> Волоконно-оптические датчики давления и температуры

Виды волоконно-оптических датчиков давления и температуры

Волоконно оптические датчик давления и температуры были изобретены отечественными учеными. Датчик используется для дистанционного измерения температуры, даже под действием электромагнитного излучения. Принципы работы детектора основаны на оптических технологиях. От одного элемента отходит световой луч, а другой элемент его принимает. При этом в зависимости от типа измеряемой величины используется определенный материал для создания оптоволокна.

Деформация этого материала под действием измеряемой силы приводит к поляризации, рассеиванию света и т.д. Это в конечном пункте приема луча обрабатывается и превращается в понятную величину. Корпус устройства выполнен из полностью диэлектрических материалов, что и обеспечивает его полную защиту от высокочастотных полей.

Основной принцип работы датчика заключен в распространении света по волокну. Время прохождения, интенсивность и другие свойства. Именно эти данные в последствии обрабатываются в цифры измерений.

Волоконно-оптические датчики давления и температуры

Признания детекторы добились благодаря своим малым габаритам и своей устойчивостью. На текущий момент эти датчики измеряют практически всё: давление, дистанцию, положение, вращение, скорость, температуру, звуковые волны, уровень жидкости, электрическое поле и многое-многое другое.

Классификация оптоволоконных датчиков

Оптоволокно может использоваться двумя разными типами. Первый это когда оптоволокно существует как линия передачи, что лишь передает информацию из точки А в точку Б. Второй тип когда само оптоволокно становиться датчиком, и его деформация является тем сигнализатором данные которого необходимо принять и измерить. Чувствительные оптоволоконные кабели обычно используют одномодовое волокно, в то время как линия передачи чаще использует многомодовое.

Основные типы оптоволокна работают следующим образом:

  1. принцип работы связанный с механическим воздействием. Обычно такие измерители оснащены люминесцентным волокном. Они измеряют давление, радиацию и т.д. Их работа основана на физических явлениях описанных Фарадеем и Керром;
  2. измерение происходит через излучение оптоволокна. Работа основана на преображении материально величины в свет. Чувствительным элементом может стать как объект, так и специально подключенный отдельный элемент;
  3. мембранный тип работы основан на расширении или сужении корпуса, внутри которого размещены чувствительные мембраны или решетки, рассеивающие свет соответствующим с внешним воздействием образом.

Распространенные виды оптоволоконных измерителей

Благодаря комбинированному оптическому волокну появились высокоточные измерители температуры и напряжения. Их используют в том числе для проведения работ в глубоких нефтяных скважинах, куда иные датчики становиться затруднительно, а зачастую и просто невозможно монтировать.

Такое оптоволокно способно исправно осуществлять измерения даже в экстремальных условиях при показателях измерений слишком высоких для существовавших раньше измерителей.

Оптоволокно используется для регистрации сейсмических и звуковых колебаний. Эти так называемые гидрофонные системы и в нефтедобывающем промысле и во флоте многих стран.

Существует уникальный по своему свойству кислородный датчик. Он определяет содержание кислорода в реальном времени в газовых и жидких средах. Кислородный детектор в своем составе имеет отрезок на торец, которого нанесена тонкая пленка покрытия. Возбуждением датчика становиться голубой светодиод. Приемников является сверхточный спектрометр.

Флуоресцентная техника используется для измерения концентрации ксилорода. Оптоволокно передает излучение флуоресценции голубого источника на пленку. Пленка улавливает сигнал флуоресценции и отправляет сигнал на спектрометр. Так кислород, попадающий из газовой или жидкой среды на пленку, тушит флуоресценцию. Степень же тушения коррелируется с концентрацией кислорода, в результате чего на выходе мы получаем точные числовые данные.

Волоконно-оптические датчики давления и температуры

Оптоволоконный датчик температуры

Детекторы на базе оптоволокна используются в авиалайнерах для их гироскопов. Используется оптоволокно и для регистрации воздействий на сверхдальних расстояниях. Частотных изменений, и многого другого.

Термомониторинг кабельной линии с использованием оптоволокна

В большой значимости и цены ремонта авария на силовой высоковольтной линии становиться чрезвычайным происшествием, которое необходимо избегать всеми возможными способами. Ремонт такой линии не только дорогостоящ, но и очень длителен по времени, поэтому надлежащий уход за линией намного эффективнее любого даже незначительного повреждения.

