RU2729376C1 - Способ определения деформации и соответствующее оборудование - Google Patents
Способ определения деформации и соответствующее оборудование Download PDFInfo
- Publication number
- RU2729376C1 RU2729376C1 RU2019143811A RU2019143811A RU2729376C1 RU 2729376 C1 RU2729376 C1 RU 2729376C1 RU 2019143811 A RU2019143811 A RU 2019143811A RU 2019143811 A RU2019143811 A RU 2019143811A RU 2729376 C1 RU2729376 C1 RU 2729376C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- bragg
- grating
- deformation
- bragg grating
- optical fiber
- Prior art date
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 18
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 139
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 23
- 238000001816 cooling Methods 0.000 claims description 35
- 238000012546 transfer Methods 0.000 claims description 16
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims description 13
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 9
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims description 9
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims description 9
- 239000003566 sealing material Substances 0.000 claims description 8
- 239000000853 adhesive Substances 0.000 claims description 4
- 230000001070 adhesive effect Effects 0.000 claims description 4
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 claims description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000003292 glue Substances 0.000 description 7
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 5
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 4
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 3
- 239000002966 varnish Substances 0.000 description 3
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 2
- 229910001220 stainless steel Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000010935 stainless steel Substances 0.000 description 2
- 229910001018 Cast iron Inorganic materials 0.000 description 1
- 240000005561 Musa balbisiana Species 0.000 description 1
- 235000018290 Musa x paradisiaca Nutrition 0.000 description 1
- 238000004873 anchoring Methods 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 239000011449 brick Substances 0.000 description 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000009749 continuous casting Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 238000005246 galvanizing Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 238000007747 plating Methods 0.000 description 1
- 229920001296 polysiloxane Polymers 0.000 description 1
- 230000002028 premature Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 239000011378 shotcrete Substances 0.000 description 1
- 229920002379 silicone rubber Polymers 0.000 description 1
- 239000004945 silicone rubber Substances 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
- G01L1/242—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre
- G01L1/246—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet the material being an optical fibre using integrated gratings, e.g. Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/26—Auxiliary measures taken, or devices used, in connection with the measurement of force, e.g. for preventing influence of transverse components of force, for preventing overload
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/08—Testing mechanical properties
- G01M11/083—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT]
- G01M11/085—Testing mechanical properties by using an optical fiber in contact with the device under test [DUT] the optical fiber being on or near the surface of the DUT
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Light Guides In General And Applications Therefor (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
- Blast Furnaces (AREA)
- Optical Transform (AREA)
- Investigating Strength Of Materials By Application Of Mechanical Stress (AREA)
- Optical Fibers, Optical Fiber Cores, And Optical Fiber Bundles (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способу определения деформации оборудования, контактирующего с горячим материалом, а также к оборудованию, контактирующему с горячим материалом, оснащенным средством для определения деформации вдоль первого направления. Заявленный способ определения деформации вдоль первого направления оборудования, контактирующего с горячим материалом и содержащего внутреннюю поверхность, контактирующую с горячим материалом, и внешнюю поверхность, противоположную внутренней поверхности, содержит этапы, на которых на внешней поверхности обеспечивают наличие: по меньшей мере одного первого оптического волокна, установленного вдоль первого направления и содержащего по меньшей мере две первые брэгговские решетки, имеющие разные периоды решетки для отражения фотонов с разными брэгговскими длинами волн, и по меньшей мере двух вторых оптических волокон, установленных вдоль по меньшей мере одного второго направления, которое пересекает указанное первое оптическое волокно в точке пересечения, находящейся в окрестности одной из указанных первых брэгговских решеток, и каждое из которых в окрестности указанной точки пересечения содержит вторую брэгговскую решетку, имеющую период решетки для отражения фотонов с брэгговой длиной волны. Затем вводят фотоны с длинами волн, принадлежащими к группе длин волн, содержащей все указанные брэгговские длины волн, в соответствующие первые концы указанных первых и вторых оптических волокон, определяют длину волны фотонов, отраженных соответствующей первой или второй брэгговской решеткой, и определяют деформацию оборудования вдоль указанного первого направления на основе соответствующих пар, каждая из которых содержит измеренную длину λR волны и соответствующую брэгговскую длину λB волны. Технический результат - обеспечение возможности определения и отслеживания деформаций оборудования. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 6 ил.
Description
Изобретение относится к способу определения деформации оборудования, контактирующего с горячим материалом, и к соответствующему оборудованию.
Как известно специалисту в данной области техники, некоторое оборудование содержит внутреннюю (или горячую) поверхность, контактирующую с горячим материалом, и внешнюю (или холодную) поверхность, противоположную этой внутренней поверхности. Это, в частности, относится к доменной печи, которая обычно содержит внутреннюю стенку, частично покрытую оборудованием, формирующим охлаждающие пластины (или листы). В остальной части текста термин охлаждающие пластины или листы будет использоваться одинаково.
Например, в случае охлаждающей пластины внутренняя поверхность может содержать ребра, параллельные между собой, и канавки, также параллельные между собой и разделяющие два соседних ребра, которые обеспечивают крепление огнеупорного кирпича, торкретирующего или футерующего, или аккреционного слоя внутри доменной печи. Охлаждающая пластина также оснащена охлаждающими трубками, распространяющимися по всей внешней поверхности листа, чтобы держать его охлажденным во время работы.
Этот корпус листа подвергается деформациям вследствие дифференциального расширения, связанного с креплением листа к стенке доменной печи и тепловыми ограничениями, которым подвергается лист. Эти деформации, которые увеличиваются со временем, в основном приводят к искривлению (или изгибу) в вертикальном сечении, что часто называют “эффектом банана”. Величина этой кривизны может варьироваться от места к месту в одном и том же листе.
Деформации листа могут вызвать выступание части листа в печь, по которой преимущественно будут ударять материалы, загружаемые в печь. Это вызовет преждевременный износ листа и может привести к поломке стенки печи, которая больше не будет защищена. Таким образом, было бы полезно отслеживать деформации листа, чтобы заменить его, если величина его деформаций достигает заданного порога.
Но такой мониторинг выполнить очень трудно из-за очень ограничивающего окружения, а также из-за отсутствия доступного пространства на или в листе и, в более широком смысле, в оборудовании, подвергнутом горячим условиям на его внутренней поверхности.
В документе DE 10 2008 059856 описан датчик давления для определения с высокой надежностью и точностью распределения давления по поверхности. Этот датчик содержит по меньшей мере одно оптическое волокно, содержащее несколько волоконных решеток, причем эти решетки деформируются в соответствии с давлением, оказываемым на поверхность, на которой они расположены. Этот датчик не позволяет определять и отслеживать деформацию оборудования.
В документе US 2011/0144790 описаны системы и способы отслеживания тепловых условий в узлах обработки материалов, таких как реакторы с повышенной температурой. Оптические волокна размещают в каналах, сформированных или установленных в стенках печи, и используют в качестве тепловых датчиков. Эта система и способ не позволяют определять и отслеживать деформацию оборудования.
В документе US2009/285521 описан волоконно-оптический датчик для обнаружения напряжений с оптическим волокном, которое включает в себя множество решеток для отражения световых лучей, имеющих определенные длины волн. Этот датчик не позволяет определять и отслеживать деформацию оборудования.
Таким образом, цель изобретения заключается том, чтобы обеспечить возможность определения и отслеживания деформаций оборудования.
С этой целью изобретение относится к способу отслеживания деформации вдоль первого направления оборудования, контактирующего с горячим материалом и содержащего внутреннюю поверхность, контактирующую с этим горячим материалом, и внешнюю поверхность, противоположную этой внутренней поверхности.
