Виды, принцип работы и преимущества волоконно-оптических датчиков
Волоконно-оптический датчик – это устройство, в котором оптическое волокно используется в качестве в качестве линии передач данных и в качестве чувствительного элемента, способного детектировать изменения различных величин.
Оптическое волокно – это диэлектрическая направляющая среда, которая предназначена для канализации электромагнитных волн инфракрасного и оптического диапазонов.
Элементы, которые используются в волоконно-оптических датчиках представляют собой элементы абсолютно пассивные по отношению к электричеству, это позволяет их использовать в различных областях. Волоконно-оптическое измерение обладает следующими преимуществами: оценка изменений температуры, локализация наиболее нагретых мест, возможность прямого измерения температуры по шкале Кельвина. Если сравнивать волоконно-оптические датчики с другими видами, то эти датчики взрывобезопасны, не подвержены электрическим помехам, обладают широким диапазоном температур. К преимуществам датчиков на оптическом волокне относятся:
- Долговременная стабильность.
- Возможность мультиплексирования.
- Отсутствие электричества в точке измерения.
- Возможность дистанционного измерения.
- Устойчивость к электромагнитным помехам.
Принцип работы волоконно-оптического датчика основан на преобразовании сигнала, который он получает от чувствительного элемента, и в результате внешних изменений в показатели рассеянного или отраженного излучения. В качестве выходного параметра в различных типах волоконно-оптических датчиков могут измеряться:
- Распределение параметров состава излучения по спектру или моде.
- Интенсивность оптической волны.
- Показатели поляризации.
- Фаза электромагнитной волны.
Общий принцип работы волоконно-оптического датчика заключается в следующем. Свет от источника излучения передается через оптическое волокно, что приводит к изменению параметров в волокне. После прохождения по оптическому волокну осуществляется сравнение спектров и интенсивностей с исходным излучением. Результат оценки никак не зависит от особенностей волокна. Измерительную информацию предоставляют такие явления, как прерывание светового потока, отражение света, изменение энергии излучения. Датчики, использующие прерывание светового потока наиболее распространены и просты в использовании. Примером такого датчика является счетчик деталей, которые подаются на упаковку или сборочный конвейер.
Применение волоконно-оптических датчиков
Условия контролируемой среды, где один или несколько действующих параметров (температура, концентрация, агрессивность, радиация и т. п.) имеют предельно возможные значения в течении продолжительного времени, называются экстремальными. Благодаря своим уникальным характеристикам волоконно-оптические датчики применяются во многих областях, таких как аэрокосмическая, нефтегазовая, энергетическая промышленность, а также геотехника и строительство. Системы мониторинга, которые основаны на данной технологии, экономически эффективны при применении на крупномасштабных объектах, где необходима установка большого количества датчиков для продолжительных измерений физических параметров. Сферы применения волоконно-оптических датчиков:
- Горнодобывающая и нефтяная отрасль. В данной отрасли волоконно-оптические датчики используются в температурном мониторинге скважин, системах пожарного извещения в шахтах, в распределенном температурном мониторинге конвейерных лент, мониторинге напряженно-деформированного состояния горных выработок и шахтных стволов.
- Газовая отрасль. В данной отрасли волоконно-оптические датчики используются в мониторинге трубопроводов.
- Гидро- и электроэнергетика. В данной отрасли волоконно-оптические датчики используются в мониторинге гидроэлектростанций, дуговой защите ячеек распределительных устройств, распределенном мониторинге силового кабеля, мониторинге температуры и вибрации генераторов.
- Строительство и аэрокосмическая отрасль. В данной отрасли волоконно-оптические датчики используются в бортовой системе мониторинга, мониторинге элементов конструкции зданий (фундамент, перекрытия, балки и т. п.), мониторинге деформации и температуры, мониторинге мостов, мониторинге состояния теплотрасс, мониторинге «умного» дома.
