RU139213U1 - DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR OF TEMPERATURE OF THE INCREASED SENSITIVITY - Google Patents
DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR OF TEMPERATURE OF THE INCREASED SENSITIVITY Download PDFInfo
- Publication number
- RU139213U1 RU139213U1 RU2013150637/28U RU2013150637U RU139213U1 RU 139213 U1 RU139213 U1 RU 139213U1 RU 2013150637/28 U RU2013150637/28 U RU 2013150637/28U RU 2013150637 U RU2013150637 U RU 2013150637U RU 139213 U1 RU139213 U1 RU 139213U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical fiber
- optical
- sensor according
- fiber
- temperature
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
1. Волоконно-оптический сенсор для систем мониторинга распределения температуры на основе регистрации параметров вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна, содержащий, по меньшей мере, один оптический модуль, состоящий из трубки, включающей, по меньшей мере, одно свободно уложенное с ней кварцевое оптическое волокно, отличающийся тем, что волокно имеет механически связанную с ним оболочку, а коэффициент продольного линейного теплового расширения оптического волокна в оболочке не менее чем в сорок раз превышает коэффициент линейного теплового расширения кварцевого стекла.2. Сенсор по п.1, отличающийся тем, оптические волокна содержат дополнительное герметичное покрытие из углерода или металла.3. Сенсор по п.1, отличающийся тем, что оптический модуль находится в скрутке.4. Сенсор по п.1, отличающийся тем, что имеет армирующее покрытие и наружную защитную полимерную оболочку.5. Сенсор по п.1, отличающийся тем, что свободное пространство в оптических модулях заполнено гидрофобным заполнителем.6. Сенсор по п.1, отличающийся тем, что трубка оптического модуля выполнена из полибутилентерефталата или из стали.1. A fiber-optic sensor for temperature distribution monitoring systems based on recording the Mandelstamm-Brillouin stimulated scattering parameters, comprising at least one optical module consisting of a tube including at least one quartz optical fiber freely laid with it, characterized in that the fiber has a sheath mechanically associated with it, and the coefficient of longitudinal linear thermal expansion of the optical fiber in the sheath is not less than forty times the coefficient of linear of thermal expansion of quartz stekla.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the optical fibers contain an additional tight coating of carbon or metal. The sensor according to claim 1, characterized in that the optical module is in a twist. The sensor according to claim 1, characterized in that it has a reinforcing coating and an outer protective polymer shell. The sensor according to claim 1, characterized in that the free space in the optical modules is filled with a hydrophobic filler. The sensor according to claim 1, characterized in that the tube of the optical module is made of polybutylene terephthalate or steel.
Description
Полезная модель относится к устройствам измерения распределения температуры, в котором оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента, а именно, является чувствительным элементом распределенного датчика температуры, в котором используется способ, основанный на явлении вынужденного рассеяния Манделынтамма-Бриллюэна (ВРМБ), возникающего в оптическом волокне.The invention relates to temperature distribution measuring devices in which an optical fiber is used as a sensing element, namely, it is a sensitive element of a distributed temperature sensor, in which a method based on the Mandelyntamm-Brillouin stimulated scattering phenomenon (SBS) arising in an optical fiber is used. .
В настоящее время приборы, в которых используется способ измерения распределения деформации и/или температуры оптического волокна вдоль его оси (растяжения или сжатия), основанный на явлении вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна, производятся и являются коммерчески доступными. В качестве примера такого устройства можно привести Бриллюэновский анализатор Ditest STA-R производства Omnisens SA, Швейцария [URL: http://omnisens.ch/ditest/3521-ditest-sta-r.php, дата обращения 05/08/2013].Currently, instruments that use a method for measuring the distribution of deformation and / or temperature of an optical fiber along its axis (tension or compression), based on the phenomenon of stimulated Mandelstamm-Brillouin scattering, are manufactured and are commercially available. An example of such a device is the Ditest STA-R Brillouin analyzer manufactured by Omnisens SA, Switzerland [URL: http://omnisens.ch/ditest/3521-ditest-sta-r.php, accessed 05/08/2013].