Способ включает следующие этапы:
- на внешней стороне оборудования выполняют:
- вводят фотоны, имеющие длины волн, принадлежащие к группе длин волн, включающей все эти брэгговские длины волн, в соответствующие первые концы первого и второго оптических волокон,
- определяют длину волны фотонов, отраженных соответствующей первой или второй брэгговской решеткой, и
- определяют деформацию оборудования вдоль первого направления на основе соответствующих пар, каждая из которых содержит определенную длину волны и соответствующую брэгговскую длину волны.
Способ в соответствии с изобретением также может содержать следующие необязательные признаки, рассматриваемые отдельно или в соответствии со всеми возможными техническими комбинациями:
- этап выполнения может содержать выполнение:
- в первом варианте этап определения деформации может содержать следующие подэтапы:
- во втором варианте этап определения деформации может содержать следующие подэтапы:
Изобретение также относится к оборудованию, предназначенному для контактирования с горячим материалом и содержащему внутреннюю поверхность, контактирующую с этим горячим материалом, и внешнюю поверхность, противоположную этой внутренней поверхности.
Данное оборудование характеризуется тем, что его внешняя поверхность содержит:
- по меньшей мере одно первое оптическое волокно, установленное вдоль первого направления и содержащее по меньшей мере две первые брэгговские решетки, имеющие разные периоды решетки для отражения фотонов, имеющих разные брэгговские длины волн,
- по меньшей мере два вторых оптических волокна, расположенных вдоль по меньшей мере одного второго направления, которое пересекает это первое оптическое волокно в точке пересечения, расположенной вблизи одной из первых брэгговских решеток, и каждое из которых в окрестности точки пересечения содержит вторую брэгговскую решетку, имеющую период решетки для отражения фотонов, имеющих брэгговскую длину волны,
- источники фотонов, предназначенные для ввода фотонов, имеющих длины волн, принадлежащие к группе длин волн, включающей все эти брэгговские длины волн, в соответствующие первые концы этих первых и вторых оптических волокон,
- датчики, соединенные соответственно с этими первыми концами и предназначенные для определения длин волн фотонов, отраженных соответствующей первой или второй брэгговской решеткой, и
- средство обработки, предназначенное для определения деформации оборудования вдоль первого направления на основе соответствующих пар, каждая из которых содержит определенную длину волны и соответствующую брэгговскую длину волны.
Оборудование в соответствии с изобретением также может содержать следующие необязательные признаки, рассматриваемые отдельно или в соответствии со всеми возможными техническими комбинациями:
- оно может содержать два первых оптических волокна, установленных вдоль параллельных первых направлений и содержащих по меньшей мере три первых брэгговских решетки, имеющих различные периоды решетки для отражения фотонов, имеющих различные брэгговские длины волн, и три вторых оптических волокна, установленных вдоль вторых направлений, каждое из которых пересекает эти два первых оптических волокна в точках пересечения, расположенных вблизи трех первых брэгговских решеток, и каждое из них содержит по меньшей мере две вторые брэгговские решетки, имеющие различные периоды решетки для отражения фотонов, имеющих различные брэгговские длины волн, и расположенных вблизи соответствующих точек пересечения;
- в первом варианте средство обработки может быть предназначено для определения изменения деформации, испытываемой каждой первой брэгговской решеткой, по соответствующей паре, содержащей определенную длину волны фотонов, отраженных этой первой брэгговской решеткой, и брэгговскую длину волны этой первой брэгговской решетки, и изменения температуры в каждой второй брэгговской решетке по соответствующей паре, содержащей определенную длину волны фотонов, отраженных этой второй брэгговской решеткой, и брэгговскую длину волны этой второй брэгговской решетки, затем, для коррекции определенного изменения деформации каждой первой брэгговской решетки в соответствии с определенным изменением температуры по меньшей мере второй брэгговской решетки, расположенной в окрестности этой первой брэгговской решетки, и для определения деформации оборудования вдоль каждого первого направления первого оптического волокна из соответствующих скорректированных изменений деформации этого первого оптического волокна;
- каждое второе оптическое волокно может быть установлено в теплопроводящей трубке, установленной вдоль одного из вторых направлений;
• каждая теплопроводящая трубка может быть неподвижно установлена в горизонтальной канавке с помощью клея;
• медная паста может содержать внешнюю часть, покрытую медным покрытием;
- все вторые направления могут быть параллельны между собой;
- каждое первое оптическое волокно может быть неподвижно установлено в вертикальной канавке, выполненной на внешней поверхности вдоль первого направления;
• уплотнительный материал может содержать наружную часть, покрытую защитным материалом, предназначенным для его защиты от тепловых скачков;
- оно может формировать охлаждающую пластину доменной печи;
Изобретение также относится к доменной печи, содержащей по меньшей мере одно оборудование, подобное приведенному выше.
Другие характеристики и преимущества изобретения будут явно вытекать из его описания, которое приведено ниже и которое никоим образом не является ограничивающим, со ссылкой на прилагаемые чертежи, в которых:
на фиг. 1 схематично показан вид в перспективе примера осуществления охлаждающей пластины в соответствии с изобретением;
на фиг. 2 схематично показан вид в перспективе части примера осуществления первого оптического волокна охлаждающей пластины, показанной на фиг. 1;
на фиг. 3 на первом виде в поперечном сечении схематично показана часть охлаждающей пластины, показанной на фиг. 1, в области точки пересечения;
на фиг. 4 на втором виде в поперечном сечении (в плоскости, перпендикулярной плоскости первого вида в поперечном сечении) схематично показана часть охлаждающей пластины, приведенной на фиг. 1, в области, содержащей горизонтальную канавку, которая содержит теплопроводную трубку, содержащую второе оптическое волокно; и
на фиг. 5 схематично показан вид в перспективе другого примера осуществления охлаждающей пластины в соответствии с изобретением;
на фиг. 6 схематично показаны этапы процесса определения деформации оборудования в соответствии с одним вариантом осуществления изобретения.
Цель изобретения, в частности, заключается в том, чтобы предложить способ определения деформации оборудования 1, которое может быть использовано в системе, устройстве или установке и которое содержит средство определения, предназначенное для определения его деформации вдоль первого направления D1.
В последующем описании в качестве примера будем считать, что оборудование 1 представляет собой охлаждающую пластину, которая может быть использована в доменной печи и которая содержит средство контроля, предназначенное для мониторинга ее деформации вдоль первого направления D1. Но оборудование 1 также может представлять собой, например, валок непрерывного литья или носком печи перед цинкованием.
Пример осуществления оборудования 1 (в данном случае охлаждающей пластины) в соответствии с изобретением показан на фиг. 1. Такая охлаждающая пластина 1 предназначена для установки на внутренней стенке доменной печи.
Как показано на фигуре, охлаждающая пластина 1 в соответствии с изобретением содержит медный корпус 2, имеющий внутреннюю (или горячую) поверхность 3 и внешнюю (или холодную) поверхность 4, противоположную его внутренней поверхности 3. Корпус 2 может быть изготовлен, например, из меди или чугуна.
Внутренняя поверхность содержит несколько ребер 22, параллельных между собой и разделенных канавками 23. После установки охлаждающей пластины 1 на внутренней стенке доменной печи ее ребра 22 и канавки 23 расположены (или установлены) горизонтально.
Внешняя сторона 4 закреплена на внутренней стенке доменной печи. Таким образом, внутренняя поверхность 3 представляет собой поверхность корпуса, контактирующую с очень горячим материалом и газом, находящимся внутри доменной печи.
Ребра 22 и канавки 23 могут иметь поперечное сечение в виде ласточкиного хвоста для оптимизации крепления аккреционного слоя, образовавшегося в результате процесса.
