CZ28266U1 - Optovláknový senzor a sestava pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru - Google Patents

Optovláknový senzor a sestava pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru Download PDF

Info

Publication number
CZ28266U1
CZ28266U1 CZ2014-30464U CZ201430464U CZ28266U1 CZ 28266 U1 CZ28266 U1 CZ 28266U1 CZ 201430464 U CZ201430464 U CZ 201430464U CZ 28266 U1 CZ28266 U1 CZ 28266U1
Authority
CZ
Czechia
Prior art keywords
optical fiber
fiber
working
compensating
optical
Prior art date
Application number
CZ2014-30464U
Other languages
English (en)
Inventor
Břetislav Mikel
Radek Helán
František Urban
Michal Jelínek
Original Assignee
Ústav Přístrojové Techniky Av Čr, V. V. I.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Ústav Přístrojové Techniky Av Čr, V. V. I. filed Critical Ústav Přístrojové Techniky Av Čr, V. V. I.
Priority to CZ2014-30464U priority Critical patent/CZ28266U1/cs
Publication of CZ28266U1 publication Critical patent/CZ28266U1/cs

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E30/00Energy generation of nuclear origin
    • Y02E30/30Nuclear fission reactors

Description

Oblast techniky

Technické řešení se týká optovláknového senzoru pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru. Technické řešení se týká rovněž sestavy obsahující soustavu takovýchto optovláknových senzorů.

Dosavadní stav techniky

Ochranné obálky některých jaderných reaktorů bývají zhotoveny ve formě předpjatých železobetonových stěn o tloušťce obvykle 1,2 m tvořících válcovitou konstrukci s horní stěnou ve tvaru kulového vrchlíku.

Z bezpečnostního hlediska je nutné neustále sledovat stav těchto stěn, a proto bývají ve stěnách zabudované senzory pro sledování jejich tvarových změn. Tyto známé senzory pracují na principu drátových tenzometrů. Nevýhodou těchto senzorů je jejich stáří a nemožnost jejich výměny. Vzhledem ke stále se zvyšujícím požadavkům na bezpečnost je úkolem tohoto technického řešení tento nedostatek odstranit a nahradit tyto senzory novými.

Podstata technického řešení

Výše uvedený úkoluje vyřešen návrhem optovláknového senzoru pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru, přičemž podle tohoto technického řešení tento senzor zahrnuje:

- první stojinu,

- druhou stojinu,

- pracovní optické vlákno, které je prvním koncem zafixované vzhledem k první stojině a druhým koncem ke druhé stojině a ve kterém je vepsaná alespoň jedna Braggova mřížka,

- kompenzační optické vlákno, jehož alespoň jeden konec je uspořádán s možností posuvu vzhledem ke stojinám a ve kterém je vepsaná alespoň jedna Braggova mřížka, přičemž pracovní optické vlákno i kompenzační optické vlákno zahrnují vždy alespoň jeden konektor pro jejich propojení s optickým zdrojem, zejména širokospektrálním optickým zdrojem pro vysílání světla do pracovního optického vlákna a do kompenzačního optického vlákna, a se spektrometrem pro příjem a detekci světla odraženého z Braggových mřížek v pracovním optickém vlákně a v kompenzačním optickém vlákně.

Optovláknový senzor s výhodou zahrnuje ochrannou trubici, která je svými konci upevněná ke stojinám, přičemž je v oblasti mezi stojinami délkově přestavitelná, a kterou prochází pracovní optické vlákno.

Rovněž je výhodné, když ochranná trubice zahrnuje první trubkovitou část a druhou trubkovitou část, které jsou uspořádané navzájem souose, přičemž druhá trubkovitá část je jedním koncem upevněná ke druhé stojině a druhým koncem zasouvatelná do první trubkovité části, a první trubkovitá část je upevněná k první stojině, a styková plocha mezi první trubkovitou částí a druhou trubkovitou částí je opatřená těsněním.

Optovláknový senzor s výhodou dále zahrnuje optický zdroj, zejména širokospektrální optický zdroj pro vysílání světla do pracovního optického vlákna a do kompenzačního optického vlákna, a spektrometr pro příjem a detekci světla odraženého z Braggových mřížek v pracovním optickém vlákně a v kompenzačním optickém vlákně.

Ve zvlášť výhodném provedení optovláknový senzor podle tohoto technického řešení dále zahrnuje optický cirkulátor, přes který je širokospektrální optický zdroj propojitený s pracovním

-1 CZ 28266 U1 optickým vláknem a kompenzačním optickým vláknem a přes který jsou pracovní optické vlákno a kompenzační optické vlákno propoj itelná se spektrometrem.

