 ,

Fig. 1 1 eine perspektivische Ansicht einer weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabelseele im ungestörten im ungestörten Zustand, die im Betriebszustand mit einem Außenmantel ιr, der Fig. 1 -3, 31 , 40-42 ummantelt ist,

Fig. 1 2 eine perspektivische Ansicht der Kabelseele der Fig. 1 1 im gestörten Zustand,

0 Fig. 1 3 eine perspektivische Ansicht einer weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabelseele der Fig. 1 1 ,

Fig. 14 eine perspektivische Ansicht einer weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabelseele mit der Kabelmantelart der 5 Fig. 1 1 ,

Fig. 1 5 eine perspektivische Ansicht einer weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabelseele der Fig. 1 1 im ungestörten Zustand, 0

Fig. 1 6 eine perspektivische Ansicht der Kabelseele der Fig. 1 5 im gestörten Zustand,

Fig. 1 7 eine perspektivische Ansicht einer weiteren, als Sensor ver- 5 wendeten, optischen Kabelseele mit einer weiteren See- lenabbindung im ungestörten Zustand,

Fig. 1 8 eine perspektivische Ansicht der Kabelseele der Fig. 1 7 im gestörten Zustand,

Fig. 1 9 eine perspektivische Ansicht eines weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabels mit einer weiteren Kabelmantelart, zwei Sensorelementen und zwei Lichtwellenleitern zur Datenübertragung,

Fig. 20 eine perspektivische Ansicht eines der Fig. 1 9 ähnlichen Kabels, jedoch ohne Lichtwellenleiter, zur Datenübertragung,

Fig. 21 eine perspektivische Ansicht eines weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabels mit der Kabelmantelart der Fig. 1 9, mit Zugentlastungselementen, einem zentralen Quellseil (Kunststoffrohr) und einem um dieses gewundenen Sensor- element,

Fig. 22 eine perspektivische Ansicht eines weiteren, der Fig. 21 ähnlichen Kabels mit einem Polsterelement statt des Zugentlastungselements,

Fig. 23 eine perspektivische Ansicht eines weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabels mit der Kabelmantelart der Fig. 19, mit einem Sensorelement, einer Schraubenfeder aus Kunststoff und einem Füllmaterial, Fig. 24 eine perspektivische Ansicht eines der Fig. 23 ähnlichen Sensorkabels mit einem in einem Füllelement eingeschlossenen Lichtwellenleiter,

Fig. 25 eine perspektivische Ansicht eines Sensorkabels der Figuren

19-24 mit einer Schutzhülle erster Art,

Fig. 26 eine perspektivische Ansicht eines Sensorkabels der Figuren

19-24 mit einer Schutzhülle zweiter Art,

Fig. 27 eine perspektivische Ansicht einer weiteren Kabelmantelart,

Fig. 28 eine perspektivische Ansicht eines weiteren, als Sensor verwendeten, optischen Kabels und

Fig. 29 eine skizzenhafte Ansicht einer Messvorrichtung gemäß der

Erfindung.

In Fig. 1 ist ein geschlossener Kabelmantel 1 eines nicht weiter dargestellten, als Sensor verwendeten, optischen Kabels dargestellt. Der Kabelmantel 1 umhüllt die Kabelseele mit dem Sensorelement, um einen praktischen Einsatz (Verlegung, Betrieb) zu ermöglichen und ist derart beschaffen, dass er durch flüssige Analyten (Chemikalien, Lösemittel) oder Hitze auflösbar, aufquellend oder schrumpfend ist.

Der Kabelmantel 1 schützt das in der Erde oder auf Pritschen verlegte Sensorkabel gegen das Eindringen von Wasser in die Kabelseele und verhindert eine durch Wasserlagerung mögliche Dämpfungsänderung in den als Sensorelementen verwendeten, primärbeschichteten Einmodenfasern. Im Brandfall findet ein örtlicher Schrumpfeffekt bzw. beim Auftreten bestimmter Kohlenwasserstoffverbindungen ein Aufquellen und/oder Verspröden der Kunststoffe statt, mit der Folge, dass das Sensorelement einem durch Druck oder Biegung erzeugten Faserstress ausgesetzt wird und damit diese Störung als Dämpfungsänderung gemessen werden kann.