Известно устройство - распределенный датчик для измерения деформации и/или температуры (см. Патент РФ №2346235, опубл. 27.07.2008), в котором используется способ, основанный на явлении вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна, возникающего в оптическом волокне. В этом решении оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента для детектирования деформации и/или температуры в среде, где размещено оптическое волокно. Известное устройство состоит из источника светового излучения накачки, чувствительного оптического волокна, оптического ответвителя, источника светового излучения зондирования и детектора. Чувствительное оптическое волокно с одного конца подключено к источнику светового излучения накачки, а со второго конца, при помощи оптического ответвителя, к источнику светового излучения зондирования и детектору. Известное устройство измеряет распределение спектров ВРМБ вдоль чувствительного оптического волокна с заданным пространственным разрешением. Бриллюэновский сдвиг частоты νB является одним из измеряемых известным устройством параметров ВРМБ. Бриллюэновский сдвиг частоты νB (в МГц) в оптическом волокне определяется следующим уравнением:A device is known - a distributed sensor for measuring deformation and / or temperature (see RF Patent No. 2346235, publ. 07/27/2008), which uses a method based on the phenomenon of stimulated Mandelstamm-Brillouin scattering that occurs in an optical fiber. In this solution, the optical fiber is used as a sensing element for detecting deformation and / or temperature in the environment where the optical fiber is located. The known device consists of a pumping light source, a sensitive optical fiber, an optical coupler, a sounding radiation source and a detector. A sensitive optical fiber is connected at one end to a pump light source, and from a second end, using an optical coupler, to a sounding light source and a detector. The known device measures the distribution of the SBS spectra along a sensitive optical fiber with a given spatial resolution. The Brillouin frequency shift ν B is one of the SBS parameters measured by the known device. The Brillouin frequency shift ν B (in MHz) in an optical fiber is determined by the following equation:
Где n - показатель преломления оптического волокна (безразмерная величина), νa - скорость звука в оптическом волокне (в м/с), λ - длина волны светового излучения (в мкм). Так как скорость звука зависит от деформации и температуры оптического волокна, деформация и/или температура могут быть измерены посредством измерения бриллюэновского сдвига частоты.Where n is the refractive index of the optical fiber (dimensionless quantity), ν a is the speed of sound in the optical fiber (in m / s), λ is the wavelength of light radiation (in microns). Since the speed of sound depends on the strain and temperature of the optical fiber, the strain and / or temperature can be measured by measuring the Brillouin frequency shift.
Известно, что при использовании сенсорных кабелей со свободной укладкой стандартного одномодового оптического волокна диаметром 125 мкм увеличение температуры на 1°C вызывает увеличение бриллюэновского сдвига частоты на величину около 1 МГц, в то время как растяжение оптического волокна на 1% вызывает увеличение бриллюэновского сдвига частоты на величину около 500 МГц [F. Ravet, F. Briffod, M. Nikles, Extended distance fiber optic monitoring for pipeline Leak and ground movement detection. 2008 International Pipeline Conference, Calgary, paper No. IPC2008-64521, pp.689-697, опубликовано 2008.]. При этом вклад в температурную зависимость сдвига частоты за счет теплового расширения первичного покрытия оптического волокна, которое обычно имеет диаметр 250 мкм, незначителен [M. Nikles, L. Thevenaz, Р.А. Rober, "Brillouin gain spectrum characterization in single-mode optical fibers", Journal of Lightwave Technology, vol. 15, no. 10, pp. 1842-1851, опубликовано 1997],It is known that when using sensor cables with free laying of a standard single-mode optical fiber with a diameter of 125 μm, an increase in temperature by 1 ° C causes an increase in the Brillouin frequency shift by about 1 MHz, while an extension of the optical fiber by 1% causes an increase in the Brillouin frequency shift by a value of about 500 MHz [F. Ravet, F. Briffod, M. Nikles, Extended distance fiber optic monitoring for pipeline Leak and ground movement detection. 2008 International Pipeline Conference, Calgary, paper No. IPC2008-64521, pp. 689-697, published 2008.]. Moreover, the contribution to the temperature dependence of the frequency shift due to thermal expansion of the primary coating of the optical fiber, which usually has a diameter of 250 μm, is insignificant [M. Nikles, L. Thevenaz, R.A. Rober, "Brillouin gain spectrum characterization in single-mode optical fibers", Journal of Lightwave Technology, vol. 15, no. 10, pp. 1842-1851, published 1997],
Известен волоконно-оптический сенсорный кабель [Патент Японии JP 2009103496 (A), опубл. 14.05.2009], предназначенный для измерения распределения деформации, который содержит по крайней мере одно чувствительное к деформации оптическое волокно, трубку с по крайней мере одним используемым для температурной компенсации (измерения температуры) оптическим волокном, свободно размещенном в ней.Known fiber optic sensor cable [Japanese Patent JP 2009103496 (A), publ. 05/14/2009], designed to measure the distribution of deformation, which contains at least one strain-sensitive optical fiber, a tube with at least one optical fiber used for temperature compensation (temperature measurement), freely placed in it.
