Ma'lumot

Optik tolali sensor oddiy optik tolani uzoq, uzluksiz sensorga aylantiradi. Faqat ma'lumotni tashish o'rniga, tola harorat, kuchlanish, bosim yoki tebranish kabelga ta'sir qilganda xususiyatlari o'zgarib turadigan yorug'likni olib yuradi. Ushbu o'zgarishlarni o'qib chiqish orqali sensor tizimi nima sodir bo'layotganini - va odatda aniq xabar berishi mumkinqayerdabir necha metrdan oʻnlab kilometrgacha boʻlgan masofalarda - sodir boʻlmoqda. Ushbu qo'llanma texnologiyaning bosqichma-bosqich qanday ishlashini, uchta asosiy turini va ular qanday farq qilishini, har biri qayerga mos kelishini va rejalashtirishga arziydigan chegaralarni ko'rib chiqadi.

Optik tolali sensorlar texnologiyasi nima?

Optik tolali zondlash - sezgi elementi sifatida optik tolaning o'zidan foydalanadigan o'lchash usuli. Yorug'lik manbai yorug'likni tolaga chiqaradi; yorug'lik o'tishi bilan tashqi sharoitlar uning intensivligini, to'lqin uzunligini, fazasini, qutblanishini yoki shisha ichida tarqalishini biroz o'zgartiradi. Elyafning uchidagi asbob bu o'zgarishlarni o'qiydi va ularni harorat, kuchlanish yoki tebranish kabi jismoniy o'lchovlarga aylantiradi.

Sensor nuqtasi shishadan yasalgani va elektr tokini o'tkazmasligi sababli, optik tolali sensor elektromagnit parazitlardan himoyalangan va portlovchi yoki kimyoviy agressiv sharoitlarda foydalanish uchun xavfsizdir - sifatlari elektr datchiklari ishlayotgan quvurlar, quvvat tizimlari, tunnellar va ko'priklarda muhim ahamiyatga ega. Xuddi shu tola ham sensor, ham signal yo'li bo'lib xizmat qilishi mumkin, bu esa dala uskunasini soddalashtiradi. Elyaf odatda standart hisoblanadiyagona-rejimli optik toladeformatsiya, akustik va Brillouin tizimlari uchun, harorat-faqat Raman tizimlari ko'pincha multimodli tolada ishlaydi.

Optik tolali sensorlar texnologiyasi qanday ishlaydi?

Har bir optik tolali sensor tizimi bir xil zanjirga amal qiladi: yorug'lik yuboring, atrof-muhit uni o'zgartirishiga ruxsat bering, qaytib keladigan yorug'likni o'qing va o'zgarishlarni o'lchovga aylantiring. Bu erda har bir bosqichda nima sodir bo'ladi.

1. Nurning tola bo'ylab sayohati

Lazer yoki keng polosali manba tola yadrosiga yorug'lik - odatda bir qator qisqa impulslar - yuboradi, bu erda umumiy ichki aks ettirish uni kabel uzunligi bo'ylab yo'naltiradi. Sensor tizimida bu yorug'lik zonddir: yo'lda unga ta'sir qiladigan har qanday narsa ma'lumotga aylanadi.

2. Atrof-muhit yorug'likni o'zgartiradi

Harorat, kuchlanish, bosim yoki tebranish tolaning bir qismiga ta'sir qilganda, u shishaning uzunligini, sinishi indeksini yoki ichki tuzilmalar oralig'ini - biroz o'zgartiradi. Ushbu kichik jismoniy o'zgarishlar yorug'likning bir yoki bir nechta xususiyatlarini o'zgartiradi: uning to'lqin uzunligi, intensivligi, fazasi, polarizatsiyasi yoki orqaga tarqaladigan qismning spektri. Shiftning o'lchami tashqi ta'sir kuchiga mutanosibdir, bu esa kalibrlangan o'lchovni amalga oshirishga imkon beradi.

3. Nurni aks ettiradi yoki orqaga tarqaladi

Nurning bir qismi manba tomon qaytadi. Ba'zi datchiklarda u tolaga yozilgan qasddan tuzilgan tuzilma bilan aks ettiriladi, masalan, tolali Bragg panjarasi. Tarqalgan tizimlarda shishaning o'zi qo'shimcha komponentlarsiz zaif yorug'lik oqimini butun tola bo'ylab orqaga tarqatadi. Qanday bo'lmasin, qaytib keladigan yorug'lik tolaga ta'sir qilgan narsaning barmoq izini olib yuradi.

4. So'roqchi signalni o'qiydi va topadi

So'roq qiluvchi (yoki demodulyator) deb nomlangan asbob qaytib keladigan yorug'likni o'lchaydi. Tarqalgan tizimlar uchun, shuningdek, yorug'lik - optik vaqtni aks ettiruvchi{2}}domen reflektori (OTDR) bilan bir xil fikrga qaytish uchun qancha vaqt ketadi. Toladagi yorug'lik tezligi ma'lum bo'lganligi sababli, aylanish vaqti -kabel bo'ylab har bir o'zgarish joyini aniq ko'rsatadi. Keyin so'roqchi optik o'zgarishlarni harorat, kuchlanish yoki tebranishning kalibrlangan ko'rsatkichiga o'zgartiradi, bunda joyni biriktiriladi.

