Волоконно-оптический комбинированный сенсор распределения деформации и температуры

Полезная модель - относится к волоконно-оптическим сенсорам для систем мониторинга распределения деформации и температуры на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения. Полезная модель позволяет регистрировать распределение деформации посредством плотной, без проскальзывания, связи оптического волокна с армирующим покрытием и наружной оболочкой и одновременно регистрировать изменения температуры через параллельно размещенное свободно уложенное в полимерном модуле оптическое волокно.

Полезная модель относится к сенсорам, а именно к конструкциям волоконно-оптических сенсоров на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения.

Известны волоконно-оптические распределенные сенсоры, предназначенные для мониторинга различных объектов, работа которых основана на регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, например, волоконно-оптические датчики измерения распределения температуры, основанные на эффектах комбинационного рассеяния (эффект Рамана), в которых амплитуда рассеянного сигнала зависит от температуры (http://temperatures.ru/pages/volokonno_opticheskie_datchiki temperatury:

http://www.thermal-rating.com/Menu/About+LIOS/LIOS+Technology+Russian;

http://www.lios-support.com/LIOS_Energy_DTS_Flyer_A4.pdf:

http://www.sedatec.org/products/863951/863952/863954/; http://www.lios-support.com/LIOS_DTS_Russia.pdf; патент на полезную модель 65223 «волоконно-оптическое устройство для измерения распределения температуры (варианты)»; патент на изобретение 2434208 «волоконно-оптическое устройство для измерения распределения температуры (варианты)»). Известны волоконно-оптические датчики распределения температуры или внутреннего механического напряжения (растяжения), на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения (эффект Мандельштама-Бриллюэна) (http://nepa-ru.com/brugg_files/10_sensoring/01_web__sens_tech_ru.pdf:

http://www.sedatec.org/ru/products/863951/863952/864017/).

Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является волоконно-оптический сенсор деформации предназначенный для использования в распределенных волоконно-оптических системах мониторинга http.//www.lscom.ru/smc_v4.html. Сенсор состоит специального оптического волокна, покрытого специальными защитными оболочками в числе которых, есть продольно сваренная - в стык трубка из нержавеющей стали, герметично запечатывающая оптическое волокно и повышающая стойкость сенсора к раздавливанию.

Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому, из числа известных по совокупности признаков, к недостаткам которого следует отнести невозможность одновременной эффективной регистрации, распределения температуры и распределения деформации. Причиной указанного недостатка являются разные условия функционирования датчиков деформации и датчиков температуры. В датчике распределения деформации оптическое волокно должно быть плотно, без проскальзывания, связано с армирующим покрытием и наружной оболочкой сенсора, тогда как в датчике температуры необходимо обеспечить свободную укладку оптического волокна с заданным значением избыточной длины.

Поставленная задача состояла в разработке конструкции единого комбинированного сенсора, отвечающим указанным требованиям.

Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический сенсор для систем мониторинга распределения деформации и температуры на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, содержащий, по меньшей мере, одно оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, армирующее покрытие и наружную полимерную оболочку, дополнительно, параллельно оптическому волокну, содержит оптический модуль, состоящий из полимерной трубки, содержащей, по меньшей мере, одно, свободно уложенное, оптическое волокно. Таким образом, сенсор содержит оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, плотно, без проскальзывания связанное с армирующим покрытием и наружной оболочкой, в качестве чувствительного элемента деформации, и свободно уложенное в оболочке оптического модуля, с заданным избытком длины, оптическое волокно в качестве чувствительного элемента распределения температуры.

В свободном пространстве между оптическим волокном, оптическим модулем и армирующим покрытием могут дополнительно содержаться силовые элементы из стали, и/или синтетических, и/или стекловолокон.

В оптическом модуле используются оптические волокна, соответствующие рекомендации ITU-T G 657A, допускающие меньший радиус изгиба, что обеспечивает достижение требуемой величины избыточной длины оптического волокна во внутреннем пространстве модуля. Диапазон измерения деформации составляет, как правило, 1%. Растяжение оптического волокна сенсора температуры допускается не более, чем на 0,2%, следовательно, требуется его укладка в модуле с избыточной длиной не менее, чем 0,8%.

Для обеспечения устойчивости свободно уложенного в модуле оптического волокна к механическим воздействиям, к проникновению воды, свободное пространство модуля заполняется гидрофобным гелем.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображено сечение волоконно-оптического комбинированного сенсора распределения деформации и температуры, содержащее оптическое волокно в плотном полимерном покрытии 1, армирующее покрытие 2, наружную полимерную оболочку 3, оптический модуль 4, со свободно уложенным оптическим волокном 5 и гидрофобным гелем 6, дополнительные силовые элементы 7.

Далее приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.

Далее приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.

Несомненным достоинством предлагаемого решения является возможность изготовления сенсора на существующем, традиционно используемом, кабельном оборудовании, с применением промышленно выпускаемых оптических волокон в плотном полимерном покрытии и промышленно выпускаемых материалов. Так оболочка сенсора может быть изготовлена из полиэтилена, а дополнительные силовые элементы - из стальной проволоки, стального троса, синтетических или стекловолокон.

В предлагаемой полезной модели достигается возможность регистрации одним сенсором, как распределения температуры, так и деформации.

1. Волоконно-оптический сенсор для систем мониторинга распределения деформации и температуры на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, содержащий, по меньшей мере, одно оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, армирующее покрытие и наружную полимерную оболочку, отличающийся тем, что дополнительно, параллельно оптическому волокну, содержит оптический модуль, состоящий из полимерной трубки, содержащей, по меньшей мере, одно, свободно уложенное, оптическое волокно.

2. Сенсор по п.1, отличающийся тем, что в свободном пространстве между оптическим волокном, оптическим модулем и армирующим покрытием дополнительно содержатся силовые элементы из стали, и/или синтетических, и/или стекловолокон.

3. Сенсор по п.1 или 2, отличающийся тем, что в оптическом модуле используются оптическое волокно, соответствующие рекомендации ITU-Т G 657A, уложенные с избыточной длиной, равной 0,8%.

4. Сенсор по пп.1-3, отличающийся тем, что свободное пространство в оптическом модуле заполнено гидрофобным гелем.