Наиболее близким аналогом, прототипом является известный волоконно-оптический сенсор (см. патент РФ на полезную модель №122773, опубликованный 10.12.2012) для систем мониторинга распределения деформации и температуры на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения, в частности, который позволяет регистрировать распределение деформации посредством плотной, без проскальзывания, связи оптического волокна с армирующим покрытием и наружной оболочкой и, одновременно, регистрировать изменения температуры через параллельно размещенное свободно уложенное в полимерном модуле оптическое волокно.The closest analogue, the prototype is the well-known fiber-optic sensor (see RF patent for utility model No. 122773, published December 10, 2012) for monitoring the distribution of strain and temperature based on the registration of parameters of the fine structure of the scattered radiation, in particular, which allows you to register the distribution deformation by means of a tight, without slipping, connection of the optical fiber with the reinforcing coating and the outer shell and, at the same time, register temperature changes through parallel free placement of stacked unit in a polymer optical fiber.
Однако в конструкции данного кабеля не применяются меры для увеличения чувствительности при измерении распределения температуры анализатором ВРМБ, а именно, для преобразования температурной деформации буферного покрытия волокна в деформацию чувствительного оптического волокна так, чтобы она была однородна по длине кабеля, и однозначным образом. Также у известного кабеля не предприняты меры для обеспечения механической связи защитного буферного покрытия с оптическим волокном и свободной укладки чувствительного модуля (волокна в буферном покрытии) в кабеле.However, the design of this cable does not take measures to increase the sensitivity when measuring the temperature distribution of the SBS analyzer, namely, to convert the temperature deformation of the buffer coating of the fiber into deformation of the sensitive optical fiber so that it is uniform along the length of the cable, and unambiguously. Also, no measures have been taken with the known cable to ensure mechanical coupling of the protective buffer coating with the optical fiber and the free laying of the sensitive module (fiber in the buffer coating) in the cable.
Технический результат направлен на повышение чувствительности сенсора температуры повышенной чувствительности.The technical result is aimed at increasing the sensitivity of the temperature sensor increased sensitivity.
Технический результат достигается за счет того, что в известном волоконно-оптическом сенсоре для систем мониторинга распределения температуры на основе регистрации параметров вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна, содержащем, по меньшей мере, один оптический модуль, состоящий из трубки, включающей, по меньшей мере, одно, свободно уложенное с ней, кварцевое оптическое волокно, согласно заявленной полезной модели волокно имеет механически связанную с ним оболочку, а коэффициент продольного линейного теплового расширения оптического волокна в оболочке не менее чем в сорок раз превышает коэффициент линейного теплового расширения кварцевого стекла.The technical result is achieved due to the fact that in the known fiber-optic sensor for monitoring temperature distribution based on the registration of stimulated scattering parameters Mandelstamm-Brillouin, containing at least one optical module consisting of a tube comprising at least one freely placed with it, a quartz optical fiber, according to the claimed utility model, the fiber has a sheath mechanically associated with it, and the coefficient of longitudinal linear thermal expansion of the optical The fiber content in the cladding is at least forty times higher than the coefficient of linear thermal expansion of quartz glass.
Оптические волокна могут содержать дополнительное герметичное покрытие из углерода или металла.Optical fibers may contain an additional tight coating of carbon or metal.
Оптический модуль может находиться в скрутке.The optical module may be twisted.
Сенсор может иметь армирующее покрытие и наружную защитную полимерную оболочку.The sensor may have a reinforcing coating and an outer protective polymer shell.
Свободное пространство в оптических модулях может быть заполнено гидрофобным заполнителем.The free space in the optical modules can be filled with a hydrophobic filler.
Трубка оптического модуля может быть выполнена из полибутилентерефталата или из стали.The tube of the optical module can be made of polybutylene terephthalate or steel.
