RU2428682C1 - Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects - Google Patents

Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects Download PDF

Info

Publication number
RU2428682C1
RU2428682C1 RU2010109049/28A RU2010109049A RU2428682C1 RU 2428682 C1 RU2428682 C1 RU 2428682C1 RU 2010109049/28 A RU2010109049/28 A RU 2010109049/28A RU 2010109049 A RU2010109049 A RU 2010109049A RU 2428682 C1 RU2428682 C1 RU 2428682C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
temperature
optical
heat
thermal
measured
Prior art date
Application number
RU2010109049/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Николаевич Будадин (RU)
Олег Николаевич Будадин
Евгений Федорович Иванушкин (RU)
Евгений Федорович Иванушкин
Елена Вячеславовна Абрамова (RU)
Елена Вячеславовна Абрамова
Михаил Лазаревич Гринштейн (BY)
Михаил Лазаревич Гринштейн
Валентин Иванович Бобров (BY)
Валентин Иванович Бобров
Михаил Сергеевич Зюзин (BY)
Михаил Сергеевич Зюзин
Original Assignee
Олег Николаевич Будадин
Евгений Федорович Иванушкин
Елена Вячеславовна Абрамова
Михаил Лазаревич Гринштейн
Валентин Иванович Бобров
Михаил Сергеевич Зюзин
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 Олег Николаевич Будадин, Евгений Федорович Иванушкин, Елена Вячеславовна Абрамова, Михаил Лазаревич Гринштейн, Валентин Иванович Бобров, Михаил Сергеевич Зюзин filed Critical Олег Николаевич Будадин
Priority to RU2010109049/28A priority Critical patent/RU2428682C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2428682C1 publication Critical patent/RU2428682C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
  • Investigating, Analyzing Materials By Fluorescence Or Luminescence (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: single-mode or multimode fibre-optic line whose maximum withstand temperature is 200-250°C is laid on the heat insulating surface of an object. Temperature Tinternal(ti) of the heat-conducting fluid flowing inside the object during a time ti is measured. Heat flux q0 of the area of the object having quality heat insulation which is taken as reference heat insulation is measured. Insulation temperature T(x,t) is measured at discrete points on the length of the fibre-optic line. A matrix of temperature measurements is created by arranging into columns temperature values at one point of the surface of the heat-protective layer of the object measured at different times, and into rows - temperature values obtained simultaneously at different points on the length of the object. The matrix of the thickness of the heat-protective layer along the inspected object is determined from time and the technical state of the pipe and the value of loss of the transmitted energy are determined from the determined value of thickness of the heat-protective layer.
EFFECT: high reliability of results of inspecting the technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects.
3 cl, 24 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к тепловому неразрушающему контролю объектов, и может быть использовано для теплового контроля (мониторинга) технического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа на основе обратного рамановского рассеяния в стандартных одномодовых и многомодовых оптических волокнах.The invention relates to the field of measuring equipment, in particular to non-destructive thermal control of objects, and can be used for thermal control (monitoring) of the technical condition of extended, complex and hard-to-reach objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access based on Raman backscattering in standard single-mode and multimode optical fibers.

Предшествующий уровень техникиState of the art

Тепловой неразрушающий контроль включает две основные технологические операции:Thermal non-destructive testing includes two main technological operations:

1. Регистрацию температурного поля поверхности контролируемого объекта.1. Registration of the temperature field of the surface of the controlled object.

2. Обработку температурного поля с целью решения поставленных задач: обнаружение внутренних несплошностей, определения качества теплоизоляции и т.п.2. Processing the temperature field in order to solve the tasks: detection of internal discontinuities, determining the quality of thermal insulation, etc.

В большинстве случаев для регистрации температурного поля поверхности используется тепловизионная техника (О.Н.Будадин, А.И.Потапов, В.И.Колганов и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. - М., Наука, 2002, 476 с.).In most cases, thermal imaging equipment is used to record the surface temperature field (O.N. Budadin, A.I. Potapov, V.I. Kolganov and others. Thermal non-destructive testing of products. - M., Nauka, 2002, 476 p.).

К способам теплового контроля технического состояния протяженных объектов, например трубопроводов, теплотрасс и т.п., использующим тепловизинную технику, относится способ, раскрытый в указанном источнике. Способ заключается в перемещении над земной поверхностью системы регистрации температурного поля - тепловизора, регистрации видеоизображения температурного поля и его компьютерной обработке. По результатам обработки определяют аномалии температурного поля, характерные для дефектных областей теплоизоляции. Имея определенные преимущества, данный способ регистрации температурного поля имеет существенные недостатки, которые значительно ограничивают его применение на практике, а также при решении задач долговременного периодического мониторинга технического состояния объектов. Эти недостатки следующие:Methods of thermal control of the technical condition of extended objects, such as pipelines, heating mains, etc., using thermal imaging technology, include the method disclosed in the specified source. The method consists in moving a temperature field registration system - a thermal imager over the earth's surface, recording a temperature field video image and computer processing it. The processing results determine the anomalies of the temperature field characteristic of defective areas of thermal insulation. Having certain advantages, this method of recording the temperature field has significant drawbacks that significantly limit its application in practice, as well as in solving problems of long-term periodic monitoring of the technical condition of objects. These disadvantages are as follows:

- большое влияние неравномерного качества поверхности, с которой осуществляется регистрация температурного поля, наличие помех, трудностей при перемещении аппаратуры регистрации (тепловизора) и др., которые снижают достоверность контроля,- a large influence of the uneven quality of the surface from which the temperature field is recorded, the presence of interference, difficulties in moving the recording equipment (thermal imager), etc., which reduce the reliability of the control,

- низкая производительность контроля вследствие необходимости перемещения тепловизора вдоль теплотрассы,- low monitoring performance due to the need to move the thermal imager along the heating main,

- большая стоимость контроля в случае применения авиационной техники для перемещения тепловизора,- the high cost of control in the case of using aircraft to move the thermal imager,

- трудности дефектометрии трубопроводов, расположенных в полых коробах,- difficulties in defectometry of pipelines located in hollow boxes,

- затруднения постоянного в течение длительного времени контроля одного и того же объекта, особенно с небольшим периодом контроля.- difficulties of constant monitoring of the same object for a long time, especially with a short monitoring period.

За последние 30 лет оптические волокна (ОВ) стали важнейшим элементом систем связи благодаря очень малым потерям, которые испытывает свет при распространении, большой полосе пропускания для информационного сигнала и нечувствительности к воздействию внешних электромагнитных полей. Для телекоммуникационных применений разработаны различные конструкции оптических кабелей (ОК), способные работать в широком диапазоне внешних температур и механических воздействий, в условиях высокой влажности в химически активных средах.Over the past 30 years, optical fibers (OB) have become an important element of communication systems due to the very small losses that light experiences during propagation, a large bandwidth for the information signal and insensitivity to external electromagnetic fields. For telecommunication applications, various designs of optical cables (OK) have been developed, capable of operating in a wide range of external temperatures and mechanical stresses, in conditions of high humidity in chemically active environments.

Современные волоконно-оптические линии связи позволяют передавать широкополосные сигналы (10 ГГц и более) на расстояние в десятки километров без ретрансляторов. Эти же свойства делают ОВ и ОК крайне привлекательными для использования в устройствах контроля и измерения различных физических величин, таких как температура, механические напряжения, давление и т.п. Такие устройства называют волоконно-оптическим датчиками (ВОД).Modern fiber-optic communication lines allow the transmission of broadband signals (10 GHz or more) over a distance of tens of kilometers without repeaters. The same properties make OV and OK extremely attractive for use in control and measurement devices of various physical quantities, such as temperature, mechanical stress, pressure, etc. Such devices are called fiber optic sensors (VOD).

В общем случае ВОД можно разделить на два больших класса [1]. К первому классу относятся внешние или гибридные датчики. В них ОВ служит средством доставки сигнала к различным чувствительным приборам, в которых пучки света преобразуются внешними воздействиями, подвергаясь модуляции по интенсивности или поляризации.In the general case, water can be divided into two large classes [1]. The first class includes external or hybrid sensors. In them, the OM serves as a means of delivering a signal to various sensitive devices in which light beams are converted by external influences, undergoing modulation in intensity or polarization.

В другом типе датчиков само оптическое волокно выступает в качестве чувствительного элемента. Изменение параметров внешней среды приводит к изменению параметров сигнала, распространяющегося по ОВ. Такие датчики по самой своей сути являются распределенными, поскольку воздействию подвергаются различные участки ОВ (все ОВ или каждая его точка) и, тем самым, имеется возможность отслеживать изменения среды в большом количестве точек или непрерывно по всей длине волокна. В этом случае одно ОВ заменяет систему точечных датчиков (их число в некоторых случаях может составлять сотни и тысячи штук), которые должны быть установлены для решения конкретной задачи контроля.In another type of sensor, the optical fiber itself acts as a sensing element. A change in the parameters of the external environment leads to a change in the parameters of the signal propagating along the OM. Such sensors are inherently distributed, since various sections of the organic matter (all organic matter or each of its points) are exposed and, therefore, it is possible to monitor changes in the medium in a large number of points or continuously along the entire length of the fiber. In this case, one OM replaces the system of point sensors (their number in some cases can be hundreds or thousands of pieces), which must be installed to solve a specific control problem.

В настоящее время самым распространенным способом измерения распределения характеристик ОВ по его длине является оптическая рефлектометрия, когда параметром является мощность сигнала обратного рассеяния, приходящего от различных точек ОВ. Импульсные оптические рефлектометры (OTDR - optical time domain reflectometer), использующие сигнал обратного рэлеевского рассеяния, широко применяются в волоконно-оптической связи для измерения затухания и длины ОВ. При рэлеевском рассеянии частота (длина волны) падающего и рассеянного излучения совпадают.At present, the most common way to measure the distribution of the characteristics of the OM along its length is optical reflectometry, when the parameter is the power of the backscattering signal coming from various points of the OM. Pulse optical reflectometers (OTDRs), which use a Rayleigh backscattering signal, are widely used in fiber-optic communication for measuring attenuation and the length of optical radiation. In Rayleigh scattering, the frequency (wavelength) of the incident and scattered radiation coincide.

Измерение температуры ОВ осуществляется путем регистрации бриллюэновского или рамановского рассеяния. Спектр рассеяния в этих случаях состоит из двух компонент: стоксовой и антистоксовой (их длины волн соответственно больше и меньше длины волны падающего излучения).The temperature of the organic matter is measured by recording Brillouin or Raman scattering. The scattering spectrum in these cases consists of two components: Stokes and anti-Stokes (their wavelengths are respectively longer and shorter than the wavelength of the incident radiation).

Бриллюэновское рассеяние возникает в результате взаимодействия между падающим излучением и акустическими волнами, которые образуются вследствие механических и температурных напряжений в ОВ.Brillouin scattering arises as a result of the interaction between the incident radiation and acoustic waves, which are formed due to mechanical and temperature stresses in the organic matter.

Бриллюэновское рассеяние имеет две спектральные компоненты, частота которых отличается от частоты падающего излучения на 10.5…11 ГГц [2]. Температура ОВ непосредственно влияет как раз на величину этого частотного сдвига. Метод бриллюэновской рефлектометрии применим только в одномодовых ОВ.Brillouin scattering has two spectral components, the frequency of which differs from the incident radiation frequency by 10.5 ... 11 GHz [2]. The temperature of the organic matter directly affects the magnitude of this frequency shift. The Brillouin reflectometry method is applicable only in single-mode OBs.

Рамановское рассеяние возникает в результате взаимодействия между падающим излучением и колебательными состояниями молекул вещества. Интенсивность антистоксовой компоненты рассеяния зависит от температуры, которая, с другой стороны, практически не влияет на интенсивность стоксовой компоненты. Для регистрации этих компонент используется рефлектометрический метод. Как и в стандартном случае, он позволяет получить данные о непрерывном распределении исследуемого параметра (в данном случае температуры) вдоль оптического волокна.Raman scattering results from the interaction between the incident radiation and the vibrational states of the molecules of a substance. The intensity of the anti-Stokes scattering component depends on the temperature, which, on the other hand, has practically no effect on the intensity of the Stokes component. To register these components, the reflectometry method is used. As in the standard case, it allows one to obtain data on the continuous distribution of the studied parameter (in this case, temperature) along the optical fiber.

Метод рамановской рефлектометрии позволяет использовать для этой цели как стандартные телекоммуникационные ОВ, так и специализированные оптические волокна и кабели, предназначенные для работы в условиях высоких температур, давлений, в активных средах и т.п. ОВ одновременно выполняет функции сенсора и канала распространения измерительных сигналов, а рамановский рефлектометр - прибора, регистрирующего и обрабатывающего эти сигналы.The Raman reflectometry method allows using for this purpose both standard telecommunication OBs and specialized optical fibers and cables designed for operation at high temperatures, pressures, in active media, etc. The OM simultaneously functions as a sensor and a distribution channel of measuring signals, and a Raman reflectometer - a device that registers and processes these signals.