In Fig. 2 ist ein perforierter Kabelmantel und/oder Kabelschutzrohr 2 mit ähnlichen Eigenschaften wie der Kabelmantel 1 der Fig. 1 darstellt. Im Vergleich zum Kabelmantel 1 der Fig. 1 wird hier das Eindringen von Kohlenwasserstoff, Hitze oder Wasser begünstigt, um eine schnellere Reaktion aller Werkstoffe zu erzielen. Im

Vergleich zum Kabelmantel 1 der Fig. 1 können die Sensorelemente (Einmodenfasern) selbst gegen den Wassereintritt geschützt und als Fest- bzw. Kompaktadern oder als Hohl- bzw. Kammeradern ausgebildet sein, wie noch näher erläutert wird.

In Fig. 3 ist ein mit ähnlichen Eigenschaften wie die Kabelmäntel 1 , 2 aufweisender Kabelmantel 3 aus einem Geflecht dargestellt, das aus zugfesten metallenen Drähten oder Kunststoff-Fäden besteht und durchlässig für Flüssigkeiten und Hitze ist. Der Kabelmantel 3 soll im Vergleich zum Kabelmantel 2 der Fig. 2 verhindern, dass die Kabelmantelperforation durch Verunreinigung verstopft und der Sensor- effekt verspätet wirksam wird.

Das in Fig. 4 dargestellte Sensorkabel umfasst ein Zentralelement 4, zwei Sensorelemente (Einmodenfasern) 5, mehrere Füllseile 6 und einen Kabelmantel und/oder Kabelschutzrohr 2. Die beiden, Sensorelement 5 und die Füllseile 6, sind um die Zentralseele 4 lagenverseilt. Die Zentralseele 4 und die Füllseile 6 sind durch

Flüssigkeiten oder Hitze auflösbar, aufquellend oder schrumpfend. Vorzugsweise sind die Füllseile 6 zugfest ausgebildet.

Zwischen den Einzelelementen sind Zwischenräume 7 vorhanden. Die als Sensor- element verwendete Einmodenfaser ist vorzugsweise vom Typ LWL

E9/125/250 m gemäß ITU-TG.652. Das in Fig. 5 dargestellte Kabel ähnelt dem der Fig. 4, hat aber abweichend mit einer Masse 8 gefüllte Zwischenräume und Sensorelemente 5, die in einer Hohla- 10 der 9 eingebettet sind, wobei zwischen dieser und dem Sensorelement 5 eine Füllmasse 10 angeordnet ist. Das Sensorelement 5 ist mit einer großen Faserüberlänge versehen. Die Masse 8 und die Füllmasse 10 bestehen aus einem pulverisierten und hydrophoben Material.

R5 Die Funktionsweise des in den Figuren 4 und 5 dargestellten, optischen Kabels ist folgende: im Brandfall erfolgt ein Schrumpfungseffekt des Kabelmantels 2 bzw. 1 , der Füllmasse 8, der Füllelemente 6 und dem Zentralelement 4, so dass dabei die wassergeschützten Sensorelemente 5 (Fig. 4) bzw. die Hohladern 9 verformt werden; beim Auftreten von Wasser oder bestimmter Kohlenwasserstoffverbindun-

20 gen erzeugen der Kabelmantel 1 bzw. Kabelschutzrohr 2, die Füllelemente 6 und das Zentralelement 4 durch Aufquellen einen Druck auf das Sensorelement 5 (Fig. 4) bzw. auf die Hohlader 9 (Fig. 5), das bzw. die dadurch gebogen werden. Die durch das Verbiegen entstehende Dämpfungsänderung in dem Sensorelement 5 kann dann gemessen werden.