Rovněž je výhodné, když optovláknový senzor dále zahrnuje vláknový přepínač pro volitelné nebo periodické propojování optického cirkulátoru s pracovním optickým vláknem a kompenzačním optickým vláknem.

Výše uvedený úkol je rovněž vyřešen sestavou pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru, která podle tohoto technického řešení zahrnuje:

- soustavu optovláknových senzorů podle tohoto technického řešení,

- optický zdroj, s výhodou širokospektrální optický zdroj,

- spektrometr pro příjem a detekci světla odraženého z Braggových mřížek,

- optický cirkulátor a vláknový přepínač, přes které je širokospektrální optický zdroj propojitelný s pracovním optickým vláknem a kompenzačním optickým vláknem kteréhokoli z optovláknových senzorů uvedené soustavy a přes který jsou pracovní optické vlákno a kompenzační optické vlákno kteréhokoli z optovláknových senzorů uvedené soustavy propoj itelná se spektrometrem.

Spektrometr v této sestavě s výhodou zahrnuje optický filtr a fotodetektor a s výhodou je propojitelný s řídicí, vyhodnocovací a zobrazovací jednotkou.

Objasnění výkresů

Příkladné provedení optovláknového senzoru podle tohoto technického řešení je schematicky znázorněno na obr. 1, zatímco na obr. 2 je naznačena sestava pro měření tvarových změn obálek jaderných reaktorů zahrnující soustavu optovláknových senzorů podle tohoto technického řešení.

Příklady uskutečnění technického řešení

Optovláknový senzor 1 znázorněný na obr. 1 zahrnuje ochrannou trubici G, ve které je vloženo pracovní optické vlákno H.

Ochranná trubice G je svými konci upevněna ke stojinám Fl, F2. Ochranná trubice G je délkově přestavitelná, což je v tomto příkladném provedení realizováno tak, že je rozdělená na první trubicovitou část G1 a druhou trubicovitou část G2, přičemž volný konec druhé trubicovité části G2 (konec, který není upevněn ke stojině F2) je zasunutý do volného konce první trubicovité části Gl, takže jsou první trubicovitá část G1 a druhá trubicovitá část G2 uloženy s možností vzájemného posuvu ve směru jejich osy. V oblasti vzájemného styku jsou opatřeny těsněním, které brání vniknutí prachu a/nebo vlhkosti do vnitřku ochranné trubice G.

K první stojině EL je upevněn první upínač El a ke druhé stojině F2 je upevněn druhý upínač E2.

Pracovní optické vlákno H procházející trubicí G je jedním koncem uchycené v prvním upínači El a druhým koncem ve druhém upínači E2, takže je napnuté mezi body AI, A2.

Optovláknový senzor 1 dále zahrnuje kompenzační optické vlákno D, které prochází mimo ochrannou trubici G a je upevněno jedním koncem k první stojině Fl a druhým koncem ke druhé stojině F2 tak, aby na ně nebyl přenášen vzájemný pohyb stojin Fl, F2. Tedy alespoň jeden konec kompenzačního optického vlákna D je uložený volně s možností posuvu vzhledem k jemu příslušející stojině. Kompenzační optické vlákno D je opatřeno ochranným obalem.

Každý konec pracovního optického vlákna H a kompenzačního optického vlákna D je opatřen konektorem C.

Stojiny Fl, F2 jsou uzpůsobeny k upevnění na stěny ochranné obálky jaderného reaktoru.

V pracovním optickém vlákně H i v kompenzačním optickém vlákně D je zapsána Braggova mřížka B, z nichž každá vytváří periodickou změnu indexu lomu jádra vlákna a vzniklý optický filtr tak odráží pouze určitou vlnovou délku.

-2CZ 28266 U1

Délka ochranné trubice G je s výhodou 30 až 2000 mm a je s výhodou primárně nastavena na hodnotu odpovídající středu jejího měřicího rozsahu, aby bylo za provozu možné měřit změny délky v obou směrech (zkracování i prodlužování).

Ochranná trubice G, upínače El, E2 a stojiny Fl, F2 jsou s výhodou vyrobené z duralu.