При прохождении электромагнитного излучения через физическую среду часть этого излучения рассеивается на неоднородностях и атомах (молекулах) вещества. При этом в рассеянном излучении присутствуют компоненты с той же длиной волны, что и падающее излучение, а так же и компоненты с другими длинами волн. На фиг.1 схематически представлен спектральный состав рассеянного излучения в кварцевом ОВ.When electromagnetic radiation passes through the physical medium, part of this radiation is scattered by the inhomogeneities and atoms (molecules) of the substance. In this case, the scattered radiation contains components with the same wavelength as the incident radiation, as well as components with different wavelengths. Figure 1 schematically shows the spectral composition of the scattered radiation in a quartz fiber.

Основные параметры рэлеевского рассеяния - длина волны и интенсивность не зависят от температуры ОВ. С другой стороны, ее изменение приводит к сдвигу частоты бриллюэновских компонент и изменению интенсивности антистоксовой компоненты рамановского рассеяния. Эти эффекты схематически отображены на фиг.2.The main parameters of Rayleigh scattering - the wavelength and intensity are independent of the temperature of the organic matter. On the other hand, its change leads to a shift in the frequency of the Brillouin components and a change in the intensity of the anti-Stokes component of Raman scattering. These effects are shown schematically in FIG. 2.

В соответствии с указанными физическими явлениями существует два способа измерения температуры ОВ.In accordance with the indicated physical phenomena, there are two methods for measuring the temperature of organic matter.

При бриллюэновском рассеянии происходит взаимодействие между распространяющимся оптическим сигналом и акустическими волнами, которые возникают вследствие механических и температурных напряжений в ОВ. Эти напряжения создают волны показателя преломления, которые движутся со звуковой скоростью. Вследствие эффекта Доплера у рассеянного излучения появляется сдвиг по длине волны (частоте). Скорость акустической волны непосредственно связана с плотностью среды, которая, в свою очередь, зависит от температуры и механического напряжения. Таким образом, бриллюэновский сдвиг частоты рассеянного сигнала несет в себе информацию и о температуре и о напряжении ОВ.In Brillouin scattering, an interaction occurs between the propagating optical signal and acoustic waves, which arise due to mechanical and thermal stresses in the organic matter. These stresses create refractive index waves that travel at sonic speed. Due to the Doppler effect, scattered radiation appears to shift in wavelength (frequency). The speed of an acoustic wave is directly related to the density of the medium, which, in turn, depends on temperature and mechanical stress. Thus, the Brillouin frequency shift of the scattered signal carries information about the temperature and voltage of the organic matter.

В этом заключается главная проблема при реализации измерителя температуры ОВ с помощью анализа бриллюэновского рассеяния - невозможность отделить механические и температурные влияния на сдвиг частоты. Кроме того, в измерительной аппаратуре необходимо применять лазерные излучатели с узким спектром излучения и высокодобротные волоконно-оптические фильтры, а для регистрации бриллюэновских компонент использовать либо гетеродинный, либо интерференционный метод приема. Из этого следует, что реализация метода регистрации бриллюэновского рассеяния для измерения температуры возможна только в одномодовых ОВ, а использование сложных высокоточных волоконно-оптических компонентов приводит к значительному удорожанию аппаратной части прибора.This is the main problem in implementing the OB temperature meter using Brillouin scattering analysis - the inability to separate the mechanical and temperature effects on the frequency shift. In addition, it is necessary to use laser emitters with a narrow emission spectrum and high-quality fiber-optic filters in the measuring equipment, and either the heterodyne or interference reception method should be used to register Brillouin components. From this it follows that the implementation of the Brillouin scattering registration method for temperature measurement is possible only in single-mode OM, and the use of complex high-precision fiber-optic components leads to a significant increase in the cost of the instrument hardware.

При рамановском рассеянии изменение температуры ОВ приводит к изменению интенсивности (мощности) антистоксовой компоненты. При этом температура не влияет на характеристики стоксовой компоненты и рэлеевского рассеяния. Отношение интенсивностей компонент рамановского рассеяния определяется из выражения [3]:In Raman scattering, a change in the OM temperature leads to a change in the intensity (power) of the anti-Stokes component. In this case, the temperature does not affect the characteristics of the Stokes component and Rayleigh scattering. The ratio of the intensities of the components of the Raman scattering is determined from the expression [3]:

Figure 00000001
Figure 00000001

где IAS и IS - интенсивности антистоксовой и стоксовой компонент соответственно;where I AS and I S are the intensities of the anti-Stokes and Stokes components, respectively;

λAS и λS - длины волн этих компонент;λ AS and λ S are the wavelengths of these components;

h - постоянная Планка;h is Planck's constant;

с - скорость света в вакууме;c is the speed of light in vacuum;

Т - абсолютная температура;T is the absolute temperature;

ν - величина частотного сдвига между падающим излучением и рамановскими линиями.ν is the magnitude of the frequency shift between the incident radiation and the Raman lines.

В кварцевом ОВ рамановские линии отстоят от частоты падающего излучения на 13.2 ТГц или 440 см-1 [3]. Например, если длина волны падающего излучения 1064 нм, то пики стоксовой и антистоксовой компонент будут приходиться на 1116 нм и 1016 нм соответственно.In quartz OM, the Raman lines are 13.2 THz or 440 cm -1 [3] away from the incident radiation frequency. For example, if the wavelength of the incident radiation is 1064 nm, then the peaks of the Stokes and anti-Stokes components will fall at 1116 nm and 1016 nm, respectively.

Из соотношения (1) следует, что для измерения температуры ОВ достаточно знать отношение интенсивностей IAS/IS. При этом расстояние по оси длин волн между компонентами довольно велико. Это позволяет:From relation (1) it follows that for measuring the temperature of the organic matter it is enough to know the ratio of intensities I AS / I S. Moreover, the distance along the axis of the wavelengths between the components is quite large. This allows:

- использовать для регистрации рамановского рассеяния такие же методы и устройства, как и в обычной рэлеевской рефлектометрии;- use the same methods and devices for recording Raman scattering as in ordinary Rayleigh reflectometry;

- применять стандартные телекоммуникационные оптические мультиплексоры и фильтры для разделения спектральных компонент рассеяния;- apply standard telecommunication optical multiplexers and filters to separate the spectral scattering components;

- измерять температуру как одномодовых, так и многомодовых ОВ.- measure the temperature of both single-mode and multi-mode OM.

Однако интенсивность антистоксовой компоненты сигнала обратного рассеяния будет зависеть не только от температуры ОВ, но и от затухания в нем. Поэтому аппаратура и методы (методики) измерения должны учитывать этот фактор.However, the intensity of the anti-Stokes component of the backscattering signal will depend not only on the OM temperature, but also on the attenuation in it. Therefore, equipment and measurement methods (techniques) should take this factor into account.

Известен способ теплового контроля технического состояния протяженных объектов, например трубопроводов, теплотрасс и т.п. (О.Н.Будадин, А.И.Потапов, В.И.Колганов и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. - М., Наука, 2002, 476 с.). Он включает регистрацию температурного поля области поверхности земли в районе расположения трубопровода и анализ температурного поля. За счет повышенной температуры трубопровода (теплоноситель, протекающий по трубопроводу имеет повышенную температуру по сравнению с окружающей средой) и нарушенной теплоизоляции либо нарушенной сплошности самого трубопровода, на поверхности земли образуются аномалии температурного поля, характеристики которых содержат информацию о техническом состоянии трубопровода. Анализ температурного поля позволяет оценить характеристики нарушений трубопровода и объективно определить его техническое состояние.A known method of thermal control of the technical condition of extended objects, such as pipelines, heating mains, etc. (O.N. Budadin, A.I. Potapov, V.I. Kolganov and others. Thermal non-destructive testing of products. - M., Nauka, 2002, 476 p.). It includes registration of the temperature field of the surface area of the earth in the area of the pipeline and analysis of the temperature field. Due to the increased temperature of the pipeline (the coolant flowing through the pipeline has an elevated temperature compared to the environment) and broken insulation or broken continuity of the pipeline itself, anomalies of the temperature field are formed on the ground whose characteristics contain information about the technical condition of the pipeline. An analysis of the temperature field makes it possible to evaluate the characteristics of pipeline disturbances and objectively determine its technical condition.

Однако этот способ имеет существенные недостатки:However, this method has significant disadvantages:

- необходим свободный доступ к поверхности для обследования тепловизионной системы,- you need free access to the surface for inspection of the thermal imaging system,

- большие трудности определения толщины и качества технического состояния теплоизоляции из-за неравномерного качества поверхности, наличия помех, трудностей при перемещении аппаратуры регистрации (тепловизора) и т.п.,- great difficulties in determining the thickness and quality of the technical state of thermal insulation due to uneven surface quality, the presence of interference, difficulties in moving registration equipment (thermal imager), etc.,

- низкая производительность контроля вследствие необходимости перемещения тепловизора вдоль теплотрассы,- low monitoring performance due to the need to move the thermal imager along the heating main,

- высокая стоимость контроля в случае применения авиационной техники для перемещения тепловизора,- the high cost of control in the case of the use of aircraft to move the thermal imager,

- трудности дефектометрии трубопроводов, расположенных в полых коробах,- difficulties in defectometry of pipelines located in hollow boxes,

- затруднения постоянного в течение длительного времени контроля одного и того же объекта, особенно с небольшим периодом контроля.- difficulties of constant monitoring of the same object for a long time, especially with a short monitoring period.

Сущность изобретенияSUMMARY OF THE INVENTION

В свете изложенного возникает необходимость создания достоверного метода теплового неразрушающего контроля (мониторинга) технического состояния протяженных сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа на основе обратного рамановского рассеяния в стандартных одномодовых и многомодовых оптических волокнах.In light of the foregoing, it becomes necessary to create a reliable method of thermal non-destructive testing (monitoring) of the technical condition of long complex and hard-to-reach objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access based on Raman backscattering in standard single-mode and multimode optical fibers.

Это позволит решать следующие задачи:This will solve the following problems:

1. Повышение объективности, достоверности результатов теплового контроля технического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа, в т.ч. обеспечение достоверности результатов контроля не менее 0,98.1. Improving the objectivity, reliability of the results of thermal control of the technical condition of extended, complex and inaccessible objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access, including ensuring the reliability of control results of at least 0.98.

2. Расширение области применения для различных классов объектов и условий проведения контроля, в т.ч.2. The expansion of the scope for various classes of objects and conditions for the control, including

- обеспечение проведения контроля без условий свободного доступа к поверхности земли, где расположен контролируемый объект,- ensuring control without conditions of free access to the surface of the earth where the controlled object is located,

- повышения помехозащищенности за счет исключения влияния качества поверхности земли при подземном расположении трубопровода и т.п.,- increase noise immunity due to the exclusion of the influence of the quality of the surface of the earth with the underground location of the pipeline, etc.,

- повышение производительности контроля, обеспечения производительности контроля не менее 10 км протяженности трубопровода за 2-3 мин в течение не менее 15-20 лет.- increasing the control performance, ensuring control performance of at least 10 km of the pipeline length in 2-3 minutes for at least 15-20 years.

3. Снижение затрат на проведения контроля за счет исключения использования перемещающихся узлов и блоков системы контроля.3. Reducing the cost of control by eliminating the use of moving nodes and blocks of the control system.

4. Возможность проведения теплового контроля качества и дефектометрии трубопроводов, расположенных в полых коробах.4. The ability to conduct thermal quality control and defectometry of pipelines located in hollow ducts.

Таким образом, появится возможность решения актуальных для практики задач повышения объективности, достоверности результатов теплового контроля технического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа, расширение области его применения, снижение затрат на проведения контроля и снижение потерь энергии за счет своевременного ремонта объекта.Thus, it will be possible to solve practical problems of increasing the objectivity and reliability of the results of thermal control of the technical condition of extended, complex and hard-to-reach objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access, expanding its scope, reducing the cost of monitoring and reducing losses energy due to timely repair of the facility.

Техническая задача, на решение которой направлено настоящее изобретение, состоит в:The technical problem to which the present invention is directed is:

1. обеспечении достоверности результатов контроля, в т.ч. повышении объективности, достоверности результатов контроля технического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа,1. ensuring the reliability of the results of control, including improving the objectivity, reliability of the results of monitoring the technical condition of extended, complex and hard-to-reach objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access,

2. расширении области применения теплового контроля для различных классов объектов и условий проведения контроля, в т.ч.2. expanding the scope of thermal control for various classes of objects and conditions for monitoring, including

- обеспечении проведения контроля без условий свободного доступа к поверхности земли, где расположен контролируемый объект,- ensuring control without conditions of free access to the surface of the earth where the controlled object is located,

- повышении помехозащищенности за счет исключения влияния качества поверхности земли при подземном расположении трубопровода и т.п.,- increase noise immunity due to the exclusion of the influence of the quality of the earth’s surface with an underground location of the pipeline, etc.,

3. повышении производительности контроля, обеспечения производительности контроля не менее 10 км протяженности трубопровода за 2-3 мин в течение не менее 15-20 лет,3. increasing the control performance, ensuring the control performance of at least 10 km of the pipeline length in 2-3 minutes for at least 15-20 years,

4. возможности проведения теплового контроля качества и дефектометрии трубопроводов, расположенных в полых коробах.4. the possibility of conducting thermal quality control and defectometry of pipelines located in hollow ducts.