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In Fig. 6a weist das Sensorkabel von außen nach innen einen Kabelmantel und/oder Kabelschutzrohr 2, eine Füllmasse 1 1 , eine zentrale Hohlader 12, eine Füllmasse 13 und zwei zentrale Sensorelemente (Einmodenfasern) 5 auf, wobei die Einzelelemente hinsichtlich ihrer Beschaffenheit und Aufgabe wie in den Figuren 4, 0 5 ausgebildet sind. Bei dem in Fig. 6b dargestellten Kabel, das dem der Fig. 6a ähnelt, ist nur abweichend statt des Kabelmantels und/oder des Kabelschutzrohres 2 der Kabelmantel 1 vorgesehen.

In den Figuren 7 und 8 ist ein optisches Sensorkabel dargestellt, das mit einem 5 Kabelmantel 3 zur schnelleren Aufnahme von Wasser-, Kohlenwasserstoffverbin düngen oder Hitze versehen ist. In Fig. 7 sind von außen nach innen nach dem Kabelmantel 3 verseilte dünnere Füllelemente 14, eine Schicht aus Gewebeband 15, Füllmaterial oder Quellmaterial 16 und zwei zentrale Sensorelemente 5 vorgesehen, die von einer losen Hülle 17 umhüllt sind. Die Füllseile 14 erhöhen die Zugfestigkeit des Kabels und dienen auch zur Erhöhung der Querdruckstabilität bei pritschenverlegten Brandmelde-Sensorkabeln. Das Gewebeband 15 dient als Schmutzfilter. Der Hohlraum kann mit Rovingen 16 gefüllt sein, die entweder aus Viskose-Pressschwamm, zugfestem Glas bzw. zugfesten Aramiden oder aus vorgerecktem PBTB, das bei Wärmezufuhr schrumpft, oder aus Siliziumglasfasern bzw. pulverisierten Polymeren, die unter Wasser-, Kohlenwasserstoffeinfluss eine Volumenvergrößerung zeigen, oder aus modifizierten PA-Harzen gefertigt sind, die wasser- und alkohollöslich sind. Die Füllelemente 14 und die Rovinge/Garne 16 können eine hohe Schrumpffortleitung und Verformung des Sensorelementes 5 bzw. der Hohlader 9 ermöglichen. Bei erdverlegten oder rohrverlegten, auf Wasserdampf-, Heißwasser-, Kohlenwasserstoffverbindungen ansprechenden Sensorkabeln vermeidet das über dem Roving verseilte Gewebeband 15 die Versandung des Rovings.

Das in Fig. 8 dargestellte Sensorkabel ähnelt dem der Fig. 7 im Aufbau- und Anwendungsbereich, hat aber abweichend keine Füllelemente.

Statt des Kabelmantels 3 in Fig. 8 kann auch der geschlossene Kabelmantel 1 eingesetzt werden, wie es in den Figuren 9a und 9b gezeigt ist. Dabei können nach Fig. 9a die Sensorelemente 5 eine Hülle 17 oder nach Fig. 9b keine Hülle aufweisen. Die Sensorelemente 5 sind so in die Rovinge/Garne, Quellmaterial 16 eingebettet, dass sie im Störungsfall verformt bzw. verdrückt werden.

Das in den Figuren 10a und 10b dargestellte Sensorkabel ähnelt dem der Fig. 6a bzw. 6b, doch abweichend sind anstelle der Füllmasse 1 1 mittelstarke, verseilte Füllelemente 18 eingebracht.

Die in Fig. 1 1 dargestellte Sensorkabelseele hat zwei Sensorelemente 5 und zwei Quellelemente 19, in deren Zentren jeweils zusätzliche Lichtwellenleiter 20 zur Datenübertragung angeordnet sind. Die Sensorelemente 5 liegen im Zwickel der beiden Quellelemente 19 und können eine Länge von bis zu 2000m haben. Die Quellelemente 19 bestehen aus quellenden, brüchig werdenden und/oder elasto- meren Thermoplast-Rundschnüren oder aus Viskose-Pressschwamm. Die Anordnung aus den Sensorelementen 5 und den Quellelementen 19 sind mit einer Seelenbewicklung 21 versehen, die durch einen festen Wickel aus entweder Federdraht oder vorzugsweise aus Federband gebildet ist. Als äußeren Kabelmantel wird ein Mantel gem. Fig. 1 -3, 31 , 40-42 aufgebracht.

