1.一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，包括由动力缆芯导体与光纤通讯单元、介质输送管路、智能感知单元绞合组成的缆芯以及外层包覆层，其特征在于：所述动力缆芯导体设有多根，动力缆芯导体内为镀锡软铜线与高强度铜箔丝，外部包覆绝缘屏蔽层，所述智能感知单元集成多根光纤以及光纤光栅传感器，外部为松套结构，一根用于监测应变分布，另一根用于监测温度分布，其他多余光纤用作冗余备份，并预设一定长度的栅区间隔，可实现沿缆线长度的分布式测量，智能感知单元内传感光纤连接至甲板控制室的光纤解调仪，软件系统实时显示电缆各点的应变、温度、振动及形态数据，并设置报警阈值。
2.根据权利要求1所述的一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，其特征在于：所述动力缆芯导体内高强度铜箔丝作为抗拉加强元件与镀锡软铜线共同绞合，在保证导体的圆整度、柔韧性及弯曲性能的同时，提升电缆整体的抗拉伸与耐扭转能力。
3.根据权利要求1所述的一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，其特征在于：所述绝缘屏蔽层包括橡胶绝缘层与屏蔽层，硅橡胶绝缘层在镀锡软铜线与高强度铜箔丝绞合的外部挤出并经硫化成型，具备优异的耐热性，可在-60℃至+180℃的宽温度范围内长期保持性能稳定。
4.根据权利要求3所述的一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，其特征在于：所述屏蔽层包括铜带屏蔽层、镀锡铜丝屏蔽层，铜带屏蔽层绕包于橡胶绝缘层外部，外层采用镀锡铜丝屏蔽层编织屏蔽，能有效屏蔽电缆内电力传输单元大功率驱动电流时产生的强电磁辐射，避免干扰光信号传输单元及智能感知单元信号的稳定传输。
5.根据权利要求1所述的一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，其特征在于：所述光纤通讯单元采用至少一芯的单模光纤与至少一芯的多模光纤组合，置于同一根不锈钢松套管内，管内填充纤膏以缓冲水压和微弯损耗，用于传输采矿车的视频监控信号、控制指令信号。
6.根据权利要求1所述的一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，其特征在于：所述介质输送管路包含至少两根并行设置的不锈钢铠装软管，为采矿车的液压执行机构输送动力。
7.根据权利要求1所述的一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，其特征在于：所述外层包覆层包括抗拉铠装层、外护套层，抗拉铠装层内设有缓冲保护层，缓冲保护层采用挤塑成型方式包裹缆芯单元，采用耐水且具备缓冲性能的材料，起到初步定型、吸收深海压力与机械冲击，提升电缆抗疲劳性能作用。
8.根据权利要求7所述的一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，其特征在于：所述抗拉铠装层为采用双层高强度合成纤维编织形成的铠装层，外护套层由弹性体基材与均匀分散于其中的纳米级增强耐磨填料复合而成，通过挤塑成型的加工方式包覆到抗拉铠装层外部。
说明书
技术领域
[0001]本发明涉及复合铠装电缆领域，特别涉及一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆。
背景技术
[0002]深海采矿作业环境极其复杂苛刻，采矿车需在数千米水深的高压、低温、强腐蚀性海水及复杂海底地形下连续稳定运行。作为连接水面支持系统与水下采矿车的“生命线”，水面支持母船与深海采矿车之间需要通过专用电缆同时完成电力传输、信号控制、数据传输乃至液压输送等多重任务。
[0003]目前，深海采矿设备用电缆多采用简单的光电复合结构或传统铠装电缆，主要存在以下显著缺陷：1.功能单一：传统电缆往往仅能实现电力和信号传输，难以满足采矿车液压执行机构等多元动力需求，导致水下系统管线繁多，布放回收复杂，故障风险高;2.自重过大：用于深海的传统铠装电缆常采用钢丝铠装，其自重极大。在超深水应用中，电缆自身重量会成为布放和回收系统的巨大负担，甚至可能导致在极大深度下无法有效布放作业装备;3.无状态感知能力：传统电缆属于“哑缆”，无法实时、在线监测其自身的应变、温度、振动、三维形状等状态。在恶劣的深海环境中，缆线可能因磨损、挤压、过度弯曲或意外钩挂而受损，若无预警，极易导致深海采矿车突发性供电或通信中断，造成巨大经济损失甚至安全事故;4.耐久性不足：普通电缆护套材料耐磨损性能、耐海水腐蚀等性能无法满足深海采矿设备长期连续作业要求。