Yorug'lik kiradi, atrof-muhit o'sha yorug'likda o'z izini qoldiradi, yorug'lik qaytib keladi va so'roqchi o'zgarishni - va qaerda sodir bo'lganini - o'lchovga aylantiradi.

Optik tolali sensorli texnologiyalarning asosiy turlari

Optik tolali zondlash odatda tola bo'ylab qancha nuqtani o'lchash mumkinligi va sezish qanday sodir bo'lishiga qarab uchta oilaga guruhlanadi.

Nuqtali optik tolali sensor

Nuqta sensori bitta joyni o'lchaydi. Ajratilgan sensor element bir parametr - harorat, bosim yoki tezlanishga javob beradi, masalan, - va dizayn oddiy va nisbatan arzon.

Eng keng tarqalgan misol - butolali Bragg panjarasi (FBG). Panjara tola yadrosining sinishi indeksining davriy o'zgarishi bo'lib, yadroni kuchli ultrabinafsha shovqin ta'siriga ta'sir qilish natijasida hosil bo'ladi. Panjara ma'lum bir to'lqin uzunligini - Bragg to'lqin uzunligini - aks ettiradi va qolgan qismini o'tkazishga imkon beradi. Deformatsiya panjarani cho'zganda yoki issiqlik uni kengaytirganda, masofa o'zgaradi va aks ettirilgan to'lqin uzunligi o'zgaradi; so'roqchi o'sha siljishni o'qiydi va uni qiymatga aylantiradi. 1550 nm to'lqin uzunligi yaqinida, odatdagi FBG ning aks ettirilgan to'lqin uzunligi cho'zilgan mikroshtamm uchun bir pikometr va isitishning Selsiy bo'yicha bir necha pikometri tartibida harakat qiladi. Tadqiqot va aerokosmik dasturlar ushbu ikki tomonlama sezgirlikni, jumladan, batafsil tavsiflaganO'rnatilgan FBG kuchlanish sensorlarining NASA baholashlariyuqori haroratlarda. Boshqa nuqta sensorlari lazer giroskoplarini va o'z ichiga oladioptik tolali-magnit maydon sensorlarimaxsus o'lchovlar uchun.

Kvazi{0}}Taqsimlangan optik tolali sensor

Kvazi{0}}tarqatilgan tizim bir tola boʻylab bir nechta nuqta sensorlarini ketma-ket bogʻlaydi -, masalan, FBGlar qatori, ularning har biri bir oz boshqacha toʻlqin uzunligini aks ettiradi, shuning uchun soʻroq qiluvchi ularni bir-biridan ajrata oladi. Bitta tola bir vaqtning o'zida bir nechta diskret joylarda harorat, tebranish, bosim yoki kuchlanish haqida xabar berishi mumkin. Savdo{4}} fizikaga o'rnatilgan: bitta toladagi sensorlar soni manba o'tkazish qobiliyati va har bir panjara egallashi mumkin bo'lgan to'lqin uzunligi oynasi bilan cheklanadi va tola elementlar orasidagi bo'shliqlarda hech narsani sezmaydi. Tegishli tolali panjara- yondashuvlar, masalanuzoq-davrli panjarali sensor tizimlari, turli spektral xatti-harakatlar bilan o'xshash printsiplarga amal qiling.

Tarqalgan optik tolali sensor

Tarqalgan tizim yalang'och tolani uzluksiz sensor sifatida ishlatadi, bunda diskret sezish nuqtalari umuman yo'q. U shisha ichida tabiiy ravishda tarqaladigan yorug'likka tayanadi va bu tarqalgan yorug'lik butun uzunligi bo'ylab qanday o'zgarishini o'qiydi. Uchyorug'lik{0}}tarqalish mexanizmlariishlatiladi, ularning har biri turli parametrlarga mos keladi:

• Reylining tarqalishiyorug'lik chastotasini o'zgartirmaydigan elastik jarayondir. Bu uchlikning eng kuchlisi va taqsimlangan akustik va tebranish sensori (DAS/DVS) asosidir, bunda tez, bir martalik o'lchovlar tovush va tebranish kabi dinamik kuchlanishni kuzatib boradi.
• Ramanning tarqalishiintensivligi haroratga bog'liq bo'lgan yorug'lik hosil qiladi, bu uni taqsimlangan haroratni sezish (DTS) ning asosiga aylantiradi.
• Brilyuenning tarqalishikuchlanish va harorat bilan chastotada siljiydi, shuning uchun u uzoq masofalarda taqsimlangan deformatsiya va haroratni sezishni asoslaydi.

Tizim sobit nuqtalarni emas, balki butun tolani namunalar olganligi sababli, bitta kabel o'nlab kilometrlarda minglab samarali uzluksiz o'lchash pozitsiyalarini etkazib berishi mumkin. Bu qamrov, muammo har qanday joyda paydo bo'lishi mumkin bo'lgan uzoq, chiziqli aktivlar uchun taqsimlangan sezish tez o'sib borishining sababidir.

