Волоконно-оптический датчик

Волоконно-оптический датчик

Определение

Волоконно-оптический датчик — небольшое по размерам устройство, в котором оптическое волокно используется как в качестве линии передачи данных, так и в качестве чувствительного элемента, способного детектировать изменения различных величин.

Элементы, используемые в волоконно-оптических датчиках, являются абсолютно пассивными по отношению к электричеству, что позволяет применять их в различных отраслях[1].

Преимущества

Датчики на оптическом волокне, обладают целым рядом преимуществ:

  • возможность мультиплексирования
  • дистанционные измерения
  • устойчивость к электромагнитным помехам
  • отсутствие электричества в точке измерения
  • долговременная стабильность

Принципы работы

Точечные датчики

Чувствительным элементом точечных волоконно-оптических датчиков являются волоконные брэгговские решетки. Волоконная брэгговская решетка представляет из себя селектирующее зеркало. Это значит, что если завести в оптоволокно излучение от широкополосного источника, то обратно отразится свет с очень узкой спектральной полосой с центром на длине волны Брэгга. Оставшийся свет продолжит идти в оптоволокне без каких-либо потерь. Длина волны Брэгга определяется периодом решетки и показателем преломления сердцевины.

Технология волоконных брэгговских решеток позволяет размещать множество датчиков в одной оптоволоконной линии и производить абсолютные измерения без калибровки. Эти уникальные особенности делают данную технологию наиболее подходящим и надежным решением для продолжительного мониторинга.

Распределенные датчики

Распределенный датчик температуры (distributed temperature sensor) состоит из двух частей — опросного устройства с лазерным источником и оптоволоконного измерительного кабеля. Данная система способна производить измерение температуры на большие расстояния. Принцип работы системы распределенного датчика заключается в следующем: опросное устройство испускает лазерный импульс длительностью 10 нс, который претерпевает обратное рассеивание в каждой точке оптоволоконного кабеля. Анализ спектра обратного рассеивания позволяет определить температуру каждой точки волоконно-оптического кабеля.[2]

Аналогично устроен распределённый акустический датчик (distributed acoustic sensor) — когерентный рефлектометр, только анализируется в нём не изменения спектра, а колебания интенсивности рассеянного излучения. По параметрам этих флуктуаций можно судить о вызвавшем данную акустическую волну источнике. Прибор используется как система мониторинга протяжённых объектов, а также для составления акустических сечений скважин.

Классификация датчиков

Точечные датчики

Существуют точечные датчики различных величин:

  • деформации
  • температуры
  • давления
  • вибрации
  • угла наклона
  • линейных перемещений

Распределенные датчики

Существуют распределенные датчики таких величин как:

  • температуры
  • деформации

Применения

Благодаря своим уникальным характеристикам, оптоволоконные датчики на основе брэгговских решеток нашли своё применение во многих областях, таких как строительство и геотехника, аэрокосмическая, энергетическая и нефтегазовая промышленность.

Системы мониторинга, основанные на данной технологии, экономически эффективны при использовании на крупномасштабных объектах — там, где необходима установка сотен датчиков для продолжительных измерений различных физических параметров. Волоконные брэгговские решетки также являются самым надёжным решением при работе с агрессивными средами, где датчики находятся в экстремальных условиях.

Отрасль Применение ВОД
Горнодобывающая отрасль
  • пожарное извещение в шахтах
  • мониторинг НДС шахтных стволов и горных выработок
  • распределенный термомониторинг конвейрных лент
Нефтяная отрасль
  • термомониторинг скважин
Газовая отрасль
  • мониторинг трубопроводов и КС
Гидроэнергетика
  • мониторинг ГЭС
Электроэнергетика
  • распределенный мониторинг силового кабеля
  • мониторинг вибрации и температуры генераторов
  • дуговая защита ячеек распределительных устройств 6-35 кВ
Строительство и ЖКХ
  • мониторинг элементов конструкции зданий (фундамент, несущие конструкции, балки и перекрытия)
  • мониторинг мостов, эстакад
  • мониторинг «умного дома»
  • мониторинг состояния теплотрас
Авиация и космос
  • внедрение чувствительных элементов в композиционные материалы (мониторинг деформации и температуры)
  • бортовая система мониторинга

Примечания
  1. Э. Удд. Волоконно-оптические датчики / под ред.Э. Удда. — М.: Техносфера, 2008. — С. 17. — ISBN 978-5-94836-191-8.
  2. Yokogawa Electric Corp. Распределённый датчик для контроля температуры в нефтяных и газовых скважинах на расстоянии до 6 км.
This article is issued from Wikipedia. The text is licensed under Creative Commons - Attribution - Sharealike. Additional terms may apply for the media files.