• Войти

Все о транспорте газа

  • Главная
  • Категории
    • Блог
    • Форум
    • Литература (164)
    • Новости(210)
    • Софт (17)
    • Законы (0)
    • Нормативы (41)
    • Турбины (132)
    • Теория (25)
    • Запорка (24)
    • Мнения (5)
    • КиП (3)
    • Прочая энергетика (16)
    • Теплообмен (6)
    • Видео (111)
    • События (6)
    • Статьи (130)
    • Партнеры (5)
    • Юмор (18)
    • Энциклопедия (17)
    • Фото (18)
    • Гаджеты (12)
    • Образование (27)
  • Пользователям
    • О сайте
    • Связь
    • Реклама
    • Как скачать?
    • Обмен ссылками
    • RSS канал
    • Статистика
    • Все новости
    • Я найду
    • Регистрация
  • FAQ (Помощь)
Все о транспорте газа » КиП » Оптоволоконные датчики
купить дизтопливо подробно на сайте www.postavcom.ru

Оптоволоконные датчики

Использование оптоволоконных датчиков является одним из наиболее перспективных направлений развития интеллектуальных структур. Во­локонные датчики обеспечивают новый уровень интеграции сенсорной системы и контролируемой структуры. Они позволяют объединить дат­чик со структурой; при этом волокно часто вводится внутрь структуры, а не на ее поверхность. К тому же оптоволоконные системы позволяют создать простую схему волоконной сети, охватывающей все изделие, что невозможно другими методами. Одно волокно может обеспечить контроль в десятках и даже сотнях точек вдоль своей длины, таким образом устранив необходимость использования сложной электронной системы связи (рис. 1).
Рис. 1. Способы работы оптоволоконных датчиков: (а) — множественные измерения при помощи одного оптического волокна; (b) - опто­волоконный датчик, дающий информацию о конкретной точке; (с) - измерение среднего значения, что особенно ценно при кон­троле гетерогенных материалов; (d) - оптическое волокно, вве­денное в структуру углепластика; волокно химически и физичес­ки совместимо с композитом.
Из многих возможностей использования оптических волокон для изме­рений наибольшее развитие получили волоконные дифракционные решет­ки (ВДР). Основная идея этой методики состоит в создании периодической решетки вдоль оси волокна. Длина решетки может достигать 10000 длин световой волны. Она приводит к интерференционным явлениям, обуслов­ленными отражением света от ее штрихов. Ширина полосы отраженного назад сигнала обычно равна приблизительно 0,01% исходной ширины сиг­нала (рис. 2). При длине световой волны 1,5 мкм расстояние между соот­ветствующими интерференционными максимумами равно приблизительно 0,15 нм. Период решетки зависит от температуры и деформации, что приво­дит к сдвигу положения интерференционных максимумов. Измерение со­ответствующего сдвига длины волны дает простой технический метод опре­деления периода решетки. После этого необходимо определить, обусловлено ли изменение периода решетки температурным расширением или механическими нагрузками. Для измерения деформации результаты обычно срав­нивают с данными второй (контрольной) волоконной решетки, в которой в точке измерения отсутствуют напряжения. Динамические деформации из­меряют исходя из изменения длины отраженной волны. При этом за пери­од колебаний структуры не должна изменяться температура.
Расстояние между штрихами дифракционной решетки можно изме­нять. Если по длине волокна нанесено несколько решеток с различным расстоянием между штрихами, то одно волокно может дать информацию о деформации структуры сразу в нескольких точках. Для этого в волокно нужно ввести широкий спектр света и регистрировать отраженный спектр, в котором определенная длина волн соответствует некоторой точке по длине волокна. Для обращения к различным волокнам обычно использу­ют переключатель.
Преимущества использования ВДР очевидны. Период решетки мо­жет быть вычислен исходя из длины отраженной волны, которая одно­значно определяется и не зависит от интенсивности излучения или чув­ствительности детектора. Волокно легко прикрепить к поверхности или