Внешняя поверхность 4 содержит по меньшей мере одно первое оптическое волокно 5i, по меньшей мере два вторых оптических волокна 7k, источники 9 фотонов, датчики 10 и средство обработки 11, которые все вместе образуют средство определения.
(Каждое) первое оптическое волокно 5i установлено вдоль первого направления D1 (перпендикулярно ребрам 22 и канавкам 23) и содержит по меньшей мере две первые брэгговские решетки 6ij, имеющие различные периоды решетки для отражения фотонов, имеющих различные брэгговские длины волн.
Неограничивающий пример для части первого оптического волокна 5i, содержащего три первые брэгговские решетки 6i1-6i3 (j = 1-3), показан на фиг. 2. Первая брэгговская решетка 6i1 имеет первый период решетки для отражения фотонов, имеющих первую брэгговскую длину волны, вторая брэгговская решетка 6i2 имеет второй период решетки (отличный от первого) для отражения фотонов, имеющих вторую брэгговскую длину волны (отличную от первой), а третья брэгговская решетка 6i3 имеет третий период решетки (отличный от первого и второго) для отражения фотонов, имеющих третью брэгговскую длину волны (отличную от первого и второго).
Напомним, что волоконно-оптическая брэгговская решетка представляет собой распределенный брэгговский отражатель, сформированный на небольшом участке оптического волокна и предназначенный для отражения фотонов, имеющих по меньшей мере одну определенную длину λB волны, называемую брэгговской длиной волны, при этом передают фотоны, имеющие длины волн, отличные от каждой брэгговской длины λB волны, которую он отражает. Такая брэгговская решетка может быть задана, например, путем создания периодического изменения показателя преломления сердцевины оптического волокна, которое создает специфическое для длины волны диэлектрическое зеркало.
Брэгговская длина λB отраженной волны определяется следующим уравнением:
λB = 2*n*Λ,
где n – эффективный показатель преломления брэгговской решетки в сердцевине оптического волокна (который зависит от длины волны фотона и от моды распространения фотона (в многомодовых волноводах)), а Λ – период решетки.
На фиг. 2 фотоны, имеющие различные длины волн и входящие в первое оптическое волокно 5i с левой стороны (стрелка F0), распространяются в нем (5i) и, когда они достигают первой брэгговской решетки 6i1, то фотоны, которые имеют первую брэгговскую длину волны, отражаются (стрелка F1), в то время как фотоны, имеющие длины волн, отличные от первой брэгговской волны, передаются дальше (стрелка F1') и продолжают распространяться в направлении второй брэгговской решетки 6i2. Когда переданные фотоны достигают второй брэгговской решетки 6i2, те фотоны, которые имеют вторую брэгговскую длину волны, отражаются (стрелка F2), в то время как те, которые имеют длины волн, отличные от второй брэгговской длины волны, передаются дальше (стрелка F2') и продолжают распространяться в направлении третьей брэгговской решетки 6i3. Когда переданные фотоны достигают третьей брэгговской решетки 6i3, те фотоны, которые имеют третью брэгговскую длину волны, отражаются (стрелка F3), в то время как те, которые имеют длины волн, отличные от третьей брэгговской длины волны, передаются дальше (стрелка F3') и продолжают распространяться в направлении первого оптического волокна 5i.
Важно понимать, что если оптическое волокно содержит брэгговскую решетку и не "испытывает нагрузку" (в связи с изменением деформации или изменением температуры), то ее брэгговская длина волны предопределена. Но если это оптическое волокно подвергается нагрузке на участке, содержащем эту брэгговскую решетку, то ее брэгговская длина волны изменяется и, следовательно, больше не является предопределенной. Таким образом, локальное изменение напряжения или изменение температуры оптического волокна может быть обнаружено по изменению брэгговской длины волны фотонов, отраженных его локальной брэгговской решеткой.
Каждое второе оптическое волокно 7k установлено вдоль второго направления D2, которое пересекает каждое первое оптическое волокно 5i в точке пересечения 21ki, расположенной вблизи от одной из первых брэгговских решеток 6ij. Таким образом, различные вторые оптические волокна 7k установлены вдоль по меньшей мере одного второго направления D2. Кроме того, каждое второе оптическое волокно 7k в окрестности каждой точки пересечения 21ki содержит вторую брэгговскую решетку 8kn (не показанную, но аналогичную тем, что показаны на фиг. 2), имеющую период решетки для отражения фотонов, имеющих брэгговскую длину волны. Поэтому, если средство определения содержит только одно первое оптическое волокно 5i, каждое второе оптическое волокно 7k содержит по меньшей мере одну вторую брэгговскую решетку, а если средство контроля содержит два первых оптических волокна 5i (i = 1 или 2, как показано на фиг. 1), то каждое второе оптическое волокно 7k содержит по меньшей мере две вторые брэгговские решетки.
В случае, когда оборудование 1 представляет собой охлаждающую пластину (или лист), первое направление D1 может представлять собой вертикальное направление этой охлаждающей пластины 1, а второе направление D2 может представлять собой горизонтальное направление этой охлаждающей пластины 1. Но первое направление D1 и второе направление D2 оборудования 1 зависят от его расположения. Важно то, что первое направление D1 представляет собой направление, вдоль которого оборудование 1 подвергается деформации из-за горячих условий на его внутренней поверхности 3. В неограничивающем примере, показанном на фиг. 1, все вторые направления D2 параллельны между собой. Но в оборудовании 1 другого типа вторые направления D2 могут отличаться друг от друга.
В неограничивающем примере, показанном на фиг. 1, средство определения содержит три вторых оптических волокна 71-73 (k = 1-3) для определения изменения температуры с помощью по меньшей двух вторых брэгговских решеток 8kn и два первых оптических волокна 5i (i = 1 или 2) для определения изменений деформации, с использованием упомянутых изменений температуры с помощью по меньшей мере трех первых брэгговских решеток 6ij. Так, каждое второе оптическое волокно 7к пересекает два первых оптических волокна 5i в двух точках 21ki пересечения, расположенных соответственно в непосредственной близости от двух (по меньшей мере) из трех первых брэгговских решеток 6ij, и содержит по меньшей мере две вторые брэгговские решетки 8kn, расположенные соответственно в непосредственной близости от этих двух точек 21ki пересечения. Вблизи от точки 21ki пересечения всегда имеется первая брэгговская решетка 6ij и соответствующая ей вторая брэгговская решетка 8kn.
Но в вариантах осуществления средство определения может содержать одно первое оптическое волокно 51 (по меньшей мере с двумя первыми брэгговскими решетками 61j) и два вторых оптических волокна 7k (k = 1 или 2, по меньшей мере с одной второй брэгговской решеткой 8kn), или два первых оптических волокна 5i (i= 1 или 2, по меньшей мере с двумя первыми брэгговскими решетками 6ij) и два вторых оптических волокна 71 (k= 1 или 2, по меньшей мере с двумя вторыми брэгговскими решетками 8kn), или три или более первых оптических волокна 5i и два или более вторых оптических волокна 7к.
Число вторых оптических волокон 7k предпочтительно выбирают в соответствии с известным числом областей, подвергаемых существенно различным температурам. Известно, что в случае реализации на холодной поверхности листа верхний и нижний края холоднее, чем центральная часть, поэтому соответствующим образом адаптированы три вторых оптических волокна 7k.
Важно отметить, что брэгговская длина λB(8kn) волны второй брэгговской решетки 8kn, выполненной во втором оптическом волокне 7k, может быть равна брэгговской длине λB(6ij) волны первой брэгговской решетки, выполненной в первом оптическом волокне 5i, поскольку они относятся к фотонам, распространяющимся в различных оптических волокнах.