Na obr. 2 je naznačena sestava pro měření tvarových změn obálky jaderného reaktoru, která zahrnuje dva optovláknové senzory 1 z obr. 1. Sestava obsahuje širokospektrální optický zdroj 2, který je prvním propojovacím optickým vláknem Ol propojený s optickým cirkulátorem 3, který je druhým propojovacím optickým vláknem 02 propojený s vláknovým přepínačem 4, pomocí kterého je volitelně propojitelný s jedním nebo druhým optovláknovým senzorem 1, a to s jeho pracovním optickým vláknem Has kompenzačním optickým vláknem D. Optický cirkulátor 3 je navíc propojený se spektrometrem 5, který může s výhodou zahrnovat optický filtr a fotodetektor. Spektrometr 5 je přes AD/DA kartu 6 propojený s řídicí, vyhodnocovací a zobrazovací jednotkou 7, v tomto případě s průmyslovým počítačem. Řídicí, vyhodnocovací a zobrazovací jednotka 7 je navíc propojená přes kontrolní elektronickou jednotku 8 se širokospektrálním optickým zdrojem 2.

Je zřejmé, že s výhodou obsahuje tato sestava více než dva optovláknové senzory 1 a tyto mohou být zapojeny navzájem jednak sériově a jednak paralelně. Sestava umožňuje sério-paralelní připojení až 256 senzorů. Zapojení z obr. 2 pracuje následovně:

Optovláknové senzory 1 se svými stojinami Fl, F2 upevní na různých místech na vnější stranu ochranné obálky jaderného reaktoru. Pracovní optické vlákno H se dle schématu z obr. 2 propojí s širokospektrálním optickým zdrojem 2. Za provozu světlo z širokospektrálního optického zdroje 2 prochází přes optický cirkulátor 3 a vláknový přepínač 4 do pracovního optického vlákna H, případně přepnutím vláknového přepínače 4 do kompenzačního optického vlákna D. Každá Braggova mřížka B v pracovním optickém vlákně H a kompenzačním optickém vlákně D odrazí z celého frekvenčního spektra pouze jeho malou část zpět. Spektrometr 5, resp. spektrální analyzátor, pak snímá odraženou část spektra a signál reprezentující odraženou část spektra je přes AD/DA kartu 6 předáván do počítače, kde může být provedeno jeho vyhodnocení. Na výstupu tak lze vidět příslušný počet částí frekvenčního spektra v závislosti na počtu Braggových mřížek B v daném optickém vlákně.

Pokud se v důsledku prodloužení nebo zkrácení příslušného optického vlákna s kteroukoli Braggovou mřížkou B něco stane - změní se její fyzikální parametry, prodlouží se, zkrátí se, na výstupu se to projeví okamžitým posunem frekvence dané části frekvenčního spektra. U pracovního optického vlákna H by se jednalo o délkovou změnu v důsledku teplotních změn nebo v důsledku nežádoucí tvarové deformace v měřené oblasti ochranné obálky jaderného reaktoru. Pro eliminaci vlivu změn způsobených teplotními změnami (změn způsobených teplotní roztažností) na výsledky měření jsou průběžně vyhodnocovány rovněž odrazy z Braggových mřížek B v kompenzačním optickém vlákně D.

Jinými slovy, dochází-li ke změně vzdálenosti mezi stojinami Fl a F2, ovlivňuje to přímo délku vzhledem k nim zafixovaného pracovního optického vlákna H, kterou lze pak monitorovat ve vyhodnocovacím zařízení. Délka kompenzačního optického vlákna D, které má alespoň jeden konec volný, je naopak ovlivňována v největší míře změnami teplot. Na základě výsledků z kompenzačního optického vlákna D lze u výsledků měření z pracovního optického vlákna H eliminovat vliv změn délky pracovního optického vlákna H způsobených zejména změnami teplot a ve výsledcích měření zobrazit tvarové změny, tedy změny vzdálenosti pevně uchycených stojin Fl, F2, bez vlivu vnějších změn způsobených zejména teplotní roztažností.

Ačkoli byla popsána řada příkladných provedení, je zřejmé, že odborník z dané oblasti snadno nalezne další možné alternativy k těmto provedením. Například je možná realizovat délkovou přestavitelnost ochranné trubice G i jiným způsobem. Rovněž je možné místo ochranné trubice G opatřit optovláknový senzor 1 společným krytem pro pracovní optické vlákno H a kompenzační

-3 CZ 28266 U1 optické vlákno D. Proto rozsah technického řešení není omezen na výše uvedená příkladná provedení, ale spíše je dán definicí přiložených nároků na ochranu.

