RU77420U1 - UNIVERSAL FIBER OPTICAL MODULAR TELEMETRIC COMPLEX, RECORDING MODULE, SENSOR HEAD AND OPTICAL CHANNEL EXTENSION MODULE - Google Patents
UNIVERSAL FIBER OPTICAL MODULAR TELEMETRIC COMPLEX, RECORDING MODULE, SENSOR HEAD AND OPTICAL CHANNEL EXTENSION MODULE Download PDFInfo
- Publication number
- RU77420U1 RU77420U1 RU2008111888/22U RU2008111888U RU77420U1 RU 77420 U1 RU77420 U1 RU 77420U1 RU 2008111888/22 U RU2008111888/22 U RU 2008111888/22U RU 2008111888 U RU2008111888 U RU 2008111888U RU 77420 U1 RU77420 U1 RU 77420U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor head
- physical quantity
- head according
- fbg
- quantity transducer
- Prior art date
Links
Abstract
Комплекс относится к области телеметрии физических величин. А именно, с его помощью могут осуществляться многоточечные, квази-распределенные или точечные одновременные измерения любого набора следующих физических величин: давление, в том числе гидростатическое; температура; механические деформации продольного растяжения/сжатия; кручение; изгиб; сдвиг; контактное давление; перемещение; сила; ускорение; вибрация; сейсмические воздействия. Комплекс включает набор согласованных унифицированных модулей: унифицированный регистрирующий модуль (1), унифицированные сенсорные головоки (5), унифицированный модуль расширения числа оптических каналов (4) и унифицированный модуль коммутации оптических каналов (3), соединенных друг с другом посредством оптических (2) и электрических интерфейсов (6). Комплекс обеспечивает точное измерение ряда физических параметров во множестве контролируемых точек. Важной особенностью полезной модели является модульность построения комплекса, что позволяет быстро проводить как монтаж телеметрических систем, так и их ремонт, путем замены унифицированных модулей. Также особенностью изобретения, является большая номенклатура унифицированных сенсорных головок, в частности, в числе заявляемых вариантов унифицированных сенсорных головок заявляются сенсорные головки, чувствительные к перемещению и ускорению, к вибрации и деформациям кручения, изгиба и сдвига.The complex belongs to the field of telemetry of physical quantities. Namely, it can be used to carry out multipoint, quasi-distributed or point-wise simultaneous measurements of any set of the following physical quantities: pressure, including hydrostatic; temperature; mechanical deformation of longitudinal tension / compression; torsion; bending shift; contact pressure; moving force; acceleration; vibration; seismic effects. The complex includes a set of agreed unified modules: a unified recording module (1), unified sensor heads (5), a unified module for expanding the number of optical channels (4), and a unified module for switching optical channels (3) connected to each other via optical (2) and electrical interfaces (6). The complex provides accurate measurement of a number of physical parameters at a variety of controlled points. An important feature of the utility model is the modularity of the complex construction, which allows you to quickly carry out both installation of telemetry systems and their repair by replacing unified modules. Also a feature of the invention is the large range of standardized sensor heads, in particular, among the claimed variants of standardized sensor heads are sensor heads sensitive to movement and acceleration, vibration and torsion, bending and shear deformations.
Description
Заявляемая полезная модель относится к области телеметрии физических величин. А именно, с ее помощью могут осуществляться многоточечные, квази-распределенные или точечные одновременные измерения любого набора следующих физических величин: давление, в том числе гидростатическое; температура; механические деформации продольного растяжения/сжатия; кручение; изгиб; сдвиг; контактное давление; перемещение; сила; ускорение; вибрация; сейсмические воздействия.The inventive utility model relates to the field of telemetry of physical quantities. Namely, it can be used to carry out multipoint, quasi-distributed or point-wise simultaneous measurements of any set of the following physical quantities: pressure, including hydrostatic; temperature; mechanical deformation of longitudinal tension / compression; torsion; bending shift; contact pressure; moving force; acceleration; vibration; seismic effects.
При решении ряда технических задач, связанных с комплексной телеметрией агрегатов, узлов и элементов конструкций в условиях повышенной взрывоопасности или пожароопасности, в агрессивных условиях, (химические производства, нефтеперерабатывающие предприятия, газовое хозяйство) в зонах повышенного радиационного фона (АЭС, реакторные отсеки атомоходов, хранилища радиоактивных отходов и т.п.) или под воздействием высоких электромагнитных помех (энергетика, авиация, космонавтика) наиболее перспективными из всех существующих систем являются волоконно-оптические.When solving a number of technical problems related to the complex telemetry of units, assemblies and structural elements in conditions of increased explosion or fire hazard, in aggressive conditions (chemical production, oil refineries, gas facilities) in areas of increased background radiation (nuclear power plants, reactor compartments of nuclear powered vessels, storage facilities radioactive waste, etc.) or under the influence of high electromagnetic interference (energy, aviation, space) the most promising of all existing systems are I'm fiber optic.
Волоконно-оптические телеметрические системы обладают рядом ключевых преимуществ перед всеми остальными системами. В первую очередь их отличает нечувствительность к электромагнитным помехами при высокой точности измерений, электро- и взрыво/пожаро-безопасность, хорошие массогабаритные параметры, способность передавать телеметрическую информацию с малыми энергозатратами на значительные расстояния без дополнительного усиления и промежуточной обработки.Fiber optic telemetry systems have several key advantages over all other systems. First of all, they are distinguished by insensitivity to electromagnetic interference with high measurement accuracy, electrical and explosion / fire safety, good weight and size parameters, the ability to transmit telemetric information with low energy consumption over significant distances without additional amplification and intermediate processing.
В силу этого, области применения заявляемой полезной модели широки и включают в себя такие отрасли, как авиация и космонавтика, наземный, водный и подводный транспорт, энергетика, в том числе - атомная и термоядерная, металлургия и химическая промышленность, нефтедобыча и газодобыча, трубопроводный транспорт, строительство и др.Because of this, the fields of application of the claimed utility model are wide and include such industries as aviation and astronautics, land, water and underwater transport, energy, including nuclear and thermonuclear, metallurgy and chemical industry, oil and gas production, pipeline transport , construction, etc.
Как правило, при телеметрии таких объектов необходимо отслеживать и оперативно обрабатывать не один параметр, а совокупность различных физических величин, таких как давление, температура, вибрация, механические деформации, перемещение, причем, измерения надо проводить во множестве ответственных точек конструкции.As a rule, when telemetry of such objects, it is necessary to monitor and process not one parameter, but a combination of various physical quantities, such as pressure, temperature, vibration, mechanical deformation, displacement, and measurements must be carried out at a number of critical points in the structure.
Эта задача может быть решена как с помощью необходимого количества узкоспециализированных сенсорных систем, так и с помощью одного универсального телеметрического комплекса, что гораздо удобнее.This problem can be solved both with the help of the required number of highly specialized sensor systems, and with the help of one universal telemetric complex, which is much more convenient.
В настоящее время существует большое разнообразие специализированных волоконно-оптических сенсорных систем, измеряющих различные физические параметры, (как наиболее распространенные, назовем - температуру и механические деформации), однако, универсальных измерительных комплексов на волоконно-оптической основе в настоящее время в Российской Федерации не представлено.Currently, there is a wide variety of specialized fiber-optic sensor systems that measure various physical parameters (as the most common, let's call temperature and mechanical deformations), however, there are currently no universal measurement complexes on a fiber-optic basis in the Russian Federation.
На настоящий момент известно значительное количество различных волоконно-оптических сенсорных систем, технические решения такого рода описаны в патентах США 4, 806, 012 G01B 11/16 и 4, 761, 073 G01B 11/16, а также в российских патентах RU 2141102 C1 G01D 5/353 и в заявках RU 2005133274 A H01S 3/30; RU 2001118835 А G01L 1/00 и RU 2006106171 A Е21В 36/00.Currently, a significant number of different fiber-optic sensor systems are known, technical solutions of this kind are described in US patents 4, 806, 012 G01B 11/16 and 4, 761, 073 G01B 11/16, as well as in Russian patents RU 2141102 C1 G01D 5/353 and in applications RU 2005133274 A H01S 3/30; RU 2001118835 A G01L 1/00 and RU 2006106171 A ЕВВ 36/00.