Источники 9 фотонов предназначены для ввода фотонов с длинами волн, принадлежащих к группе длин волн, включающей все брэгговские длины волн, в соответствующие первые концы первых 5i и вторых 7K оптических волокон. Например, источник 9 фотонов может содержать по меньшей мере один светоизлучающий диод (или светодиод), дающий белый свет (т.е. с широким спектром, содержащим различные брэгговские длины волн первой 6ij или второй брэгговской решетки (решеток) 8kn, выполненной в первом 5i или втором 7K оптическом волокне, в которое он подает свет.
В неограничивающем примере, показанном на фиг. 1, источники 9 фотонов расположены соответственно вблизи первых концов первых 5i и вторых 7K оптических волокон. Но они могут быть расположены вдали от этих первых концов и соединены с последними через волноводы или другие оптические волокна.
Датчики 10 соединены соответственно с первыми концами (первых 5i и вторых 7K оптических волокон) и предназначены для определения длин волн фотонов, отраженных соответствующей первой 6ij или второй брэгговской решеткой 8kn. Как объяснялось выше, если брэгговская решетка не находится под нагрузкой, то определенная длина волны фотонов, отраженных этой брэгговской решеткой, равна ее брэгговской длине волны.
Каждый датчик 10 может представлять собой, например, компактный спектрометр.
В неограничивающем примере, показанном на фиг. 1, датчики 10 расположены соответственно вблизи первых концов первых 5i и вторых 7K оптических волокон. Но они могут быть расположены вдали от этих первых концов и соединены с последними через волноводы или другие оптические волокна.
Кроме того, в неограничивающем примере, показанном на фиг. 1, охлаждающая пластина 1 содержит защищенную канавку 27, которая может содержать, например, кабели для электрического питания и/или управления источниками 9 фотонов и датчиками 10. В этом случае эти кабели могут проходить до трубы 24, где они могут быть сгруппированы вместе, например, в оболочку, предназначенную для защиты их от теплового и механического воздействия.
В варианте осуществления, показанном на фиг. 5, первые концы первых 5i и вторых 7K оптических волокон расположены на удалении от охлаждающей пластины 1. Фактически, первые 5i и вторые 7K оптические волокна входят в защищенную канавку 28 и проходят до трубы 24, где они сгруппированы в оболочку 25, предназначенную для защиты их от теплового и механического воздействия, пока они не достигнут удаленной коробки 26, где их соответствующие первые концы соединены с соответствующими источниками 9 фотонов и датчиками 10.
Средство 11 обработки предназначено для определения деформации охлаждающей пластины 1 вдоль первого направления D1 на основе соответствующих пар, каждая из которых содержит определенную длину λR волны и соответствующую брэгговскую длину λB волны. Таким образом, обрабатывающее средство 11 принимает длины волн, обнаруженные различными датчиками 10, и по длинам волн определяет деформацию охлаждающей пластины вдоль первого направления D1. Например, если рассматривать первое направление D1 первого оптического волокна 51 из примера на фиг. 1, то соответствующие пары длин волн являются следующими:
- (определенная длина λR(611) волны фотонов, отраженных первой брэгговской решеткой 611 первого первого оптического волокна 51 в окрестности первой точки 2111 пересечения, и брэгговская длина λB(611) волны этой первой первой брэгговской решетки 611),
- (определенная длина λR(811) волны фотонов, отраженных первой второй брэгговской решеткой первого второго оптического волокна 71 в окрестности первой точки 2111 пересечения, и брэгговская длина λB(811) волны этой первой второй брэгговской решетки 811),
- (определенная длина λR(612) волны фотонов, отраженных второй первой брэгговской решеткой 612 первого первого оптического волокна 51 в окрестности третьей точки 2121 пересечения, и брэгговская длина λB(612) волны этой второй первой брэгговской решетки 612),
- (определенная длина λR(821) волны фотонов, отраженных первой второй брэгговской решеткой 821 второго второго оптического волокна 72 в окрестности третьей точки 2121 пересечения, и брэгговская длина λB(821) волны этой первой второй брэгговской решетки),
- (определенная длина λR(613) волны фотонов, отраженных третьей первой брэгговской решеткой 613 первого первого оптического волокна 51 в окрестности пятой точки 2131 пересечения, и брэгговская длина λB(613) волны этой третьей первой брэгговской решетки 613), и
- (определенная длина λR(831) волны фотонов, отраженных первой второй брэгговской решеткой 831 третьего второго оптического волокна 73 в окрестности пятой точки 2131 пересечения, и брэгговская длина λB(831) волны этой первой второй брэгговской решетки).
Определение деформации охлаждающей пластины вдоль первого направления D1 по соответствующим парам длин волн может быть выполнено средством 11 обработки по меньшей мере двумя различными способами.
В общих чертах, средство 11 обработки может быть предназначено для определения:
- деформации σ(6ij) и изменения Δσ(6ij) деформации, испытываемой каждой первой брэгговской решеткой 6ij по соответствующей паре (λR(6ij), λB(6ij)), содержащей определенную длину λR(6ij) волны фотонов, отраженных этой первой брэгговской решеткой 6ij, и брэгговскую длину λB(6ij) волны этой первой брэгговской решетки 6ij, и
- температуры T(8kn) и изменения ΔT(8kn) температуры в каждой второй брэгговской решетке 8kn по соответствующей паре (λR(8kn), λB(8kn)), содержащей определенную длину λR(8kn) волны фотонов, отраженных этой второй брэгговской решеткой 8kn , и брэгговскую длину λB(8kn) волны этой первой брэгговской решетки 8kn.
Затем, средство 11 обработки предназначено для коррекции определенного изменения Δσ(6ij) деформации или деформации σ(6ij) каждой первой брэгговской решетки 6ij в соответствии с определенным изменением температуры ΔT(8kn) по меньшей мере второй брэгговской решетки 8kn, расположенной в окрестности этой первой брэгговской решетки 6ij. Затем, средство 11 обработки предназначено для определения деформации охлаждающей пластины 1 вдоль первого направления D1 первого оптического волокна 5i по соответствующим скорректированным изменениям Δσ(6ij) деформации первого оптического волокна 5i.
Другими словами, средство 11 обработки корректирует каждое изменение Δσ(6ij) деформации или деформации σ(6ij), определенное в первом оптическом волокне 5i вблизи точки пересечения 21ki, в соответствии с изменением температуры ΔT(8kn), определенным по меньшей мере во втором оптическом волокне 7k вблизи этой точки пересечения 21ki.
Определение изменения ΔT(8kn) температуры, испытываемого второй брэгговской решеткой (8kn), может быть выполнено с использованием уравнения, дающего температуру T(8kn) во второй брэгговской решетке 8kn в зависимости от эталонной температуры Tref, рассматриваемой при отсутствии деформации, брэгговской длины λB(8kn) волны в этой второй брэгговской решетке 8kn, рассматриваемой при отсутствии деформации, и когда температура равна эталонной температуре Tref, и определенной длины λR(8kn) волны фотонов, отраженных этой второй брэгговской решеткой 8kn. Например, Tref = 22,5°C и n = 1 – 3, если каждое второе оптическое волокно 7k содержит три вторых брэгговских решетки 8kn.
Например, уравнение A может быть следующим:
где S1 и S2 – константы, относящиеся ко второму оптическому волокну 7k.
Такое уравнение может быть использовано, когда рассматриваемое второе оптическое волокно 7k не находится под нагрузкой, как это будет подробно описано ниже в отношении фиг. 3 и 4.
