УСТРОЙСТВО ОТВОДА РАСПРЕДЕЛЁННОГО ОПТОВОЛОКОННОГО СЕНСОРА

Полезная модель относится к компонентам систем мониторинга на основе распределенных оптоволоконных сенсоров и может быть использована для пространственной привязки показаний распределенных сенсоров, установленных, например, на трубопроводах, и защиты отводной части оптоволокна от внешних воздействий.
В системах мониторинга на основе распределенных оптоволоконных сенсоров используются методы, основанные на эффектах рассеяния Рэлея (РР), комбинационного рассеяния (КР, или эффект Рамана) и рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (РМБ).
Эффект РР - когерентное рассеяние света без изменения длины волны на частицах, неоднородностях или других объектах, размеры которых меньше длины волны. При использовании свойств когерентности рассеяния, оптоволокно играет роль распределенного интерферометра, отраженный от которого сигнал содержит информацию о температуре и деформации в точке рассеяния. Метод на основе эффекта РР опрашивает распределенный оптоволоконный сенсор с частотой до нескольких десятков кГц, что позволяет контролировать быстропротекающие механические явления на объекте мониторинга. Таким образом, метод на основе эффекта РР используется в основном для регистрации механических колебаний в распределенных вибро-акустических системах мониторинга.
Эффект КР обусловлен взаимодействием излучения с тепловыми молекулярными колебаниями в среде. Отраженный (Рамановский) сигнал содержит информацию о температуре в точке рассеяния. Метод на основе эффекта КР используется в системах мониторинга распределения температуры.
Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна в оптоволокне возникает в результате взаимодействия излучения с акустическими волнами (звуковыми волнами) гигагерцового диапазона. Этот эффект можно рассматривать как дифракцию света на движущейся решетке, созданной акустической волной. Таким образом, отраженный сигнал испытывает доплеровский сдвиг по частоте, поскольку решетка движется со скоростью звука. Скорость звука напрямую связана с плотностью материала и зависит как от его температуры, так и от внутреннего механического напряжения (деформации). В результате величина частотного Бриллюэновского сдвига несет информацию о температуре и деформации в точке рассеяния. Метод на основе эффекта РМБ используется в системах мониторинга распределения температуры и/или статических деформаций.
В указанных выше системах мониторинга определение места, в котором измеряется температура или деформация, происходит на основе технологии, схожей с применяемой в радарных установках (рефлектометрия). Определение расстояния до точки в оптоволокне, в которой производится измерения, происходит на основе пересчета времени задержки от зондирования до регистрации сигнала рассеяния в расстояние, которое соответствует пути светового излучения по оптоволокну от устройства опроса до места рассеяния и обратно. Таким образом, результатом измерения является зависимость измеряемой величины (например, температуры) от расстояния вдоль оптоволокна до устройства опроса. Диапазон расстояний при таких измерениях может достигать десятков километров, а пространственное разрешение, которое определяется длительностью оптического импульса, составляет несколько метров.
Распределенные волоконно-оптические системы мониторинга температуры, деформации или механических колебаний на основе эффектов РР, КР и РМБ в настоящий момент широко известны из уровня техники и являются коммерчески доступными (см., например, URL: http://t8.ru/?page_id=221, дата обращения 22/07/2016; URL: http://petrofibre.ru/products/, дата обращения 22/07/2016; URL: http://www.neubrex.com/htm/products.htm, дата обращения 22/07/2016).
Из уровня техники известны системы мониторинга деформации трубопровода на основе распределенных оптоволоконных сенсоров деформации (URL: http://www.smartec.ch/Ref/SNAM-Rete-Gas-Gas-pipeline-monitoring, дата обращения 22/07/2016; URL: http://www.smartec.ch/content/download/860/6837/file/c127.pdf, дата обращения 22/07/2016; URL: http://lscom.ru/pp.html, дата обращения 22/07/2016). Однако известные системы не содержат устройств для пространственной привязки показаний распределенных сенсоров к объекту мониторинга, кроме того, в известных системах отсутствуют устройства, обеспечивающие надежную защиту отводной части оптоволокна от внешних воздействий в местах отвода от объекта мониторинга (например, трубопровода).
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемой полезной модели является устройство пространственной привязки распределенного оптоволоконного сенсора, которое может быть использовано для отвода указанного сенсора от объекта мониторинга и содержит корпус с пазами для подвода и отвода оптоволокна, внутри которого размещены средство для наматывания оптоволокна и узел термометки (см. патент GB 2210451, кл. G01K 11/32, опубл. 07.06.1989). Недостатками известного устройства являются неудобство использования и сложность монтажа.
Технической проблемой является устранение указанных недостатков и расширение арсенала технических средств для отвода распределенного оптоволоконного сенсора.