Очень часто причинами аварии на линии становиться именно локальный перегрев вызванный повышением электрической нагрузки в кабеле, плохим охлаждением линии, или же пробелом в изоляции элементов.

Выявление таких очагов перегрева является первостепенной задачей для своевременного предотвращения аварии. Именно для этой задачи и используется оптоволокно, вмонтированное в конструкцию кабеля и служащим волоконно оптическим датчиком температуры. Подобная система измерения температуры внутри кабеля с использованием функций рассеивания лазерного сигнала в оптоволокне называется «рамановским» и сейчас активно используется во всё больших сферах.

Читайте также:  Как распознать неисправность датчика температуры всасываемого воздуха?

Отечественная оптоволоконная система под названием «Астро» существует для контролирования температуры в процессе эксплуатации всей кабельной линии.

Волоконно оптические датчики температуры соединены с кабельной линией и, как правило, располагаются в зоне экрана в общей оболочке. В кабель интервальным образом подаются лазерные сигналы, которые в результате прохождения кабеля приобретает диагностический характер, и на выход приходит с точным анамнезом проблемных мест кабеля силовой линии.

Для каждого кабеля заранее определяется величина нормальной и превышающей норму температуры. Исходя из этих параметров, осуществляется тревожный сигнал.

Локальная температура для конкретных участков кабеля определяется благодаря разнице во времени между моментами излучения лазера и времени получения отражения. Зная скорость движения света в волоконно оптическом датчике температуры можно определить точное место, которому соответствует тревожный сигнал.

Своевременное получение тревожного сигнала с линии позволяет персоналу эффективно и быстро обслуживать кабель и ремонтировать еще до его аварии. Это происходит благодаря:

  • методу детекции температуры через рассеивание отраженных сигналов. Такой метод позволяет получать оперативные измерения с кабелей длиной до 16 км, в том числе это позволяет контролировать сразу несколько подключенных последовательно объектов;
  • знание нормальных температур кабеля и результаты измерений позволяют оценивать влияние климатических условий и особенности конкретных участков линии;
  • оценка температуры всего кабеля с учетом самых «жарких» локальных участков, позволяет определять возможности повышения мощности работы кабелей, и проводить ее непосредственное постепенное повышение;
  • работа оптоволокна позволяет следить появлением и развитием дефектов в течении времени, и прогнозировать аварийные ситуации на других кабельных участках;
  • возможность оперативного ремонта в местах разрыва или фатального дефекта кабеля.

Волоконно оптические датчики давления и температуры объективно работают благодаря двум основным элементам: самой оптике и базе расположенной в защищенном шкафу и обеспечивающей обработку и анализ информации.

Заблаговременный расчёт температур работы кабеля, позволяют ввести оптическое волокно еще на этапе его изготовления. В случае же когда оптоволокно устанавливается на уже рабочую линию электропередач, кабель оптоволокна крепиться максимально близко в измеряемому кабелю. Наружный метод фиксации имеет меньшую точность измерений и большую подверженность внешней среде, однако также имеет место быть, и позволять обслуживание существующий системы до момента замены ее на лучшую.

Шкафы, принимающие сигналы имеют все необходимые устройства в себе. Это как измерительные приборы, так и специальные компьютеры обеспеченные уникальным программным обеспечением дающим возможность обрабатывать входящие сигналы и анализировать их исходя из заданных параметров.

Волоконно-оптические датчики давления и температуры

Комплектация шкафов является уникальной для каждого конкретного случая. Она определяется необходимыми для безопасности шкафа защитами, и коммутационными устройствами. Всё это заранее рассчитывается и прописывается в техническом задании на основании, которого и будет создан шкаф. Помимо прочего шкаф обеспечивает системами внутреннего и внешнего кондиционирования для исправной работы аппаратуры.

Оборудование, установленное в шкафу, полностью автоматизировано и работает по заранее введенным параметрам и настройкам. Это избавляет от необходимости присутствия человека в работе системы. Машина сама определит, когда произойдет критическое отклонение и передаст на пульт управления человеком. Или же передаст информацию по запросу с пульта. Таким образом, всю информацию о работе системы можно получить либо удаленно по своему запросу, либо непосредственно в работе со шкафом на встроенном там дисплее.

Рейтинг автора
1
Автор статьи
Тарас Каленюк
Написано статей
135
Виды волоконно-оптических датчиков давления и температуры
Оцените статью: 1 Звезда2 Звезды3 Звезды4 Звезды5 Звезд
Загрузка...

Добавить комментарий

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Top