Изменение ΔT(8kn) температуры также может быть вычислено с учетом того, что это изменение ΔT(8kn) температуры пропорционально изменению длины волны. Тогда, сначала определяем разность между каждой определенной длиной λR(8kn) волны фотонов, отраженных брэгговской решеткой 8kn, и соответствующей брэгговской длиной λB(8kn) волны, а затем применяем коэффициент пропорциональности для вычисления изменения ΔT(8kn) температуры во второй брэгговской решетке 8kn.
В первом случае определение скорректированного изменения Δσ(6ij) деформации, испытываемой первой брэгговской решеткой 6ij, выполняют с использованием уравнения, дающего скорректированную деформацию σ(6ij) в первой брэгговской решетке 6ij, и в соответствии с эталонной деформацией σref(6ij) в этой первой брэгговской решетке 6ij, рассматриваемой при отсутствии деформации вдоль D1, и когда температура равна эталонной температуре Tref (например 22,5°C).
Например, уравнение В может быть следующим:
где λR(6ij) – определенная длина волны в соответствующей первой брэгговской решетке 6ij,
где λB(6ij) – брэгговская длина волны в соответствующей первой брэгговской решетке 6ij,
где αs – коэффициент теплового расширения охлаждающей пластины 1,
αf – коэффициент теплового расширения первого оптического волокна 5i, содержащего первую брэгговскую решетку 6ij (например, равный 0,5 µε/°C),
k, S1 и S2 – параметры тензометрического датчика, определенные в калибровочных картах,
ΔTref = Т(8kn) – Тref,
и ΔT0, ref = T0–Tref, (где T0 – температура в начале измерения, и, например, Tref = 22,5°C).
Во втором способе и как показано на фиг. 6, определение деформации вдоль, например, первого оптического волокна 51 между первой первой брэгговской решеткой 611 и второй первой брэгговской решеткой 612 выполняют путем:
- определения нескорректированных изменений Δσ(611) и Δσ(612) деформации по соответствующим парам (λR(611), λB(611)), (λR(612), λB(612)) с использованием приведенного выше уравнения B, когда T0 равно Tref, и когда ΔT(8kn) равно 0 (изменение температуры отсутствует),
- определения изменений ΔT(812) и ΔT(822) температуры по соответствующим парам (λR(812), λB(812)), (λR(822), λB(822) первой второй брэгговской решетки 812 и второй второй брэгговской решетки 822 (см. фиг. 1) с использованием приведенного выше уравнения А при отсутствии деформации, приложенной ко вторым оптическим волокнам 71, 72 по меньшей мере в окрестности соответствующих точек 2111 и 2121 пересечения,
- корректировки ранее определенных изменений Δσ(611) и Δσ(612) деформации с ранее определенными изменениями ΔT(812) и ΔT(821) температуры, и
- оценки деформации вдоль первого оптического волокна 51 между первой первой брэгговской решеткой 611 и второй первой брэгговской решеткой 612.
Такой же способ определения применяют для другой брэгговской решетки 61j первого оптического волокна 51 и для брэгговских решеток 62j второго оптического волокна 52 для оценки общей деформации внешней поверхности 4 охлаждающей пластины 1.
В случае, когда первое оптическое волокно 5i содержит несколько первых брэгговских решеток 6ij вблизи точки 21ki пересечения, изменение Δσ(6ij) деформации каждой из этих первых брэгговских решеток 6ij может быть определено посредством определенного изменения ΔT(8kn) температуры второй брэгговской решетки 8kn, которая является ближайшей к этой точке 21ki пересечения. В одном варианте, в случае, когда первое оптическое волокно 5i содержит несколько первых брэгговских решеток 6ij, расположенных между двумя точками 21ki и 21k'i пересечения, и когда имеет место градиент температуры между этими двумя точками 21ki и 21k'i пересечения, изменение Δσ(6ij) деформации каждой первой брэгговской решетки 6ij (находится между этими двумя точками 21ki и 21k'i пересечения) может быть определено с помощью ожидаемого изменений ΔTE(8kn) температуры в зависимости от соответствующего значения градиента температуры в месте расположения этой первой брэгговской решетки 6ij.
Со ссылкой на фиг. 3 и 4, во избежание деформации второго оптического волокна 7k и для определения изменения ΔT(8kn) температуры это второе оптическое волокно 7k располагают в теплопроводящей трубке 12, которая установлена вдоль одного из вторых направлений D2, и диаметр которой существенно больше диаметра волокна 7k. Например, каждая теплопроводящая трубка 12 может быть изготовлена из нержавеющей стали.
Каждая теплопроводящая трубка 12 может быть неподвижно установлена в горизонтальной канавке 13, выполненной на внешней поверхности 4 корпуса 2 вдоль одного из вторых направлений D2. В этом случае каждая теплопроводящая трубка 12 может быть неподвижно установлена в горизонтальной канавке 13, например, с помощью клея 14. Этот клей 14 может представлять собой, например, клей, который производит Vishay под маркой M-bond 600 (пригодный для использования при температуре до +260°C).
Глубина каждой горизонтальной канавки 13 зависит от диаметра теплопроводящей трубки 12 и от ее формы. В неограничивающем примере, показанном на фиг. 4, каждая горизонтальная канавка 13 имеет V-образную форму в поперечном сечении. Но она может иметь другую форму в поперечном сечении, например, U-образную или прямоугольную форму. Например, если второе оптическое волокно 7k имеет диаметр, составляющий от 240 мкм до 250 мкм, то диаметр теплопроводящей трубки 12 может быть равен 1 мм, а глубина горизонтальной канавки 13 может быть равна 1,2 мм, так что второе оптическое волокно 7k не деформируется.
Также, например, как показано на фиг. 4, каждая теплопроводящая трубка 12 может содержать внешнюю часть, покрытую медной пастой 15. Последняя 15 предназначена для исключения наличия слоя воздуха у наружной части теплопроводящей трубки 12, потому что воздух обладает плохой теплопроводностью. Можно также использовать материал из нержавеющей стали.
Также, например, как показано на фиг. 4, каждая медная паста может содержать внешнюю часть, покрытую медным покрытием 16. Последнее (16) предназначено для защиты теплопроводящей трубки 12 от ударов.
Как показано на фиг. 3, каждое первое оптическое волокно 5i может быть неподвижно установлено в вертикальной канавке 17, выполненной на внешней поверхности 4 корпуса 2 вдоль первого направления D1. В каждой точке 21ki пересечения первое оптическое волокно 5i предпочтительно расположено ближе к внешней стороне, чем второе оптическое волокно 7k. Поэтому, когда последнее (7k) расположено внутри теплопроводящих трубок 12, эти трубки (12) могут содержать деформации в каждой соответствующей точке пересечения 21ki, чтобы пройти "под" вертикальными канавками 17, или же горизонтальные канавки 13 должны иметь гораздо более существенную глубину, чтобы вторые оптические волокна 7k были "ниже" уровня вертикальных канавок 17 (например, эта глубина может быть равна 1,2 см или 2 см). В этих случаях теплопроводящие трубки 12 должны быть неподвижно установлены внутри горизонтальных канавок 13 до того, как в вертикальных канавках 17 будет неподвижно установлено первое оптическое волокно 5i. В одном варианте осуществления вместо выполнения горизонтальных канавок 13 на внешней поверхности 4 можно выполнить просверленные отверстия в корпусе 2, "ниже" уровня вертикальных канавок 17, а затем ввести теплопроводящие трубки 12 внутрь этих просверленных отверстий в корпусе.