Главным недостатком таких сенсорных телеметрических систем является низкая степень универсальности, связанная с недостаточной унифицированностью используемых чувствительных элементов, ограниченностью их номенклатуры, как по рабочим диапазонам измеряемых параметров, так и по условиям эксплуатации и типам измеряемых величин, нечеткими принципами унификации и построения комплекса в целом. Это приводит к значительным сложностям при внедрении таких систем на стадии конструкторской разработки и проектировании, а так же при эксплуатации, обслуживании и ремонте.The main drawback of such sensor telemetry systems is the low degree of versatility associated with the lack of uniformity of the used sensitive elements, the limited range of them, both in the operating ranges of the measured parameters and in operating conditions and types of measured values, fuzzy principles of unification and construction of the complex as a whole. This leads to significant difficulties in the implementation of such systems at the stage of design development and design, as well as in operation, maintenance and repair.
Так система, представленная в патенте RU 2141102, позволяет проводить измерения лишь двух параметров, а именно - давления и перепадов температуры, заявляемая в заявке RU 2001118835 - только давления, а заявляемая в заявке RU 2005133274 - деформации и температуры. При этом все системы различны по принципам построения и рабочим параметрам регистрирующих устройств, что не позволяет применять сенсорные элементы системы одного типа вместе с регистрирующим устройством системы другого типа, таким образом, вынуждая потребителя применять несколько сенсорных систем для обеспечения полноты информации в случае, если одна система не способна измерять все требуемые физические величины.Thus, the system presented in patent RU 2141102 allows only two parameters to be measured, namely, pressure and temperature drops, as claimed in RU 2001118835 - only pressure, and as claimed in RU 2005133274 - strain and temperature. Moreover, all systems are different in terms of construction principles and operating parameters of recording devices, which does not allow the use of sensor elements of a system of one type together with a recording device of a system of another type, thus forcing the consumer to use several sensor systems to ensure completeness of information in case one system unable to measure all required physical quantities.
Наиболее близкой к заявляемой полезной модели является система, предложенная в патенте RU 2141102. Это диагностическая система с оптическими датчиками, предназначенная для детектирования механических деформаций, перепадов температур.Closest to the claimed utility model is the system proposed in patent RU 2141102. This is a diagnostic system with optical sensors, designed to detect mechanical deformations, temperature extremes.
Система включает перестраиваемый узкополосный источник светового излучения, генерирующий световое излучение с переменной длиной волны, направляя его в The system includes a tunable narrow-band light source that generates variable-wavelength light, directing it to
светопроводящее волокно. По длине волокна расположены отражательные датчики, например, типа решеток Брэгга. Датчики пропускают световое излучение с длиной волны, соответствующей пропускным минимумам этих датчиков и изменяющейся под влиянием действующего на них возмущения. Контур перестройки длины волны управляет перестраиваемым источником света, обеспечивая сканирование генерируемого светового излучения в заранее определенной области длин волн с целью индивидуального освещения каждого датчика светом с длиной волны, соответствующей его пропускному минимуму. Мощность этого пропускаемого датчиками светового излучения преобразуется детектором в электрический сигнал, который обрабатывается контуром обработки сигналов. Контур обработки сигналов выявляет провалы профиля мощности светового, излучения, воспринятого детектором, вырабатывает выходные сигналы, несущие информацию о параметрах возмущения, действующего на каждый датчик.light guide fiber. Reflective sensors, such as Bragg gratings, are located along the length of the fiber. The sensors transmit light radiation with a wavelength corresponding to the transmission minimums of these sensors and changing under the influence of the disturbance acting on them. The wavelength tuning loop controls the tunable light source, providing a scan of the generated light radiation in a predetermined wavelength region in order to individually illuminate each sensor with light with a wavelength corresponding to its transmission minimum. The power of this light transmitted by the sensors is converted by the detector into an electrical signal, which is processed by the signal processing circuit. The signal processing circuit reveals the gaps in the power profile of the light radiation received by the detector, and produces output signals that carry information about the parameters of the disturbance acting on each sensor.
Основными недостатками прототипа являются малое количество измеряемых параметров, отсутствие полной номенклатуры чувствительных элементов для перекрытия значительных диапазонов измерения физических величин, сложность изготовления датчика с необходимыми параметрами в случае выхода из строя одного из элементов.The main disadvantages of the prototype are the small number of measured parameters, the lack of a complete range of sensitive elements to cover significant measurement ranges of physical quantities, the complexity of manufacturing a sensor with the necessary parameters in the event of failure of one of the elements.
Применение таких систем на настоящий момент требует от разработчика значительных специальных знаний в области волоконной оптики, длительного поиска и тщательного продумывания сочетаемости элементов, и в большинстве случаев приводит либо к привлечению сторонних организаций, осуществляющих адаптацию систем к конкретным задачам, что сопряжено со значительными расходами, либо к отказу от применения волоконно-оптических систем в пользу традиционных электронных, иногда в ущерб надежности или с проигрышем в полноте информации. Это, с учетом соотношения качественных параметров перспективных и традиционных систем, приносит значительный экономический ущерб, а в ряде применений даже создает угрозу техногенных катастроф.The use of such systems currently requires the developer considerable specialized knowledge in the field of fiber optics, a long search and careful consideration of the compatibility of elements, and in most cases leads either to the involvement of third-party organizations that adapt the systems to specific tasks, which entails significant costs, or to abandon the use of fiber-optic systems in favor of traditional electronic ones, sometimes to the detriment of reliability or with a loss in completeness of information. This, taking into account the ratio of the qualitative parameters of promising and traditional systems, brings significant economic damage, and in some applications even creates the threat of technological disasters.
Таким образом, насколько известно заявителю, на настоящий момент существенным препятствием на пути широкого внедрения прогрессивных волоконно-оптических телеметрических систем в названные отрасли науки, техники и народного хозяйства РФ является отсутствие универсальных волоконно-оптический модульных телеметрических комплексов, удовлетворяющих требованиям удобства в проектировании, эксплуатации и обслуживании.Thus, as far as the applicant knows, at the moment, a significant obstacle to the widespread adoption of advanced fiber-optic telemetry systems in these branches of science, technology and the national economy of the Russian Federation is the lack of universal fiber-optic modular telemetry systems that satisfy the requirements of convenience in design, operation and maintenance.
Существование такого универсального модульного волоконно-оптического телеметрического комплекса, сочетающего в себе указанные ранее основные преимущества волоконно-оптических сенсорных систем, полноту номенклатуры The existence of such a universal modular fiber-optic telemetric complex, combining the previously mentioned main advantages of fiber-optic sensor systems, the completeness of the nomenclature
измеряемых параметров и простоту разработки, применения и обслуживания, позволило бы разработчикам и потребителям самостоятельно принимать решения о составе, способе применения и количестве сенсорных головок, регистрирующих блоков, и других элементов комплекса, построение которого, в таком случае, сводилось бы к приобретению необходимых унифицированных модулей, в соответствии с поставленной задачей и правильном соединении их друг с другом с помощью унифицированных интерфейсов в соответствии с инструкцией. Это даст серьезный толчок в широком распространении и применении прогрессивных волоконно-оптических телеметрических систем.the measured parameters and the simplicity of development, application and maintenance, would allow developers and consumers to independently decide on the composition, method of application and number of sensor heads, recording units, and other elements of the complex, the construction of which, in this case, would be reduced to the acquisition of the necessary unified modules , in accordance with the task and the correct connection with each other using standardized interfaces in accordance with the instructions. This will give a serious impetus to the widespread use of advanced fiber optic telemetry systems.
Эффект от применения такого комплекса состоит в удобстве построения системы на основе стандартизованных унифицированных модулей, что облегчает применение и использование системы, как на стадии разработки, так и в процессе промышленного производства, сборки и установки на объекты, а также, и дальнейшего обслуживания или расширения в процессе эксплуатации. Такая система является более универсальной и более гибкой, чем применение отдельных волоконно-оптических измерительных приборов для измерения каждого вида параметров.The effect of the use of such a complex is the convenience of constructing a system on the basis of standardized unified modules, which facilitates the application and use of the system both at the development stage and in the process of industrial production, assembly and installation at facilities, as well as further maintenance or expansion into operation process. Such a system is more versatile and more flexible than the use of individual fiber-optic measuring instruments for measuring each type of parameter.
Задачу разработки и создания такого универсального модульного волоконно-оптического телеметрического комплекса решает данная полезная модель.The development and creation of such a universal modular fiber-optic telemetry complex is solved by this utility model.