Технический результат достигается за счет того, что согласно способу теплового неразрушающего контроля теплотехнического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов прокладывают одномодовую или многомодовую оптоволоконную линию по поверхности теплоизоляции трубопровода, максимальная допустимая температура нагрева которой составляет 200-250°С, имеряют температуру теплопроводной жидкости, протекающей внутри трубопровода в течение времени Твнутр(t), измеряют тепловой поток q0 характерного качественного участка трубопровода, имеющего качественную, принимаемую за эталонную теплоизоляцию, измеряют температуру T(x,t) в дискретных точках по длине оптоволоконной линии, формируют матрицу измерений, располагая в столбцах значения температуры в одной точке поверхности теплозащитного слоя объекта, измеренные в разное время, а в строках - значения температуры, полученные в разных точках по длине объекта одновременно:The technical result is achieved due to the fact that according to the method of thermal non-destructive testing of the thermal state of extended, complex and hard-to-reach objects, a single-mode or multi-mode fiber optic line is laid along the pipe insulation surface, the maximum allowable heating temperature of which is 200-250 ° C, and the temperature of the heat-conducting fluid flowing is measured inside the pipeline during the time T int (t), measure the heat flux q 0 characteristic quality section and a pipeline having a quality that is taken as a reference thermal insulation measures the temperature T (x, t) at discrete points along the length of the fiber optic line, forms a measurement matrix, arranging the temperature values in the columns at one point on the surface of the heat-insulating layer of the object, measured at different times, and in rows - temperature values obtained at different points along the length of the object at the same time:

Figure 00000002
Figure 00000002

определяют матрицу толщин теплозащитного слоя вдоль контролируемого объекта от времениdetermine the matrix of thicknesses of the heat-protective layer along the controlled object from time to time

Figure 00000003
Figure 00000003

Элементы матрицы определяются по формуле: δ(j,i)=λ(Твнутр(ti)-T(j,i))/q0,The matrix elements are determined by the formula: δ (j, i) = λ (T int (t i ) -T (j, i)) / q 0 ,

по определенному значению толщины теплозащитного слоя определяют техническое состояние трубопровода и величину потерь передаваемой энергии, где λ - коэффициент теплопроводности материала теплоизоляции.the technical condition of the pipeline and the amount of transmitted energy loss, where λ is the thermal conductivity coefficient of the insulation material, are determined by a certain value of the thickness of the heat-insulating layer.

Технический результат достигается также за счет того, что температуру теплоизоляции измеряют прибором, включающим импульсный твердотельный лазер со схемой запуска, оптический демультиплексор, предназначенный для разделения сигналов рэлеевского и рамановского рассеяния; оптические приемники, предназначенные для регистрации сигналов рэлеевского и рамановского рассеяния и сигнала синхронизации, оптические разветвители, предназначенные для направления оптических импульсов в измеряемое оптическое волокно, на оптический приемник сигнала синхронизации и на оптический демультиплексор; катушку оптического волокна, предназначенного для создания опорного оптического сигнала обратного рассеяния; электронный датчик температуры оптического волокна; блок вычислений, предназначенный для первичной обработки измерительной информации; блок управления, предназначенный для управления процессом измерения и накопления информации; блок интерфейсный, предназначенный для связи прибора с персональным компьютером, и импульсный преобразователь напряжения, предназначенный для выработки напряжений для питания блоков прибора.The technical result is also achieved due to the fact that the thermal insulation temperature is measured by a device that includes a pulsed solid-state laser with a trigger circuit, an optical demultiplexer designed to separate Rayleigh and Raman scattering signals; optical receivers for detecting Rayleigh and Raman scattering signals and a synchronization signal, optical splitters for directing optical pulses into a measured optical fiber, an optical receiver of a synchronization signal, and an optical demultiplexer; an optical fiber coil for generating a backscatter reference optical signal; electronic optical fiber temperature sensor; a calculation unit for primary processing of measurement information; a control unit for controlling the measurement process and the accumulation of information; an interface unit, designed to connect the device with a personal computer, and a pulse voltage converter, designed to generate voltages to power the units of the device.

При этом используют импульсный твердотельный лазер, генерирующий зондирующие импульсы с длиной волны излучения 1064 нм.In this case, a pulsed solid-state laser is used that generates sounding pulses with a radiation wavelength of 1064 nm.

Описание фигур чертежейDescription of the figures of the drawings

Сущность изобретения будет далее раскрыта более подробно со ссылками на сопровождающие чертежи, гдеThe invention will be further disclosed in more detail with reference to the accompanying drawings, where

фиг.1. показывает спектральный состав рассеянного излучения в кварцевом ОВ,figure 1. shows the spectral composition of scattered radiation in a quartz organic matter,

фиг.2. - сдвиг частоты бриллюэновских компонент и изменения интенсивности антистоксовой компоненты рамановского рассеяния,figure 2. - frequency shift of the Brillouin components and changes in the intensity of the anti-Stokes component of Raman scattering,

на фиг.3. приведена схема укладки опто-волоконной линии вдоль протяженного объекта - теплотрассы,figure 3. the scheme of laying the fiber optic line along an extended object - heating mains,

на фиг.4. показана укладка опто-волоконной линии вдоль трубопровода,figure 4. laying of the fiber optic line along the pipeline is shown,

фиг.5. иллюстрирует характер систематической погрешности,figure 5. illustrates the nature of bias,

фиг.6 - характер скачка систематической погрешности,6 - the nature of the jump systematic error,

фиг.7 показывает рефлектограммы стоксовой (верхняя линия) и антистоксовой компонент рамановского рассеяния,Fig.7 shows the trace of the Stokes (upper line) and anti-Stokes component of the Raman scattering,

фиг.8 - характерный вид динамического диапазона - разности между начальным уровнем обратного рассеяния и максимальным уровнем шума за пределами рефлектограммы,Fig - a characteristic view of the dynamic range - the difference between the initial level of backscattering and the maximum noise level outside the trace,

на фиг.9. приведены графики зависимости амплитуды шума на рефлектограмме от уровня сигнала обратного рассеяния (уровня рефлектограммы) при различных значениях динамического диапазона рефлектометра,Fig.9. graphs of the dependence of the amplitude of the noise on the trace from the level of the backscatter signal (trace level) for various values of the dynamic range of the reflectometer,

на фиг.10 - зависимости амплитуды шума на рефлектограмме от погрешности измерения температуры от длины многомодового ОВ. Предполагается, что затухание ОВ на длине волны 1064 нм составляет 0,9 дБ/км и чувствительность интенсивности антистоксовой компоненты к изменению температуры - 0,013 дБ/°С,figure 10 - dependence of the amplitude of the noise on the trace from the error of temperature measurement on the length of the multimode OB. It is assumed that the OM attenuation at a wavelength of 1064 nm is 0.9 dB / km and the sensitivity of the anti-Stokes component to temperature changes is 0.013 dB / ° C,

на фиг.11 показан график зависимости амплитуды антистоксовой компоненты по отношению к стоксовой от температуры,11 shows a graph of the amplitude of the anti-Stokes component with respect to the Stokes component versus temperature,

фиг.12 иллюстрирует шумовую схему оптического приемника,12 illustrates a noise circuit of an optical receiver,

на фиг.13 приведена структурная схема прибора,Fig.13 shows a structural diagram of the device,

на фиг.14 изображен внешний вид прибора,Fig.14 shows the appearance of the device,

на фиг.15 - блок-схема измерительного алгоритма,on Fig is a block diagram of a measuring algorithm,

фиг.16 иллюстрирует примеры результатов измерений, отображенных в виде графиков, полученных с помощью программного обеспечения (ПО) прибора,Fig.16 illustrates examples of measurement results displayed in the form of graphs obtained using the software (software) of the device,

фиг.17 показывает оптическое волокно и участки, температура которых подлежит анализу,17 shows an optical fiber and portions whose temperature is to be analyzed,

фиг.18 - распределение весовых коэффициентов,Fig - distribution of weights,

на фиг.19 изображена схема алгоритма мониторинга заданных участков,on Fig shows a diagram of an algorithm for monitoring specified sections,

на фиг.20 приведена фотография прибора с катушкой опто-волоконного кабеля,in Fig.20 shows a photograph of the device with a coil of fiber optic cable,

на фиг.21 - блок-схема измерительного алгоритма,on Fig is a block diagram of a measuring algorithm,

на фиг.22 - результаты мониторинга,on Fig - monitoring results,

фиг.23 показывает интерфейс оператора, и23 shows an operator interface, and

фиг.24 - фрагмент видеоизображения температурного поля поверхности земли в районе контролируемого трубопровода.Fig is a fragment of a video image of the temperature field of the earth's surface in the area of the controlled pipeline.

Описание предпочтительного варианта изобретенияDescription of a preferred embodiment of the invention

Ниже рассмотрено использование способа для теплового неразрушающего контроля технического состояния протяженного сложнопрофильного и труднодоступного трубопровода в условиях ограниченного доступа на основе обратного рамановского рассеяния в стандартных одномодовых и многомодовых оптических волокнах.The following describes the use of the method for thermal non-destructive testing of the technical condition of an extended complex and difficult-to-reach pipeline in conditions of limited access based on Raman backscattering in standard single-mode and multimode optical fibers.

Прокладывают одномодовую или многомодовую опто-волоконную линию по поверхности теплоизоляции трубопровода. Потенциальная температура нагрева опто-волоконной линии не должна превышать максимальной допустимой (200-250 град.С).A single-mode or multi-mode fiber optic line is laid along the surface of the pipeline insulation. The potential heating temperature of the fiber optic line should not exceed the maximum allowable (200-250 degrees C).

Схема укладки опто-волоконной линии вдоль трубопровода теплотрассы представлена на фиг.3.The layout of the fiber optic line along the pipeline is shown in Fig.3.

На фиг.4 приведены фотографии укладки опто-волоконной линии вдоль трубопровода.Figure 4 shows photographs of the laying of a fiber optic line along the pipeline.

Измеряют температуру теплопроводной жидкости, протекающей внутри трубопровода в течение времени - Твнутр(t).Measure the temperature of the heat-conducting fluid flowing inside the pipeline over time - T int (t).

Измерение температуры осуществляется либо непосредственно самой теплопроводной жидкости внутри трубопровода, путем введения термощупа через специальные технологические отверстия, либо измеряют температуру поверхности трубопровода на участке отсутствия теплоизоляции.The temperature is measured either directly by the heat-conducting liquid inside the pipeline, by introducing a probe through special technological holes, or by measuring the temperature of the surface of the pipeline in the area of lack of thermal insulation.

Измерение может осуществляться термодатчиком - Термометр контактный ТК-5.09 производитель ООО «ТехноАс» (г.Коломна) с погрешностью не более ±0,5 град.Measurement can be carried out by a temperature sensor - Contact thermometer TK-5.09, manufacturer TekhnoAs LLC (Kolomna) with an error of not more than ± 0.5 degrees.

Измеряют тепловой поток характерного качественного участка трубопровода (участка качественной эталонной теплоизоляции) - q0.Measure the heat flux of a characteristic high-quality section of the pipeline (high-quality reference thermal insulation section) - q 0 .

Измерения осуществляют датчиком теплового потока - Электронный измеритель плотности тепловых потоков пятиканальный ИТП-МГ4.03 "ПОТОК" и Зонды. Производитель ООО «Стройприбор» (г.Челябинск).Measurements are carried out by the heat flow sensor - Five-channel ITP-MG4.03 "POTOK" electronic probes and heat probes and probes. Manufacturer LLC Stroypribor (Chelyabinsk).

Измеряют температуру в дискретных точках по длине оптоволоконной линии - T(x, t).Measure the temperature at discrete points along the length of the fiber optic line - T (x, t).

Формируют (располагают) результаты измерения по поверхности теплозащитного слоя, таким образом получают матрицу измерений.Form (have) the measurement results on the surface of the heat-shielding layer, thus obtaining a measurement matrix.

Figure 00000002
Figure 00000002

Определяют матрицу толщин теплозащитного слоя вдоль контролируемого объекта от времениDetermine the matrix of thicknesses of the heat-protective layer along the controlled object from time to time

Figure 00000003
Figure 00000003

Элементы матрицы определяют по формуле δ(j,i)=λ(Твнутр(ti)-T(j,i))/q0.The elements of the matrix are determined by the formula δ (j, i) = λ (T int (t i ) -T (j, i)) / q 0 .