Глубина каждой вертикальной канавки 17 зависит от диаметра первого оптического волокна 5i. В неограничивающем примере, показанном на фиг. 3, каждая вертикальная канавка 17 имеет V-образную форму в поперечном сечении. Но она может иметь другую форму в поперечном сечении, например, U-образную или прямоугольную форму. Например, если первое оптическое волокно 5i имеет диаметр от 240 мкм до 250 мкм, то глубина вертикальной канавки 17 может быть равна 1 см.
Например, как показано на фиг. 3, каждое первое оптическое волокно 5i может быть неподвижно установлено в вертикальной канавке 17 с помощью клея 18. Этот клей 18 может представлять собой, например, клей, который производит Vishay под маркой M-bond 600 (пригодный для использования при температуре до +260°C).
Также, например, как показано на фиг. 3, каждое первое оптическое волокно 5i может содержать внешнюю часть, покрытую уплотнительным материалом 19, предназначенным для защиты от механических ударов. Этот уплотнительный материал 19 может представлять собой силиконовый каучук, например, производимый компанией Vishay под маркой RTV3145 (пригодный для использования при температуре до +260°C). Также можно вставить лак между каждым первым оптическим волокном 5i и уплотнительным материалом 19 для защиты каждого первого оптического волокна 5i и клея 18. Например, этот лак может представлять собой лак, который производит компания Vishay под маркой M-COAT A.
Также, например, как показано на фиг. 3, уплотнительный материал 19 может содержать внешнюю часть, покрытую защитным материалом 20, предназначенным для защиты его от тепловых скачков. Например, этот защитный материал 20 может представлять собой силикон.
Средство 11 обработки может быть размещено в компьютере, например, вдали от охлаждающей пластины 1. В этом случае оно предпочтительно состоит из программных модулей, по меньшей мере частично. Но оно также может быть выполнено из комбинации электронной схемы(схем) (или аппаратных модулей) и программных модулей (что также требует программного интерфейса, позволяющего взаимодействовать между аппаратными и программными модулями). Так что это может быть компьютер. В случае если оно состоит только из программных модулей, средство может храниться в памяти компьютера или в любом программном компьютерном продукте, таком как, например, компакт-диск, который может быть прочитан компьютером и т.п.
Благодаря постоянному определению длин волн фотонов, отраженных брэгговскими решетками, выполненными в оптических волокнах (предназначенными для измерения деформации и измерения температуры), теперь можно в режиме реального времени отслеживать развитие вертикальной деформации охлаждающих пластин (или листов) доменной печи, а в более общем случае определять деформацию в заданном направлении любого оборудования, контактирующего с горячим материалом.
Как вариант, внутренняя поверхность 3 охлаждающей пластины 1 также может содержать одно или несколько оптических волокон (не показаны) для определения колебаний температуры на этой поверхности 3, которые установлены вдоль первого направления D1 в положении, соответствующем оптическим волокнам 5i холодной поверхности 4.
Claims (41)
1. Способ определения деформации вдоль первого направления оборудования (1), контактирующего с горячим материалом и содержащего внутреннюю поверхность (3), контактирующую с горячим материалом, и внешнюю поверхность (4), противоположную внутренней поверхности (3), содержащий этапы, на которых
на внешней поверхности (4) обеспечивают наличие:
- по меньшей мере одного первого оптического волокна (5i), установленного вдоль первого направления и содержащего по меньшей мере две первые брэгговские решетки (6ij), имеющие разные периоды решетки для отражения фотонов с разными брэгговскими длинами волн, и
- по меньшей мере двух вторых оптических волокон (7k), установленных вдоль по меньшей мере одного второго направления, которое пересекает указанное первое оптическое волокно (5i) в точке пересечения, находящейся в окрестности одной из указанных первых брэгговских решеток (6ij), и каждое из которых в окрестности указанной точки пересечения содержит вторую брэгговскую решетку (8kn), имеющую период решетки для отражения фотонов с брэгговой длиной волны,
вводят фотоны с длинами волн, принадлежащими к группе длин волн, содержащей все указанные брэгговские длины волн, в соответствующие первые концы указанных первых (5i) и вторых (7k) оптических волокон,
определяют длину волны фотонов, отраженных соответствующей первой (6ij) или второй (8kn) брэгговской решеткой, и
определяют деформацию оборудования (1) вдоль указанного первого направления на основе соответствующих пар, каждая из которых содержит измеренную длину 
R волны и соответствующую брэгговскую длину B волны.
2. Способ по п. 1, в котором на указанном этапе обеспечения наличия обеспечивают наличие
двух первых оптических волокон (5i), установленных вдоль параллельных первых направлений и содержащих по меньшей мере три первые брэгговские решетки (6ij), имеющие разные периоды решетки для отражения фотонов с разными брэгговскими длинами волн, и
трех вторых оптических волокон (7k), установленных вдоль вторых направлений, каждое из которых пересекает указанные два первых оптических волокна (5i) в точках пересечения, находящихся в окрестности трех указанных первых брэгговских решеток (6ij), и каждое из них содержит по меньшей мере две вторые брэгговские решетки (8kn), имеющие различные периоды решетки для отражения фотонов с различными брэгговскими длинами волн, и находящиеся в окрестности соответствующих точек пересечения.
3. Способ по п. 1 или 2, в котором этап определения деформации содержит подэтапы, на которых:
- определяют изменение 
(6ij) деформации, испытываемой каждой первой брэгговской решеткой (6ij) при отсутствии изменения температуры, на основе эталонной деформации ref(6ij) и соответствующей пары, включающей в себя брэгговскую длину B(6ij) волны указанной первой брэгговской решетки (6ij) и измеренную длину R(6ij) волны фотонов, отраженных указанной первой брэгговской решеткой (6ij),
- определяют изменение T(8kn) температуры в каждой второй брэгговской решетке (8kn) на основе соответствующей пары, включающей в себя брэгговскую длину B(8kn) волны указанной второй брэгговской решетки и измеренную длину R(8kn) волны фотонов, отраженных второй брэгговской решеткой,
- корректируют указанное определенное изменение (6ij) деформации каждой первой брэгговской решетки (6ij) в соответствии с указанным определенным изменением температуры T(8kn) по меньшей мере второй брэгговской решетки (8kn), расположенной в окрестности по меньшей мере указанной первой брэгговской решетки (6ij),
- определяют деформацию оборудования (1) вдоль указанного первого направления по соответствующим скорректированным изменениям ’(6ij) деформации указанного по меньшей мере первого оптического волокна (5i).
4. Способ по п. 1 или 2, в котором этап определения деформации содержит также подэтапы, на которых:
- определяют изменение T(8kn) температуры в каждой второй брэгговской решетке (8kn) на основе соответствующей пары, включающей в себя измеренную длину R(8kn) волны фотонов, отраженных указанной второй брэгговской решеткой (8kn), и брэгговскую длину B(8kn) волны указанной второй брэгговской решетки,
- определяют скорректированную деформацию ’(6ij) в каждой первой брэгговской решетке (6ij) с использованием ранее определенного изменения температуры,
- определяют скорректированное изменение ’(6ij) деформации, испытываемое каждой первой брэгговской решеткой (6ij), по ранее определенной скорректированной деформации ’(6ij) и по эталонной деформации ref(6ij), и
- определяют деформацию оборудования вдоль указанного первого направления D1 по соответствующим скорректированным изменениям ’(6ij) деформации указанного по меньшей мере первого оптического волокна (5i).
