RU125705U1

RU125705U1 - FIBER OPTICAL SENSOR

Info

Publication number: RU125705U1
Application number: RU2012110010/28U
Authority: RU
Inventors: Борис Васильевич Авдеев; Антон Сергеевич Кузин; Александр Евгеньевич Овсянников
Original assignee: Закрытое акционерное общество "Фосенс"
Priority date: 2012-03-15
Filing date: 2012-03-15
Publication date: 2013-03-10

Abstract

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».1. Fiber-optic sensor for monitoring systems based on recording parameters of the fine structure of scattered radiation, containing at least one optical fiber in a dense polymer coating, metal reinforcing coatings and an outer sheath of thermoplastic material, characterized in that the reinforcing coating located tightly over the polymer coating of the optical fiber, made of a laminated metal tape on both sides, the reinforcing coating and the outer shell have a flat part b, providing mechanical contact with the monitoring object. 2. The fiber optic sensor according to claim 1, further comprising power and water blocking elements in the internal voids of the reinforcing coating. The fiber optic sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcing coating consists of two parts connected by a laminate to each other. The fiber optic sensor according to claim 3, characterized in that the parts of the reinforcing coating are additionally connected to each other "in the fold".

Description

Полезная модель относится к сенсорам, а именно к конструкциям волоконно-оптических сенсоров.The invention relates to sensors, namely to the construction of fiber optic sensors.

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/).Fiber-optic distributed sensors are known for monitoring various objects whose operation is based on recording parameters of the fine structure of scattered radiation, for example, fiber-optic sensors for measuring temperature distribution based on Raman effects (Raman effect), in which the amplitude of the scattered signal depends from temperature (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: patent for utility model 65223 “fiber-optic device for measuring temperature distribution (options)”). Known fiber-optic sensors for temperature distribution or internal mechanical stress (tension), based on the registration of the frequency shift of the scattered radiation (Mandelstam-Brillouin effect) (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.Closest to the proposed utility model is a fiber-optic strain gauge designed for use in distributed fiber-optic monitoring systems (4-th International Conference on Structural Health Monitoring on Intelligent Infrastructure (international conference SHMII-4) 2009, July 22-24, Zurich , Switzerland report 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” Figure 3 b). The sensor consists of a special optical fiber in a dense polymer coating, reinforcing coatings, including a longitudinally welded stainless steel tube that hermetically seals the optical fiber and increases the sensor's resistance to crushing. The outer shell of the sensor made of thermoplastic material is additionally reinforced with wire armor made of round steel wires to ensure high tensile strength of the sensor and its protection against rodents.

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.This technical solution is the closest to the proposed one among the features known by the totality, the disadvantages of which include the difficulty of manufacturing a sealed steel sheath around an optical fiber in a dense polymer coating, which is usually made using laser welding of the joint, as well as insufficient mechanical connection of the steel tube with dense polymer coating of the optical fiber and with an outer shell of thermoplastic material due to the low adhesion. Another disadvantage of these sensor designs is the round shape of the metal tube, which impedes the mechanical connection of the sensor with the measurement object.

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.The task was to develop a sensor design from available traditional cable materials, the manufacture of which does not require special expensive equipment, with improved characteristics due to the high mechanical connection of the shells with the optical fiber, and having a shape that provides the best mechanical contact with the surface of the diagnosed object.

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.The technical result is achieved in that the fiber-optic sensor, for monitoring systems based on recording parameters of the fine structure of scattered radiation, contains an optical fiber in a dense polymer coating, and the reinforcing coating, which is located densely on top of the polymer coating of the optical fiber, is made of metal laminated on both sides the tape, moreover, the reinforcing coating and the outer shell have a flat part, providing mechanical contact with the monitoring object. The laminating layer of the reinforcing coating provides mechanical bonding with both the polymer coating of the optical fiber and the outer sheath of thermoplastic material.

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.To provide the required tensile strength or to impart water blocking properties, additional power, water blocking elements can be placed in the inner voids of the reinforcing coating of the fiber optic sensor.

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».The reinforcing coating may consist of two parts connected by a laminate to each other and to the outer shell of thermoplastic material, and the parts of the reinforcing coating can be additionally connected to each other "in the fold."

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.The utility model is illustrated by three drawings, which depict a fiber-optic sensor containing optical fibers 1, in a dense polymer coating 2, a steel tape laminated on both sides 3, combined with a laminate layer with an outer shell of thermoplastic material 4 and additional power and water blocking elements 5 .

Далее приводятся сведения, подтверждающие промышленную применимость полезной модели.The following is evidence of the industrial applicability of the utility model.

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.The undoubted advantage of the proposed solution is the ability to manufacture the sensor on existing traditionally used cable equipment in just one technological operation using well-known, industrially produced materials.

В качестве термопластичных материалов могут быть использованы полиэтилены, полиамиды, поликарбонаты и термопластичные полиуретаны.As thermoplastic materials, polyethylenes, polyamides, polycarbonates and thermoplastic polyurethanes can be used.

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.Replacing a longitudinally welded metal tube with a bent profile of steel laminated tape allows you to vary the degree of mechanical contact of the reinforcing coating, both with a dense polymer coating of the optical fiber and with the material of the outer shell of thermoplastic material. In the process of extrusion overlay of the outer shell, the laminate of the reinforcing coating merges with each other and with the thermoplastic material of the outer shell into a single mechanical whole. It is important that the transmission characteristics of the optical fiber in a dense polymer coating are preserved. The manufacturing process of the sensor is simplified and cheaper. The flat part of the bent profile allows you to increase the mechanical contact of the sensor in the place of its attachment to the object, thus, in the utility model, it is possible to study objects of greater length.

Claims

1. Fiber-optic sensor for monitoring systems based on recording parameters of the fine structure of scattered radiation, containing at least one optical fiber in a dense polymer coating, metal reinforcing coatings and an outer sheath of thermoplastic material, characterized in that the reinforcing coating located tightly over the polymer coating of the optical fiber, made of a laminated metal tape on both sides, the reinforcing coating and the outer shell have a flat part b, providing mechanical contact with the monitoring object.

2. The fiber optic sensor according to claim 1, further comprising power and water blocking elements in the inner voids of the reinforcing coating.

3. The fiber optic sensor according to claim 1 or 2, characterized in that the reinforcing coating consists of two parts connected by a laminate to each other.

4. The fiber optic sensor according to claim 3, characterized in that the parts of the reinforcing coating are additionally interconnected "in the fold."