По определенному значению толщины теплозащитного слоя определяют техническое состояние трубопровода и величину потерь передаваемой энергии, например, следующим образом:Using a certain value of the thickness of the heat-shielding layer, the technical condition of the pipeline and the amount of transmitted energy loss are determined, for example, as follows:

Figure 00000004
Figure 00000004

Здесь δmin - минимальное допустимое значение толщины теплоизоляции, определенное исходя из предельно допустимых потерь передаваемого по трубопроводу энергоносителя.Here δ min is the minimum permissible value of the insulation thickness, determined on the basis of the maximum permissible losses of the energy carrier transmitted through the pipeline.

Значения матриц температуры Т(nxk) и толщины δ(nxk) теплоизоляции сохраняют в базе данных для ретроспективного анализа функционирования контролируемого трубопровода.The values of the temperature matrices T (nxk) and thickness δ (nxk) of the thermal insulation are stored in a database for a retrospective analysis of the functioning of the controlled pipeline.

Определим погрешность способа.Define the error of the method.

Исследование величины сигналов обратного рамановского рассеянияThe study of the magnitude of the signals of the Raman backscattering

При определении температуры оптического волокна (ОВ) осуществляется регистрация компонент рамановского рассеяния и производится процедура сравнения сигналов. Поскольку предполагается, что характеристики рэлеевского и стоксового сигнала не зависят от температуры, то отличие в их поведении от антистоксового сигнала (изменение наклона антистоксовой рефлектограммы, появление на ней больших неоднородностей и т.п.) трактуется как изменение температуры на соответствующих участках ОВ.When determining the temperature of the optical fiber (RH), the Raman scattering components are recorded and the signal comparison procedure is performed. Since it is assumed that the characteristics of the Rayleigh and Stokes signals are temperature independent, the difference in their behavior from the anti-Stokes signal (a change in the slope of the anti-Stokes reflectogram, the appearance of large inhomogeneities on it, etc.) is interpreted as a change in temperature in the corresponding sections of the OM.

Однако для более точного измерения температуры ОВ необходимо учитывать различия сигналов, которые имеются даже при постоянной температуре вдоль ОВ. На фиг.5 показаны рефлектограммы стоксовой и антистоксовой компонент линии, состоящей из двух ОВ, соединенных с помощью сварного соединения. Температура обоих ОВ одинаковая, однако видно, что наклон стоксовой (верхней) рефлектограммы, имеющей большую длину волны, меньше. Кроме того, затухания в соединении ОВ разные. Если для определения температуры просто вычислить разность между сигналами, то указанные различия приведут к систематическим погрешностям в виде наклона температурного графика и скачка в месте соединения ОВ, как показано на фиг.5, 6.However, for a more accurate measurement of the temperature of the OM, it is necessary to take into account the differences in the signals that exist even at a constant temperature along the OM. Figure 5 shows the traces of the Stokes and anti-Stokes components of the line, consisting of two OB, connected using a welded joint. The temperature of both OMs is the same, but it can be seen that the slope of the Stokes (upper) reflectogram having a longer wavelength is less. In addition, the attenuation in the OB compound is different. If, to determine the temperature, it is easy to calculate the difference between the signals, then these differences will lead to systematic errors in the form of a slope of the temperature graph and a jump at the point of connection of the OB, as shown in FIGS. 5, 6.

При анализе сигналов комбинационного рассеяния необходимо учитывать, что длина волны рассеянного излучения отличается от длины волны зондирующего импульса. Здесь необходимо отметить, что коэффициент обратного рассеяния Вимп-S (или Вимп-AS) определяют долю мощности оптического импульса (с длиной волны λимп), которая преобразуется в соответствующую компоненту сигнала рамановского рассеяния рассеивается (с длиной волны λS или λAS).When analyzing Raman signals, it must be taken into account that the wavelength of the scattered radiation differs from the wavelength of the probe pulse. It should be noted here that the backscattering coefficient B imp-S (or V imp-AS ) determines the fraction of the optical pulse power (with a wavelength of λ imp ), which is converted to the corresponding component of the Raman scattering signal (with a wavelength of λ S or λ AS )

Параметры стоксового сигнала, как и рэлеевского, не зависят от температуры, а коэффициент антистоксового обратного рассеяния Вимп-AS зависит и от температуры, и от расстояния, поскольку температура может быть различна в разных точках ОВ. Это свойство можно выразить следующим образом:The parameters of the Stokes signal, as well as the Rayleigh signal, are independent of temperature, and the anti-Stokes backscattering coefficient In imp AS depends both on temperature and on distance, since the temperature can be different at different points of the organic matter. This property can be expressed as follows:

Вимп-ASимп-AS0)·Вимп-AS(ΔT(L)),In imp-AS = In imp-AS (T 0 ) · In imp-AS (ΔT (L)),

где Вимп-AS0) - значение коэффициента антистоксового обратного рассеяния, когда ОВ по всей длине имеет некоторую постоянную температуру Т0,where In imp AS (T 0 ) is the value of the anti-Stokes backscattering coefficient, when the organic matter along its entire length has a certain constant temperature T 0 ,

Вимп-AS(ΔT(L)) - изменение этого коэффициента при изменении температуры.In imp AS (ΔT (L)) is the change in this coefficient with a change in temperature.

Figure 00000005
Figure 00000005

В соответствии с (12), величина затухания в соединении ОВ, измеренная рефлектометром на антистоксовой компоненте, определяется выражением (см. (7) и (9)):In accordance with (12), the attenuation in the OM compound measured by an OTDR on the anti-Stokes component is determined by the expression (see (7) and (9)):

Figure 00000006
Figure 00000006

где T1 и Т2 - температура 1-го и 2-го ОВ соответственно;where T 1 and T 2 are the temperatures of the 1st and 2nd OM, respectively;

Т1,20+ΔT1,2.T 1.2 = T 0 + ΔT 1.2 .

Из вышеприведенных равенств следует, что измеренная величина затухания в соединении зависит от:From the above equations it follows that the measured value of the attenuation in the connection depends on:

- затухания на длине волны зондирующего оптического импульса (β12,имп),- attenuation at the wavelength of the probe optical pulse (β 12, imp ),

- затухания на длине волны антистоксовой компоненты (β12,AS),- attenuation at the wavelength of the anti-Stokes component (β 12, AS ),

- отношения коэффициентов антистоксового обратного рассеяния волокон при одинаковой температуре;- the ratio of the anti-Stokes backscattering coefficients of the fibers at the same temperature;

- изменения этих коэффициентов при изменении температуры.- changes in these coefficients with a change in temperature.

Информация о температуре ОВ заложена именно в последнем слагаемом равенства, поэтому для ее точного определения необходимо иметь возможность учесть значения других составляющих. Это значит, что необходимо независимыми измерениями определить:Information about the temperature of the organic matter is laid down precisely in the last term of the equality, therefore, for its accurate determination it is necessary to be able to take into account the values of other components. This means that it is necessary to determine by independent measurements:

- коэффициенты затухания γ каждого ОВ на длинах волн оптического импульса и антистоксовой компоненты (не зависят от температуры);- attenuation coefficients γ of each OM at the wavelengths of the optical pulse and anti-Stokes component (independent of temperature);

- значения затухания β в соединениях ОВ на этих длинах волн (не зависят от температуры);- values of attenuation β in organic matter compounds at these wavelengths (do not depend on temperature);

- составляющую коэффициента антистоксового обратного рассеяния каждого ОВ при некоторой постоянной вдоль ОВ температуре;- a component of the anti-Stokes backscattering coefficient of each OM at a certain constant temperature along the OM;

- и, наконец, долю мощности антистоксового сигнала в каждой точке ОВ, зависящую от температуры.- and, finally, the fraction of the power of the anti-Stokes signal at each point of the organic matter, depending on the temperature.

Факторы, определяющие точность измерения температуры оптического волокна при регистрации рамановского рассеянияFactors determining the accuracy of measuring the temperature of an optical fiber during Raman scattering

Мощность сигнала и амплитуда шума.Signal strength and noise amplitude.

При определении температуры оптического волокна путем регистрации интенсивности компонент рамановского рассеяния используется метод импульсной рефлектометрии. Сигналы обратного рассеяния имеют малую амплитуду, и их анализ проводится при низком отношении сигнала к шуму (для больших расстояний это отношение может быть меньше 1). Поэтому основными факторами, определяющими погрешность измерения температуры оптического волокна, являются:When determining the temperature of an optical fiber by recording the intensity of the Raman scattering components, the method of pulse reflectometry is used. The backscattering signals have a small amplitude, and their analysis is carried out at a low signal-to-noise ratio (for large distances this ratio can be less than 1). Therefore, the main factors determining the error in measuring the temperature of the optical fiber are:

- мощность источника излучения, поскольку мощность сигнала обратного рассеяния (и рэлеевского и рамановского) прямо пропорциональна мощности зондирующего оптического импульса;- the power of the radiation source, since the power of the backscattering signal (both Rayleigh and Raman) is directly proportional to the power of the probe optical pulse;

- длительность зондирующего оптического импульса, поскольку мощность сигнала обратного рассеяния (и рэлеевского и рамановского) прямо пропорциональна этой длительности;- the duration of the probe optical pulse, since the power of the backscattering signal (both Rayleigh and Raman) is directly proportional to this duration;

- собственный шум оптического приемника;- intrinsic noise of the optical receiver;

- время измерения (накопления) сигнала.- time of measurement (accumulation) of the signal.

Для численных оценок влияния указанных факторов используются формула (2) и выражения:For numerical estimates of the influence of these factors, formula (2) and the expressions are used:

ΔUш=5·lg(t1/t2)1/2,ΔU W = 5 · log (t 1 / t 2 ) 1/2 ,

где ΔUш (дБ) - изменение амплитуды шума оптического приемника при изменении времени измерения в (t1/t2) раз.where ΔU w (dB) is the change in the noise amplitude of the optical receiver when the measurement time changes (t 1 / t 2 ) times.

Из формулы (2) следует, что при увеличении мощности импульса в 2 раза уровень рефлектограммы возрастает наFrom formula (2) it follows that with an increase in the pulse power by a factor of 2, the trace level increases by

5·lg(Римп2имп1)=5·lg(2)=1,5 дБ5 · log (P imp2 / P imp1 ) = 5 · log (2) = 1.5 dB

Аналогично из формулы (16) следует, что при увеличении времени измерения в 2 раза амплитуда шума уменьшается на 0,75 дБ.Similarly, from formula (16) it follows that when the measurement time is 2 times longer, the noise amplitude decreases by 0.75 dB.

Мощность сигнала обратного рассеяния и собственные шумы оптического приемника рефлектометра определяют отношение сигнала к шуму и, значит, амплитуду шума на рефлектограмме. Поскольку измерение температуры ОВ основано на измерении интенсивности антистоксовой компоненты рамановского рассеяния, то амплитуда шума на рефлектограмме определяет минимально возможную погрешность определения температуры.The power of the backscatter signal and the intrinsic noise of the optical receiver of the OTDR determine the signal-to-noise ratio and, therefore, the amplitude of the noise in the OTDR. Since the measurement of the temperature of the OM is based on the measurement of the intensity of the anti-Stokes component of Raman scattering, the amplitude of the noise in the trace determines the minimum possible error in determining the temperature.

На фиг.7 показаны рефлектограммы стоксовой (верхняя линия) и антистоксовой компонент рамановского рассеяния.Figure 7 shows the reflectograms of the Stokes (upper line) and anti-Stokes components of Raman scattering.

Амплитуда шума на антистоксовой рефлектограмме значительно выше; она составляет примерно 0,022 дБ. Температурная чувствительность интенсивности антистоксовой компоненты составляет 0,45…0,65%/°С [6] или 0,01…0,014 дБ/°С. Это значит, что для данного измерения минимальная погрешность измерения температуры может составлять 1,6…2,2°С.The noise amplitude in the anti-Stokes trace is much higher; it is approximately 0.022 dB. The temperature sensitivity of the intensity of the anti-Stokes component is 0.45 ... 0.65% / ° C [6] or 0.01 ... 0.014 dB / ° C. This means that for this measurement, the minimum temperature measurement error can be 1.6 ... 2.2 ° C.

Поэтому анализ способов повышения точности измерения температуры, прежде всего, должен основываться на анализе отношения сигнала к шуму в рефлектометре и путях его увеличения.Therefore, the analysis of ways to improve the accuracy of temperature measurement, first of all, should be based on the analysis of the signal-to-noise ratio in the OTDR and ways to increase it.

Влияние динамического диапазона рефлектометра на амплитуду шума на рефлектограммеInfluence of the dynamic range of the OTDR on the amplitude of the noise on the OTDR

Теоретическую оценку амплитуды шума на рефлектограмме удобно провести пользуясь понятием динамического диапазона рефлектометра.It is convenient to carry out a theoretical assessment of the noise amplitude on a trace using the concept of the dynamic range of an OTDR.

Динамический диапазон - это разность между начальным уровнем обратного рассеяния и максимальным уровнем шума за пределами рефлектограммы (см. фиг.8); указанная разность определяется при определенной длительности импульса и заданном времени измерения.The dynamic range is the difference between the initial level of backscattering and the maximum noise level outside the trace (see Fig. 8); the specified difference is determined at a specific pulse duration and a given measurement time.

