Волоконно-оптический сенсор

Полезная модель - относится к волоконно-оптическим сенсорам для систем мониторинга на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения. Распределенный сенсор - оптический кабель, содержащий оптическое волокно в плотном полимерном покрытии и защитную оболочку, армированную ламинированной с двух сторон металлической лентой, причем армирующее покрытие и наружная оболочка имеют плоскую часть, обеспечивающую механический контакт с объектом мониторинга. Технический результат - полезная модель позволяет упростить процесс изготовления кабеля при сохранении передаточных характеристик оптического волокна, появляется возможность варьировать степень механического контакта волокна и металлической трубки из гнутого профиля, а плоская часть гнутого профиля увеличивает механический контакт сенсора в месте его закрепления на объекте.

Полезная модель относится к сенсорам, а именно к конструкциям волоконно-оптических сенсоров.

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.ni/pages/volokonnoopticheskie datchiki temperatury: http://www.thermal-rating.com/Menu/About+LIOS/LIOS+Technology+Russian: http://www.lios-support.coni/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 температуры или внутреннего механического напряжения (растяжения), на основе регистрации сдвига частоты рассеянного излучения (эффект Мандельштама-Бриллюэна) (http://nepa-ru.com/brugg files/IP 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.Facchmi, T.Hertig, D.Hauswirth, A.Puzrin «Soil-embedded fiber optic strain sensor for detection of differential soil displacement» рисунок 3 b). Сенсор состоит из специального оптического волокна в плотном полимерном покрытии, армирующих покрытий, в числе которых, есть продольно сваренная трубка из нержавеющей стали, герметично запечатывающая оптическое волокно и повышающая стойкость сенсора к раздавливанию. Наружная оболочка сенсора из термопластичного материала дополнительно армирована проволочной броней из круглых стальных проволок для обеспечения высокой прочности сенсора на растяжение и его защиты от грызунов.

Данное техническое решение является наиболее близким к предлагаемому из числа известных по совокупности признаков, к недостаткам которого следует отнести сложность изготовления герметичной стальной оболочки вокруг оптического волокна в плотном полимерном покрытии, которая изготавливается обычно с применением лазерной сварки стыка, а также недостаточную механическую связь стальной трубки с плотным полимерным покрытием оптического волокна и с наружной оболочкой из термопластичного материала вследствие низкой величины адгезии. Другим недостатком указанных конструкций сенсоров является круглая форма металлической трубки, затрудняющая механическую связь сенсора с объектом измерения.

Поставленная задача состояла в разработке конструкции сенсора, из доступных традиционных кабельных материалов, для изготовления которой не требуется специального дорогостоящего оборудования, с улучшенными характеристиками за счет высокой механической связи оболочек с оптическим волокном, и имеющего форму, обеспечивающую лучший механический контакт с поверхностью диагностируемого объекта.

Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический сенсор, для систем мониторинга на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, содержит оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, а армирующее покрытие, расположенное плотно поверх полимерного покрытия оптического волокна, выполнено из ламинированной с двух сторон металлической ленты, причем, армирующее покрытие и наружная оболочка имеют плоскую часть, обеспечивающую механический контакт с объектом мониторинга. Ламинирующий слой армирующего покрытия обеспечивает механическую связь как с полимерным покрытием оптического волокна, так и с наружной оболочкой из термопластичного материала.

Для обеспечения требуемого сопротивления растяжению или для придания водоблокирующих свойств во внутренних пустотах армирующего покрытия волоконно-оптического сенсора могут быть размещены дополнительные силовые, водоблокирующие элементы.

Армирующее покрытие может состоять из двух частей, соединенных ламинатом между собой и с наружной оболочкой из термопластичного материала, а части армирующего покрытия могут быть дополнительно соединены между собой «в фалец».

Полезная модель иллюстрируется тремя чертежами, на которых изображен волоконно-оптический сенсор, содержащий оптические волокна 1, в плотном полимерном покрытии 2, стальную ламинированную с двух сторон ленту 3, объединенную ламинирующим слоем с наружной оболочкой из термопластичного материала 4 и дополнительные силовые и водоблокирующие элементы 5.

Далее приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.

Несомненным достоинством предлагаемого решения является возможность изготовления сенсора на существующем традиционно используемом кабельном оборудовании всего за одну технологическую операцию с применением известных, промышленно выпускаемых материалов.

В качестве термопластичных материалов могут быть использованы полиэтилены, полиамиды, поликарбонаты и термопластичные полиуретаны.

Замена продольно сваренной металлической трубки гнутым профилем из стальной ламинированной ленты позволяет варьировать степень механического контакта армирующего покрытия, как с плотным полимерным покрытием оптического волокна, так и с материалом наружной оболочки из термопластичного материала. В процессе экструзионного наложения наружной оболочки происходит сращивание ламината армирующего покрытия как между собой, так и с термопластичным материалом наружной оболочки в единое механическое целое. Важно, что при этом сохраняются передаточные характеристики оптического волокна в плотном полимерном покрытии. Упрощается и удешевляется технологический процесс изготовления сенсора. Плоская часть гнутого профиля позволяет увеличить механический контакт сенсора в месте его закрепления на объекте, таким образом, в полезной модели достигается возможность исследовать объекты большей протяженности.

1. Волоконно-оптический сенсор для систем мониторинга на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, содержащий, по меньшей мере, одно оптическое волокно в плотном полимерном покрытии, металлические армирующие покрытия и наружную оболочку из термопластичного материала, отличающийся тем, что армирующее покрытие, расположенное плотно поверх полимерного покрытия оптического волокна, выполнено из ламинированной с двух сторон металлической ленты, причем армирующее покрытие и наружная оболочка имеют плоскую часть, обеспечивающую механический контакт с объектом мониторинга.

2. Волоконно-оптический сенсор по п.1, содержащий дополнительно силовые и водоблокирующие элементы во внутренних пустотах армирующего покрытия.

3. Волоконно-оптический сенсор по п.1 или 2, отличающийся тем, что армирующее покрытие состоит из двух частей, соединенных ламинатом между собой.

4. Волоконно-оптический сенсор по п.3, отличающийся тем, что части армирующего покрытия дополнительно соединены между собой «в фалец».