Die Fig. 12 zeigt das Sensorkabel der Fig. 1 1 im aktivierten Zustand, wobei das Sensorelement 5 infolge des Aufquellens der Quellseile 19 gegen die Seelenbewicklung 21 mechanisch beansprucht wird und die Lichtwellenleiter 20 für Steue- rungszwecke im Zentrum der Quellseile 19 nicht mechanisch beansprucht werden.

Die Fig. 13 zeigt ein Sensorkabel ähnlich der Fig. 1 1 , bei dem zwei Sensorelemente 5' als präparierte Einmodenfasern {Sonderfasern) ausgebildet sind, die aus einer üblichen Einmodenfaser und einer zusätzlichen Beschichtung besteht, die mit gasförmigen Medien (Methan) und den Kabelaufbauelementen als Katalysator in der Oxidierung eine Dämpfungserhöhung der Faser bei der Messwellenlänge 1625nm bewirkt. Die Sensorelemente 5' befinden sich im Zwickel zweier nicht quellender oder versprödender Festelemente 22, die aus Elastomeren oder Thermoplast bestehen. Die Anordnung aus den Sensorelementen 5' und den Festelemen- ten 22 sind von der Seelenbewicklung 21 umhüllt. Die Fig. 14 ist ein Beispiel für ein Sensorkabel, das aus zwei Sensorelementen 5' und aus einer, diese lose umgebenden Seelenbewicklung 21 besteht. Das Sensor- kabel kann eine Länge von mehr als 2000m haben.

Die Fig. 15 zeigt ein Sensorkabel nach Fig. 1 1 , bei dem die beiden Sensorelemente 5' in Längsnuten 23 eines zentralen Quellelement 24 eingelegt sind. Das Quellseil 24 besitzt im Zentrum ein Stauchschutzelement 25 und ist durch eine verquellbare Elastomer- bzw. Thermoplastrundader oder Viskose-Pressschwamm gebildet. Die genannten Bauteile sind durch eine Seelenbewicklung 21 fest umhüllt.

Die Fig. 16 zeigt das Sensorkabel der Fig. 15 im aktivierten Zustand, wobei die Sensorelemente 5' infolge Aufquellens des Quellelement 24 gegen die festen Seelenbewicklung 21 mechanisch beansprucht werden.

Das in Fig. 17 dargestellte Sensorkabel hat einen ähnlichen Aufbau wie das der Fig. 1 1 , jedoch ist abweichend statt der Seelenbewicklung 21 eine Seelenabbindung 21 ' verwendet, die eine feste Umhüllung der Sensorelemente 5 bildet und als Kreuzzwickel aus Metall, Kunststoff oder imprägnierten Glasfasern mit einer größeren Schlaglänge ausgebildet ist.

Die Fig. 18 zeigt das Sensorkabel der Fig. 17 im aktivierten Zustand, wobei die Sensorelemente 5 infolge Aufquellens der Quellelemente 19 gegen die Seelen- abbindung 21 ' mechanisch beansprucht werden.