Определим амплитуду шума на рефлектограмме.We determine the amplitude of the noise on the trace.

ОбозначимWe denote

Uc - напряжение сигнала обратного рассеяния, соответствующего некоторой точке ОВ, на выходе оптического приемника рефлектометра, В;U c is the voltage of the backscattering signal corresponding to a certain point of the optical wave, at the output of the optical receiver of the reflectometer, V;

Uш - напряжение шума на выходе оптического приемника рефлектометра, В;U W - noise voltage at the output of the optical receiver of the OTDR, V;

U0 - максимальное напряжение сигнала обратного рассеяния, соответствующего начальной точке ОВ, на выходе оптического приемника рефлектометра, В;U 0 is the maximum voltage of the backscattering signal corresponding to the starting point of the optical wave, at the output of the optical receiver of the reflectometer, V;

А - уровень на рефлектограмме, соответствующий напряжению сигнала Uc, дБ.A is the level on the trace corresponding to the signal voltage U c , dB.

A0 - максимальный уровень рефлектограммы, соответствующий напряжению сигнала U0, дБ.A 0 - the maximum trace level corresponding to the signal voltage U 0 , dB.

Тогда исходя из определения, динамический диапазонThen, based on the definition, the dynamic range

D=5·lg(U0/Uш).D = 5 log (U 0 / U w ).

Кроме того, поскольку максимальному уровню рефлектограммы в соответствии со стандартом [7] обычно приписывается значение 0 дБ, то все более низкие уровни будут иметь отрицательные значения, и можно записатьIn addition, since the maximum level of the trace in accordance with the standard [7] is usually assigned a value of 0 dB, all lower levels will have negative values, and you can write

A=5·lg(Uc/U0).A = 5 log (U c / U 0 ).

Амплитуду шума в точке на рефлектограмме, соответствующей уровню А, можно определить следующим образом:The noise amplitude at a point on the trace corresponding to level A can be determined as follows:

Figure 00000007
Figure 00000007

Необходимо еще раз отметить, что уровень точки рефлектограммы А - отрицательная величина, а динамический диапазон D - положительная.It should be noted once again that the level of the trace point A is a negative value, and the dynamic range D is positive.

На фиг.9 показаны графики зависимости амплитуды шума на рефлектограмме от уровня сигнала обратного рассеяния (уровня рефлектограммы) при различных значениях динамического диапазона рефлектометра.Figure 9 shows graphs of the dependence of the amplitude of the noise on the trace from the level of the backscatter signal (trace level) for various values of the dynamic range of the reflectometer.

На фиг.10 эти данные преобразованы в зависимость погрешности измерения температуры от длины многомодового ОВ. При этом предполагается, что затухание ОВ на длине волны 1064 нм составляет 0,9 дБ/км и чувствительность интенсивности антистоксовой компоненты к изменению температуры - 0,013 дБ/°С.In figure 10, this data is converted into a dependence of the error of temperature measurement on the length of a multimode optical waveguide. It is assumed that the attenuation of OM at a wavelength of 1064 nm is 0.9 dB / km and the sensitivity of the anti-Stokes component to temperature changes is 0.013 dB / ° C.

Полученные оценки позволяют конкретизировать требования к величине динамического диапазона рефлектометра, который определяет минимальную достижимую погрешность измерения температуры ОВ.The obtained estimates make it possible to specify the requirements for the dynamic range of an OTDR, which determines the minimum attainable error in measuring the temperature of the OM.

Мощность сигналов обратного рамановского рассеянияRaman backscatter signal strength

Мощность стоксовой PS и антистоксовой PAS компонент сигнала, рассеянного от участка ОВ длиной dL, находящегося на расстоянии L от начала ОВ, можно определить по формуле [8]:The power of the Stokes P S and anti-Stokes P AS components of the signal scattered from the OB section of length dL located at a distance L from the beginning of the OB can be determined by the formula [8]:

dPS(AS)=P(L)·ПS(AS)·ГS(AS)·dL,dP S (AS) = P (L) П S (AS) Г S (AS) dL,

где P(L) - мощность падающего излучения в точке L;where P (L) is the power of the incident radiation at the point L;

ПS(AS) - коэффициенты Бозе-Эйнштейна распределения плотностей вероятностей фононов для стоксовой (S) и антистоксовой (AS) компонент;П S (AS) - Bose-Einstein coefficients of the probability density distribution of phonons for the Stokes (S) and anti-Stokes (AS) components;

ГS(AS) - коэффициент преобразования падающей оптической мощности в сигнал обратного рассеянияG S (AS) is the conversion factor of the incident optical power into a backscatter signal

Согласно [8]According to [8]

Figure 00000008
,
Figure 00000008
,

Figure 00000009
,
Figure 00000009
,

где ΔЕ - энергия собственных колебаний кристаллической решетки твердого вещества, для кварцевого стекла ΔЕ=50 мэВ;where ΔЕ is the energy of natural vibrations of the crystal lattice of a solid substance, for silica glass, ΔЕ = 50 meV;

k - постоянная Больцмана;k is the Boltzmann constant;

Т - абсолютная температура.T is the absolute temperature.

Длина участка рассеяния связана с длительностью зондирующего оптического импульса соотношением [4]:The length of the scattering plot is related to the duration of the probe optical pulse by the relation [4]:

dL=(τимп·с)/(2·n),dL = (τ imp · s) / (2 · n),

где с - скорость света в вакууме;where c is the speed of light in vacuum;

n - показатель преломления сердцевины ОВ.n is the refractive index of the core of the OM.

Используя данные, приведенные в [8], можно определить, что в многомодовом ОВ при комнатной температуре (T=300 K) при длине волны зондирующего излучения 1064 нм и длительности оптического импульса 1 нс мощности стоксовой и антистоксовой компонент, приведенные к входной мощности, составят PS=4,67 нВт/Вт, PAS=0,85 нВт/Вт и стоксова компонента больше антистоксовой в 5,5 раз.Using the data presented in [8], it can be determined that in a multimode optical waveguide at room temperature (T = 300 K) with a probe wavelength of 1064 nm and an optical pulse duration of 1 ns, the power of the Stokes and anti-Stokes components reduced to the input power will be P S = 4.67 nW / W, P AS = 0.85 nW / W and the Stokes component is 5.5 times larger than the anti-Stokes component.

Из этих данных следует, что для длины волны 1064 нм и длительности импульса 1 нс коэффициент обратного рассеяния для стоксовой компоненты будет составлять -83.3 дБ; а для антистоксовой -90.7 дБ. Коэффициент обратного рэлеевского рассеяния для стандартного ММ ОВ составляет -68 дБ для длины волны 850 нм и -76 дБ для длины волны 1300 нм [9].From these data it follows that for a wavelength of 1064 nm and a pulse duration of 1 ns, the backscattering coefficient for the Stokes component will be -83.3 dB; and for anti-Stokes -90.7 dB. The Rayleigh backscattering coefficient for a standard MM OM is –68 dB for a wavelength of 850 nm and –76 dB for a wavelength of 1300 nm [9].

На фиг.11. приведен график зависимости амплитуды антистоксовой компоненты по отношению к стоксовой от температуры. Видно, что в диапазоне 100 градусов отношение интенсивностей изменяется примерно в 2 раза.11. The graph of the amplitude of the anti-Stokes component with respect to the Stokes component is plotted against temperature. It can be seen that in the range of 100 degrees, the ratio of intensities changes by about 2 times.

Метод корреляционного рефлектометраOTDR method

Как указывалось выше, мощность сигнала обратного рассеяния, а значит, и динамический диапазон, прямо пропорциональны мощности и длительности зондирующего оптического импульса, т.е. его энергии. В работе [6] предложено для увеличения энергии полезного сигнала использовать не одиночные оптические импульсы, псевдослучайную последовательность, образованную с использованием комплиментарно-корреляционного кодирования. Принцип использования такого кодирования в оптической рефлектометрии был предложен в статье [10]. Главное отличие комплиментарных кодов от других состоит в том, что теоретически корреляционная функция последовательности таких импульсов не имеет боковых лепестков, вся ее энергия сосредоточена в центральном пике. В [10] получены выражения для отношения сигнала к шуму для обычного одноимпульсного метода и при использовании кодированной последовательности:As indicated above, the power of the backscattering signal, and hence the dynamic range, is directly proportional to the power and duration of the probe optical pulse, i.e. his energy. In [6], it was proposed to use not single optical pulses, a pseudo-random sequence formed using complimentary correlation coding to increase the useful signal energy. The principle of using such coding in optical reflectometry was proposed in [10]. The main difference between complementary codes from others is that, theoretically, the correlation function of the sequence of such pulses does not have side lobes, all its energy is concentrated in the central peak. In [10], expressions were obtained for the signal-to-noise ratio for the usual single-pulse method and when using the encoded sequence:

Figure 00000010
Figure 00000010

Figure 00000011
Figure 00000011

В этих формулахIn these formulas

N - число усреднений отсчета рефлектограммы;N is the number of averaging counts;

М - длина (количество бит) псевдослучайной последовательности;M is the length (number of bits) of the pseudo-random sequence;

βh - энергия одиночного импульса с учетом формы импульсного отклика оптического приемника рефлектометра;βh is the energy of a single pulse, taking into account the shape of the pulse response of the optical receiver of the reflectometer;

σ - амплитуда шума на выходе оптического приемника рефлектометра.σ is the amplitude of the noise at the output of the optical receiver of the reflectometer.

Из этих равенств видно, что кодирование улучшает отношение сигнала к шуму пропорционально квадратному корню из длины кодированной последовательности.From these equalities it can be seen that coding improves the signal-to-noise ratio in proportion to the square root of the length of the encoded sequence.

В статье [8] описаны экспериментальные результаты измерения температуры многомодового ОВ. В качестве источника излучения рефлектометра использовался полупроводниковый лазер с внешним резонатором. Длина волны лазера 1064 нм, мощность излучения ~20 мВт. С помощью такого прибора было получено разрешение около 0,3°С при измерении ОВ длиной 4 км в течение 10 минут.The paper [8] describes the experimental results of measuring the temperature of a multimode optical waveguide. A semiconductor laser with an external cavity was used as the radiation source of the reflectometer. The laser wavelength is 1064 nm, the radiation power is ~ 20 mW. With the help of such a device, a resolution of about 0.3 ° C was obtained when measuring organic matter with a length of 4 km for 10 minutes.

Чувствительность оптического приемникаOptical receiver sensitivity

Оптимизация чувствительности оптического приемника рефлектометра является важнейшей задачей при проектировании прибора.The optimization of the sensitivity of the optical receiver of an OTDR is the most important task in the design of the device.

На фиг.12 изображена шумовая схема оптического приемника.12 shows a noise circuit of an optical receiver.

Здесь обозначены:Indicated here:

- А - усилитель;- A - amplifier;

- R и С - нагрузочный резистор и паразитная емкость входной цепи;- R and C - load resistor and stray capacitance of the input circuit;

- is - источник тока сигнала, связан с оптической мощностью Р через чувствительность фотодиода S;- is is the signal current source associated with the optical power P through the sensitivity of the photodiode S;

- in - источник шумов, обусловленный паразитными токами во входной цепи ОПр, дробовым шумом фотодиода и тепловым шумом нагрузочного резистора R;- in - noise source due to stray currents in the input circuit of the OPR, shot noise of the photodiode and thermal noise of the load resistor R;

- еа - шум активного усилительного элемента входной цепи.- ea is the noise of the active amplifier element of the input circuit.

Суммарная мощность шума St (А2), приведенная к входу оптического приемника запишется [11]:The total noise power St (A 2 ) reduced to the input of the optical receiver is recorded [11]:

Figure 00000012
Figure 00000012

где z - комплексное сопротивление входной цепи оптического приемника:where z is the complex resistance of the input circuit of the optical receiver:

Figure 00000013
Figure 00000013

При дальнейших расчетах будем предполагать, что все источники шумов являются "белыми".In further calculations, we will assume that all noise sources are “white”.

Для достижения максимального динамического диапазона в оптическом приемнике рефлектометра используется лавинный фотодиод (ЛФД). Поэтому можно считать, что спектральная плотность мощности Sd обусловлена темновым током ЛФД id и дробовым шумом, вызываемым падающим на ЛФД сигналом с оптической мощностью Р:To achieve the maximum dynamic range in the optical receiver of an OTDR, an avalanche photodiode (APD) is used. Therefore, we can assume that the spectral power density Sd is due to the dark current of the APD id and shot noise caused by the incident optical signal P incident on the APD:

Sd=2·e·(In+M2+x(Im+S·P)),Sd = 2 · e · (In + M 2 + x (Im + S · P)),

где е - заряд электрона;where e is the electron charge;

In - неумножаемый темновой ток ЛФД;In is the non-multiplying dark current of the APD;

М - коэффициент лавинного усиления фотодиода;M is the avalanche gain coefficient of the photodiode;

х - коэффициент избыточного шума ЛФД (для германиевых ЛФД х=1, для ЛФД на основе InGaAs х=0.8);x is the coefficient of excess APD noise (for germanium APDs x = 1, for APDs based on InGaAs x = 0.8);

Im - умножаемый темновой ток ЛФД.Im is the multiplied dark current of the APD.

