ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

Полезная модель относится к волоконно-оптическим измерительным устройствам, а именно к волоконно-оптическим устройствам для измерения деформации контролируемого объекта, и может быть использовано для контроля механических деформаций объектов энергетического комплекса (в том числе АЭС), гидротехнических сооружений, а также других сооружений в различных областях промышленности.
Известно волоконно-оптическое устройство для измерения поперечной деформации объекта, содержащее источник оптического излучения и фотоприемник с электронным блоком обработки, между которыми расположен оптический распределенный чувствительный элемент, закрепляемый на контролируемом объекте, состоящий из трех оптических волокон, объединенных в кабель (Патент на изобретение RU 2386105 опубл. 10.04.2010 г.)
Данное техническое решение является наиболее близкими к предлагаемому по совокупности признаков.
Недостатком известного устройства является невысокая стойкость чувствительного элемента к внешним воздействиям в процессе эксплуатации, что может приводить к ошибкам, недостаточная прочность к механическим нагрузкам, возникающим при монтаже на объекте, что может отрицательно сказаться на его надежности, а также отсутствие мер по повышению его пожаробезопасности (нераспространение горения, нетоксичность, низкое дымогазовыделение, огнестойкость), что ограничивает его применение внутри объектов.
Поставленная задача состояла в разработке волоконно-оптического датчика для контроля состояния объекта с распределенным чувствительным элементом, обладающим хорошей чувствительностью к деформациям, но, при этом, пожаробезопасностью, широким диапазоном рабочих температур и стойкостью к различным внешним воздействиям.
Технический результат достигается тем, что оптический датчик состоит из источника оптического излучения и фотоприемника с блоком обработки, между которыми расположен оптический распределенный чувствительный элемент, закрепляемый на контролируемом объекте, представляющий собой оптический кабель, состоящий из центрального упрочняющего элемента или оптического волокна, вокруг которого наложена полимерная оболочка из кремнийорганической резины, повив оптических волокон и наружная оболочка из не распространяющей горение кремнийорганической резины.
В качестве центрального упрочняющего элемента могут быть использованы стеклопластиковый пруток, стальная проволока или арамидная нить.
Для повышения надежности и эффективности работы датчика оптическое волокно может иметь многослойное защитное покрытие из углерода и термостойкого полимера, выбранного из группы: полиимид, полиамидоимид, полиамид, полиэфирэфиркетон и полиакрилат с расширенным диапазоном температур.
Также оптическое волокно может иметь двухслойное покрытие из углеродного материала и металла.
Полезная модель иллюстрируется чертежами, на которых показана схема датчика (фиг.1) и кабель (чувствительный элемент) в разрезе (фиг.2).
Датчик состоит из источника оптического излучения 1, приемника оптического излучения с блоком обработки 2 и оптического кабеля 3, закрепляемого на контролируемом объекте 4.
Кабель оптический содержит центральный упрочняющий элемент или оптическое волокно 5, в оболочке 6 из кремнийорганической резины, поверх которой наложен повив 7 из оптических волокон, и наружная защитная оболочка 8, выполненная из кремнийорганической резины.
Далее приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.
В качестве составных частей датчика используются широко выпускаемые и применяемые промышленностью источники оптического излучения и электронные блоки для приема оптического сигнала, его преобразования и обработки.
При изготовлении кабеля используют известные материалы, выпускаемые в промышленном масштабе. Технология изготовления кабеля включает операции по наложению оболочки 6 из кремнийорганической резины на центральный элемент или оптическое волокно 5, наложению повива 7 оптических волокон поверх оболочки 6 и наложение внешней оболочки 8 из кремнийорганической резины. Наложение оболочек 6 и 8 из кремнийорганической резины производится на специальном экструзионном оборудовании с последующей вулканизацией в туннельной печи.
Работает устройство следующим образом. Источник оптического излучения 1 освещает торцы оптических волокон, расположенных в повиве 7, по которым световые лучи распространяются по всей длине чувствительного элемента 3 и на противоположном конце регистрируются и обрабатываются фотоприемником с блоком обработки 2. В результате механических напряжений, появляющихся в оптических волокнах в зоне воздействия на чувствительный элемент деформирующегося объекта 4, возникают оптические потери, анализируемые фотоприемником с блоком обработки 2, в результате чего пользователь получает данные о деформации объекта 4 и месте ее локализации.
Технический результат заключается в повышении надежности и эффективности в эксплуатации датчика в широком диапазоне температур и повышении пожаробезопасности контролируемого объекта.