Высокочувствительный волоконно-оптический сенсор распределения деформации

Полезная модель относится к волоконно-оптическим сенсорам распределения деформации, для систем мониторинга различных объектов на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения. Высокочувствительный волоконно-оптический сенсор содержащий, оптическое волокно, армирующее покрытие и наружную защитную полимерную оболочку, отличается тем, что армирующее покрытие состоит из трех прямых, стальных, однородных, калиброванных, одинакового диаметра и одинаково натянутых проволок, плотно прилегающих к полимерному покрытию оптического волокна, и дополнительно содержит уплотняющие элементы, заполняющие пустоты между оптическим волокном и армирующим покрытием. Более высокая чувствительность и более высокое пространственное разрешение сенсора достигается за счет возможности более точного регулирования натяжения и более равномерного по длине прижатия к оптическому волокну прямых стальных проволок армирующего покрытия.

Полезная модель относится к сенсорам, а именно к конструкциям волоконно-оптических сенсоров на основе регистрации распределения 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)»).

Известны волоконно-оптические датчики распределения механического напряжения (растяжения), на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения (эффект Мандельштама-Бриллюэна) (http://www.Iscom.ru/art2.html; 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 (4-th International Conference on Structural Health Monitoring on Intelligent Infrastructure (международная конференция SHMII-4) 2009, 22-24 июля, Цюрих, Швейцария доклад M.Iten, F.Ravet, M.Nikles, M.Facchini, T.Hertig, D.Hauswirth, A.Puzrin «Soilembedded fiber optic strain sensor for detection of differential soil displacement» рисунок 3b). Сенсор состоит из оптического волокна, покрытого армирующими покрытиями в числе которых, есть продольно сваренная встык трубка из нержавеющей стали, герметично запечатывающая оптическое волокно и повышающая стойкость сенсора к раздавливанию, проволочная броня из круглых стальных проволок для обеспечения высокой прочности сенсора на растяжение и его защиты от грызунов, герметичная защитная полимерная оболочка.

Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому, из числа известных по совокупности признаков, к основным недостаткам которого следует отнести, прежде всего, невозможность обеспечения необходимой, для достижения максимальной чувствительности, однородности по длине исходного состояния оптического волокна. Конструкции армирующих покрытий не позволяют избежать неоднородных по длине механических воздействий. К недостаткам указанного технического решения следует отнести и слабую механическую связь оптического волокна с армирующими элементами конструкции, что приводит к снижению чувствительности сенсора и его пространственного разрешения за счет взаимного скольжения оптического волокна и армирующего покрытия.

Поставленная задача состояла в разработке конструкции волоконно-оптического сенсора деформации с улучшенными характеристиками за счет высокой однородности по длине исходного воздействия на оптическое волокно, за счет увеличения механической связи армирующих оболочек с оптическим волокном с минимальными потерями на скольжение.

Технический результат достигается тем, что высокочувствительный волоконно-оптический сенсор распределения деформации, содержащий, оптическое волокно, армирующее покрытие и наружную защитную полимерную оболочку, содержит армирующее покрытие, состоящее из трех прямых, стальных, однородных, калиброванных, одинакового диаметра и одинаково натянутых проволок, плотно прилегающих к полимерному покрытию оптического волокна, оптическое волокно соответствует рекомендации ITU-T G.652.D, стальные проволоки имеют диаметр 1,6 мм, а сенсор дополнительно содержит уплотняющие элементы, заполняющие пустоты между оптическим волокном и армирующим покрытием.

Полезная модель иллюстрируется чертежом, на котором изображен в сечении высокочувствительный волоконно-оптический сенсор, содержащий оптическое волокно 1, армирующее покрытие 2, защитную полимерную оболочку 3 и дополнительные уплотняющие элементы 4.

Далее приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.

Несомненным достоинством предлагаемого решения является то, что все элементы конструкции армирующего покрытия максимально однородны по длине, и следовательно, все воздействия в процессе изготовления сенсора продольны. Более высокая чувствительность сенсора, более высокое пространственное разрешение обеспечиваются за счет возможности более точного регулирования натяжения прямых стальных, однородных по длине, калиброванных проволок армирующего покрытия, что недостижимо в конструкциях армирующих покрытий, содержащих поперечно расположенные элементы конструкции или поперечные воздействия в процессе изготовления, таких как сваренная встык трубка из нержавеющей стали. Применение дополнительных уплотняющих элементов из текстильных или синтетических нитей, или из полимера или клея, обеспечивают более равномерное по длине прижатие армирующих проволок и отсутствие проскальзывания.

1. Высокочувствительный волоконно-оптический сенсор распределения деформации, содержащий, оптическое волокно, армирующее покрытие и наружную защитную полимерную оболочку, отличающийся тем, что армирующее покрытие состоит из трех прямых стальных, однородных, калиброванных, одинакового диаметра и одинаково натянутых проволок, плотно прилегающих к полимерному покрытию оптического волокна.

2. Сенсор по п.1, отличающийся тем, что оптическое волокно соответствует рекомендации ITU-T G.652.D, а стальные проволоки имеют диаметр 1,6 мм.

3. Сенсор по п.1, содержащий дополнительно уплотняющие элементы, заполняющие пустоты между оптическим волокном и армирующим покрытием.