После интегрирования получаем:After integration we get:

Figure 00000014
Figure 00000014

где Ia - входной ток усилителя;where Ia is the input current of the amplifier;

В - полоса пропускания ОПр по уровню 0.5.In - bandwidth ODA at the level of 0.5.

Проведем расчет порогового значения чувствительности Pn оптического приемника, разработанного для измерителя температуры со следующими параметрами:We will calculate the threshold sensitivity value Pn of the optical receiver designed for a temperature meter with the following parameters:

R=10 кОм; С=3 пФ; In=10 нА; Im=2 нА; Ia=750 нА; М=30; ea=8n В/(Гц)1/2; х=0.8; B=15 МГц.R = 10 kΩ; C = 3 pF; In = 10 nA; Im = 2 nA; Ia = 750 nA; M = 30; ea = 8n V / (Hz) 1/2 ; x = 0.8; B = 15 MHz.

При подстановке этих значений величина мощности шума, приведенного ко входу оптического приемника, получается St=1.95·10-16 A2. Отсюда следует, что значение пороговой чувствительности Pn=2.8 нВт, т.е. при таком значении оптической мощности отношение сигнал/шум на выходе оптического приемника составит 1.By substituting these values, the magnitude of the noise power brought to the input of the optical receiver is St = 1.95 · 10 -16 A 2 . It follows that the threshold sensitivity value Pn = 2.8 nW, i.e. with this value of optical power, the signal-to-noise ratio at the output of the optical receiver is 1.

Расчеты, проведенные выше, позволяют определить оптимальные значения основных характеристик прибора - динамического диапазона и чувствительности оптического приемника, что даст возможность повысить точность измерения температуры ОВ.The calculations performed above allow us to determine the optimal values of the main characteristics of the device — the dynamic range and sensitivity of the optical receiver, which will make it possible to increase the accuracy of measuring the temperature of the organic matter.

Структурная схема и конструкция прибораBlock diagram and device design

В результате проведенных исследований был разработан прибор для измерения температуры ММ ОВ.As a result of the research, a device was developed for measuring the temperature of MM OM.

Структурная схема прибора представлена на фиг.13. Прибор содержит:The block diagram of the device shown in Fig.13. The device contains:

- импульсный твердотельный лазер 1 со схемой запуска, предназначенный для генерации зондирующих импульсов с длиной волны излучения 1064 нм;- pulsed solid-state laser 1 with a trigger circuit, designed to generate probe pulses with a radiation wavelength of 1064 nm;

- оптические разветвители (ОР-1 и ОР-2) 2, 3, предназначенные для направления оптических импульсов в измеряемое оптическое волокно, на оптический приемник синхронизации и на оптический демультиплексор;- optical splitters (OP-1 and OP-2) 2, 3, designed to direct optical pulses into the measured optical fiber, to an optical synchronization receiver and to an optical demultiplexer;

- оптический демультиплексор 4, предназначенный для разделения сигналов рэлеевского и рамановского рассеяния;- optical demultiplexer 4, designed to separate the signals of Rayleigh and Raman scattering;

- оптические приемники 5, 6 и 7, предназначенные для регистрации сигналов рэлеевского и рамановского рассеяния (ОПр-Р, ОПр-С и ОПр-А) и сигнала синхронизации (ОПр-синхро);- optical receivers 5, 6 and 7, designed to record the signals of Rayleigh and Raman scattering (OPR-R, OPR-S and OPR-A) and the synchronization signal (OPR-sync);

- катушку оптического волокна ОВ-Т 8, предназначенного для создания опорного оптического сигнала обратного рассеяния;- coil optical fiber OV-T 8, designed to create a reference optical signal backscattering;

- электронный датчик температуры 9 этого оптического волокна;- electronic temperature sensor 9 of this optical fiber;

- блок вычислений 10, предназначенный для первичной обработки измерительной информации;- computing unit 10, designed for primary processing of measurement information;

- блок управления 11, предназначенный для управления процессом измерения и накопления информации;- control unit 11, designed to control the measurement process and the accumulation of information;

- блок интерфейсный 12, предназначенный для связи прибора с персональным компьютером;- interface unit 12, designed to communicate the device with a personal computer;

- импульсный преобразователь напряжения (ИПН) 13, предназначенный для выработки необходимых напряжений для питания блоков прибора.- pulse voltage converter (IPN) 13, designed to generate the necessary voltages to power the units of the device.

Прибор работает следующим образом.The device operates as follows.

Лазер 1 генерирует короткие оптические импульсы лазера с частотой, обеспечивающей измерение ОВ длиной не менее 10 км и определяемой параметрами схемы запуска. Основная мощность лазерных импульсов через оптический разветвитель ОР-1 2 с коэффициентом деления 99:1 поступает на выходной разветвитель ОР-2 3 с коэффициентом деления 50:50, а малая ее часть - на оптический приемник синхронизации ОПр-синхро 5. Выходной электрический сигнал этого приемника 5 служит для синхронизации работы остальных блоков прибора.Laser 1 generates short optical pulses of a laser with a frequency that provides measurement of organic matter with a length of at least 10 km and is determined by the parameters of the trigger circuit. The main power of the laser pulses through the optical splitter OR-1 2 with a division ratio of 99: 1 is fed to the output splitter OR-2 3 with a division ratio of 50:50, and a small part of it is fed to the optical synchronization receiver OPR-sync 5. The output electrical signal of this the receiver 5 is used to synchronize the operation of the remaining blocks of the device.

К выходу разветвителя ОР-2 3 присоединено опорное оптическое волокно ОВ-Т 14 длиной около 300 м. Оно помещено в теплоизолированный кожух, в котором также находится электронный датчик температуры 9. Датчик 9 измеряет температуру ОВ-Т 14, и это значение используется для привязки шкалы измерителя к абсолютным значениям температуры.An optical fiber OV-T 14 with a length of about 300 m is connected to the output of the OR-2 3 splitter. It is placed in a thermally insulated casing, which also contains an electronic temperature sensor 9. A sensor 9 measures the temperature of the OV-T 14, and this value is used for binding meter scale to absolute temperature values.

Выход ОВ-Т 14 является выходом прибора, к нему подключается измеряемое ОВ.The OV-T 14 output is the output of the device, the measured OV is connected to it.

Сигналы обратного рассеяния измеряемого ОВ возвращаются в измеритель и через разветвитель ОР-2 3 поступают на вход оптического демультиплексора 4. В нем происходит разделение сигналов рэлеевского и рамановского рассеяния. Эти сигналы поступают на соответствующие оптические приемники 5-7, преобразуются в электрическую форму и усиливаются. Затем они переводятся в цифровую форму и дополнительно обрабатываются (усредняются, логарифмируются и т.п.) в блоке вычислительном 10.The backscattering signals of the measured OM are returned to the meter and, through the splitter OP-2 3, are fed to the input of the optical demultiplexer 4. In it, the signals of Rayleigh and Raman scattering are separated. These signals are fed to the corresponding optical receivers 5-7, converted into electrical form and amplified. Then they are digitized and further processed (averaged, logarithm, etc.) in the computing unit 10.

Процессор (блок управления 11) управляет работой измерителя. Данные передаются в персональный компьютер, запоминаются в нем и отображаются на экране.The processor (control unit 11) controls the operation of the meter. Data is transferred to a personal computer, stored in it and displayed on the screen.

Внешний вид прибора приведен на фиг.14.The appearance of the device is shown in Fig.14.

На передней панели измерителя расположены:On the front panel of the meter are located:

- выключатель 15 и индикаторный светодиод "Сеть" 16;- switch 15 and indicator LED "Network" 16;

- оптический разъем типа FC/APC 17 для подключения измеряемого ОВ;- Optical connector type FC / APC 17 for connecting the measured OV;

- индикаторный светодиод "Лазер" 18.- LED indicator "Laser" 18.

Оптический разъем закрыт защитным колпачком 19.The optical connector is covered with a protective cap 19.

На задней панели измерителя расположены:On the rear panel of the meter are located:

- разъем 20 для подключения сетевого кабеля питания "~230 В";- connector 20 for connecting a power cable "~ 230 V";

- разъем 21 USB для подключения кабеля интерфейсного для связи прибора с персональным компьютером;- 21 USB connector for connecting an interface cable for connecting the device with a personal computer;

- гнезда предохранителей 22;- fuse socket 22;

- клемма заземления 23.- ground terminal 23.

Для обеспечения возможности выполнения измерений с прибором было разработано программное обеспечение (ПО), позволяющее управлять измерительным модулем с персонального компьютера под управлением ОС Windows XP через USB интерфейс, основываясь на низкоуровневой системе команд. Система команд позволяет устанавливать необходимые параметры измерения и считывать результаты в режиме реального времени. В результате выполнения алгоритма согласно методике измерений (см. фиг.15) на экране отображается график зависимости температуры от расстояния (см. фиг.16), построенный по точкам с установленным пространственным разрешением.To ensure the possibility of taking measurements with the device, software was developed that allows you to control the measuring module from a personal computer running Windows XP through a USB interface, based on a low-level command system. The command system allows you to set the necessary measurement parameters and read the results in real time. As a result of the execution of the algorithm according to the measurement procedure (see Fig. 15), a graph of the temperature versus distance (see Fig. 16) is plotted on the screen, and it is plotted using points with a fixed spatial resolution.

Согласно своему назначению, разрабатываемый продукт должен иметь возможность диагностики большого количества потенциально опасных объектов, расположенных вдоль многомодового оптического волокна. После того как получены положительные результаты в измерении температуры непрерывно вдоль всего оптического волокна (в произвольном (точечном) месте, часть 1), необходимо было разработать методику и программный алгоритм, позволяющий контролировать параметры дискретных объектов (участков) (заранее известных и заданных для температурного анализа) - см. фиг.17.According to its purpose, the developed product should be able to diagnose a large number of potentially dangerous objects located along a multimode optical fiber. After the positive results were obtained in the temperature measurement continuously along the entire optical fiber (in an arbitrary (point) place, part 1), it was necessary to develop a methodology and software algorithm to control the parameters of discrete objects (sections) (previously known and set for temperature analysis ) - see Fig. 17.

Для того чтобы программа выводила значения температуры (максимальной, минимальной или некоторой средней расчетной) сразу в цифровом виде (не аналоговом, т.е. просто в виде графика), необходимо указать участки, на которые воздействуют температурные поля интересующих объектов. В этом случае непрерывный мониторинг объектов может осуществляться оптимальным образом.In order for the program to display the temperature values (maximum, minimum or some average calculated value) immediately in digital form (not analog, i.e. simply in the form of a graph), it is necessary to indicate the areas affected by the temperature fields of the objects of interest. In this case, continuous monitoring of objects can be carried out in an optimal way.

Ввиду того, что воздействие температурного поля объекта по длине участка не равномерно для расчета весовых коэффициентов значений температуры для каждой точки участка, применяется распределение Гаусса (см. фиг.18)Due to the fact that the influence of the temperature field of the object along the length of the plot is not uniform for calculating the weight coefficients of temperature values for each point of the plot, a Gaussian distribution is applied (see Fig. 18)

Figure 00000015
Figure 00000015

Тогда распределение температуры по длине ОВ будет описываться выражениемThen the temperature distribution along the length of the OM will be described by the expression

Figure 00000016
Figure 00000016

Поэтому алгоритм мониторинга участков может иметь вид, показанный на фиг.19.Therefore, the site monitoring algorithm may have the form shown in FIG. 19.

Основные технические характеристики прибораMain technical characteristics of the device

Режимы работы:Operating modes:

- анализатор температуры;- temperature analyzer;

- рефлектометр.- reflectometer.

Длина волны зондирующего оптического импульса - (1064±10) нм.The wavelength of the probe optical pulse is (1064 ± 10) nm.

Тип оптического разъема - FC/APC.The type of optical connector is FC / APC.

Максимальная длина измеряемого OB - 10 км.The maximum length of the measured OB is 10 km.

Технические характеристики в режиме анализатора температуры.Technical specifications in temperature analyzer mode.

Диапазон измеряемых температур - от 0°С до плюс 250°С (диапазон температур определяется собственной температурной прочностью оптических волокон и кабелей).The range of measured temperatures is from 0 ° С to plus 250 ° С (the temperature range is determined by the intrinsic temperature strength of optical fibers and cables).

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения температуры MM OB в рабочих условиях применения соответствуют таблице 1.Limits of permissible absolute error of temperature measurement MM OB under operating conditions of use correspond to table 1.

Таблица 1Table 1 Максимальное расстояние при измерении температуры, кмThe maximum distance when measuring temperature, km Погрешность измерения температуры, °СTemperature measurement error, ° С 1one 0,50.5 33 0,80.8 1010 1,51,5

Пределы допускаемой абсолютной погрешности определения координаты до точки измерения температуры - не более ±3,0 м.Limits of permissible absolute error in determining the coordinate to the point of temperature measurement - not more than ± 3.0 m.

