Волоко́нно-опти́ческий да́тчик — 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, полностью пассивны в отношении электричества, что делает их пригодными для применения в различных отраслях.
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 собой 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.
Распределённые датчики Распределённый 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 распределённого 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.
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. ОтрасльПрименение ВОДГорнодобывающая отрасль пожарное извещение в шахтах мониторинг НДС шахтных стволов и горных выработок распределенный термомониторинг конвейрных лентНефтяная отрасль термомониторинг скважинГазовая отрасль мониторинг трубопроводов и КСГидроэнергетика мониторинг ГЭСЭлектроэнергетика распределенный мониторинг силового кабеля мониторинг вибрации и температуры генераторов дуговая защита ячеек распределительных устройств 6-35 кВСтроительство и ЖКХ мониторинг элементов конструкции зданий (фундамент, несущие конструкции, балки и перекрытия) мониторинг мостов, эстакад мониторинг «умного дома» мониторинг состояния теплотрасАвиация и космос внедрение чувствительных элементов в композиционные материалы (мониторинг деформации и температуры) бортовая система мониторинга
Примечания
Категория:Датчики