[0004]公开号CN212675966U的专利申请公开了一种智能感知光电复合电缆，在缆芯外设置有导体屏蔽层、绝缘层和绝缘屏蔽层，屏蔽结构中金属丝屏蔽层的金属丝之间至少插排有一通信光纤;在屏蔽结构上设置有隔离套，在隔离套的外周设置有钢丝铠装层，钢丝铠装层的钢丝之间至少插排有一测温光纤;测温光纤包括有测温纤芯、测温包层和导热层，在导热层与金属外管之间填充有导热填充膏。
[0005]该现有技术中的电缆自重大，布放和回收负担较大。
[0006]为此，需要一种新的技术方案以解决上述技术问题。
发明内容
[0007]本发明的目的在于提供一种多功能集成、轻量化、高耐候性且具备智能感知能力的深海采矿车用光电复合铠装电缆，通过多功能集成设计、非金属铠装轻量化结构及集成式智能感知系统，实现在深海高压环境下电力传输、信号通信、介质输送、状态监测的一体化功能，有效解决传统深海采矿车用电缆存在的功能单一、自重过大、无法实时监测缆线状态等技术难题，确保在超深水高压环境下，为采矿车提供稳定可靠的能源动力及信号传输通道，并能实时监测电缆健康状态，显著提升作业安全性和系统可靠性。
[0008]本发明采用的技术方案是：
一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，包括由动力缆芯导体与光纤通讯单元、介质输送管路、智能感知单元绞合组成的缆芯以及外层包覆层，所述动力缆芯导体设有多根，动力缆芯导体内为镀锡软铜线与高强度铜箔丝，外部包覆绝缘屏蔽层，所述智能感知单元集成多根光纤以及光纤光栅传感器，外部为松套结构，一根用于监测应变分布，另一根用于监测温度分布，其他多余光纤用作冗余备份，并预设一定长度的栅区间隔，可实现沿缆线长度的分布式测量，智能感知单元内传感光纤连接至甲板控制室的光纤解调仪，软件系统实时显示电缆各点的应变、温度、振动及形态数据，并设置报警阈值。
[0009]通过采用上述结构，通过多功能集成设计、非金属铠装轻量化结构及集成式智能感知系统，实现在深海高压环境下电力传输、信号通信、介质输送、状态监测的一体化功能。
[0010]优选的，动力缆芯导体内高强度铜箔丝作为抗拉加强元件与镀锡软铜线共同绞合，在保证导体的圆整度、柔韧性及弯曲性能的同时，提升电缆整体的抗拉伸与耐扭转能力。
[0011]优选的，绝缘屏蔽层包括橡胶绝缘层与屏蔽层，硅橡胶绝缘层在镀锡软铜线与高强度铜箔丝绞合的外部挤出并经硫化成型，具备优异的耐热性，可在-60℃至+180℃的宽温度范围内长期保持性能稳定。
[0012]通过采用上述结构，采用硅橡胶绝缘层，其优异的电气绝缘性能及柔软性，可满足采矿车大功率驱动及频繁移动作业需求。
[0013]优选的，屏蔽层包括铜带屏蔽层、镀锡铜丝屏蔽层，铜带屏蔽层绕包于橡胶绝缘层外部，外层采用镀锡铜丝屏蔽层编织屏蔽，能有效屏蔽电缆内电力传输单元大功率驱动电流时产生的强电磁辐射，避免干扰光信号传输单元及智能感知单元信号的稳定传输。
[0014]优选的，光纤通讯单元采用至少一芯的单模光纤与至少一芯的多模光纤组合，置于同一根不锈钢松套管内，管内填充纤膏以缓冲水压和微弯损耗，用于传输采矿车的视频监控信号、控制指令信号。
[0015]优选的，介质输送管路包含至少两根并行设置的不锈钢铠装软管，为采矿车的液压执行机构输送动力。
[0016]优选的，外层包覆层包括抗拉铠装层、外护套层，抗拉铠装层内设有缓冲保护层，缓冲保护层采用挤塑成型方式包裹缆芯单元，采用耐水且具备缓冲性能的材料，起到初步定型、吸收深海压力与机械冲击，提升电缆抗疲劳性能作用。
[0017]优选的，抗拉铠装层为采用双层高强度合成纤维编织形成的铠装层，外护套层由弹性体基材与均匀分散于其中的纳米级增强耐磨填料复合而成，通过挤塑成型的加工方式包覆到抗拉铠装层外部
本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：
1、本发明结构高度集成，功能全面：将动力、通信、液压输送和传感功能集于一体，极大简化了电缆结构，降低了布放和回收的复杂度及故障点，轻量化且强度高：采用超高强度合成纤维铠装，显著减轻电缆自重，解决了超深水应用时传统金属铠装电缆自重过大的根本性难题，使万米级深海的装备布放与作业成为可能。
[0018]2、本发明电缆的智能状态监测与预警：通过集成分布式光纤传感系统，实现了对电缆健康状况的实时、在线、无缝监测，能够提前发现潜在损伤，变被动维修为主动预警，极大提高了作业的安全性和可靠性，减少了非计划停机时间。