Полезная модель представляет собой универсальный модульный волоконно-оптический телеметрический комплекс (фиг.1), включающий в себя по меньшей мере один унифицированный регистрирующий модуль (1) и по меньшей мере одну из унифицированных сенсорных головок (5), а также в любых сочетаниях и количествах унифицированные модули расширения числа каналов (4), унифицированные модули коммутации оптических каналов (3), соединенные оптическим интерфейсом (2) друг с другом и электронным интерфейсом (6) с управляющим компьютером, при этом в заявляемом варианте стандартного исполнения все модули, находящиеся в стандартных условиях выполняются в стандартном исполнении, в частности, они могут быть выполнены из комплектующих, специфицированных для работы в стандартных условиях, в частности, волоконные световоды, используемые в качестве связных линий оптического интерфейса (2), являются стандартными связными световодами типа SMF-28 (производства Fujikura), в частности, волоконные световоды, используемые для изготовления чувствительных элементов на основе волоконных брэгговских решеток (далее - ВБР) (13) (фиг.10-15) унифицированных сенсорных головок (5), являются стандартными связными волоконными световодами типа SMF-28 (производства Fujikura); Одним из вариантов исполнения универсального модульного волоконно-оптического телеметрического комплекса (термостойкого исполнения) все унифицированные модули, The utility model is a universal modular fiber-optic telemetry complex (Fig. 1), including at least one unified recording module (1) and at least one of the unified sensor heads (5), as well as in any combinations and quantities unified modules for expanding the number of channels (4), unified modules for switching optical channels (3) connected by an optical interface (2) to each other and an electronic interface (6) with a control computer, while in the inventive variant Ante standard version, all modules that are in standard conditions are standard version, in particular, they can be made of components that are specified for operation under standard conditions, in particular, fiber optic fibers used as communication lines of the optical interface (2) are standard connected optical fibers of the SMF-28 type (manufactured by Fujikura), in particular, optical fibers used for the manufacture of sensitive elements based on fiber Bragg gratings (hereinafter - FBG) (13) (Figs. 10-15) of unified sensor heads (5), are standard connected fiber optic fibers of the SMF-28 type (manufactured by Fujikura); One of the versions of the universal modular fiber-optic telemetric complex (heat-resistant version) is all unified modules,
находящиеся в зоне действия высокой температуры выполняются в термостойком исполнении, в частности, они могут быть выполнены из комплектующих, предназначенных для работы в условиях повышенной температуры, в частности, они могут быть укомплектованы унифицированными сенсорными головками (5), специфицированными для работы в условиях повышенной температуры, в частности, они могут быть укомплектованы унифицированными сенсорными головками (5), чувствительные элементы на основе ВБР (13) которых специальным образом подготовлены для сохранения своих рабочих характеристик в условиях повышенной температуры, в частности, линии связи оптического интерфейса (2), находящиеся в зоне действия повышенной температуры, могут быть выполнены на основе волоконных световодов, предназначенных для работы в условиях повышенной температуры, в частности, они могут быть выполнены из световодов с термостойким покрытием, в частности, они могут быть выполнены из световодов с термостойким покрытием из металла, в частности, они могут быть выполнены из световодов с термостойким покрытием из медного сплава;located in the high temperature zone are performed in a heat-resistant design, in particular, they can be made of components designed to operate at elevated temperatures, in particular, they can be equipped with unified sensor heads (5), specified for operation at elevated temperatures in particular, they can be equipped with unified sensor heads (5), sensitive elements based on FBG (13) which are specially prepared for preservation their operating characteristics at elevated temperatures, in particular, communication lines of the optical interface (2) located in the zone of elevated temperature can be made on the basis of fiber optical fibers designed to operate at elevated temperatures, in particular, they can be made of optical fibers with a heat-resistant coating, in particular, they can be made of optical fibers with a heat-resistant coating of metal, in particular, they can be made of optical fibers with a heat-resistant coating of copper alloy wa;
Еще одним из вариантов исполнения универсального модульного волоконно-оптического телеметрического комплекса (радиационно-стойкого исполнения) все унифицированные модули, находящиеся в зоне действия повышенной радиации выполняются в радиационно-стойком исполнении, в частности, они могут быть выполнены из комплектующих, предназначенных для работы в условиях повышенной радиации, в частности, они могут быть укомплектованы унифицированными сенсорными головками (5), специфицированными для работы в условиях повышенной радиации, в частности, они могут быть укомплектованы унифицированными сенсорными головками (5), чувствительные элементы на основе ВБР (13) которых выполнены на основе волоконных световодов с повышенной радиационной стойкостью, в частности, на основе волоконных световодов, радиационная стойкость которых повышена за счет насыщения сетки кварцевого стекла молекулярными газами, в частности, радиационная стойкость которых повышена за счет насыщения сетки кварцевого стекла водородом и/или дейтерием, в частности, чувствительные элементы (13) унифицированных сенсорных головок (5) могут быть специальным образом обработаны для обеспечения сохранения ими своих рабочих характеристик в условиях повышенной радиации, в частности, линии связи оптического интерфейса (2), находящиеся в зоне действия повышенной радиации, могут быть выполнены на основе волоконных световодов, предназначенных для работы в условиях повышенной радиации, в частности, они могут быть выполнены из световодов с радиационно-стойким покрытием, в частности, они могут быть выполнены из световодов Another embodiment of the universal modular fiber-optic telemetric complex (radiation-resistant design), all unified modules located in the area of increased radiation are performed in a radiation-resistant design, in particular, they can be made of components designed to work in conditions increased radiation, in particular, they can be equipped with unified sensor heads (5), specified for operation in conditions of increased radiation, in particular Moreover, they can be equipped with unified sensor heads (5), FBG-sensitive sensors (13) of which are made on the basis of fiber optical fibers with increased radiation resistance, in particular, on the basis of fiber optical fibers whose radiation resistance is increased due to saturation of the silica glass grid molecular gases, in particular, whose radiation resistance is increased due to saturation of the quartz glass network with hydrogen and / or deuterium, in particular, sensitive elements (13) of standardized sensors heads (5) can be specially processed to ensure that they maintain their performance under high radiation conditions, in particular, communication lines of the optical interface (2) located in the zone of increased radiation can be made on the basis of fiber optical fibers intended for work in conditions of increased radiation, in particular, they can be made of optical fibers with a radiation-resistant coating, in particular, they can be made of optical fibers
с радиационно-стойким покрытием из металла, в частности, они могут быть выполнены из световодов с радиационно-стойким покрытием из алюминиевого сплава, в частности, волоконные световоды линий связи оптического интерфейса могут быть выполнены радиационно-стойкими, в частности, повышенная радиационная стойкость волоконных световодов может быть достигнута за счет насыщения сетки кварцевого стекла молекулярными газами, в частности, радиационная стойкость может быть достигнута за счет насыщения сетки кварцевого стекла водородом и/или дейтерием;with a radiation-resistant coating of metal, in particular, they can be made of optical fibers with a radiation-resistant coating of aluminum alloy, in particular, optical fibers of communication lines of the optical interface can be made radiation-resistant, in particular, the increased radiation resistance of optical fibers can be achieved by saturation of the silica glass grid with molecular gases, in particular, radiation resistance can be achieved by saturation of the silica glass grid with hydrogen and / or terium;
Унифицированный регистрирующий модуль (фиг.3-6), содержащий источник света (7), оптическую светораспределительную систему (8), диспергирующий элемент (9), фоточувствительный датчик (10), выполненный в соответствии с указанными принципами унификации, при этом, в одном из вариантов (фиг.3), источник света (7) обеспечивает широкий спектр оптического излучения, а диспергирующий элемент (9), расположенный между оптической светораспределительной системой (8) и фотоприемником (10), выполняет роль перестраиваемого оптического фильтра, пропуская на фотоприемник (10) излучение различных спектральных интервалов, в частности, источник света (7) с широким спектром оптического излучения может быть выполнен в виде суперлюминесцентного диода, в частности, он может быть выполнен в виде волоконного суперлюминесцентного источника света, в частности, он может быть выполнен в виде светодиода, в частности, он может быть выполнен в виде лампы накаливания, в частности, он может быть выполнен в виде газоразрядной лампы; в другом заявляемом варианте (фиг.4) источник света (7) также имеет широкий спектр выходного оптического излучения, однако диспергирующий элемент (9), установленный между источником света (7) и оптической светораспределительной системой (8), выполняет роль перестраиваемого фильтра, пропуская через оптическую светораспределительную систему (8) излучение с различной длиной волны; в третьем заявляемом варианте (фиг.5) источник света (7), содержащий в своей конструкции диспергирующий элемент (9), излучает оптический сигнал с узким спектром, длина волны которого перестраивается в соответствии с управляющим сигналом, передаваемым по электронному интерфейсу (6) от компьютера; в четвертом заявляемом варианте (фиг.6) оптический приемник (10) содержит в качестве элемента своей конструкции встроенный диспергирующий элемент (9), являясь, таким образом, интегральным спектрометром.A unified recording module (Figs. 3-6), containing a light source (7), an optical light distribution system (8), a dispersing element (9), a photosensitive sensor (10), made in accordance with these principles of unification, moreover, in one of the options (Fig. 3), the light source (7) provides a wide range of optical radiation, and the dispersing element (9), located between the optical light distribution system (8) and the photodetector (10), acts as a tunable optical filter, passing on the photodetector a window (10) the radiation of various spectral ranges, in particular, a light source (7) with a wide spectrum of optical radiation can be made in the form of a superluminescent diode, in particular, it can be made in the form of a fiber superluminescent light source, in particular, it can be made in the form of an LED, in particular, it can be made in the form of an incandescent lamp, in particular, it can be made in the form of a discharge lamp; in another claimed embodiment (FIG. 4), the light source (7) also has a wide range of output optical radiation, however, the dispersing element (9) installed between the light source (7) and the optical light distribution system (8) acts as a tunable filter, passing through an optical light distribution system (8) radiation with a different wavelength; in the third claimed embodiment (FIG. 5), the light source (7) containing the dispersing element (9) in its design emits an optical signal with a narrow spectrum, the wavelength of which is tuned in accordance with the control signal transmitted via the electronic interface (6) from a computer; in the fourth claimed embodiment (FIG. 6), the optical receiver (10) contains an integrated dispersing element (9) as an element of its design, thus being an integral spectrometer.