Технические характеристики в режиме рефлектометра.Specifications in OTDR mode.

Диапазон измеряемых расстояний - 12 км.The range of measured distances is 12 km.

Длительность зондирующих оптических импульсов - 3 нс.The duration of the probe optical pulses is 3 ns.

Пределы допускаемой абсолютной погрешности измерения расстояния составляют:The limits of permissible absolute error of distance measurement are:

ΔL=±(dL+3·10-5·L),ΔL = ± (dL + 3 · 10 -5 · L),

где dL - разрешение (интервал дискретизации сигнала обратного рассеяния), равное 2,5 м;where dL is the resolution (sampling interval of the backscatter signal) equal to 2.5 m;

L - измеряемое расстояние, м.L is the measured distance, m

Динамический диапазон измерения затухания в дБ при отношении сигнал/шум, равном 1 (ОСШ=1) и числе усреднений 128 соответствует таблице 2.The dynamic range of attenuation measurement in dB at a signal-to-noise ratio of 1 (SNR = 1) and the number of averagings is 128 corresponds to table 2.

Таблица 2.Table 2. Динамический диапазон, дБDynamic range, dB Сигнал рэлеевского рассеянияRayleigh scattering signal не менее 27not less than 27 Сигнал стоксовой компоненты рамановского рассеянияSignal of the Stokes component of Raman scattering не менее 23not less than 23 Сигнал антистоксовой компоненты рамановского рассеянияSignal of the anti-Stokes component of Raman scattering не менее 24not less than 24

Нелинейность шкалы затухания должна быть не более ±0,05 дБ/дБ.The nonlinearity of the attenuation scale should be no more than ± 0.05 dB / dB.

Питание измерителя осуществляется от сети переменного тока с напряжением (230±23) В и частотой (50,0±0,4) Гц.The meter is powered from an AC network with a voltage of (230 ± 23) V and a frequency of (50.0 ± 0.4) Hz.

Габариты измерителя - 478×362×107 мм.The dimensions of the meter are 478 × 362 × 107 mm.

Масса измерителя - 5 кг.The mass of the meter is 5 kg.

На фиг.20 приведена фотография прибора с катушкой опто-волоконного кабеля.In Fig.20 shows a photograph of the device with a coil of fiber optic cable.

На фиг.21 приведена блок-схема измерительного алгоритма.On Fig shows a block diagram of a measuring algorithm.

Технические и эксплуатационные характеристики разработанной аппаратуры и предлагаемого способа контроля приведены в таблице 3.Technical and operational characteristics of the developed equipment and the proposed control method are shown in table 3.

Таблица 3.Table 3. Эксплуатационно-технические характеристикиPerformance Specifications п/пp / p Наименование характеристикиName of characteristic ЗначениеValue 22 33 Количество обслуживающего персоналаNumber of staff 1 человек (оператор, предусмотрен режим автоматического мониторинга)1 person (operator, automatic monitoring mode is provided) Общий вес технических средствThe total weight of hardware Вес электронного блока до 5 кгElectronic unit weight up to 5 kg Кабель-сенсор длиной до 15 км, весом не более 30 кг/кмSensor cable up to 15 km long, weighing no more than 30 kg / km Контролируемые и диагностируемые объектыMonitored and diagnosed objects Шахты, тоннели, склады, трубопроводы, нефте- и газохранилища, энергетическое и электрическое оборудование, промышленное оборудование, объекты природопользования и экологии, строительные объекты, инженерные коммуникации и сооружения, потенциально опасное оборудованиеMines, tunnels, warehouses, pipelines, oil and gas storages, power and electrical equipment, industrial equipment, environmental and environmental facilities, construction sites, utilities and structures, potentially hazardous equipment Вид регистрируемойType of registered - Температурное распределение по кабелю-сенсору,- Temperature distribution over the sensor cable,

п/пp / p Наименование характеристикиName of characteristic ЗначениеValue 22 33 информации в полевых условиях (условиях реальной эксплуатации объекта без вывода его из режима эксплуатации)information in the field (the conditions of the actual operation of the facility without taking it out of operation) температурные поля,temperature fields - Места утечки теплоносителей- Locations of coolant leakage - температурные параметры в контрольных (реперных) точках.- temperature parameters in control (reference) points. Результаты контроляControl results - реальное техническое состояние и остаточный ресурс потенциально опасных объектов- the actual technical condition and residual life of potentially dangerous objects - качество (отсутствие дефектов сплошности и структуры) материалов,- quality (absence of continuity and structure defects) of materials, - безопасность и надежность конструкций,- safety and reliability of structures, - энергоэффективность конструкций- energy efficiency of structures

Экспериментальные исследования способа контроля с использованием разработанной аппаратуры проводились на участке теплотрассы (трубопровода) протяженностью 8 км.Experimental studies of the control method using the developed equipment were carried out on a section of a heating main (pipeline) with a length of 8 km.

В соответствии с предлагаемым способом и разработанной аппаратурой проводился мониторинг технического состояния теплоизоляции трубопровода в течение 3 лет.In accordance with the proposed method and the developed equipment, the technical state of the pipeline thermal insulation was monitored for 3 years.

Одновременно один раз в год осуществлялся тепловой контроль и диагностика технического состояния трубопровода в соответствии со способом, принятым в качестве прототипа. В качестве измерительной аппаратуры использовался тепловизор фирмы FLIR, размещенный на вертолете. Регистрация результатов в виде видеоизображений температурных полей (в режиме видеофильма) осуществлялась в память ЭВМ.At the same time, once a year, thermal control and diagnostics of the technical condition of the pipeline were carried out in accordance with the method adopted as a prototype. A FLIR thermal imager located on a helicopter was used as measuring equipment. The results were recorded in the form of video images of temperature fields (in the video mode) in computer memory.

Результаты контроля качества теплоизоляции по заявляемому способу в виде температурного профиля на участке трубопровода протяженностью 450 м приведены на фиг.22. Из приведенного чертежа ясно видны три дефекта нарушения качества теплоизоляции, которые вызвали локальное повышение температуры на 8-10 град.The results of the quality control of thermal insulation according to the claimed method in the form of a temperature profile on a 450 m pipeline section are shown in FIG. From the drawing, three defects of violation of the quality of thermal insulation, which caused a local temperature increase of 8-10 degrees, are clearly visible.

На фиг.23 приведен интерфейс оператора в процессе проведения экспериментальных исследований по заявляемому способу, который в оперативном режиме позволяет провести экспресс-анализ дефектных участков.In Fig.23 shows the operator interface in the process of conducting experimental studies by the claimed method, which in the online mode allows for rapid analysis of defective areas.

На фиг.24, в качестве примера, приведен фрагмент видеоизображения температурного поля поверхности земли в районе контролируемого трубопровода, полученного в результате теплового контроля по способу, принятому в качестве прототипа.On Fig, as an example, shows a fragment of a video image of the temperature field of the earth's surface in the region of the controlled pipeline, obtained as a result of thermal control by the method adopted as a prototype.

По результатам контроля определяют ориентировочную толщину теплозащитного слоя вдоль контролируемого объекта от времени по формулеAccording to the results of the control, the approximate thickness of the heat-protective layer along the controlled object from time to time is determined by the formula

δ(x,t)=X(Твнутр(t)-T(x,t))/q0 δ (x, t) = X (T int (t) -T (x, t)) / q 0

По определенному значению толщины теплозащитного слоя определяют техническое состояние трубопровода и величину потерь передаваемой энергии.The technical condition of the pipeline and the amount of loss of transmitted energy are determined by a certain value of the thickness of the heat-shielding layer.

Figure 00000017
Figure 00000017

Здесь δmin - минимальная допустимая толщина слоя теплоизоляции на поверхности трубопровода.Here δ min - the minimum allowable thickness of the insulation layer on the surface of the pipeline.

Величина повышенных (сверхнормативных) теплопотерь определяется следующим образом:The magnitude of the increased (excess) heat loss is determined as follows:

Δq=λ[(Твнутр(t)-T(x,t))/δmin-(Твнутр(t)-T(x,t))/δ(х,t)].Δq = λ [(T int (t) -T (x, t)) / δ min - (T int (t) -T (x, t)) / δ (x, t)].

Результаты сравнительного анализа результатов экспериментальных исследований предлагаемого способа и способа, принятого в качестве прототипа, на одном и том же объекте приведены в таблице 4.The results of a comparative analysis of the results of experimental studies of the proposed method and the method adopted as a prototype on the same object are shown in table 4.

Figure 00000018
Figure 00000018

Экспериментальные исследования показали, что предлагаемый способ теплового неразрушающего контроля (мониторинга) технического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа на основе обратного рамановского рассеяния в стандартных одномодовых и многомодовых оптических волокнах обеспечивает:Experimental studies have shown that the proposed method of thermal non-destructive testing (monitoring) of the technical condition of extended, complex and hard-to-reach objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access based on backward Raman scattering in standard single-mode and multimode optical fibers provides:

1. Повышение объективности, достоверности результатов теплового контроля технического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа, в т.ч. обеспечение достоверности результатов контроля не менее 0,98.1. Improving the objectivity, reliability of the results of thermal control of the technical condition of extended, complex and inaccessible objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access, including ensuring the reliability of control results of at least 0.98.

2. Расширение области применения для различных классов объектов и условий проведения контроля, в т.ч.2. The expansion of the scope for various classes of objects and conditions for the control, including

- обеспечение проведения контроля без условий свободного доступа к поверхности земли, где расположен контролируемый объект,- ensuring control without conditions of free access to the surface of the earth where the controlled object is located,

- повышения помехозащищенности за счет исключения влияния качества поверхности земли при подземном расположении трубопровода и т.п.,- increase noise immunity due to the exclusion of the influence of the quality of the surface of the earth with the underground location of the pipeline, etc.,

- повышение производительности контроля, обеспечения производительности контроля не менее 10 км протяженности трубопровода за 2-3 мин в течение не менее 15-20 лет.- increasing the control performance, ensuring control performance of at least 10 km of the pipeline length in 2-3 minutes for at least 15-20 years.

3. Снижение затрат на проведения контроля за счет исключения использования перемещающихся узлов и блоков системы контроля.3. Reducing the cost of control by eliminating the use of moving nodes and blocks of the control system.

4. Возможность проведения теплового контроля качества и дефектометрии трубопроводов, расположенных в полых коробах.4. The ability to conduct thermal quality control and defectometry of pipelines located in hollow ducts.

5. Значительно большую оперативность и производительность контроля.5. Significantly more responsiveness and control performance.

6. В десятки раз меньшую стоимость проведения контроля.6. Ten times lower cost of control.

7. Возможность выявления меньших по размеру дефектов (ориентировочно, в 10 раз).7. The ability to detect smaller defects (approximately 10 times).

Изобретение имеет следующие преимущества:The invention has the following advantages:

1. Повышение объективности, достоверности результатов теплового контроля технического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов (например, трубопроводов и теплотрасс) в условиях ограниченного доступа, в т.ч. обеспечение достоверности результатов контроля не менее 0,98.1. Improving the objectivity, reliability of the results of thermal control of the technical condition of extended, complex and inaccessible objects (for example, pipelines and heating mains) in conditions of limited access, including ensuring the reliability of control results of at least 0.98.

2. Расширение области применения для различных классов объектов и условий проведения контроля, в т.ч.2. The expansion of the scope for various classes of objects and conditions for the control, including

- обеспечение проведения контроля без условий свободного доступа к поверхности земли, где расположен контролируемый объект,- ensuring control without conditions of free access to the surface of the earth where the controlled object is located,

- повышения помехозащищенности за счет исключения влияния качества поверхности земли при подземном расположении трубопровода и т.п.,- increase noise immunity due to the exclusion of the influence of the quality of the surface of the earth with the underground location of the pipeline, etc.,

- повышение производительности контроля, обеспечения производительности контроля не менее 10 км протяженности трубопровода за 2-3 мин в течение не менее 15-20 лет.- increasing the control performance, ensuring control performance of at least 10 km of the pipeline length in 2-3 minutes for at least 15-20 years.

3. Снижение затрат на проведения контроля за счет исключения использования перемещающихся узлов и блоков системы контроля.3. Reducing the cost of control by eliminating the use of moving nodes and blocks of the control system.

4. Возможность проведения теплового контроля качества и дефектометрии трубопроводов, расположенных в полых коробах.4. The ability to conduct thermal quality control and defectometry of pipelines located in hollow ducts.

5. Значительно большую оперативность и производительность контроля.5. Significantly more responsiveness and control performance.

6. В десятки раз меньшую стоимость проведения контроля.6. Ten times lower cost of control.

7. Возможность выявления меньших по размеру дефектов (ориентировочно, в 10 раз).7. The ability to detect smaller defects (approximately 10 times).

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИINFORMATION SOURCES

1. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников: Пер.с англ. / Под. ред. Э.Удда. - М.: Техносфера, 2008. - 520 с.1. Fiber optic sensors. Introductory course for engineers and scientists: Transl. From English. / Under. ed. E. Udda. - M .: Technosphere, 2008 .-- 520 p.