Длинное волокно с множеством узкополосных дифракционных сенсоров
Рис. 2. Волоконная оптическая дифракционная решетка, измеряющая длину отраженной волны; (а) - геометрия решетки; (Ь) - режим работы; решетка отражает свет определенной длины волны; (с) - мультисенсорное волокно; каждая решетка работает в раз­личном диапазоне длин волн.
ввести в структуру конструкции, и это все, что нужно для установки датчика. Дифракционные решетки имеют и недостатки. Например, для них требуется высокая точность измерения и калибровки длины свето­вой волны. Эта задача усложняется присутствием помех. Кроме того, необходимо стабилизировать температуру, калибровать решетки в отсут­ствие деформации, калибровать независимый источник света типа ге­лий-неонового лазера, работающего вблизи края ИК-области. Стабиль­ность длины измеряемой волны должна быть не ниже ±0,1 нм во всем рабочем диапазоне. Длину волны можно определять различными мето­дами, и наиболее широко для этого используют интерферометр Фабри— Перо. Используют и настраиваемые акустооптические системы детекции и дисперсионные интерферометры. По сути, дешифратор представляет собой упрощенный спектрометр. Наиболее существенным недостатком дешифраторов для волоконных решеток является их большая стоимость. Есть также и чисто технические сложности, связанные с необходимос­тью стабилизации температуры. Сложность решения этой задачи зависит от требуемой точности измерений. В самом деле, изменение температу­ры на ГС приводит к деформации материала, равной примерно 10"5. Поэтому в большинстве случаев, когда необходимо измерять статические деформации, в дополнение к карте распределения деформаций составля­ется карта температур. Благодаря этому всегда можно определить, связа­но ли изменение деформации с температурой или с нагрузкой. Монтаж волоконных сенсоров должен проводиться таким образом, чтобы избе­жать попадание на решетку влаги и обеспечить ее контакт со структурой. На протяжении многих лет пока волокна вводили в структуру вручную это было проблемой. Лишь недавно был изобретен технологический про­цесс, облегчивший решение этой задачи.
Как уже было сказано, есть несколько практических применений ВДР. Например, их вводят в основание мачт дорогих гоночных яхт. Такие мачты изготавливают из волокнистых композитов, а сенсоры по­зволяют определить нагрузки и степень поврежденности мачты. ВДР применяют также для контроля поведения мостов и дамб, старых зда­ний и корпусов скоростных морских кораблей.
Оптическое волокно позволяет провести измерения в одной точке, в нескольких точках или получить среднее значение измеряемого пара­метра по всей длине волокна. Распределенные измерения облегчают мониторинг измеряемой величины. В этом случае искомая величина рассматривается как функция от длины, а пространственное разреше­ние обычно имеет порядок нескольких метров. Диапазон таких измере­ний составляет несколько десятков километров, и это действительно уникальная особенность оптоволоконной технологии; никакой другой метод измерений такой возможности не имеет. Усредненные измере­ния фактически дают среднее значение величины по всей длине опти­ческого полотна. Этот метод определяется способностью волокна давать усредненную информацию. Такую способность имеют и другие методы измерения, но с учетом общей длины и диапазона измерений данный метод уникален и в этом отношении.
Область применения оптоволоконных методов измерения довольно широка. Они особенно полезны, когда требуется выборка по широкому диапазону данных, а измерения проводятся на большой длине. Чтобы пояснять это, рассмотрим три примера.
В гражданском строительстве часто необходима информация о суммар­ном удлинении конструкции на базе нескольких метров. Тензометр или брэгговская решетка измеряют лишь локальные удлинения. Они не дают возможности оценить всю ситуацию, так как трещины и другие концентра­торы напряжения влияют на местную величину напряжения. При этом во­локонные методы имеют точность порядка нескольких микрон при базе измерения в десятки метров. В Европе такие системы были установлены в нескольких тысячах зданий, и они дают информацию об изменении дефор-


Рис. 3. Датчик для контроля конструкций в гражданском строитель­стве: (а) - общая схема; (Ь) - фотография работающий в Швей­царии датчика; (с) — схема чувствительного элемента.
мации (рис. 3). Их используют, например, для контроля дополнительной нагрузки на полотно автодороги, обусловленной строительством моста, для исследования роста трещин в древних церквях, для оценки степени сохран­ности дамб и т.д. Эта система работает на очень простом оптическом мето­де, а именно интерферометрии белого цвета. Для этого при помощи воло­конного интерферометра измеряется разность оптического пути между измерительным волокном и термостабилизированным контрольным волок­ном. Точность измерения при этом ограничена длиной световой волны. Изменение положения нескольких соседних интерференционных максиму­мов возникает из-за механической деформации волокна. Измерения в тече­ние нескольких лет подтвердили общую устойчивость систем, деформация которых не превышала нескольких микрон.
Бриллюэновская дифракция света на акустической волне является нелинейным эффектом. Главной особенностью бриллюэновского рас­сеяния является четкая связь между сдвигом частоты отраженной назад световой волны и длиной акустической волны. Акустическая волна пред­ставляет собой фазовую дифракционную решетку. В фазовой решетке период дифрагированной световой волны равен половине длины акус­тической волны (рис. 4). Для большинства оптических волокон, ра­ботающих вблизи инфракрасного края излучения, сдвиг по частоте ра­вен 12—15 ГГц. Из величины сдвига и длины оптической волны можно очень точно определить скорость акустической волны. Сдвиг частоты изменяется по длине волокна, и поэтому в конечном счете можно вы­числить зависимость скорости звука от длины. Известно, что скорость продольной акустической волны определяется модулем Юнга, плотно­стью и локальной деформацией, причем первые две характеристики за­висят от температуры. В результате мы получаем карту, описывающую температуру и деформацию волокна. Достоинством этой методики яв­ляется то, что длина контролируемой области может достигать многих