Унифицированная сенсорная головка (фиг.10-15), содержащая по меньшей мере один чувствительный элемент на основе ВБР (13), устройство фиксации чувствительного элемента (15), преобразователь физической величины (14), корпус (16), оптический A unified sensor head (Fig. 10-15) containing at least one sensor element based on FBG (13), a device for fixing the sensor element (15), a physical quantity converter (14), a housing (16), an optical
интерфейс (2), выполненные в соответствии с указанными принципами унификации, при этом:interface (2), made in accordance with the specified principles of unification, while:
- в заявляемом варианте термочувствительной сенсорной головки (фиг.10) преобразователь физической величины (14) выполнен таким образом, чтобы обеспечить хороший тепловой контакт чувствительного элемента на ВБР (13) с объектом, температура которого контролируется, в частности, он может быть выполнен в виде теплопровода, в частности, он может быть выполнен в виде теплопровода из металла с высокой теплопроводностью, в частности, он может быть выполнен из меди, в частности, он может быть выполнен из алюминия, в частности, он может быть выполнен из диэлектрического материала, в частности, он может быть выполнен из керамики, в частности, он может быть выполнен из кварцевого стекла, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия области волоконного световода с записанной ВБР чувствительного элемента (13), в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из металла, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из стали, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из никеля, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из медного сплава, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из алюминиевого сплава, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из полимерного материала, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из ПММА, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из полиэтилена, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из полистирола, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из силикона, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из фторопласта, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из композиционного материала, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из углепластика, в частности, он может быть выполнен в виде защитного покрытия из стеклопластика;- in the claimed embodiment of the thermosensitive sensor head (Fig. 10), the physical quantity transducer (14) is made in such a way as to provide good thermal contact of the sensing element on the FBG (13) with an object whose temperature is controlled, in particular, it can be made in the form heat conduit, in particular, it can be made in the form of a heat conduit from metal with high thermal conductivity, in particular, it can be made of copper, in particular, it can be made of aluminum, in particular, it can be made of d and the electric material, in particular, it can be made of ceramic, in particular, it can be made of quartz glass, in particular, it can be made in the form of a protective coating of the fiber region with the recorded FBG sensitive element (13), in particular it can be made in the form of a protective coating of metal, in particular, it can be made in the form of a protective coating of steel, in particular, it can be made in the form of a protective coating of nickel, in particular, it can be made in the form of a protective coating of copper alloy, in particular, it can be made in the form of a protective coating of aluminum alloy, in particular, it can be made in the form of a protective coating of polymeric material, in particular, it can be made in the form of a protective coating of PMMA, in particular, it can be made in the form of a protective coating of polyethylene, in particular, it can be made in the form of a protective coating of polystyrene, in particular, it can be made in the form of a protective coating of silicone, in particular, it can be made in the form protectively a coating of a fluoroplastic, in particular, it may be formed as a protective coating of a composite material, in particular, it may be formed as a protective coating of carbon, in particular, it may be formed as a protective coating of fiberglass;
- в заявляемом варианте сенсорной головки, чувствительной к давлению (фиг.11.) содержится, как минимум, два чувствительных элемента на основе ВБР (13), причем, как минимум, один из них выполнен таким образом, чтобы на него не передавалось измеряемое воздействие, но при этом он находился бы в тепловом контакте со вторым элементом, а преобразователь физической величины (14) выполнен таким образом, чтобы преобразовывать измеряемое давление в контролируемом пространстве в продольную механическую деформацию второго чувствительного элемента (13), в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде упругой мембраны, ограничивающей с одной стороны объем, давление в котором измеряется, в - in the inventive embodiment, the pressure sensitive sensor head (Fig. 11) contains at least two sensing elements based on FBG (13), and at least one of them is made in such a way that the measured effect is not transmitted to it but at the same time it would be in thermal contact with the second element, and the physical quantity transducer (14) is made in such a way as to convert the measured pressure in the controlled space into the longitudinal mechanical deformation of the second sensitive element (13), per hour In particular, the transducer of physical quantity (14) can be made in the form of an elastic membrane bounding on one side the volume in which the pressure is measured, in
частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде упругой мембраны, разграничивающей два объема, разница давлений в которых измеряется, в частности, преобразователь физической величины может быть выполнен в виде упругой мембраны из металла, а чувствительный элемент (13) прикреплен к этой мембране одним концом, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде упругой мембраны из металла, а чувствительный элемент (13) прикреплен к этой мембране по всей поверхности, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде мембраны из композиционного материала, а чувствительный элемент (13) помещен внутрь этого материала, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде отрезка трубопровода, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде отрезка трубопровода из металла, а чувствительный элемент (13) закреплен на внешней цилиндрической поверхности перпендикулярно образующей цилиндра, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде отрезка трубопровода из металла, один торец которого заглушен, а чувствительный элемент (13) прикреплен к внешней или внутренней цилиндрической поверхности трубопровода в направлении параллельно образующей цилиндра, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде сильфона, а чувствительный элемент (13) прикреплен к заглушенному торцу сильфона одним концом;in particular, the physical quantity transducer (14) can be made in the form of an elastic membrane delimiting two volumes, the pressure difference in which is measured, in particular, the physical quantity transducer can be made in the form of an elastic membrane of metal, and the sensitive element (13) is attached to one end of this membrane, in particular, a physical quantity transducer (14) can be made in the form of an elastic metal membrane, and a sensitive element (13) is attached to this membrane over the entire surface, in particular, The span of the physical quantity (14) can be made in the form of a membrane made of composite material, and the sensitive element (13) is placed inside this material, in particular, the transducer of the physical quantity (14) can be made in the form of a segment of the pipeline, in particular, the transducer of the physical quantity (14) can be made in the form of a segment of a pipeline of metal, and the sensitive element (13) is mounted on the outer cylindrical surface perpendicular to the cylinder generatrix, in particular, a physical quantity transducer (14) can can be made in the form of a segment of a pipeline made of metal, one end of which is plugged, and a sensing element (13) is attached to the external or internal cylindrical surface of the pipeline in the direction parallel to the cylinder generatrix, in particular, the physical quantity transducer (14) can be made in the form of a bellows and the sensing element (13) is attached to the blanked end of the bellows at one end;
- в заявляемом варианте сенсорной головки чувствительной к гидростатическому давлению (фиг.12.) содержится, как минимум, один чувствительный элемент на ВБР (13), причем, волоконный световод чувствительного элемента обладает значительным двулучепреломлением, при этом, преобразователь физической величины (14) выполнен таким образом, чтобы обеспечить анизотропную передачу внешнего гидростатического давления на поверхность световода чувствительного элемента на ВБР (13), в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока, причем чувствительный элемент (13) помещен внутрь этого блока, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из композиционного материала, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из углепластика, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из стеклопластика, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из полимерного материала, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из полиметилметакрилата (ПММА), в частности, преобразователь физической - in the inventive version of the sensor head sensitive to hydrostatic pressure (Fig. 12) contains at least one sensor on the FBG (13), moreover, the fiber optic fiber of the sensor has significant birefringence, while the physical quantity converter (14) is made Thus, in order to ensure anisotropic transmission of external hydrostatic pressure to the surface of the fiber of the sensing element on the FBG (13), in particular, the physical quantity converter (14) can be made in in the form of a monolithic block, moreover, the sensitive element (13) is placed inside this block, in particular, the physical quantity converter (14) can be made in the form of a monolithic block of composite material, in particular, the physical quantity converter (14) can be made in the form of a monolithic carbon fiber block, in particular, the physical quantity converter (14) can be made in the form of a monolithic fiberglass block, in particular, the physical quantity converter (14) can be made in the form of a monolithic block of polymeric material, in particular, the physical quantity transducer (14) may be formed as a solid block of polymethylmethacrylate (PMMA), in particular, a physical transducer
величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из каучука, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из поливинилхлорида (ПВХ), в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из полистирола, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из эпоксидного компаунда, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного блока из силикона, в частности, анизотропная передача внешнего давления может быть обеспечена за счет конструктивной формы преобразователя физической величины (14), в частности, анизотропная передача внешнего давления может быть обеспечена за счет эллиптической в поперечном сечении формы преобразователя физической величины (14), причем чувствительный элемент (13) расположен внутри преобразователя физической величины, по продольной оси, причем оптические оси двулучепреломления чувствительного элемента (13) сориентированы внутри относительно осей эксцентриситета эллиптического сечения преобразователя физической величины (14) таким образом, чтобы внешнее воздействие приводило к уменьшению двулучепреломления в чувствительном элементе (13), в частности, анизотропная передача внешнего давления может быть обеспечена за счет эллиптической в поперечном сечении формы преобразователя физической величины (14), причем чувствительный элемент (13) расположен внутри преобразователя физической величины (14), по продольной оси, причем оптические оси двулучепреломления чувствительного элемента сориентированы внутри относительно осей эксцентриситета эллиптического сечения преобразователя физической величины (14) таким образом, чтобы внешнее воздействие приводило к увеличению двулучепреломления в чувствительном элементе (13);value (14) can be made in the form of a monolithic block of rubber, in particular, the converter of physical quantity (14) can be made in the form of a monolithic block of polyvinyl chloride (PVC), in particular, the converter of physical value (14) can be made in the form monolithic block of polystyrene, in particular, the physical quantity converter (14) can be made in the form of a monolithic block of epoxy compound, in particular, the physical quantity converter (14) can be made in the form of a monolithic block of silicone, in h In particular, anisotropic transmission of external pressure can be achieved due to the structural form of the physical quantity transducer (14), in particular, anisotropic transmission of external pressure can be provided due to the elliptical cross-sectional shape of the physical quantity transducer (14), moreover, the sensitive element (13) located inside the transducer of a physical quantity along the longitudinal axis, the optical axes of birefringence of the sensing element (13) being oriented inside relative to the axes of eccentric eta elliptical cross section of the transducer of a physical quantity (14) in such a way that an external action leads to a decrease in birefringence in the sensitive element (13), in particular, anisotropic transmission of external pressure can be achieved due to the shape of the transducer of a physical quantity elliptical in cross section (14), moreover, the sensitive element (13) is located inside the transducer of the physical quantity (14), along the longitudinal axis, and the optical axis of the birefringence of the sensitive element is oriented within about the axes of eccentricity of the elliptical cross section of a physical quantity transducer (14) so that the external action resulting in an increase in the birefringence in the sensor (13);
- в заявляемом варианте сенсорной головки, чувствительной к механическим деформациям продольного растяжения/сжатия (фиг.13.) содержится, по меньшей мере, два чувствительных элемента на ВБР (13), причем, один из них размещен таким образом, чтобы на него не передавалась измеряемая механическая деформация продольного растяжения/сжатия от контролируемого объекта, но, в тоже время, он находился бы в тепловом контакте со вторым элементом, причем, преобразователь физической величины (14) сконструирован таким образом, что обеспечивает передачу измеряемой механической деформации продольного растяжения/сжатия от контролируемого объекта ко второму чувствительному элементу (13), преобразуя ее в механическую деформацию продольного растяжения/сжатия чувствительного элемента на ВБР (13), в частности, преобразователь физической величины (14) сконструирован таким образом, что обеспечивает передачу - in the claimed embodiment, the sensor head sensitive to mechanical strains of longitudinal tension / compression (Fig. 13) contains at least two sensing elements on the FBG (13), moreover, one of them is placed so that it is not transmitted measurable mechanical strain of longitudinal tension / compression from the controlled object, but at the same time, it would be in thermal contact with the second element, moreover, the physical quantity transducer (14) is designed in such a way that ensures the transmission of mechanical deformation of longitudinal tension / compression from the controlled object to the second sensitive element (13), transforming it into mechanical deformation of longitudinal tension / compression of the sensitive element on FBG (13), in particular, the physical quantity transducer (14) is designed in such a way that provides transmission
измеряемой механической деформации продольного растяжения/сжатия от контролируемого объекта при различной форме его поверхности, в частности, при плоской форме поверхности контролируемого объекта, это достигается плоской формой части преобразователя физической величины (14), прикрепляемой к поверхности контролируемого объекта, в частности, при цилиндрической форме поверхности контролируемого объекта это достигается цилиндрической формой части преобразователя физической величины (14), прикрепляемой к поверхности контролируемого объекта, в частности, преобразователь физической величины (14) сконструирован таким образом, что обеспечивает передачу измеряемой механической деформации продольного растяжения/сжатия от контролируемого объекта ко второму чувствительному элементу (13), преобразуя ее в механическую деформацию продольного растяжения/сжатия чувствительного элемента на ВБР (13) с необходимым преобразованием величины, в частности, преобразователь физической величины (14) обеспечивает передачу измеряемой механической деформации продольного растяжения/сжатия от контролируемого объекта ко второму чувствительному элементу (13), преобразуя ее в механическую деформацию продольного растяжения/сжатия чувствительного элемента на ВБР (13) с умножением ее величины на коэффициент усиления Ку, в частности, обеспечиваемый конструкцией преобразователя коэффициент усиления Ку лежит в пределах 0-1 (ослабление), в частности, обеспечиваемый конструкцией преобразователя коэффициент усиления Ку составляет более 1 (усиление), в частности, преобразователь физической величины (14) может быть конструктивной частью устройства фиксации чувствительного элемента (15), осуществляющей механическое соединение между поверхностью контролируемого объекта и вторым чувствительным элементом на ВБР (13), при этом, если продольный по измеряемой механической деформации размер между точками крепления чувствительного элемента (13) к устройству фиксации чувствительного элемента (15) больше, чем продольный по измеряемой механической деформации размер между точками крепления преобразователя физической величины (14) к поверхности контролируемого объекта, имеет место ослабление, и коэффициент усиления Ку, определяемый отношением этих размеров, лежит в пределах 0-1, если продольный по измеряемой механической деформации размер между точками крепления чувствительного элемента (14) к устройству фиксации чувствительного элемента (15) меньше, чем продольный по измеряемой механической деформации размер между точками крепления преобразователя физической величины (14) к поверхности контролируемого объекта, имеет место усиление, и коэффициент усиления Ку, определяемый отношением этих размеров, превышает 1, в частности, устройство фиксации чувствительного элемента (15), the measured mechanical deformation of longitudinal tension / compression from the controlled object with a different shape of its surface, in particular, when the surface of the controlled object is flat, this is achieved by the flat shape of the transducer part of the physical quantity (14) attached to the surface of the controlled object, in particular, with a cylindrical shape the surface of the controlled object, this is achieved by the cylindrical shape of the part of the transducer of physical quantity (14) attached to the surface of the controlled object In particular, the transducer of physical quantity (14) is designed in such a way that provides the transmission of the measured mechanical strain of longitudinal tension / compression from the controlled object to the second sensitive element (13), transforming it into mechanical strain of longitudinal tension / compression of the sensitive element on FBG ( 13) with the necessary quantity conversion, in particular, the physical quantity converter (14) provides the transmission of the measured mechanical strain of longitudinal tension / compression from of the controlled object to the second sensitive element (13), transforming it into mechanical deformation of longitudinal tension / compression of the sensitive element by FBG (13) with multiplying its value by the gain Ku, in particular, the gain Ku provided by the design of the converter lies in the range 0-1 (attenuation), in particular, the gain factor Ku provided by the design of the converter is more than 1 (gain), in particular, the physical quantity converter (14) can be a constructive part of the fixation properties of the sensitive element (15), which makes a mechanical connection between the surface of the controlled object and the second sensitive element on the FBG (13), in this case, if the longitudinal dimension of the measured mechanical deformation is between the attachment points of the sensitive element (13) to the fixation device of the sensitive element (15) ) is larger than the longitudinal dimension of the measured mechanical deformation between the attachment points of the physical quantity transducer (14) to the surface of the controlled object, there is a weakening and the gain Ku, determined by the ratio of these sizes, lies in the range 0-1 if the longitudinal dimension of the measured mechanical deformation between the points of attachment of the sensor (14) to the fixation device of the sensor (15) is less than the longitudinal one of the measured mechanical deformation the size between the attachment points of the transducer of physical quantity (14) to the surface of the controlled object, there is a gain, and the gain coefficient Ku, determined by the ratio of these sizes, exceeds 1, in particular , device for fixing the sensitive element (15),