In Fig. 19 ist ein Sensorkabel mit einer Fertigungslänge von bis zu 2000m gezeigt, das zwei Röhrchen 26 und zwei lose im Zwickel dieser Röhrchen angeordnete Sensorenelemente 5 aufweist. Die Röhrchen 26 bestehen aus amorphen Thermo- plasten, vorzugsweise aus Polystyrol (PS), Polystyrol-Schaumstoff (PS-E), Polysio- butylen oder Ethylcellulose, und haben eine in ihrer Längsrichtung angeordnete Sollbruchstelle 27, die in Kontakt mit dem festzustellenden, gasförmigen Medium nach außen öffnet, wie die Pfeile an der Stelle 28 zeigen. Die Sensorelemente 5 sind primär und/oder sekundärbeschichtete Einmodenfasern mit einem Durchmesser von 400-900 m. In den Röhrchen 26 ist jeweils ein Röhrchen 29 aus Thermoplast angeordnet, in der wieder ein Röhrchen 30 aus Thermoplast steckt, die Lichtwellenleiter 20 zur Datenübertragung aufnimmt. Die vorbeschriebenen Kabelelemente sind von einem Kabelmantel 31 in Form eines gewellten Lochban- des umgeben, das vorzugsweise aus Stahl, Aluminium oder lackiertem Kupfer besteht. Der Kabelmantel 31 kann zusätzlich eine Seelenabbindung in Form eines Drahtes oder Bandes, der bzw. das als Druckfeder mit einer geeigneten, kurzen Schlaglänge ausgebildet ist, oder in Form eines grobmaschigen, gestauchten Geflechts vorgesehen sein. Bei Kontakt mit einem Analyten wird das Sensor- element 5 durch die Brüchigkeit der Röhrchen 26, der vorgegebenen Aufplatzrichtung 28 und der Begrenzung durch die feste Umwicklung des Kabelmantels 31 mechanisch bis zum Bruch beansprucht. Die sich im Zentrum des Sensorkabels befindlichen Lichtwellenleiter 20 erfahren durch ihre Lage im Röhrchen 30 keine Beeinträchtigung.

In Fig. 20 ist ein der Fig. 19 ähnliches Sensorkabel dargestellt, wobei jedoch in den massiven Röhrchen 26' keine Lichtwellenleiter zur Datenübertragung integriert sind.

Bei dem in Fig. 21 gezeigten Sensorkabel mit einer Fertigungslänge von mehr als 2000m ist ein zentrales Rohr 32 aus amorphem Kunststoff, vorzugsweise Polystyrol (PS) oder Polystyrol-Schaumstoff (PS-E), vorgesehen, das aus zwei U-förmig gebogenen Flachprofilen besteht, die in Profilhaltern 33 miteinander verklemmt sind. Ein Sensorelement 5 ist schraubenförmig um das zentrale Rohr 32 gewickelt. Über dem Sensorelement 5 befinden sich Zugentlastungselemente 34, die zur Aufnahme der Zugkraft, als Schmutzfilter und Polster dienen und die vom Kabel- mantel 31 abgedeckt werden. Abweichend vom dargestellten Sensorkabel kann das Rohr auch als Vollrohr mit einer Sollbruchstelle ähnlich der Sollbruchstelle 27 in den Figuren 19, 20 versehen sein. Eine weitere Modifikation besteht darin, dass das Rohr 32 beim Kontakt mit dem festzustellenden Medium in sich zusammenfällt.

In Fig. 22 ist ein der Fig. 21 ähnelndes Sensorkabel dargestellt, bei dem abweichend die Zugentlastungselemente durch eine Polsterung 35 aus Weichschaumstoff (PE-E, PP-E) oder Polystyrol-Schaumstoff (PS-E) als Abstandshalter zum Kabelmantel 31 ersetzt ist. Die Polsterung 35 reduziert im Vergleich zu den Zug- entlastungselementen 34 in Fig. 21 den Gegendruck beim Bruch des Quellseils 32 und gewährleistet ein messbares Signal des Sensorelementes 5.

In Fig. 23 ist ein Sensorkabel mit einer Fertigungslänge von mehr als 2000m gezeigt, bei dem sich ein Sensorelement 5 im Zwickel einer aus amorphem Kunst- stoff, insbesondere Polystyrol, bestehenden Schraubenfeder 36 und eines Füllelements 37 befindet, das als Abstandshalter zwischen der Schraubfeder 36 und dem Kabelmantel 31 dient. Bei Kontakt mit einem Analyten wird das Sensorelement 5 durch Bruch der Schraubenfeder 36, der vorgegebenen Aufplatzrichtung und der Begrenzung durch den festen Kabelmantel 31 (alternativ Fig. 1 -3, 40-42) mechanisch bis zum Bruch beansprucht.