На фигуре изображен в поперечном сечении волоконно-оптический сенсор температуры повышенной чувствительности. Сенсор содержит кварцевое оптическое волокно 1, в герметичном покрытии 2, механически связанную с оптическим волокном оболочку 3, расположенные в оптическом модуле, сформированным заполненной гидрофобным наполнителем 4 трубкой 5 из полибутилентерефталата или из стали. Оптический модуль находится в скрутке, сформированной вокруг сердечника 6 и содержащей кордели заполнения 7. Поверх скрутки с оптическим модулем наложены армирующее покрытие 8 и наружная защитная оболочка 9.The figure shows in cross section a fiber optic temperature sensor of increased sensitivity. The sensor contains a quartz
Суть предлагаемой полезной модели в том, чтобы повысить температурную чувствительность оптического волокна сенсора за счет деформационной.The essence of the proposed utility model is to increase the temperature sensitivity of the optical fiber of the sensor due to deformation.
С целью повышения чувствительности сенсорное оптическое волокно покрывается дополнительным слоем материала, коэффициент теплового линейного расширения которого значительно выше чем у кварцевого стекла, причем сила, создаваемая дополнительным покрытием вследствие температурного расширения/сжатия приводит к такой деформации чувствительного оптического волокна, что дополнительное изменение бриллюэновского сдвига частоты в нем не меньше, чем изменение бриллюэновского сдвига частоты за счет температурной зависимости. То есть, при увеличении температуры на 1C, оптическое волокно должно деформироваться (удлиняться) на величину 0,002% или более. В результате, у заявленного сенсорного кабеля увеличение температуры на 1C вызывает увеличение бриллюэновского сдвига частоты на величину порядка 2 МГц и более.In order to increase the sensitivity, the sensor optical fiber is coated with an additional layer of material, the coefficient of thermal linear expansion of which is much higher than that of quartz glass, and the force created by the additional coating due to thermal expansion / contraction leads to such a deformation of the sensitive optical fiber that an additional change in the Brillouin frequency shift in It is no less than a change in the Brillouin frequency shift due to the temperature dependence. That is, with an increase in temperature by 1C, the optical fiber should be deformed (lengthened) by 0.002% or more. As a result, the claimed sensor cable has an increase in temperature by 1C, which causes an increase in the Brillouin frequency shift by an order of 2 MHz or more.
Для обеспечения зависимости бриллюэновского сдвига частоты только от температуры в конструкции заявленного сенсора обеспечивается свободная укладка чувствительного элемента (оптического волокна с дополнительным покрытием) и, следовательно, его защита от деформации, вызванной действующими на сенсорный кабель внешними силами.To ensure that the Brillouin frequency shift only depends on temperature, the design of the claimed sensor provides free laying of the sensitive element (optical fiber with an additional coating) and, therefore, its protection against deformation caused by external forces acting on the sensor cable.
В результате, точность измерения температуры улучшается в 2 и более раза.As a result, the accuracy of temperature measurement improves by 2 or more times.
Изменение бриллюэновского сдвига частоты Δν (в МГц) в оптическом волокне при изменении его температуры на ΔT и его продольной относительной деформации растяжения/сжатия ε (в %) задан следующим уравнениемThe change in the Brillouin frequency shift Δν (in MHz) in the optical fiber with a change in its temperature by ΔT and its longitudinal relative tensile / compression strain ε (in%) is given by the following equation
Δν=Δν0+CTΔT+Cεε,Δν = Δν 0 + C T ΔT + C ε ε,
где Δν0 - постоянная (в МГц), а CT и Cε чувствительность оптического волокна к изменению температуры и к продольной относительной деформации растяжения/сжатия, соответственно, которые, как указывалось выше, приблизительно равны CT≈1 МГц/°C и Cε≈500 МГц/%.where Δν 0 is the constant (in MHz), and C T and C ε are the sensitivity of the optical fiber to temperature changes and to the longitudinal tensile / compression relative deformation, respectively, which, as indicated above, are approximately equal to T T ≈ 1 MHz / ° C and C ε ≈500 MHz /%.