преобразователь физической величины (14) и корпус (16) могут быть конструктивно выполнены в виде монолитного блока из конструктивного материала, причем, чувствительный элемент (13) размещен внутри этого блока, в частности, они могут быть выполнены из композиционного материала, в частности, они могут быть выполнены из углепластика, в частности они могут быть выполнены из стеклопластика, в частности, они могут быть выполнены из полимерного материала, в частности они могут быть выполнены из полиметилметакрилата (ПММА), в частности, они могут быть выполнены из полиэтилена, в частности, они могут быть выполнены из каучука, в частности, они могут быть выполнены из силикона, в частности, они могут быть выполнены из поливинилхлорида (ПВХ), в частности, они могут быть выполнены из эпоксидного компаунда, в частности, они могут быть выполнены из эпоксидного компаунда с наполнителем;the physical quantity converter (14) and the housing (16) can be structurally made in the form of a monolithic block of structural material, moreover, the sensitive element (13) is placed inside this block, in particular, they can be made of composite material, in particular, they can be made of carbon fiber, in particular they can be made of fiberglass, in particular, they can be made of a polymeric material, in particular they can be made of polymethylmethacrylate (PMMA), in particular, they can be made of polyethylene, in particular, they can be made of rubber, in particular, they can be made of silicone, in particular, they can be made of polyvinyl chloride (PVC), in particular, they can be made of epoxy compound, in particular , they can be made of an epoxy compound with a filler;
- в заявляемом варианте унифицированной сенсорной головки, предназначенной для одновременного измерения деформаций изгиба, кручении, сдвига и контактного давления (фиг.9.) содержится, по меньшей мере, девять чувствительных элементов (13), причем, четыре из них расположены по четырем вертикальным ребрам преобразователя физической величины (14), выполненного в форме параллелепипеда, другие четыре чувствительных элемента (13) расположены по диагоналям боковых граней параллелепипеда, а один чувствительный элемент (13) размещен таким образом, чтобы он находился в тепловом контакте с остальными чувствительными элементами, но не испытывал на себе никаких механических деформаций, в частности, преобразователь физической величины (14), выполненный в форме параллелепипеда может быть выполнен из упруго-деформируемого материала и представлять из себя единую конструкцию, сочетающую функции преобразователя физической величины (14), устройства фиксации чувствительного элемента (15) и корпуса (16), при этом все чувствительные элементы (13) объединены оптическим интерфейсом (2) в единую измерительную оптическую ветвь, а обработка и анализ сигналов от всех чувствительных элементов (13) позволяет сделать вывод о характере, типе и величине деформации унифицированной сенсорной головки (5), в частности, преобразователь физической величины (14), выполненный в форме параллелепипеда может быть выполнен из металла, в частности, преобразователь физической величины (14), выполненный в форме параллелепипеда может быть выполнен из стали, в частности, преобразователь физической величины (14), выполненный в форме параллелепипеда может быть выполнен из алюминиевого сплава, в частности, преобразователь физической величины (14), выполненный в форме параллелепипеда может быть выполнен из титанового сплава, в частности, преобразователь физической - in the claimed embodiment, a unified sensor head designed for simultaneous measurement of bending, torsion, shear and contact pressure deformations (Fig. 9) contains at least nine sensing elements (13), four of which are located along four vertical ribs a physical quantity transducer (14) made in the form of a parallelepiped, the other four sensing elements (13) are located along the diagonals of the side faces of the parallelepiped, and one sensing element (13) is placed so that He was in thermal contact with other sensitive elements, but did not experience any mechanical deformations, in particular, a physical quantity transducer (14) made in the form of a parallelepiped can be made of an elastically deformable material and can be a single structure combining the functions of the physical quantity transducer (14), the fixation device of the sensitive element (15) and the housing (16), while all the sensitive elements (13) are combined by the optical interface (2) into a single meter optical branch, and processing and analysis of signals from all sensitive elements (13) allows us to conclude about the nature, type and strain of a unified sensor head (5), in particular, a physical quantity converter (14) made in the form of a parallelepiped can be made made of metal, in particular, a physical quantity transducer (14) made in the form of a parallelepiped can be made of steel, in particular, a physical quantity transducer (14) made in the form of a parallelepiped can be made and Aluminum alloy, in particular, the physical quantity transducer (14) arranged in the form of a parallelepiped can be made of titanium alloy, in particular physical transducer
величины (14), выполненный в форме параллелепипеда может быть выполнен из полимерного материала, в частности, он может быть выполнен из полиметилметакрилата (ПММА), в частности, он может быть выполнен из композиционного материала, в частности, он может быть выполнен из стеклопластика, в частности, он может быть выполнен из углепластика, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде монолитного параллелепипеда, в частности, преобразователь физической величины (14) может быть выполнен в виде полого параллелепипеда;values (14), made in the form of a parallelepiped can be made of a polymeric material, in particular, it can be made of polymethylmethacrylate (PMMA), in particular, it can be made of composite material, in particular, it can be made of fiberglass, in particular, it can be made of carbon fiber, in particular, the physical quantity transducer (14) can be made in the form of a monolithic parallelepiped, in particular, the physical quantity transducer (14) can be made in the form of a hollow parallelepiped food;
- в заявляемом варианте акселерометрической и вибрационно-чувствительной головки (фиг.14) содержится, по меньшей мере, два чувствительных элемента на ВБР (13), причем, один из них размещен таким образом, чтобы на него не действовало усилие, передаваемое преобразователем физической величины (14) на второй чувствительный элемент, но, в тоже время он находился бы в одинаковых тепловых условиях с ним, при этом преобразователь физической величины (14) выполнен в виде подвижного массивного инерционного элемента на направляющих, ограничивающих его свободу перемещением вдоль выделенной оси измерения, таким, образом, чтобы под действием измеряемого ускорения происходило перемещение инерционного элемента относительно устройства фиксации чувствительного элемента (15), что приводит к возникновению продольной деформации второго чувствительного элемента (13), одним концом прикрепленного к неподвижному устройству фиксации (15), а другим к преобразователю физической величины (14), в частности, величина свободного хода инерционного элемента может быть ограничена, в частности, величина свободного хода инерционного элемента может быть ограничена специальным ограничителем в пределах, не допускающих обрыва волоконного световода чувствительного элемента на ВБР (13), в частности, величина свободного хода инерционного элемента может быть ограничена упругостью волоконного световода чувствительного элемента на ВБР (13), в частности, величина свободного хода может быть ограничена упруго-деформируемым элементом конструкции устройства фиксации (15), в котором полностью закреплен чувствительный элемент на ВБР (13), в частности, упруго-деформируемый элемент конструкции может быть выполнен в виде пружины, в частности, упруго-деформируемый элемент может быть выполнен в виде плоской пластины, а чувствительный элемент (13) может быть прикреплен на поверхности по оси этой пластины таким образом, чтобы, действующее ускорение приводило к изгибу пластины, и растяжению/сжатию чувствительного элемента на ВБР (13), в частности, упруго-деформируемый элемент может быть выполнен в виде плоской пластины, а чувствительный элемент (13) может быть прикреплен по оси этой пластины таким образом, чтобы, действующее ускорение приводило к растяжению/сжатию - in the claimed version of the accelerometer and vibration-sensitive head (Fig) contains at least two sensing elements on the FBG (13), moreover, one of them is placed so that it is not affected by the force transmitted by the physical quantity converter (14) to the second sensitive element, but at the same time it would be in the same thermal conditions with it, while the physical quantity converter (14) is made in the form of a movable massive inertial element on guides that limit it to the baud by moving along the selected axis of the measurement, so that under the action of the measured acceleration the inertial element moves relative to the fixation device of the sensing element (15), which leads to the longitudinal deformation of the second sensing element (13), one end attached to a fixed fixing device ( 15), and to others, to the transducer of physical quantity (14), in particular, the value of the free run of the inertial element can be limited, in particular, the value is free the inertial element travel can be limited by a special limiter to the extent that the fiber of the sensing element is not broken off on the FBG (13), in particular, the free movement of the inertia element can be limited by the elasticity of the fiber of the sensing element on the FBG (13), in particular the amount of free play can be limited by an elastically deformable structural element of the fixation device (15), in which the sensitive element is completely fixed on the FBG (13), in particular, the elastic the secured structural element can be made in the form of a spring, in particular, the elastically deformable element can be made in the form of a flat plate, and the sensitive element (13) can be attached to the surface along the axis of this plate so that the effective acceleration leads to bending plate, and stretching / compression of the sensitive element on the FBG (13), in particular, the elastically deformable element can be made in the form of a flat plate, and the sensitive element (13) can be attached along the axis of this plate so that Actual acceleration would lead to tension / compression