5. Оборудование (1), предназначенное для контакта с горячим материалом и содержащее внутреннюю поверхность (3), контактирующую с горячим материалом, и внешнюю поверхность (4), противоположную внутренней поверхности (3), причем внешняя поверхность (4) содержит:
i) по меньшей мере одно первое оптическое волокно (5i), установленное вдоль первого направления D1 и содержащее по меньшей мере две первые брэгговские решетки (6ij), имеющие разные периоды решетки для отражения фотонов с разными брэгговскими длинами волн,
ii) по меньшей мере два вторых оптических волокна (7k), установленных вдоль по меньшей мере одного второго направления D2, которое пересекает указанное первое оптическое волокно (5i) в точке пересечения, расположенной в окрестности одной из указанных первых брэгговских решеток (6ij), и каждое из указанных вторых оптических волокон в окрестности точки пересечения содержит вторую брэгговскую решетку (8kn), имеющую период решетки для отражения фотонов с брэгговской длиной волны,
iii) источники (9) фотонов, предназначенные для ввода фотонов с длинами волн, принадлежащими к группе длин волн, содержащей все указанные брэгговские длины волн, в соответствующие первые концы указанных первых (5i) и вторых (7к) оптических волокон,
iv) датчики (10), связанные соответственно с указанными первыми концами и предназначенные для измерения длин волн фотонов, отраженных соответствующей первой (6ij) или второй брэгговской решеткой (8kn), и
v) средство (11) обработки, выполненное с возможностью определения деформации оборудования (1) вдоль указанного первого направления D1 на основе соответствующих пар, каждая из которых содержит измеренную длину R волны и соответствующую брэгговскую длину B волны.
6. Оборудование (1) по п. 5, которое содержит два первых оптических волокна (5i), установленных вдоль параллельных первых направлений и содержащих по меньшей мере три первые брэгговские решетки (6ij), имеющие разные периоды решетки для отражения фотонов с разными брэгговскими длинами волн, и три вторых оптических волокна (7k), установленных вдоль вторых направлений, каждое из которых пересекает указанные два первых оптических волокна (5i) в точках пересечения, находящихся в окрестности трех указанных первых брэгговских решеток (6ij), и каждое из оптических волокон содержит по меньшей мере две вторые брэгговские решетки (8kn), имеющие разные периоды решетки для отражения фотонов с разными брэгговскими длинами волн, и расположенные в окрестности соответствующих точек пересечения.
7. Оборудование по п. 5 или 6, в котором средство (11) обработки выполнено с возможностью определения изменения (6ij) деформации, испытываемой каждой первой брэгговской решеткой (6ij), по соответствующей паре, включающей в себя измеренную длину R(6ij) волны фотонов, отраженных указанной первой брэгговской решеткой (6ij), и брэгговскую длину B(6ij) волны указанной первой брэгговской решетки (6ij), и изменения T(8kn) температуры в каждой второй брэгговской решетке (8kn) на основе соответствующей пары, включающей измеренную длину R(8kn) волны фотонов, отраженных указанной второй брэгговской решеткой (8kn), и брэгговскую длину B(8kn) волны указанной второй брэгговской решетки, для корректировки указанного определенного изменения (6ij) деформации каждой первой брэгговской решетки (6ij) в соответствии с указанным определенным изменением T(8kn) температуры по меньшей мере второй брэгговской решетки (8kn), расположенной в окрестности по меньшей мере указанной первой брэгговской решетки (6ij), для определения деформации оборудования (1) вдоль каждого первого направления первого оптического волокна (5i) по соответствующим указанным скорректированным изменениям ’(6ij) деформации указанного первого оптического волокна (5i).
8. Оборудование по любому из пп. 5-7, в котором каждое второе оптическое волокно (7k) установлено в теплопроводящей трубке (12), которая установлена вдоль одного из указанных вторых направлений.
9. Оборудование по п. 8, в котором каждая теплопроводящая трубка (12) неподвижно установлена в горизонтальной канавке (13), выполненной на внешней поверхности (4) вдоль одного из указанных вторых направлений.
10. Оборудование по п. 9, в котором каждая теплопроводящая трубка (12) неподвижно установлена в горизонтальной канавке (13) с помощью клея (14).
11. Оборудование по п. 9 или 10, в котором каждая теплопроводящая трубка (12) содержит внешнюю часть, покрытую медной пастой (15).
12. Оборудование по п. 11, в котором медная паста (15) содержит внешнюю часть, покрытую медным покрытием (16).
13. Оборудование по любому из пп. 5-12, в котором каждое первое оптическое волокно (5i) неподвижно установлено в вертикальной канавке (17), выполненной на внешней поверхности (4) вдоль первого направления.
14. Оборудование по п. 13, в котором каждое первое оптическое волокно (5i) неподвижно установлено в вертикальной канавке (17) с помощью клея (18).
15. Оборудование по п. 13 или 14, в котором каждое первое оптическое волокно (5i) содержит внешнюю часть, покрытую уплотнительным материалом (19).
16. Оборудование по п. 15, в котором уплотнительный материал (19) содержит внешнюю часть, покрытую защитным материалом (20), предназначенным для его защиты от тепловых скачков.
17. Оборудование по любому из пп. 5-16, которое формирует охлаждающую пластину доменной печи.
18. Оборудование по п. 17, в котором указанное первое направление D1 является вертикальным направлением охлаждающей пластины, а указанное второе направление D2 является горизонтальным направлением охлаждающей пластины.
19. Оборудование по любому из пп. 5-18, в котором все вторые направления параллельны между собой.
20. Доменная печь, содержащая по меньшей мере одно оборудование (1) по любому из пп. 5-19.
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/IB2017/000682 WO2018220413A1 (en) | 2017-06-02 | 2017-06-02 | Method for determining deformation, and associated equipment |
| IBPCT/IB2017/000682 | 2017-06-02 | ||
| PCT/IB2018/000585 WO2018220436A1 (en) | 2017-06-02 | 2018-05-31 | Method for determining deformation, and associated equipment |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2729376C1 true RU2729376C1 (ru) | 2020-08-06 |
Family
ID=59258275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019143811A RU2729376C1 (ru) | 2017-06-02 | 2018-05-31 | Способ определения деформации и соответствующее оборудование |
Country Status (11)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US11054248B2 (ru) |
| EP (1) | EP3631356B1 (ru) |
| JP (1) | JP6814895B2 (ru) |
| KR (1) | KR102222224B1 (ru) |
| CN (1) | CN110678713B (ru) |
| CA (1) | CA3063355C (ru) |
| ES (1) | ES2884158T3 (ru) |
| PL (1) | PL3631356T3 (ru) |
| RU (1) | RU2729376C1 (ru) |
| UA (1) | UA125097C2 (ru) |
| WO (2) | WO2018220413A1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771446C1 (ru) * | 2021-07-06 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Чувствительный элемент волоконно-оптического тензометрического датчика для измерения продольного механического натяжения и способ измерения продольного механического натяжения объекта волоконно-оптическим тензометрическим датчиком |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19648403C1 (de) * | 1996-11-22 | 1998-04-02 | Thomas Dr Ing Nagel | Sensor zur Erfassung von Druck- und/oder Zugkräften |