In Fig. 24 ist ein, der Fig. 23 ähnliches Sensorkabel dargestellt, das abweichend anstelle des Füllelement 37 ein hohles Füllelement 38 mit integrierten Lichtwellenleitern 20 zur Datenübertragung aufweist. Die Datenübertragung ist aufgrund der gewählten Konstruktion des Sensorkabels auch im aktivierten Zustand des Sensor kabels möglich. Vorzugsweise ist eine Schraubenfeder 36 gewählt, die aus Polystyrol besteht.

Die Fig. 25 stellt einen Teil eines Sensorkabels dar, bei dem der Kabelmantel 31 von einer Schicht aus Zugentlastungselementen 39 umgeben ist, die wiederum durch eine Außenhülle 40 bedeckt ist. Die Innenhülle 39 ist flüssigkeits- und gasdurchlässig. Die Außenhülle 40 kann aus rostfreien Draht-, Kunststoff- oder duroplastverstärkten Glaselementen (GFK) bestehen, wobei als Kunststoff vorzugsweise Polystyrol (PS) oder Polyamid (PA) eingesetzt ist, und dient dem Nagetierschutz. Die Außenhülle 40 kann auch als Vollbedeckung aus Kunststoff oder als Geflechthülle 41 ausgebildet sein, wie es in Fig. 26 dargestellt ist.

In Fig. 27 ist ein Kabelmantel 42 eines Sensorkabels als Weiterentwicklung der Figuren 19-24 dargestellt, bei der eine Stahllängsleiste wechselständig und versetzt überlappend angeordnet sind.

Die Fig. 28 zeigt ein Sensorkabel mit einer Fertigungslänge von mehr als 2000m, das ein zentrales Hohlseil 43 aufweist, das als querdruckstabiles Stützelement aus

Polypropylen (PP), Polyetylen, PBT oder Polyamiden (PA) besteht. Im Inneren des

Hohlseils 43 sind Lichtwellenleiter 20 zur Datenübertragung angeordnet. Über dem

Hohlseil 43 bindet sich ein grobmaschiges, gestauchtes Geflecht 44, vorzugsweise aus Polystyrol. Um das Geflecht 44 sind ein Sensorelement 5 und ein Abstands- halter 35' aus Kunststoff oder Polystyrol-Schaumstoff (PS-E) schraubenförmig gewickelt. Darüber befindet sich ein Kabelmantel 31 ', der als Kabelmantel 31 wie in den Figuren 19-24 oder als Kabelmantel 41 wie in Fig. 26 ausgebildet sein kann. Bei Kontakt mit einem Analyten wird das Sensorelement 5 durch Aufplatzen des Geflechts 44 und des Abstandhalters 35' sowie der Begrenzung nach innen durch das Hohlseil 43 und nach außen durch den Kabelmantel 46 mechanisch bis zum Bruch beansprucht. Aufgrund der gewählten Konstruktion des Sensorkabels ist die Datenübertragung auch im aktivierten Zustand des Sensorkabels möglich.

In Fig. 29 ist die Messvorrichtung gemäß der Erfindung skizzenhaft näher dargestellt, bei der die vorbeschriebenen Sensorkabel verwendet werden. Eine Pipeline 45, in der beispielsweise Kohlenwasserstoffe fortgeleitet werden, soll auf Leckstellen überwacht werden. Nahe der Pipeline 45 ist ein Sensorkabel 46 verlegt, das ein Sensorelement 5 aufweist. Das Sensorelement 5 ist an eine Dämpfungsmesseinrichtung 47 angeschlossen, die aus einem auf der Rückstreu- messtechnik basierenden OTDR-Messmodul 48, einem optischen Umschalter 49, einem Speichermodul 50 und einem Alarmmodul 51 besteht. Die Dämpfungsmesseinrichtung 47 führt in vorgegebenen Abständen selbstständig Messungen durch und vergleicht die Messwerte mit den ursprünglichen Meßwerten (Referenzwerten), die auf dem Speichermodus 50 hinterlegt sind. Mittels des optischen Umschalters 49 können so mehrere, mit der Messeinrichtung verbundene Sensorkabelstrecken nacheinander gemessen werden. Bei Überschreitung bestimmter Grenzwerte im Falle einer Leckstelle, die durch Verbiegung des Sensorelementes 5 angezeigt wird, erfolgt mittels des Alarmmoduls 51 eine Alarmmeldung und eine

Feststellung des genauen Ortes der Leckstelle.