пластины, и растяжению/сжатию чувствительного элемента на ВБР (13), в частности упруго-деформируемый элемент может быть выполнен в виде полого цилиндрического стержня, а чувствительный элемент (13) размещен по оси этого стержня внутри;plate, and stretching / compression of the sensitive element on the FBG (13), in particular, the elastically deformable element can be made in the form of a hollow cylindrical rod, and the sensitive element (13) is placed along the axis of this rod inside;
- в заявляемом варианте унифицированной сенсорной головки, чувствительной к силе или перемещению (динамометрическая головка) (фиг.15) содержится, по меньшей мере, два чувствительных элемента (13), один из которых закреплен в устройстве фиксации (15) таким образом, чтобы не испытывать никаких механических деформаций, но находиться в тех же температурных условиях, что и второй, причем, измеряемое перемещение преобразуется с помощью преобразователя физической величины (14) в продольную деформацию (растяжения/сжатия) второго чувствительного элемента 13), в частности преобразователь физической величины (14) может осуществлять такое преобразование посредством пружины, один конец которой закреплен на упруго-деформируемом элементе конструкции устройства фиксации (15) чувствительного элемента на ВБР (13), а второй прикреплен к подвижной штанге, таким образом, что перемещение штанги в пределах измеряемой величины приводит к натяжению пружины, которая, в свою очередь, обеспечивает продольную деформацию упруго-деформируемого элемента устройства фиксации (15) с прикрепленным к нему чувствительным элементом на ВБР (13), в частности, устройство фиксации чувствительного элемента (15) может быть конструктивно объединено с корпусом (16), а подвижная штанга может образовывать с корпусом коаксиальную телескопическую пару, внутри которой размещены по оси пружина и чувствительные элементы, в частности преобразователь физической величины (14) может осуществлять такое преобразование посредством пружины, один конец которой закреплен на упруго-деформируемом элементе конструкции устройства фиксации (15) чувствительного элемента на ВБР (13), а второй прикреплен к подвижной штанге, таким образом, что перемещение штанги в пределах измеряемой величины приводит к натяжению пружины, которая, в свою очередь обеспечивает изгибную деформацию упруго-деформируемого элемента устройства фиксации (15) с прикрепленным к нему чувствительным элементом на ВБР (13), при этом упруго-деформируемый элемент выполнен в виде пластины из конструктивного материала, в частности, он может быть выполнен из металла, а чувствительный элемент (13) прикреплен к его поверхности, в частности, он может быть выполнен из композиционного материала, а чувствительный элемент (13) помещен внутрь этого материала, в частности, он может быть выполнен из стеклопластика, в частности он может быть выполнен из углепластика, в частности, преобразователь физической величины (14) может осуществлять такое преобразование посредством передачи регистрируемого перемещения непосредственно на - in the claimed embodiment, a unified sensor head, sensitive to force or displacement (dynamometer head) (Fig. 15) contains at least two sensing elements (13), one of which is fixed in the fixing device (15) so that it does not to experience no mechanical deformations, but to be in the same temperature conditions as the second one, and the measured displacement is transformed with the help of a physical quantity transducer (14) into longitudinal deformation (tension / compression) of the second sensitive element 13), in particular, a physical quantity transducer (14) can carry out such a transformation by means of a spring, one end of which is fixed on an elastically deformable structural element of the device for fixing (15) of the sensing element on the FBG (13), and the second is attached to a movable rod so that the movement of the rod within the measured value leads to spring tension, which, in turn, provides longitudinal deformation of the elastically deformable element of the fixation device (15) with the attached With a FBM element (13), in particular, the device for fixing the sensitive element (15) can be structurally combined with the casing (16), and the movable rod can form a coaxial telescopic pair with the casing, inside of which the spring and sensitive elements are placed along the axis, in particular, a physical quantity transducer (14) can carry out such a conversion by means of a spring, one end of which is fixed to an elastically deformable structural element of the device for fixing (15) of the sensing element on FBG (13), and in the latter is attached to the movable rod, so that the movement of the rod within the measured value leads to the tension of the spring, which, in turn, provides bending deformation of the elastically deformable element of the fixing device (15) with the sensitive element attached to it on the FBG (13), the elastically deformable element is made in the form of a plate of structural material, in particular, it can be made of metal, and the sensitive element (13) is attached to its surface, in particular, it can be made and h of the composite material, and the sensitive element (13) is placed inside this material, in particular, it can be made of fiberglass, in particular it can be made of carbon fiber, in particular, the physical quantity transducer (14) can carry out such a conversion by transmitting the recorded moving directly to
упруго-деформируемый элемент, вызывая его изгибную деформацию, что приводит к натяжению/сжатию прикрепленного к нему чувствительного элемента на ВБР (13);an elastically deformable element, causing its bending deformation, which leads to tension / compression of the sensing element attached to it on the FBG (13);
Унифицированный модуль расширения числа оптических каналов (рис.4.), содержащий, по меньшей мере, одну оптическую светоделительную систему (11), оптический интерфейс (2), выполненные в соответствии с указанными принципами унификации, причем, оптическое излучение из общего канала посредством оптической светоделительной системы (11) распределяется равными частями на, по меньшей мере, два ответвленных оптических канала, а излучение, поступающее из этих каналов объединяется и направляется обратно в общий канал, при этом светоделительная оптическая система (11) может быть выполнена, в частности, на основе сплавных волоконных ответвителей, в частности, она может быть выполнена также на основе интегрально-оптических ответвителей, в частности она может быть выполнена на основе объемных оптических элементов;A unified module for expanding the number of optical channels (Fig. 4.), Containing at least one optical beam splitter system (11), an optical interface (2), made in accordance with the indicated principles of unification, moreover, optical radiation from a common channel through optical the beam splitting system (11) is distributed in equal parts to at least two branched optical channels, and the radiation coming from these channels is combined and sent back to the common channel, while the beam splitting optical which system (11) can be performed, in particular, on the basis of alloyed fiber couplers, in particular, it can also be performed on the basis of integrated optical couplers, in particular, it can be performed on the basis of bulk optical elements;
Унифицированный модуль коммутации оптических каналов (рис.5.), содержащий коммутирующую оптическую систему (12), оптический интерфейс (2), электронный управляющий интерфейс (6), выполненные в соответствии с указанными принципами унификации, причем оптическое излучение, поступающее на общий оптический канал посредством коммутирующей оптической системы (12), переключаемой в соответствии с электронным управляющим сигналом, поступающим по электронному интерфейсу (6), направляется в один из коммутируемых каналов, а излучение из этого канала - обратно в общий оптический канал, в частности, коммутирующая оптическая система (12) может быть построена на основе электрооптических дефлекторов, в частности, коммутирующая оптическая система (12) может быть построена на основе электромеханических оптических дефлекторов, в частности, коммутирующая оптическая система (12) может быть построена на основе технологии Микро-Электро-Механических Систем (МЭМС).A unified module for switching optical channels (Fig. 5), containing a switching optical system (12), an optical interface (2), an electronic control interface (6), made in accordance with the indicated principles of unification, and the optical radiation entering the common optical channel by means of a switching optical system (12), switched in accordance with the electronic control signal received via the electronic interface (6), is directed to one of the switched channels, and the radiation from this channel is sampled clearly into the common optical channel, in particular, the switching optical system (12) can be built on the basis of electro-optical deflectors, in particular, the switching optical system (12) can be built on the basis of electromechanical optical deflectors, in particular, the switching optical system (12) can be built on the basis of technology of Micro-Electro-Mechanical Systems (MEMS).
Все заявляемые модули связаны общим творческим замыслом и вместе обеспечивают реализацию задачи изобретения - построение универсального модульного волоконно-оптического телеметрического комплекса.All of the claimed modules are connected by a common creative concept and together provide the implementation of the objectives of the invention - the construction of a universal modular fiber-optic telemetry complex.