NÁROKY NA OCHRANU

Claims (9)

  1. optické vlákno D. Proto rozsah technického řešení není omezen na výše uvedená příkladná provedení, ale spíše je dán definicí přiložených nároků na ochranu.
    NÁROKY NA OCHRANU
    1. Optovláknový senzor (1) pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru, vyznačující se tím, že zahrnuje:
    - první stojinu (Fl),
    - druhou stojinu (F2),
    - pracovní optické vlákno (H), které je prvním koncem zafixované vzhledem k první stojině (Fl) a druhým koncem ke druhé stojině (F2) a ve kterém je vepsaná alespoň jedna Braggova mřížka (B),
    - kompenzační optické vlákno (D), jehož alespoň jeden konec je uspořádán s možností posuvu vzhledem ke stojinám (Fl, F2) a ve kterém je vepsaná alespoň jedna Braggova mřížka (B), přičemž pracovní optické vlákno (H) i kompenzační optické vlákno (D) zahrnují vždy alespoň jeden konektor (C) pro jejich propojení s optickým zdrojem, zejména širokospektrálním optickým zdrojem (2) pro vysílání světla do pracovního optického vlákna (H) a do kompenzačního optického vlákna (D), a se spektrometrem pro příjem a detekci světla odraženého z Braggových mřížek (B) v pracovním optickém vlákně (H) a v kompenzačním optickém vlákně (D).
  2. 2. Optovláknový senzor (1) podle nároku 1, vyznačující se tím, že zahrnuje ochrannou trubici (G), která je svými konci upevněná ke stojinám (Fl, F2), přičemž je v oblasti mezi stojinami (Fl, F2) délkově přestavitelná, a kterou prochází pracovní optické vlákno (H).
  3. 3. Optovláknový senzor (1) podle nároku 2, vyznačující se tím, že ochranná trubice (G) zahrnuje první trubicovitou část (Gl) a druhou trubicovitou část (G2), které jsou uspořádané navzájem souose, přičemž druhá trubicovitá část (G2) je jedním koncem upevněná ke druhé stojině (F2) a druhým koncem zasouvatelná do první trubicovité části (Gl), a první trubicovitá část (Gl) je upevněná k první stojině (Fl), a styková plocha mezi první trubicovitou částí (Gl) a druhou trubicovitou částí (G2) je opatřená těsněním.
  4. 4. Optovláknový senzor (1) podle kteréhokoli z předcházejících nároků, vyznačující se tím, že dále zahrnuje optický zdroj, zejména širokospektrální optický zdroj (2) pro vysílání světla do pracovního optického vlákna (H) a do kompenzačního optického vlákna (D), a spektrometr (5) pro příjem a detekci světla odraženého z Braggových mřížek (B) v pracovním optickém vlákně (H) a v kompenzačním optickém vlákně (D).
  5. 5. Optovláknový senzor (1) podle nároku 4, vyznačující se tím, že dále zahrnuje optický cirkulátor (3), přes který je širokospektrální optický zdroj (2) propojitený s pracovním optickým vláknem (H) a kompenzačním optickým vláknem (D) a přes který jsou pracovní optické vlákno (H) a kompenzační optické vlákno (D) propojitelná se spektrometrem (5).
  6. 6. Optovláknový senzor (1) podle nároku 5, vyznačující se tím, že dále zahrnuje vláknový přepínač (4) pro volitelné nebo periodické propojování optického cirkulátoru (3) s pracovním optickým vláknem (H) a kompenzačním optickým vláknem (D).
  7. 7. Sestava pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru, vyznačující se tím, že zahrnuje:
    - soustavu optovláknových senzorů (1) podle kteréhokoli z nároků 1 až 3,
    - optický zdroj, zejména širokospektrální optický zdroj (2),
    - spektrometr (5) pro příjem a detekci světla odraženého z Braggových mřížek (B),
    -4CZ 28266 U1
    - optický cirkulátor (3) a vláknový přepínač (4), přes které je širokospektrální optický zdroj (2) propoj itelný s pracovním optickým vláknem (H) a kompenzačním optickým vláknem (D) kteréhokoli z optovláknových senzorů uvedené soustavy a přes který jsou pracovní optické vlákno (H) a kompenzační optické vlákno (D) kteréhokoli z optovláknových senzorů uvedené soustavy 5 propojitelná se spektrometrem (5).
  8. 8. Sestava podle nároku 7, vyznačující se tím, že spektrometr (5) zahrnuje optický filtr a fotodetektor.
  9. 9. Sestava podle nároku 7 nebo 8, vyznačující se tím, že spektrometr (5) je propojitelný s řídicí, vyhodnocovací a zobrazovací jednotkou (7).
CZ2014-30464U 2014-12-17 2014-12-17 Optovláknový senzor a sestava pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru CZ28266U1 (cs)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-30464U CZ28266U1 (cs) 2014-12-17 2014-12-17 Optovláknový senzor a sestava pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CZ2014-30464U CZ28266U1 (cs) 2014-12-17 2014-12-17 Optovláknový senzor a sestava pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru
RU2015153837/07U RU163742U1 (ru) 2014-12-17 2015-12-16 Волоконно-оптический датчик и комплект для измерения деформаций защитной оболочки ядерного реактора
UAU201512457U UA109254U (uk) 2014-12-17 2015-12-16 Оптоволоконний датчик для вимірювання деформацій контейнмента ядерного реактора