Nuqta va Kvazi-Taqsimlangan va taqsimlangan optik tolali sensorlar

Uch oila turli savollarga javob berishadi. Nuqtani sezish "bu bir nuqtada nima bo'lyapti?" deb so'raydi; kvazi-tarqatilgan "bu ma'lum joylarda nima bo'lyapti?" deb so'raydi; tarqatilgan "bu yo'nalish bo'ylab nima bo'lyapti?" Quyidagi jadval amaliy farqlarni umumlashtiradi.

Optik tolali sensorning umumiy ilovalari

• Quvurlarni kuzatish va qochqinlarni aniqlash.Neft, gaz yoki suv quvurlari bo‘ylab yotqizilgan tola qochqinni mahalliy harorat anomaliyasi (DTS) sifatida belgilashi va qazish yoki uchinchi tomon shovqinlarini tebranish belgisi (DAS) - sifatida aniqlay oladi - ba'zan bu holatda ishlatiladigan "neft va gaz" bo'sh iborasidan ko'ra aniqroq.
• Perimetr va chegara xavfsizligi.Tarqalgan tebranish sensori oyoq tovushlarini, transport vositalarini, toqqa chiqishni yoki panjara chizig'i yoki ko'milgan marshrut bo'ylab qazishni aniqlaydi va tasniflaydi, buoptik tolali{0}}perimetrga kirishni aniqlash.
• Elektr kabeli va tarmoq monitoringi.DTS yukni boshqarish va issiq nuqtalarni boshqarish uchun -yuqori kuchlanish kabellari haroratini kuzatib boradi; fon uchun ushbu sharhga qarangtaqsimlangan harorat monitoringi.
• Tunnel va binoda yong'inni aniqlash.Haroratning uzluksiz profilini aniqlash bitta nuqta detektori javob berishdan ancha oldin, issiqlik ko'tarilgan aniq hisoblagichda signal beradi.
• Strukturaviy salomatlik monitoringi.FBG va taqsimlangan deformatsiyani sezish ko'priklar, to'g'onlar, tunnellar va yirik kompozitsion konstruktsiyalardagi yukni, burilish va yorilishni ularning ishlash muddati davomida o'lchaydi.

• 

Optik tolali sensorning afzalliklari va cheklovlari

Har qanday o'lchash texnologiyasi singari, optik tolali sensorlar ba'zi holatlarda kuchli mos keladi va boshqalarida yomon. Ikkala tomonni aniq belgilash tanlovni osonlashtiradi.

Qayerda ustunlik qiladi:

• Elektromagnit parazitlarga qarshi immunitetga ega, chunki sezgi nuqtasi maydonda elektronika bo'lmagan passiv oynadir.
• Elektr sensorlari xavfli bo'lgan portlovchi yoki korroziy muhitda xavfsiz.
• Bitta kabel yuzlab diskret sensorlar va ularning simlarini almashtirishi mumkin va u ma'lumotlar yo'li vazifasini bajaradi.
• Taqsimlangan tizimlar faqat ajratilgan o'qishlarni emas, balki joylashuvni doimiy ravishda qamrab oladi.

Qaerda cheklovlar mavjud:

• So'roq qiluvchi - bu qimmat qism, shuning uchun an'anaviy sensorlar bilan qisqa-bir nuqtali ishlar odatda arzonroq bo'ladi.
• "Yuqori aniqlik" shartli. Tarqalgan tizimlar uchun fazoviy o'lchamlari, sezish diapazoni va tanlab olish tezligi bir-biridan farq qiladi va "tarqatilgan" cheksiz aniqlikni anglatmaydi.
• Joylashuvni aniqlashning aniqligi sezish usuliga, kabelning qanday yo'naltirilganligi va strukturaga ulanganligiga, namuna olish tezligiga, so'roqchiga va tahlil algoritmiga bog'liq.
• Dizayn, o'rnatish va talqin qilish mutaxassislarning tajribasini talab qiladi.

To'g'ri optik tolali sezish usulini qanday tanlash mumkin

Haqiqatan ham javob olishingiz kerak bo'lgan savoldan boshlang, so'ngra uni usulga moslang:

• Bir tanqidiy nuqta, aniq o'lchanadi- nuqta sensori, masalan, FBG.
• Strukturadagi bir nechta ma'lum joylar- kvazi{1}}tarqatilgan FBG massivi.
• Har qanday joyda muammo paydo bo'lishi mumkin bo'lgan uzoq yo'l- taqsimlangan tizim: harorat va olov uchun DTS, tebranish va kirish uchun DAS/DVS, kuchlanish uchun Brillouin.

Usul aniq bo'lgach, sotib olishdan oldin ma'lum parametrlarni solishtiring: zarur sezish diapazoni, fazoviy ruxsat, o'lchash chastotasi (namuna olish tezligi), kabel yo'nalishi va uning ob'ektga qanday o'rnatilishi, shuningdek, siz joylashtirishni rejalashtirgan tola va sensorlar bilan so'rovchi mosligi.