Рис. 4. Рассеяние света на интерференционной решетке.
Рис. 5Оптическая кордная нить контролирует степень изношеннос­ти морских канатов: (а) - нить введена в 1000-тонный канат; (Ь) - работа мультиволоконного датчика в эксперименталь­ной кордной нити.
километров. Она позволяет, например, контролировать устойчивость грунта в сейсмоопасных областях или определять степень надежности высокопрочных морских канатов, применяемых для крепежа якорей и буксировки судов (рис. 5). Бриллюэновский зонд определяет степень поврежденности каната, что позволяет избежать его разрушения. Он также позволяет использовать якорь максимально долго, избегая доро­гостоящей замены каната без особой необходимости во время планово­го технического обслуживания.
Информация, получаемая распределенными датчиками, основанными на интерференции света, находит и другие применения. Например, из­мерение температуры методом рамановского рассеяния позволяет оп­ределить распределение температуры по длине волокна. Этот метод ис­пользуют в промышленных процессах и в системах пожарной сигнализации в тоннелях.
Возможно использование распределенных датчиков в химический промышленности. Интересным примером является контроль утечки нефти из трубопроводов и баков. В этом случае датчиком является тон­кая пленка специального химического состава, которая набухает при контакте с контролируемой жидкостью. Набухание вызывает микроиз­гиб волокна, который регистрируется методом оптического преломления (рис. 6). Правильный выбор рабочего материала (обычно поли­мерного), его подготовка и приклеивание к поверхности субстрата по­зволяют создать систему химического контроля, которая остается ста­бильной после нескольких лет работы и нескольких сотен циклов смачивания.
Оптические волокна, возможно, являются наиболее удобными дат­чиками для новых интеллектуальных систем. Это обусловлено легкос­тью получения множества сигналов при помощи распределенных диф­ракционных решеток, а также огромными возможностями передачи сигнала через поверхности раздела между контролируемой структурой и волокном. Оптические волокна имеют и дополнительные преимуще­ства, связанные с возможностью контроля различных физических и химических параметров, хотя при этом требуется компенсация темпе­ратурных эффектов.
Волоконные сенсоры особенно удобны, когда требуется большое количество точек измерения, распределенных по различным участкам конструкции. В конечном счете главным критерием для использования волокон является соотношение цена/свойства, учитывающее специфи­ческие особенности контролируемой конструкции. Технические пара­метры волоконных датчиков чрезвычайно высоки, но немалой является и стоимость такого контроля, и поэтому оценка эффективности их при­менения достаточно сложна. Тем не менее во многих случаях его при­менение оправдано, несмотря на относительно большую стоимость.


Рис. 6. Распределенный датчик, контролирующий утечку углеводородов или воды: (а) — принципиальная схема; (b) — микрофотография.



Автор:К.Уорден

Прежде чем задать вопрос прочитайте: FAQ


Похожие новости
Документация
Documentation CCC Series 4
Разное(полезное и интересное)
Методическое пособие по определению частот собственных колебаний узлов и
Теория
Экспериментальное исследование ГТУ
КиП
Микроэлектромеханические системы
  • Комментарии
  • О статье
У данной публикации нет комментариев.

admin

Автор

19-12-2008, 10:36

Дата пуликации

КиП

Категория
  • Комментариев: 0
  • Просмотров: 23 126
Написать комментарий
Имя:*
E-Mail:

  • bowtiesmilelaughingblushsmileyrelaxedsmirk
    heart_eyeskissing_heartkissing_closed_eyesflushedrelievedsatisfiedgrin
    winkstuck_out_tongue_winking_eyestuck_out_tongue_closed_eyesgrinningkissingstuck_out_tonguesleeping
    worriedfrowninganguishedopen_mouthgrimacingconfusedhushed
    expressionlessunamusedsweat_smilesweatdisappointed_relievedwearypensive
    disappointedconfoundedfearfulcold_sweatperseverecrysob
    joyastonishedscreamtired_faceangryragetriumph
    sleepyyummasksunglassesdizzy_faceimpsmiling_imp
    neutral_faceno_mouthinnocent

Введите код: *
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив

Реклама

Присоединяйся
Комментарии
Нет. К сожалению, это не возможно
11 января 2021 23:00

admin

Добрый день, есть ли возможность протестировать ПО?
10 января 2021 18:46

sbalx

xxxxxв турбокомпрессоре не возникает автоколебаний газа
Отличительной особенностью характеристик турбокомпрессоров является наличие в них точки перегиба (точки максимума), вызванное сложным характером течения в проточной части и потерянным напором
23 декабря 2020 00:34

xxxxx438

Поэтому я и указал вам на характеристики спч. Больше чем уверен вы работали в неоптималтной зоне и это привело к таким последствиям. Характеристика СПЧ для того и создана, чтобы нагнетатель не загнать в зопы повышенных расходов или пониженных. Возможно надо бы до снизить входное заявление , уменьшить отбор газа за нагнетателем. Все станет понятно , когда вы внимательно сравните существующий режим с тем что позволяет делать характеристика

Какое у вас входное давление было? Какие обороты держали? Скиньте в комменты актуальную характеристику! Посмотрим
18 сентября 2020 12:12

admin

Это последствие такой модернизации


Данное фото было сделано при выполнении работ по снижению, СПЧ даже не отработало 720 часов после поставки.
18 сентября 2020 11:56

Xan

Нашли ошибку?

Выделите слова с ошибкой и нажмите Ctrl+Enter

Авторизация

Регистрация Забыл пароль