[0019]3、本发明结构具备优异的深水环境适应性：护套采用弹性体材料结合增强耐磨填料，耐受海底粗糙地形的长时期腐蚀、摩擦和挤压，高强度合成纤维铠装赋予电缆优异的柔韧性和耐反复弯曲性能，最小弯曲半径可达电缆外径的8倍以下，适应采矿车的移动和洋流冲击。
[0020]4、本发明结构具备高可靠性与安全性：多重防护设计的金属管保护单元、阻水填充、高强度铠装和外护套，确保了传输介质的稳定性和完整性。
附图说明
[0021]图1为本发明的结构示意图;
图2为本发明动力缆芯导体的示意图;
图3为本发明光纤通讯单元的示意图;
图4为本发明智能感知单元的示意图。
[0022]其中：1、动力缆芯导体;2、光纤通讯单元;3、介质输送管路;4、智能感知单元;5、镀锡软铜线;6、高强度铜箔丝;7、橡胶绝缘层;8、铜带屏蔽层;9、镀锡铜丝屏蔽层;10、缓冲保护层;11、抗拉铠装层;12、外护套层。
具体实施方式
[0023]如图1-4所示，一种深海采矿设备用智能感知型光电复合铠装电缆，包括由动力缆芯导体1与光纤通讯单元2、介质输送管路3、智能感知单元4绞合组成的缆芯以及外层包覆层，所述动力缆芯导体1设有多根，动力缆芯导体1内为镀锡软铜线5与高强度铜箔丝6，外部包覆绝缘屏蔽层，所述智能感知单元4集成多根光纤以及光纤光栅传感器，外部为松套结构，一根用于监测应变分布，另一根用于监测温度分布，其他多余光纤用作冗余备份，并预设一定长度的栅区间隔，可实现沿缆线长度的分布式测量，智能感知单元4内传感光纤连接至甲板控制室的光纤解调仪，软件系统实时显示电缆各点的应变、温度、振动及形态数据，并设置报警阈值。本结构通过多功能集成设计、非金属铠装轻量化结构及集成式智能感知系统，实现在深海高压环境下电力传输、信号通信、介质输送、状态监测的一体化功能。本结构的智能感知单元4，在缆芯内集成分布式传感光纤，可以实时监测电缆全长的应变、温度、振动、三维形态及弯曲半径等参数，保护将传感光纤作为结构元件嵌入缆芯的设计，以及通过监测数据实现电缆健康状态预测和故障预警的方法与系统。
[0024]动力缆芯导体1内高强度铜箔丝6作为抗拉加强元件与镀锡软铜线5共同绞合，在保证导体的圆整度、柔韧性及弯曲性能的同时，提升电缆整体的抗拉伸与耐扭转能力。
[0025]绝缘屏蔽层包括橡胶绝缘层7与屏蔽层，硅橡胶绝缘层7在镀锡软铜线5与高强度铜箔丝6绞合的外部挤出并经硫化成型，具备优异的耐热性，可在-60℃至+180℃的宽温度范围内长期保持性能稳定。采用硅橡胶绝缘层7，其优异的电气绝缘性能及柔软性，可满足采矿车大功率驱动及频繁移动作业需求。屏蔽层包括铜带屏蔽层8、镀锡铜丝屏蔽层9，铜带屏蔽层8绕包于橡胶绝缘层7外部，外层采用镀锡铜丝屏蔽层9编织屏蔽，能有效屏蔽电缆内电力传输单元大功率驱动电流时产生的强电磁辐射，避免干扰光信号传输单元及智能感知单元信号的稳定传输。
[0026]光纤通讯单元2采用至少一芯的单模光纤与至少一芯的多模光纤组合，置于同一根不锈钢松套管内，管内填充纤膏以缓冲水压和微弯损耗，用于传输采矿车的视频监控信号、控制指令信号。
[0027]介质输送管路3包含至少两根并行设置的不锈钢铠装软管，为采矿车的液压执行机构(如机械手、采样器)输送动力。
[0028]外层包覆层包括抗拉铠装层11、外护套层12，抗拉铠装层11内设有缓冲保护层10，缓冲保护层10采用挤塑成型方式包裹缆芯单元，采用耐水且具备缓冲性能的材料，如耐水高密度聚乙烯(HDPE)或聚氨酯(TPU)弹性体，起到初步定型、吸收深海压力与机械冲击，提升电缆抗疲劳性能作用。述抗拉铠装层11为采用双层高强度合成纤维编织形成的铠装层，外护套层12由弹性体基材，如聚氨酯(TPU)弹性体材料、热塑性聚酯弹性体(TPEE)等经改性，与均匀分散于其中的纳米级增强耐磨填料复合而成，增强耐磨填料包括但不限于二氧化硅、碳化硅或氧化铝纳米颗粒等，添加比例为5%-8%(重量百分比)。该复合材料通过填料与基体的界面结合，显著降低了护套的摩擦系数，并利用填料的硬质特性阻隔了磨损的进一步发展，从而在海底粗糙岩石地形上实现超长的耐磨寿命。通过挤塑成型的加工方式包覆到抗拉铠装层11外部。
[0029]本发明结构在动力缆芯导体1中加入高强度铜箔丝6作为抗拉加强元件，并采用特定的正规绞合方式，保护铜箔丝与镀锡铜导体的复合结构、特定的绞合方式与节距，旨在提升强度与柔韧性的导体内部加强结构。结构将动力传输、光纤通信、介质传输管路及传感光纤高度集成于同一电缆内，并通过优化排列保证结构紧凑和圆整，采用芳纶纤维等非金属材料作为铠装主承力元件，以实现轻量化，保护为实现轻量化的铠装材料选择。
[0030]以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应纳入本发明权利要求书确定的保护范围内。
说明书附图(4)