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CZ28266U1 true CZ28266U1 (cs) 2015-06-10

Family

ID=53396045

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CZ2014-30464U CZ28266U1 (cs) 2014-12-17 2014-12-17 Optovláknový senzor a sestava pro měření tvarových změn ochranné obálky jaderného reaktoru

Country Status (3)

Country Link
CZ (1) CZ28266U1 (cs)
RU (1) RU163742U1 (cs)
UA (1) UA109254U (cs)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2626301C1 (ru) * 2016-11-15 2017-07-25 Общество с ограниченной ответственностью "Пролог" Способ измерения искривления технологического канала ядерного реактора типа РБМК и устройство для его осуществления
CN106935285B (zh) * 2017-01-20 2018-06-01 中国核工业第五建设有限公司 Ap1000核电站安全壳形变检测方法
RU2728725C1 (ru) * 2020-03-02 2020-07-30 Некоммерческая организация "Фонд развития цифровых технологий" Устройство прецизионной калибровки волоконно-оптических датчиков с решёткой брэгга

Also Published As

Publication number Publication date
RU163742U1 (ru) 2016-08-10
UA109254U (uk) 2016-08-25

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US20180339134A1 (en) Elongated surgical manipulator with body position and distal force sensing
CN107003473B (zh) 用于应变和温度分离的多芯光纤中的不同的纤芯
Frazão et al. All-fiber Mach-Zehnder curvature sensor based on multimode interference combined with a long-period grating
US5591965A (en) Multiparameter sensor system using a multiple grating fiber optic birefringent fiber
CN101680782B (zh) 光频域反射测定方式的物理量测量装置、使用其的温度和应变的测量方法及传感器位置的确定方法
Zhang et al. Optical fibre temperature and humidity sensor
RU2672772C2 (ru) Рельсовая измерительная система
Zhou et al. Simultaneous measurement for strain and temperature using fiber Bragg gratings and multimode fibers
Xian et al. Power-interrogated and simultaneous measurement of temperature and torsion using paired helical long-period fiber gratings with opposite helicities
US5410404A (en) Fiber grating-based detection system for wavelength encoded fiber sensors
EP2587238B1 (en) Optical fibre temperature distribution measurement apparatus
Gholamzadeh et al. Fiber optic sensors
US7418171B2 (en) Fibre Bragg grating sensors
Guo et al. Temperature-insensitive fiber Bragg grating liquid-level sensor based on bending cantilever beam
Frazão et al. Strain sensitivity control of fiber Bragg grating structures with fused tapers
CN104595727B (zh) 基于分布式光纤光栅传感网络的管道冲击与泄漏定位方法
US9025158B2 (en) Interferometric measurement with crosstalk suppression
US8276462B2 (en) Fiber strain sensor and measurement system for repeated large deformation
JP2008545124A (ja) 光学式ひずみゲージ
US8348611B2 (en) Wind turbine having a sensor system for detecting deformation in a wind turbine rotor blade and corresponding method
Zhang et al. Micro-fiber-based FBG sensor for simultaneous measurement of vibration and temperature
BR102013011735A2 (pt) Método de detecção de condição de alarme para um sistema de sensoreamento por fibras ópticas, e, sistema de sensoreamento de fibra óptica
CN104111032B (zh) 一种基于光纤光栅传感网络的大型结构体变形测量方法
JP5413931B2 (ja) 光ファイバ位置特定のための光学マーキング部を備えた光ファイバセンサおよび光ファイバセンサの計測方法と光ファイバセンサ装置
US8346032B2 (en) POF strain sensor using phase measurement techniques

Legal Events

Date Code Title Description
FG1K Utility model registered

Effective date: 20150602

ND1K First or second extension of term of utility model

Effective date: 20181018