Claims

Ansprüche

1. Messvorrichtung zur Feststellung von Leckstellen in Rohranlagen, Pipelines oder Tanks oder von Bränden in Tunneln mit einem Messsensor, dadurch gekennzeichnet, dass als Messsensor ein Sensorkabel (46) mit mindestens einem in diesem in Einbettungsmaterial (1 -4, 6, 8-22, 24, 26, 32, 36, 37, 43, 44) eingebetteten, als Einmodenglasfaser ausgebildeten Sensorelement (5, 5') vorgesehen ist, wobei das Sensorkabel (46) nahe den Pipelines (45), Tanks, Tunneln oder in der Isolationsschicht von Rohranlagen verläuft, das Einbettungsmaterial (1 -4, 6, 8-22, 24, 26, 32, 36, 37, 43, 44) aus einem Werkstoff besteht, der im Kontakt mit Wasser oder be- stimmten Kohlenwasserstoffverbindungen oxidiert, quillt, brüchig wird und damit zu einer, eine Dämpfungserhöhung des Sensorelementes (5, 5') bewirkenden Verformung des Sensorelementes führt, und am Ende des Sensorkabels eine die Dämpfungserhöhung des Sensor- elementes (5, 5') feststellende Dämpfungsmesseinrichtung (47) angeschlossen ist.

2. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Einbettungsmaterial durch einen Kabelaußenmantel oder Kabel- schutzrohr (1 -3, 31 , 40-42) und eine in diesem angeordnete Füllung (4, 6, 8-1 8, 34) gebildet ist.

3. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung durch verseilte Füllseile (6, 14, 1 8) gebildet ist.

4. Messvorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung eine Zentralseele (4) umfasst, und das die Einmodenglasfaser (5) mit großer Überlänge verseilt ist.

5. Messvorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllseile (6, 14, 1 8) und das Sensorelement (5) in eine vom Kabelaußenmantel oder Kabelschutzrohr (1 -3, 31 , 40-42) umschlossene Füllmasse (8) eingebettet sind.

Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung durch die Einmodenglasfaser (5) umgebende Rovinge oder

Quellmaterial (16) gebildet ist.

Messvorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Rovingen oder Quellmaterial (1 6) Füllseile (14) verseilt sind.

8. Messvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Rovinge oder Quellmaterial (1 6) durch ein Gewebeband (1 5) ab- gedeckt sind.

9. Messvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Füllung durch eine, das Sensorelement (5) umgebende Hohlader (1 2) und durch eine zwischen dieser und dem Kabelmantel oder Kabelschutzrohr (1 -3, 31 , 40-42) angeordnete erste Füllmasse (1 1 ) gebildet ist.

10. Messvorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5) in der Hohlader (1 2) in einer zweiten Füllmasse

(13) eingebettet ist.

1 1 . Messvorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Füllmasse durch verseilte Füllseile (18) gebildet ist.

12. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelmantel oder Kabelschutzrohr (2) perforiert ist.

13. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelmantel durch ein Geflecht (3) gebildet ist.

14. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5) eine Hülle (17, 9) aufweist.

15. Messvorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülle durch einen Hüllenmantel (9) und einer zwischen diesem und dem Sensorelement (5) angeordneten, dritten Füllmasse (10) gebildet ist.

16. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement (5) im Zwickel zweier Quellelemente (1 9) angeordnet sind, die aus quellenden, bruchfähigen und/oder elastome- ren Thermoplast-Rundschnüren und/oder Viskose-Pressschwamm be-stehen.

17. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement (5) im Zwickel zweier Röhrchen (26,

26') angeordnet sind, die aus bruchfähigem, amorphen Kunststoff, insbesondere Polystyrol, bestehen und in Längsrichtung mindestens eine Sollbruchstelle (27) aufweisen, die bei Kontakt mit dem festzustellendem Medium die Bruchrichtung vorgibt.

18. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement (5) um ein zentrales Rohr (32) in Form von zwei U-förmig gebogenen Flachprofilen schraubenförmig gewik- kelt ist, die aus amorphem Kunststoff, insbesondere Polystyrol oder Po- lystyrol-Schaumstoff, bestehen, in Profilhaltern (33) miteinander verklemmt sind und bei Kontakt mit dem festzustellenden Medium aufquellen oder brüchig werden.

19. Messvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5) von Zugentlastungselementen (34) umgeben ist.

20. Messvorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5) von einer Polsterung (35) umgeben ist.

21 . Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass um ein rohrförmiges, grobmaschiges, aufgestauchtes Geflecht (44) aus vorzugsweise Polystyrol mindestens ein Sensorelement (5) und ein Abstandshalter (35') in Form eines Seils aus Kunststoff oder Polystyrol- Schaumstoff gewickelt sind und dass das Geflecht (44) auf einem hohlen, zentralen Füllseil (43) angeordnet ist, wobei das Geflecht (44) bei Kontakt mit dem festzustellenden Medium bricht.

22. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement (5) im Zwickel eines Füllseils (38) und einer Schraubenfeder (36) aus amorphem Kunststoff, insbesondere Polystyrol, angeordnet ist, die bei Kontakt mit dem festzustellenden Medium bricht.

23. Messvorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass ein weiteres Sensorelement (5) in der Schraubenfeder (36) integriert ist.

24. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5') mit einer Beschichtung versehen ist und diese Beschichtung bei Kontakt mit einem festzustellenden, gasförmigen Medium, insbesondere Methan, unter Katalysatorwirkung von Kabelaufbauelementen oxidierbar ist.

25. Messvorrichtung nach Anspruch 24, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorelement (5') im Zwickel zweier aus Elastomeren oder Thermoplasten und/oder Viskose-Pressschamm bestehender Festelemente (22) angeordnet ist.

26. Messvorrichtung nach Anspruch 1 6, 1 7, 21 , 23, 24 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass in den Quellelementen (1 9), Röhrchen (26), zentrales Rohr (32), Festelemente (22) bzw. Füllelementen (38, 43) Lichtwellenleiter (20) zur Datenübertragung angeordnet sind.

27. Messvorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Sensorelement (5) in einer Längsnut (23) eines zen- 0 tralen Quellelements (24) angeordnet ist, das aus quellenden, bruchfähigen elastomeren Thermoplast-Rundschnüren und/oder Viskose-Pressschwamm besteht.

28. Messvorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass im Quellelement (24) ein Stauchschutzelement (25) längsangeordnet ist.

29. Messvorrichtung nach Anspruch 22, 0 dadurch gekennzeichnet, dass die Seelenbewicklung (21 ') des Sensorkabels aus einem Kreuzwickel aus Metall, Kunststoff oder imprägnierten Glaselementen besteht und mit einer großen Schlaglänge versehen ist.

5 30. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 21 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelmantel (21 ) des Sensorkabels aus einem Wickel aus Federdraht oder -band besteht.

0 31. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelmantel (31 ) des Sensorkabels aus einem Wickel aus gewellten Lochband aus Stahl, Auluminium oder lackiertem Kupfer besteht.

5 32. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 28, dadurch gekennzeichnet, dass der Kabelmantel (42) des Sensorkabels aus einer Stahllängsleiste und kreisförmigen Stahlbandbögen gebildet ist, die an der Stahllängsleiste wechselständig und versetzt überlappend angeordnet sind.

33. Messvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass das Sensorkabel mit einer Schutzhülle (39-41 ) versehen ist.

34. Messvorrichtung nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Schutzhülle aus einer Innenhülle (39) aus Zugentlastungselementen und einer Außenhülle (40, 41) für den Nagetierschutz besteht.

35. Messvorrichtung nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenhülle aus rostfreiem Draht-, Kunststoff- oder duroplastver- stärkten Glaselementen (40), wobei als Kunststoff vorzugsweise Polystyrol oder Polyamid eingesetzt ist, oder aus einem Geflecht (41 ) besteht.