Найдем продольную относительную деформацию растяжения/сжатия оптического волокна, вызванную тепловым расширением механически связанной с ним оболочкой с площадью поперечного сечения S0 (в кв.мм), коэффициентом линейного теплового расширения α0 (в %/°C) и модулем Юнга E0 (в МПа). Деформация оптического волокна рассчитывается с использованием третьего закона Ньютона и закона Гука:Let us find the longitudinal relative tensile / compression strain of the optical fiber caused by thermal expansion of the sheath mechanically connected with it with a cross-sectional area S 0 (in mm2), linear thermal expansion coefficient α 0 (in% / ° C) and Young's modulus E 0 ( in MPa). The optical fiber deformation is calculated using Newton’s third law and Hooke’s law
где S площадь поперечного сечения оптического волокна (в кв.мм), E модуль Юнга оптического волокна (в МПа) и, как незначительный, отброшен вклад теплового расширения оптического волокна, которое в состоит из плавленого кварца с коэффициентом линейного теплового расширения равном около 0,5×10-4%/°C, что существенно меньше, чем типичных материалов оболочки, например, для оболочки из поливинилхлорида - ~70×10-4%/°C, из полиамида ~70×10-4%/°C, из полиэфира (60-125)×10-4%/°C, из полиэтилена (130-200)×10-4%/°C, из полипропилена ~200×10-4%/°C.where S is the cross-sectional area of the optical fiber (in mm2), E is the Young's modulus of the optical fiber (in MPa) and, as insignificant, the contribution of the thermal expansion of the optical fiber, which consists of fused silica with a coefficient of linear thermal expansion of about 0, is rejected 5 × 10 -4 % / ° C, which is significantly less than typical shell materials, for example, for a shell made of polyvinyl chloride - ~ 70 × 10 -4 % / ° C, of polyamide ~ 70 × 10 -4 % / ° C, from polyester (60-125) × 10 -4 % / ° C, from polyethylene (130-200) × 10 -4 % / ° C, from polypropylene ~ 200 × 10 -4 % / ° C.
Вклад в изменение Бриллюэновского сдвига частоты Δν (в МГц) в оптическом волокне при изменении его температуры на ΔT за счет теплового расширения оболочки и в отсутствии других причин продольной относительной деформации задан следующим уравнениемThe contribution to the change in the Brillouin frequency shift Δν (in MHz) in an optical fiber when its temperature is changed by ΔT due to thermal expansion of the sheath and in the absence of other causes of longitudinal relative deformation is given by the following equation
Таким образом, получаем, что абсолютная чувствительность K оптического волокна в механически связанной с ним оболочке как сенсора температуры, которая равна отношению изменения выходного сигнала, то есть изменению бриллюэновского сдвига частоты, к абсолютному изменению измеряемой температуры равнаThus, we find that the absolute sensitivity K of the optical fiber in a mechanically connected shell as a temperature sensor, which is equal to the ratio of the change in the output signal, i.e., the change in the Brillouin frequency shift, to the absolute change in the measured temperature is
K=CT+CD,K = C T + C D ,
где 
CD≥CT C D ≥C T
наличие оболочки существенно увеличивает чувствительность оптического волокна к температуре при измерении сдвига частоты ВРМБ. Данное условие означает, что тепловое расширение оболочки вызывает продольную деформацию растяжения/сжатия волокна большую или равную чувствительности волокна к температуре, деленной на чувствительность к указанной деформации. В случае использования стандартного одномодового оптического волокна с приведенными выше чувствительностями, изменение температуры на 1°C должно приводить к вызванной тепловым расширением оболочки деформации оптического волокна на величину не менее 0,002%. Таким образом, коэффициент продольного линейного теплового расширения оптического волокна в оболочке должен не менее чем в сорок раз превышать коэффициент линейного теплового расширения кварцевого стекла. Используя указанные выше соотношения, запишем данное условие в следующем виде:the presence of the sheath significantly increases the sensitivity of the optical fiber to temperature when measuring the frequency shift of the SBS. This condition means that the thermal expansion of the sheath causes a longitudinal strain / compression strain of the fiber greater than or equal to the sensitivity of the fiber to temperature divided by the sensitivity to said strain. In the case of using a standard single-mode optical fiber with the above sensitivities, a temperature change of 1 ° C should result in thermal deformation of the optical fiber caused by thermal expansion by at least 0.002%. Thus, the coefficient of longitudinal linear thermal expansion of the optical fiber in the cladding should be no less than forty times the coefficient of linear thermal expansion of silica glass. Using the above relations, we write this condition in the following form:
где K0=E0S0 и K=ES - жесткость (в H) при деформации продольного растяжения/сжатия для оболочки и оптического волокна, соответственно. То есть произведение коэффициента теплового линейного расширения оболочки на чувствительность оптического волокна к относительной деформации растяжения/сжатия деленное на чувствительность оптического волокна к изменению температуры не меньше чем на единицу превышает отношение жесткости к продольному растяжению/сжатию оптического волокна к такой же жесткости оболочки.where K 0 = E 0 S 0 and K = ES are the stiffness (in H) during longitudinal tensile / compression strain for the sheath and optical fiber, respectively. That is, the product of the coefficient of thermal linear expansion of the sheath and the sensitivity of the optical fiber to the relative tensile / compression strain divided by the sensitivity of the optical fiber to the temperature change is not less than one greater than the ratio of stiffness to longitudinal tensile / compression of the optical fiber to the same stiffness of the sheath.