2. Листвин А.В., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон. - М.: ЛЕСАРарт, 2005. - 208 с.2. Listvin A.V., Listvin V.N. Reflectometry of optical fibers. - M .: LESARart, 2005 .-- 208 p.

3. Wait P.C., Souza K De, Newson T.P. A theoretical comparison of spontaneous Raman and Brillouin based fibre optic distributed temperature sensors Opt. Commun. 1997, V.144 (1-3), p.17-23.3. Wait P.C., Souza K De, Newson T.P. A theoretical comparison of spontaneous Raman and Brillouin based fiber optic distributed temperature sensors Opt. Commun. 1997, V.144 (1-3), p.17-23.

4. Григорьянц В.В., Чаморовский Ю.К. Диагностика волоконных световодов и оптических кабелей методом обратного рассеяния // Итоги науки и техники, ВИНИТИ, серия "Радиотехника", 1982 г., т.29, с.47-79.4. Grigoryants VV, Chamorovsky Yu.K. Diagnostics of fiber optical fibers and optical cables by the backscattering method // Itogi Nauki i Tekhniki, VINITI, Radiotekhnika series, 1982, v.29, p. 47-79.

5. Hartog A.H., Gold M.P. On the theory of backscattering in single-mode optical fibers - Journal of Lightwave Technology, 1984, V.LT-2, №.2, p.76-82.5. Hartog A.H., Gold M.P. On the theory of backscattering in single-mode optical fibers - Journal of Lightwave Technology, 1984, V. LT-2, No. 2, p. 76-82.

6. Soto M.A., Sahu P.K., Faralli S. et al. High performance and highly reliable Raman-based distributed temperature sensors based on correlation-coded OTDR and multimode graded-index fibers - Proc. of SPIE, 2007, V.6619, p.66193B-1-66193B-4.6. Soto M.A., Sahu P.K., Faralli S. et al. High performance and highly reliable Raman-based distributed temperature sensors based on correlation-coded OTDR and multimode graded-index fibers - Proc. of SPIE, 2007, V.6619, p.66193B-1-66193B-4.

7. GR-196-Core. Generic requirements for optical time domain reflectometer (OTDR) - type equipment.: Bellcore, December 1998.7. GR-196-Core. Generic requirements for optical time domain reflectometer (OTDR) - type equipment .: Bellcore, December 1998.

8. Farahani M.A., Gogolla T. Spontaneous Raman Scattering in Optical Fibers with Modulated Probe Light for Distributed Temperature Raman Remote Sensing - Journal of Lightwave Technologies, 1999, V.17, №.8, p.1379-1391.8. Farahani M.A., Gogolla T. Spontaneous Raman Scattering in Optical Fibers with Modulated Probe Light for Distributed Temperature Raman Remote Sensing - Journal of Lightwave Technologies, 1999, V.17, No. 8, p. 1339-1391.

9. Corning InfiniCor 50 µm optical fibers. Product information. http://www.corning.com/docs/opticalfiber/pil457.pdf9. Corning InfiniCor 50 µm optical fibers. Product information. http://www.corning.com/docs/opticalfiber/pil457.pdf

10. Nazarathy M., Newton S.A., Giffard R.F. et al. Real-time long range complementary correlation optical time domain reflectometer - Journal of Lightwave Technology, 1989, V.7, №1, p.24-37.10. Nazarathy M., Newton S.A., Giffard R.F. et al. Real-time long range complementary correlation optical time domain reflectometer - Journal of Lightwave Technology, 1989, V.7, No. 1, p.24-37.

11. Personic S.D. Receiver design for digital fiber optic communication systems - The Bell System Technical Journal, 1973, V.52, No.6.11. Personic S.D. Receiver design for digital fiber optic communication systems - The Bell System Technical Journal, 1973, V.52, No.6.

Claims (3)

1. Способ теплового неразрушающего контроля теплотехнического состояния протяженных, сложнопрофильных и труднодоступных объектов, заключающийся в том, что выполняют следующие операции:
по поверхности теплоизоляции объекта прокладывают одномодовую или многомодовую оптоволоконную линию, максимальная допустимая температура нагрева которой составляет 200-250°С,
измеряют температуру Твнутр(ti) теплопроводной жидкости, протекающей внутри объекта в течение времени ti,
измеряют тепловой поток q0 участка объекта, имеющего качественную, принимаемую за эталонную теплоизоляцию,
измеряют температуру изоляции T(x,t) в дискретных точках по длине оптоволоконной линии,
формируют матрицу измерений температуры, располагая в столбцах значения температуры в одной точке поверхности теплозащитного слоя объекта, измеренные в разное время, а в строках - значения температуры, полученные в разных точках по длине объекта одновременно:
Figure 00000019

определяют матрицу толщин теплозащитного слоя вдоль контролируемого объекта от времени
Figure 00000020

при этом элементы матрицы определяют в соответствии с формулой
δ(j,i)=λ(Твнутр(ti)-T(j,i))/q0,
и по определенному значению толщины теплозащитного слоя определяют техническое состояние трубопровода и величину потерь передаваемой энергии, где λ - коэффициент теплопроводности материала теплоизоляции.
1. The method of thermal non-destructive testing of the thermal state of extended, complex and hard-to-reach objects, which consists in the following operations being performed:
a single-mode or multi-mode fiber optic line is laid on the surface of the thermal insulation of the object, the maximum permissible heating temperature of which is 200-250 ° C,
measure the temperature T int (t i ) of the heat-conducting fluid flowing inside the object for a time t i ,
measure the heat flux q 0 of the site of the object having high-quality, taken as a reference thermal insulation,
measure the insulation temperature T (x, t) at discrete points along the length of the fiber optic line,
form a matrix of temperature measurements, arranging in the columns the temperature values at one point on the surface of the heat-protective layer of the object, measured at different times, and in the rows - the temperature values obtained at different points along the length of the object at the same time:
Figure 00000019

determine the matrix of thicknesses of the heat-protective layer along the controlled object from time to time
Figure 00000020

the elements of the matrix are determined in accordance with the formula
δ (j, i) = λ (T int (t i ) -T (j, i)) / q 0 ,
and the technical condition of the pipeline and the amount of loss of transmitted energy, where λ is the coefficient of thermal conductivity of the insulation material, are determined from a certain value of the thickness of the heat-insulating layer.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что температуру теплоизоляции измеряют прибором, включающим импульсный твердотельный лазер со схемой запуска, оптический демультиплексор, предназначенный для разделения сигналов рэлеевского и рамановского рассеяния; оптические приемники, предназначенные для регистрации сигналов рэлеевского и рамановского рассеяния и сигнала синхронизации, оптические разветвители, предназначенные для направления оптических импульсов в измеряемое оптическое волокно, на оптический приемник сигнала синхронизации и на оптический демультиплексор; катушку оптического волокна, предназначенного для создания опорного оптического сигнала обратного рассеяния; электронный датчик температуры оптического волокна; блок вычислений, предназначенный для первичной обработки измерительной информации; блок управления, предназначенный для управления процессом измерения и накопления информации; блок интерфейсный, предназначенный для связи прибора с персональным компьютером, и импульсный преобразователь напряжения, предназначенный для выработки напряжений для питания блоков прибора.2. The method according to claim 1, characterized in that the thermal insulation temperature is measured by a device including a pulsed solid-state laser with a trigger circuit, an optical demultiplexer, designed to separate the Rayleigh and Raman scattering signals; optical receivers for detecting Rayleigh and Raman scattering signals and a synchronization signal, optical splitters for directing optical pulses into a measured optical fiber, an optical receiver of a synchronization signal, and an optical demultiplexer; an optical fiber coil for generating a backscatter reference optical signal; electronic optical fiber temperature sensor; a calculation unit for primary processing of measurement information; a control unit for controlling the measurement process and the accumulation of information; an interface unit, designed to connect the device with a personal computer, and a pulse voltage converter, designed to generate voltages to power the units of the device. 3. Способ по п.2, отличающийся тем, что используют импульсный твердотельный лазер, генерирующий зондирующие импульсы с длиной волны излучения 1064 нм. 3. The method according to claim 2, characterized in that they use a pulsed solid-state laser that generates probing pulses with a radiation wavelength of 1064 nm.
RU2010109049/28A 2010-03-12 2010-03-12 Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects RU2428682C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109049/28A RU2428682C1 (en) 2010-03-12 2010-03-12 Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010109049/28A RU2428682C1 (en) 2010-03-12 2010-03-12 Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2428682C1 true RU2428682C1 (en) 2011-09-10

Family

ID=44757705

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010109049/28A RU2428682C1 (en) 2010-03-12 2010-03-12 Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2428682C1 (en)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533321C1 (en) * 2013-06-28 2014-11-20 Антон Андреевич Бекаревич Method for adaptive forecasting of residual operating life of complex objects, and device for its implementation
RU2562141C2 (en) * 2013-11-12 2015-09-10 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО ПГУТИ) Method of measurement of excessive length of fibre optic in optic module of optic cable during climatic tests
RU2724135C2 (en) * 2017-07-05 2020-06-22 Товарищество с ограниченной ответственностью "GN Energy" Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units
RU2771267C1 (en) * 2021-03-22 2022-04-29 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" Method for automatic control of heat losses of recuperative heat exchangers at low-temperature gas separation plants operated in the north of the russian federation
RU2773869C1 (en) * 2021-07-12 2022-06-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Method for assessing the residual life of setting, taking into account operating conditions

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Будадин О.Н., Потапов А.И., Колганов В.И. и др. Тепловой неразрушающий контроль изделий. - М.: Наука, 2002, с.476. *

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2533321C1 (en) * 2013-06-28 2014-11-20 Антон Андреевич Бекаревич Method for adaptive forecasting of residual operating life of complex objects, and device for its implementation
RU2562141C2 (en) * 2013-11-12 2015-09-10 Федеральное государственное образовательное бюджетное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ФГОБУ ВПО ПГУТИ) Method of measurement of excessive length of fibre optic in optic module of optic cable during climatic tests
RU2724135C2 (en) * 2017-07-05 2020-06-22 Товарищество с ограниченной ответственностью "GN Energy" Method for determination of residual life of thermal enclosures of high-temperature units
RU2771267C1 (en) * 2021-03-22 2022-04-29 Общество с ограниченной ответственностью "Газпром добыча Ямбург" Method for automatic control of heat losses of recuperative heat exchangers at low-temperature gas separation plants operated in the north of the russian federation
RU2773869C1 (en) * 2021-07-12 2022-06-14 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Омский государственный технический университет" Method for assessing the residual life of setting, taking into account operating conditions

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Bao et al. Recent development in the distributed fiber optic acoustic and ultrasonic detection
Li et al. Long-range Raman distributed fiber temperature sensor with early warning model for fire detection and prevention
US8428902B2 (en) System and method for measuring fiber temperatures using OTDR measurements
Fernandez et al. Radiation-tolerant Raman distributed temperature monitoring system for large nuclear infrastructures
Zhang et al. Analysis and reduction of large errors in Rayleigh-based distributed sensor
CN109595470B (en) Distributed pipeline detection method
Lu et al. Numerical modeling of Fcy OTDR sensing using a refractive index perturbation approach
Shatarah et al. Distributed temperature sensing in optical fibers based on Raman scattering: theory and applications
RU2428682C1 (en) Method for thermal nondestructive inspection of thermal-technical state of long, non-uniform and hard-to-reach objects
Dang et al. Simultaneous distributed vibration and temperature sensing using multicore fiber
Li et al. R-DTS with heat transfer functional model for perceiving the surrounding temperature
Clément et al. B-OTDR solution for independent temperature and strain measurement in a single acquisition
Jahnert et al. Optical fiber serpentine arrangements for vibration analysis using distributed acoustic sensing
Li et al. Temperature and crack measurement using distributed optic-fiber sensor based on Raman loop configuration and fiber loss
Datta et al. Challenges and opportunities in distributed anti-Stokes Raman thermometry
CN115372749B (en) Monitoring method, system, equipment and storage medium of power transmission line
CN107631814B (en) Optical self-coherent sensing optical path structure, frequency shift change detection method and sensing device
Liu et al. Design of distributed fiber optical temperature measurement system based on Raman scattering
Ohno et al. Reduction of the effect of temperature in a fiber optic distributed sensor used for strain measurements in civil structures
Neves et al. Optimising the design, cost, and performance of a distributed humidity and temperature fibre sensor
Gunday et al. Analysis of effects of Young modulus variations on Brillouin power and Brillouin frequency shift changes in optical fibers
GÜNDAY Computational analysis of the core refractive index dependenciesof Brillouin frequency shift and Brillouin power change in Brillouin coherent detection based distributed sensing systems
Liehr et al. Distributed perfluorinated POF strain sensor using OTDR and OFDR techniques
Marcus et al. Real-time distributed fiber-optic temperature sensing in the process environment
Jiang et al. Development of distributed temperature sensor based on single-mode fiber

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20120313