В предлагаемом устройстве отвода распределенного оптоволоконного сенсора, содержащем корпус, внутри которого размещены средство для наматывания оптоволокна и узел термометки, корпус образован седлом со стяжками и защитной крышкой, средство для наматывания оптоволокна образовано катушкой, на которой закреплен узел термометки в виде электронагревателя, а на седле закреплена защитная труба, внутри которой расположена отводная часть оптоволокна. Устройство предпочтительно снабжено закрепленной на седле дополнительной трубой, внутри которой расположена защитная труба. Катушка предпочтительно снабжена съемной прижимной планкой. Узел термометки предпочтительно выполнен в виде ленточного электронагревателя, намотанного на катушку. Корпус предпочтительно снабжен пазами для подвода и отвода оптоволокона.
Совокупность изложенных признаков позволяет решить вышеуказанную техническую проблему и получить технический результат, заключающийся в создании альтернативного устройства отвода распределенного оптоволоконного сенсора.
На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства;
на фиг. 2 - его внутренняя часть под защитной крышкой.
Предлагаемое устройство отвода распределенного оптоволоконного сенсора состоит из седла 1, жестко закрепленных на нем с помощью кронштейнов 2 и 3 защитной полиэтиленовой трубы 4 меньшего диаметра для обеспечения гидрозащиты и дополнительной полиэтиленовой трубы 5 большего диаметра для обеспечения механической защиты, узла термометки 6, съемной защитной крышки 7, трех стяжек 8 и резиновой прокладки 9. Седло 1 и крышка 7 образуют корпус устройства, а кронштейны 2, 3 установлены между собой на расстоянии, обеспечивающем требования к радиусу изгиба оптоволокна.
Седло 1 через прокладку 9 установлено на трубопроводе и посредством стяжек 8 жестко прикреплено к нему с помощью шести гаек М8. Седло 1 оборудовано специальными пазами для подвода оптоволокна 10 с объекта мониторинга (трубопровода) под защитную крышку 7. Между указанными пазами внутри корпуса установлено средство для наматывания оптоволокна, состоящее из жестко установленной на седле 1 планки 11, съемной прижимной планки 12, двух шпилек М6 13 и катушки 14.
Узел термометки 6 выполнен в виде ленточного электронагревателя 15, намотанного на катушку 14. В непосредственной близости от узла термометки 6 установлены два кронштейна 2, обеспечивающие надежное закрепление трубы 4 к седлу 1. Для обеспечения надежной защиты переходов оптоволокна с объекта мониторинга на катушку 14 и с нее в защитную трубу 4 устанавливают съемную защитную крышку. Надежное сохранение оптоволокна 10 от внешних воздействий на отводном участке от объекта мониторинга к кабельному колодцу обеспечивает дополнительная труба 5, жестко закрепленная в кронштейне 3 на седле 1.
Электрический кабель 17, питающий электронагреватель 15 и идущий от кабельного колодца, также размещен внутри труб 4, 5.
Предлагаемое устройство работает следующим образом.
Седло 1 закрепляют на объекте мониторинга (трубопроводе). С одной или с двух сторон подводят оптоволокно 10 распределенного сенсора. Не менее одного метра оптоволокна 10 наматывают на катушку 14, которую устанавливают между шпильками 13 и прижимают планкой 12. Отводной конец оптоволокна 10 заводят в защитную трубу 4, которая, в свою очередь, находится в дополнительной трубе 5. На месте входа трубы 4 в трубу 5 устанавливают термоусадку 16. Трубы 4, 5 надежно закрепляют кронштейнами 2, 3 к седлу 1. На узел термометки 6 устанавливают защитную крышку 7 и заполняют подкрышечное пространство полиуретановой пеной.
При подаче напряжения по кабелю 17 на электронагреватель 15, он нагревает участок оптоволокна 10, намотанный на катушку 14. Нагретый участок приобретает приращения температуры и деформации (за счет теплового расширения), что обнаруживается устройством опроса и служит для пространственной привязки показаний распределенного оптоволоконного сенсора к объекту мониторинга.
Предлагаемое устройство позволяет не только осуществить пространственную привязку показаний распределенного оптоволоконного сенсора (температурное воздействие электронагревателя регистрируется сенсором, что позволяет определить точку на трассе, где начинается объект мониторинга), но и обеспечивает защиту сенсора в наиболее уязвимом месте - месте его отвода от объекта мониторинга (прикрепленный на объекте мониторинга сенсор защищен, в том числе, самим объектом мониторинга). Предлагаемое устройство может быть использовано для выполнения отводов концов строительных длин распределенных сенсоров системы мониторинга, смонтированных на поверхности трубопровода, в кабельный колодец для осуществления коммутации, защиты и хранения запаса кабеля.