Так как свойства полимеров сильно зависят от температуры, то для обеспечения существенности вклада оболочки в увеличение чувствительности во всем диапазоне измеряемых температур, необходимо, чтобы указанное выше соотношение также выполнялось во всем диапазоне измеряемых температур.Since the properties of polymers are highly dependent on temperature, in order to ensure the material contribution of the shell to the increase in sensitivity over the entire range of measured temperatures, it is necessary that the above ratio also be satisfied over the entire range of measured temperatures.
Для обеспечения равномерности чувствительности волокна, что упрощает пересчет измеряемого сдвига частоты в температуру, необходимо обеспечить однородность площади поперечного сечения связанной с волокном оболочки.To ensure uniformity of fiber sensitivity, which simplifies the conversion of the measured frequency shift to temperature, it is necessary to ensure uniform cross-sectional area of the sheath associated with the fiber.
Для того, чтобы тепловое расширение не вызывало изгиба, а приводило только к продольной деформации растяжения/сжатия необходимо, чтобы ось оптического волокна находилась в геометрическом центре поперечного сечения связанной с ним механически оболочки (центре тяжести). Например, если оболочка цилиндрическая, то оси оптического волокна и оболочки должны совпадать.In order that thermal expansion does not cause bending, but leads only to longitudinal tensile / compression deformation, it is necessary that the axis of the optical fiber be in the geometric center of the cross section of the mechanical sheath associated with it (center of gravity). For example, if the shell is cylindrical, then the axes of the optical fiber and the shell must match.
Для защиты оптического волокна в оболочке от внешних механических воздействий и для обеспечения его свободной укладки оно может быть помещено в трубку. Трубка может быть выполнена из полимера, например, полибутилентерефталата, при помощи широко распространенной в производстве оптического кабеля технологии [URL: http://www.rascable.ru/info/cable/sev_13.html, дата обращения 05/08/2013]. Трубка также может быть выполнена из металла, например, нержавеющей стали, при помощи распространенной в производстве оптического кабеля встроенного в грозотрос технологии [URL: http://sarko.ru/new/opticheskiy-grozotros/kabel-okgt-ts.html, дата обращения 05/08/2013].To protect the optical fiber in the sheath from external mechanical influences and to ensure its free laying, it can be placed in a tube. The tube can be made of a polymer, for example polybutylene terephthalate, using technology widely used in the production of optical cable [URL: http://www.rascable.ru/info/cable/sev_13.html, accessed 05/08/2013]. The tube can also be made of metal, for example, stainless steel, using the technology common in the production of optical cable built-in to the ground wire technology [URL: http://sarko.ru/new/opticheskiy-grozotros/kabel-okgt-ts.html, date appeal 05/08/2013].
Для предотвращения образования неравномерности укладки оптического волокна в трубке и предотвращения продольного распространения снижающей механические характеристики оптического волокна воды, она может быть заполнена гелем. В качестве геля может быть использован внутримодульный гидрофобный наполнитель, широко распространенной в производстве оптического кабеля связи при помощи известной технологии.To prevent the formation of irregularities in the laying of the optical fiber in the tube and to prevent longitudinal propagation that reduces the mechanical characteristics of the optical fiber of water, it can be filled with gel. As a gel, an intra-modular hydrophobic filler, widely used in the production of an optical communication cable using known technology, can be used.