| US20090285521A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Optical fiber sensor |
| DE102008059856A1 (de) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Flächiges Hochtemperatur-Drucksensorarray und Druckmessverfahren zur Bestimmung von Druckverteilungen sowie Verwendung derselben |
| US20110144790A1 (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-16 | Terry Gerritsen | Thermal Sensing for Material Processing Assemblies |
| CA2632064C (en) * | 2005-12-06 | 2015-06-02 | Sensornet Limited | Sensing system using optical fiber suited to high temperatures |
Family Cites Families (12)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5399854A (en) * | 1994-03-08 | 1995-03-21 | United Technologies Corporation | Embedded optical sensor capable of strain and temperature measurement using a single diffraction grating |
| US5945665A (en) * | 1997-05-09 | 1999-08-31 | Cidra Corporation | Bolt, stud or fastener having an embedded fiber optic Bragg Grating sensor for sensing tensioning strain |
| JP2002003914A (ja) * | 2000-06-22 | 2002-01-09 | Nkk Corp | クーリングステーブ |
| US6795599B2 (en) * | 2001-05-11 | 2004-09-21 | Vasilii V. Spirin | Differential fiber optical sensor with interference energy analyzer |
| JP5409243B2 (ja) * | 2009-10-09 | 2014-02-05 | 第一高周波工業株式会社 | 高温環境用光ファイバセンサ |
| KR101113778B1 (ko) | 2009-10-14 | 2012-02-27 | 한국표준과학연구원 | 브래그 격자 및 패브리 패로 간섭을 이용한 광섬유 센서 탐촉자, 광섬유 센서 시스템 및 그 시스템의 센싱방법 |
| US9267854B2 (en) | 2010-09-20 | 2016-02-23 | Indian Institue of Science | Strain and temperature discrimination using fiber bragg gratings in a cross-wire configuration |
| JP2012088155A (ja) * | 2010-10-19 | 2012-05-10 | Hitachi Ltd | Ｆｂｇセンサを用いた計測方法およびその装置 |
| US9086331B2 (en) * | 2012-10-23 | 2015-07-21 | The Boeing Company | Optical fiber coupled photonic crystal slab strain sensor system |
| CN103669429B (zh) * | 2013-12-12 | 2016-02-10 | 河海大学 | 基于fbg传感器的圆形实心混凝土桩桩身应变监测方法 |
| CN203857939U (zh) * | 2014-04-30 | 2014-10-01 | 青岛市光电工程技术研究院 | 一种适用于高温环境的管道应变实时检测器及检测系统 |
| FR3050818B1 (fr) * | 2016-04-29 | 2020-02-21 | Centre National De La Recherche Scientifique - Cnrs - | Dispositif de mesure de deformations endogenes |
-
2017
- 2017-06-02 WO PCT/IB2017/000682 patent/WO2018220413A1/en active Application Filing
-
2018
- 2018-05-31 PL PL18732869T patent/PL3631356T3/pl unknown
- 2018-05-31 UA UAA201912303A patent/UA125097C2/uk unknown
- 2018-05-31 ES ES18732869T patent/ES2884158T3/es active Active
- 2018-05-31 KR KR1020197035492A patent/KR102222224B1/ko active IP Right Grant
- 2018-05-31 US US16/612,688 patent/US11054248B2/en active Active
- 2018-05-31 CA CA3063355A patent/CA3063355C/en active Active
- 2018-05-31 EP EP18732869.5A patent/EP3631356B1/en active Active
- 2018-05-31 WO PCT/IB2018/000585 patent/WO2018220436A1/en active Application Filing
- 2018-05-31 JP JP2019566219A patent/JP6814895B2/ja active Active
- 2018-05-31 CN CN201880035094.2A patent/CN110678713B/zh active Active
- 2018-05-31 RU RU2019143811A patent/RU2729376C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE19648403C1 (de) * | 1996-11-22 | 1998-04-02 | Thomas Dr Ing Nagel | Sensor zur Erfassung von Druck- und/oder Zugkräften |
| CA2632064C (en) * | 2005-12-06 | 2015-06-02 | Sensornet Limited | Sensing system using optical fiber suited to high temperatures |
| US20090285521A1 (en) * | 2008-05-13 | 2009-11-19 | Honda Motor Co., Ltd. | Optical fiber sensor |
| DE102008059856A1 (de) * | 2008-12-01 | 2010-06-10 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Flächiges Hochtemperatur-Drucksensorarray und Druckmessverfahren zur Bestimmung von Druckverteilungen sowie Verwendung derselben |
| US20110144790A1 (en) * | 2009-12-15 | 2011-06-16 | Terry Gerritsen | Thermal Sensing for Material Processing Assemblies |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2771446C1 (ru) * | 2021-07-06 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Чувствительный элемент волоконно-оптического тензометрического датчика для измерения продольного механического натяжения и способ измерения продольного механического натяжения объекта волоконно-оптическим тензометрическим датчиком |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US11054248B2 (en) | 2021-07-06 |
| JP6814895B2 (ja) | 2021-01-20 |
| CN110678713A (zh) | 2020-01-10 |
| CA3063355C (en) | 2022-05-03 |
| PL3631356T3 (pl) | 2021-12-13 |
| JP2020521981A (ja) | 2020-07-27 |
| EP3631356A1 (en) | 2020-04-08 |
| BR112019025002A2 (pt) | 2020-06-16 |
| WO2018220436A1 (en) | 2018-12-06 |
| KR102222224B1 (ko) | 2021-03-03 |
| EP3631356B1 (en) | 2021-06-30 |
| WO2018220413A1 (en) | 2018-12-06 |
| US20200064123A1 (en) | 2020-02-27 |
| KR20200003131A (ko) | 2020-01-08 |
| UA125097C2 (uk) | 2022-01-05 |
| ES2884158T3 (es) | 2021-12-10 |
| CA3063355A1 (en) | 2018-12-06 |
| CN110678713B (zh) | 2021-06-29 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2466822C2 (ru) | Измерение температуры в кристаллизаторе оптоволоконным способом измерения | |
| EP3797269B1 (en) | Distributed optical fibre vibration sensor | |
| US8335406B2 (en) | Temperature sensor using an optical fiber | |
| CN109196394A (zh) | 利用光纤光栅传感器的位移检测装置及其灵敏度、耐久性的调节方法 | |
| CN1930507A (zh) | 结构弯曲的分布式测量系统 | |
| ITVR20080047A1 (it) | Procedimento e impianto per la misurazione e il monitoraggio esteso dello stato tensionale del lungo binario saldato (cwr) | |
| FR3087008B1 (fr) | Capteur de temperature a reseau de bragg insensible aux deformations | |
| RU2729376C1 (ru) | Способ определения деформации и соответствующее оборудование | |
| Li et al. | Combined interrogation using an encapsulated FBG sensor and a distributed Brillouin tight buffered fiber sensor in a Tunnel | |
| JP2010025810A (ja) | ヘルスモニタリング用振動予測装置およびヘルスモニタリング用振動予測方法 | |
| US6910803B2 (en) | Method and apparatus for temperature sensing utilizing Brillouin scattering in polarization maintaining optical fiber | |
| KR101474068B1 (ko) | 광섬유 브래그 격자를 이용한 원전 환경 모니터링 시스템 | |
| KR102071818B1 (ko) | 구조물 모니터링 장치 | |
| JPH0474813A (ja) | 高炉壁厚測定方法とその装置 | |
| FR2909446B1 (fr) | Dispositif et procede de mesure des deformations mecaniques d'un profile | |
| JP2005127744A (ja) | Ｆｂｇ式ひずみセンサ及びシステム | |
| JP6619236B2 (ja) | 光コネクタ構造の損傷予防システム | |
| BR112019025002B1 (pt) | Método para determinar deformação, equipamento e alto-forno | |
| Szostkiewicz | From Smart Materials for Space Industry to Soil Temperature Gauges for Climate Change Monitoring: A Review of New Applications of Distributed Optical Fiber Sensors | |
| Ryvers et al. | Assessing the validity of analytical equations for offshore power cable bending with fixed and loose tube fiber strain sensors | |
| Tsybulnyk et al. | Method of determining the strain value from the output signal of the fiber optical sensor | |
| Glavind et al. | Direct embedding of fiber-optical load sensors into wind turbine blades | |
| WO2013085408A1 (ru) | Способ измерения распределения температуры погружного электрического кабеля питания и устройство для его осуществления | |
| Sim et al. | Designing, manufacturing, and testing of embedded EFPI strain sensor for damage detection of smart composite beams |