Для увеличения диапазона продольной деформации оптического волокна, в котором обеспечивается свободная укладка оптического волокна в оболочке в трубке, трубка может быть скручена, например, вокруг центрального элемента или вокруг центральной, образуя тем самым повив. Кроме того, скрутка позволяет увеличить диапазон допустимых внешних воздействий (температурных, силовых), в котором обеспечивается свободная укладка оптического волокна. Скрутка может быть выполнена при помощи широко распространенной в производстве оптического кабеля связи технологии.To increase the range of longitudinal deformation of the optical fiber, in which the optical fiber is freely laid in a shell in the tube, the tube can be twisted, for example, around a central element or around a central element, thereby forming a coil. In addition, twisting allows you to increase the range of permissible external influences (temperature, power), which provides free laying of the optical fiber. Twisting can be done using technology widely used in the production of optical communication cable.
Для увеличения допустимого диапазона продольной деформации оптического волокна, в котором обеспечивается его надежная эксплуатация, оптические волокна могут содержать дополнительное герметичное покрытие из углерода или металла, которые являются коммерчески доступными.To increase the allowable range of longitudinal deformation of the optical fiber, which ensures its reliable operation, the optical fibers may contain an additional tight coating of carbon or metal, which are commercially available.
Для защиты от внешних воздействий, сенсор может иметь армирующее покрытие и наружную полимерную оболочку, широко распространенные в конструкциях оптических кабелей связи.To protect against external influences, the sensor may have a reinforcing coating and an outer polymer sheath, widely used in the construction of optical communication cables.
В случае, когда использовано стандартное кварцевое оптическое волокно (то есть состоящего в основном из кварцевого стекла) диаметром 0,125 мм с модулем Юнга E=70000 МПа и коэффициентами, характеризующими чувствительность оптического волокна CT=1 МГц/°С и Cε=500 МГц/%, а оболочка выполнена из полиамида с модулем Юнга E0=1000 МПа и коэффициентом линейного теплового расширения α0=70×10-4%/°C, получим, что наличие оболочки существенно увеличивает чувствительность оптического волокна к температуре при измерении сдвига частоты ВРМБ при условии, когда жесткость оболочки превышаетIn the case when a standard quartz optical fiber (that is, consisting mainly of quartz glass) of 0.125 mm diameter with a Young's modulus E = 70,000 MPa and coefficients characterizing the sensitivity of the optical fiber C T = 1 MHz / ° C and C ε = 500 MHz is used /%, and the sheath is made of polyamide with Young's modulus E 0 = 1000 MPa and linear thermal expansion coefficient α 0 = 70 × 10 -4 % / ° C, we find that the presence of the sheath significantly increases the sensitivity of the optical fiber to temperature when measuring the frequency shift SBS provided that when the gesture shell bone exceeds
K0≥344 H,K 0 ≥344 H,
что соответствует площади оболочки ≥0,344 кв.мм, и в случае цилиндрической оболочки вокруг расположенного в центре оптического волокна. Это соответствует наружному диаметру оболочки ≥0,674 мм. При этом, деформация такого оптического волокна за счет теплового расширения его оболочки составит:which corresponds to a cladding area of ≥0.344 sq. mm, and in the case of a cylindrical cladding around a centrally located optical fiber. This corresponds to an outer shell diameter of ≥0.674 mm. Moreover, the deformation of such an optical fiber due to thermal expansion of its shell will be:
ε=2,8×10-3ΔT.ε = 2.8 × 10 −3 ΔT.
С учетом того, большинство стандартных оптических волокон допускают растяжение в процессе эксплуатации до 0,2% без риска повреждения [URL: http://www.specialtyphotonics.com/about/white_papers/Fiber%20Strength-rev21%282%29.pdf, дата обращения 05/08/2013], то возможно использование такой оболочки в диапазоне температур 71°C, в котором оболочка вызовет деформацию оптического волокна не более 0,2% и, следовательно, не приведет к риску его повреждения. Для увеличения диапазона рабочих температур возможно использование специальных волокон имеющих герметичное покрытие, например из металла или углерода, которые допускают в процессе эксплуатации большее растяжение без риска повреждения [URL: http://www.specialtyphotonics.com/about/white_papers/Aqueous%20White%20Paper.pdf, дата обращения 05/08/2013].Given that, most standard optical fibers allow tensile during operation up to 0.2% without risk of damage [URL: http://www.specialtyphotonics.com/about/white_papers/Fiber%20Strength-rev21%282%29.pdf, accessed 05/08/2013], it is possible to use such a casing in the temperature range 71 ° C, in which the casing will cause deformation of the optical fiber of not more than 0.2% and, therefore, will not lead to the risk of damage. To increase the range of operating temperatures, it is possible to use special fibers with a sealed coating, for example of metal or carbon, which allow greater stretching during operation without the risk of damage [URL: http://www.specialtyphotonics.com/about/white_papers/Aqueous%20White% 20Paper.pdf, accessed 05/08/2013].
Claims (6)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013150637/28U RU139213U1 (en) | 2013-11-14 | 2013-11-14 | DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR OF TEMPERATURE OF THE INCREASED SENSITIVITY |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2013150637/28U RU139213U1 (en) | 2013-11-14 | 2013-11-14 | DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR OF TEMPERATURE OF THE INCREASED SENSITIVITY |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU139213U1 true RU139213U1 (en) | 2014-04-10 |
Family
ID=50436217
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2013150637/28U RU139213U1 (en) | 2013-11-14 | 2013-11-14 | DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR OF TEMPERATURE OF THE INCREASED SENSITIVITY |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU139213U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614662C1 (en) * | 2015-12-23 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Fibre optic cable for measurement of temperature distribution in steam injection wells |
-
2013
- 2013-11-14 RU RU2013150637/28U patent/RU139213U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2614662C1 (en) * | 2015-12-23 | 2017-03-28 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГБОУ ВО ПГУТИ) | Fibre optic cable for measurement of temperature distribution in steam injection wells |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US9513111B2 (en) | Self-tensed and fully spring jacketed optical fiber sensing structure | |
| JP4985405B2 (en) | Sensor and disturbance measurement method using the same | |
| CA2849317C (en) | Monitoring structural shape or deformations with helical-core optical fiber | |
| US8276462B2 (en) | Fiber strain sensor and measurement system for repeated large deformation | |
| CN102305965B (en) | Sensing optical cable for synchronously monitoring temperature and pressure in oil well tubing in distribution mode | |
| US10620018B2 (en) | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor | |
| KR101529610B1 (en) | Apparatus and Sensing System for Fiber Bragg Grating Probes Having Controlled Sensitivity and Method for Sensing and Manufacturing thereof | |
| CN109196394A (en) | Utilize the displacement detector of fiber-optic grating sensor and its adjusting method of sensitivity, durability | |
| JP5073215B2 (en) | Optical fiber cable, optical fiber physical quantity fluctuation detection sensor using the same, and physical quantity fluctuation detection method | |
| CN101957244A (en) | Distributed optical fiber sensing system with high space resolving power | |
| Zheng et al. | Theoretical and experimental study on fiber-optic displacement sensor with bowknot bending modulation | |
| CN205139433U (en) | A distributing type optical cable of meeting an emergency for monitoring of structure surface strain | |
| JP2011107415A (en) | Heat-resistant optical fiber, measurement method by the same and distributed optical fiber temperature measurement system | |
| RU2552399C1 (en) | Distributed fiber optical high sensitivity temperature sensor | |
| CN103968784A (en) | Liquid level type strain sensor | |
| Delepine-Lesoille et al. | Quasi-distributed optical fibre extensometers for continuous embedding into concrete: design and realization | |
| RU139213U1 (en) | DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR OF TEMPERATURE OF THE INCREASED SENSITIVITY | |
| CN201594019U (en) | Modified fiber grating sensing device | |
| RU161075U1 (en) | FIBER OPTICAL DEFORMATION DISTRIBUTION SENSOR | |
| Camas-Anzueto et al. | Simple configuration of a fiber optic sensor for measuring deflection in concrete beams | |
| CN203480088U (en) | Force strain transmission optical cable capable of reducing temperature influence | |
| Askins et al. | Bend and twist sensing in a multi-core optical fiber | |
| RU122773U1 (en) | FIBER OPTICAL COMBINED DEFORMATION AND TEMPERATURE DISTRIBUTION SENSOR | |
| CN102374872A (en) | Optical fiber sensing device based on functional material | |
| KR101698835B1 (en) | Displacement measurement system using optical fiber |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MF1K | Cancelling a utility model patent |