Как видно на блок-схеме, представленной на фиг.1, главным структурным элементом комплекса является унифицированный регистрирующий модуль (1). Он предназначен для регистрации спектрального сдвига длины волны резонансного отражения чувствительного элемента (13) унифицированной сенсорной головки (5), о принципе действия которой будет сказано ниже. Варианты его построения представлены на фигурах 3-6. В варианте исполнения А (фиг.3) оптическое излучение от источника света (7), обладающего широким спектром выходного излучения, как, например, СЛД-1550 производства АО As can be seen in the block diagram shown in figure 1, the main structural element of the complex is a unified recording module (1). It is designed to record the spectral shift of the wavelength of the resonant reflection of the sensitive element (13) of the unified sensor head (5), the principle of which will be discussed below. Options for its construction are presented in figures 3-6. In embodiment A (FIG. 3), optical radiation from a light source (7) having a wide spectrum of output radiation, such as, for example, SLD-1550 manufactured by AO
«Нолатех», по оптическому интерфейсу (2) поступает в оптическую светораспределительную систему (8), выполненную, например, на базе оптического циркулятора OCPI-30-2-1-1-3-1-1, производства компании Agiltron, которая направляет это излучение во внешний оптический интерфейс (2), осуществляющий соединение регистрирующего модуля (1) с другими унифицированными модулями комплекса, и, напротив, излучение, вошедшее в регистрирующий модуль (1) из внешнего оптического интерфейса (2) оптической светораспределительной системой (8) направляется по оптическому интерфейсу (2) в диспергирующий элемент (9), разделяющий входящее излучение на спектральные компоненты и пропускающий их в соответствии с управляющим сигналом, подводимым по электронному интерфейсу (6), и являющийся, таким образом, перестраиваемым фильтром, как, например, FOTF-01-5, компании Agiltron. После него выделенные спектральные компоненты направляются на фоточувствительный датчик (10), например, типа ФДМ-14-2К, производства АО «Нолатех», преобразующий оптическое излучение в электрический сигнал, направляемый в электронный интерфейс (6) для дальнейшей обработки. В варианте Б (фиг.4) диспергирующий элемент (9), управляемый по электронному интерфейсу (6), как и в варианте А (фиг.3), является перестраиваемым фильтром, пропускающим в соответствии с управляющим сигналом из электронного интерфейса (6) определенные спектральные компоненты излучения от источника света (7) в оптическую светораспределительную систему (8), которая в свою очередь, направляет это излучение во внешний оптический интерфейс (2), а излучение приходящее из него направляет по внутреннему оптическому интерфейсу (2) на фоточувствительный датчик (10). В варианте В (фиг.5) диспергирующий элемент (9) входит в качестве конструктивного элемента (части резонатора лазера) в источник света (7), который, таким образом, является источником света с перестраиваемой длиной волны, как, например, модель ECL5000D, представленная в каталоге компании Thorlabs. В остальном, вариант В (фиг.5) исполнения модуля регистрации (1) работает так же как и вариант Б (фиг.4), однако, он обладает более высокой, по сравнению с предыдущими вариантами, мощностью оптического излучения, что позволяет создавать на его основе более разветвленные системы, с большим числом унифицированных блоков, в частности, сенсорных головок, но, необходимо также отметить его более высокую стоимость. В варианте Г (фиг.6) диспергирующий элемент (9) входит в качестве составного конструктивного элемента в фоточувствительный датчик (10), являющийся, таким образом, интегральным спектрометром, как, например, спектрометр I-MON, производимый фирмой IBSEN. В остальном, этот вариант работает аналогично варианту А (фиг.3), однако этот вариант обладает повышенным по сравнению Nolatech, via the optical interface (2), enters the optical light distribution system (8), made, for example, on the basis of the optical circulator OCPI-30-2-1-1-1-3-1-1, manufactured by Agiltron, which directs this radiation to the external optical interface (2), connecting the recording module (1) with other unified modules of the complex, and, conversely, the radiation entering the recording module (1) from the external optical interface (2) by the optical light distribution system (8) is directed along optical inter ysu (2) into the dispersing element (9), which separates the incoming radiation into spectral components and transmits them in accordance with the control signal supplied via the electronic interface (6), and is thus a tunable filter, such as, for example, FOTF-01 -5, Agiltron. After it, the selected spectral components are sent to a photosensitive sensor (10), for example, of the FDM-14-2K type, manufactured by Nolatech JSC, which converts optical radiation into an electrical signal sent to an electronic interface (6) for further processing. In embodiment B (FIG. 4), the dispersing element (9), controlled by the electronic interface (6), as in variant A (FIG. 3), is a tunable filter that passes certain signals in accordance with the control signal from the electronic interface (6) spectral components of the radiation from the light source (7) to the optical light distribution system (8), which, in turn, directs this radiation to the external optical interface (2), and the radiation coming from it directs it through the internal optical interface (2) to the photosensitive uk (10). In option B (Fig. 5), the dispersing element (9) is included as a structural element (part of the laser cavity) in a light source (7), which, therefore, is a tunable wavelength light source, such as, for example, the ECL5000D, presented in the Thorlabs catalog. Otherwise, option B (Fig. 5) of the registration module (1) works in the same way as option B (Fig. 4), however, it has a higher optical radiation power than the previous versions, which allows creating it is based on more extensive systems, with a large number of unified blocks, in particular, sensor heads, but it is also worth noting its higher cost. In embodiment D (FIG. 6), the dispersing element (9) is included as a component in the photosensitive sensor (10), which is thus an integrated spectrometer, such as, for example, the I-MON spectrometer manufactured by IBSEN. Otherwise, this option works similarly to option A (figure 3), however, this option has an increased compared
с остальными вариантами, быстродействием. Такое многообразие вариантов позволяет разработчику создавать наиболее оптимальные системы, обеспечивая гибкость и необходимый набор диапазонов ключевых параметров.with other options, speed. Such a variety of options allows the developer to create the most optimal systems, providing flexibility and the necessary set of ranges of key parameters.
Как видно на блок-схеме комплекса (рис.1), излучение из унифицированного регистрирующего блока (1) может коммутироваться на один из нескольких оптических каналов модулем коммутации оптических каналов (3) (рис.5), содержащим оптическую коммутирующую систему (12), которая может быть построена на основе электрооптических дефлекторов, например, NSSW-12-5 компании Agiltron, или на основе технологии МЭМС, как, например, LBSW-18-5-1, того же производителя.As can be seen in the block diagram of the complex (Fig. 1), the radiation from the unified recording unit (1) can be switched to one of several optical channels by the optical channel switching module (3) (Fig. 5), which contains an optical switching system (12), which can be built on the basis of electro-optical deflectors, for example, NSSW-12-5 from Agiltron, or based on MEMS technology, such as, for example, LBSW-18-5-1, from the same manufacturer.
Далее излучение может быть разделено на несколько измерительных ветвей посредством модуля расширения числа каналов (4) (фиг.7), светоделительная система (11) которого может быть построена, например, на основе сплавного волоконно-оптического ответвителя 1×4 типа FC-4-5-1, разделяющего входное излучение поровну на четыре канала.Further, the radiation can be divided into several measuring branches by means of a channel number expansion module (4) (Fig. 7), the beam splitting system (11) of which can be constructed, for example, on the basis of an FC-4- type 1 × 4 alloy fiber-optic coupler 5-1, dividing the input radiation equally into four channels.
В каждой измерительной ветви может находиться одна или более унифицированных сенсорных головок (5), содержащих, в свою очередь, по меньшей мере, один чувствительный элемент на ВБР (13), преобразователь физической величины (14), устройство фиксации (15) чувствительного элемента (13), корпус (16), и оптический интерфейс (2).Each measuring branch may contain one or more standardized sensor heads (5), which, in turn, contain at least one sensor element on the FBG (13), a physical quantity transducer (14), and a fixation device (15) for the sensor element ( 13), housing (16), and optical interface (2).
Принцип действия сенсорной головки основан на свойстве чувствительного элемента на ВБР (13) изменять длину волны резонансного отражения в зависимости от приложенной к чувствительному элементу (13) температуры или механической деформации. Физические основы работы такого чувствительного элемента изложены ниже.The principle of operation of the sensor head is based on the property of the sensitive element on the FBG (13) to change the wavelength of the resonant reflection depending on the temperature or mechanical deformation applied to the sensitive element (13). The physical basis of the operation of such a sensitive element is described below.
Возможность реализации унифицированных сенсорных головок на ВБР:The possibility of implementing unified sensor heads on FBG:
Как уже было сказано, чувствительный элемент сенсорной головки основан на ВБР.As already mentioned, the sensing element of the sensor head is based on FBG.
Сдвиг спектрального положения резонансной длины волны ВБР λBr зависит от изменения температуры окружающей среды ΔТ и от приложенной к световоду с ВБР относительной деформации ε. Зависимость сдвига λBr от этих параметров описывается следующим уравнением:The shift in the spectral position of the resonant wavelength of the FBG λ Br depends on the change in the ambient temperature ΔT and on the relative strain ε applied to the fiber with the FBG. The dependence of the shift λ Br on these parameters is described by the following equation:
где Pi,j - коэффициенты Поккельса упруго-оптического тензора, ν - число Пуассона, α - коэффициент температурного расширения кварцевого стекла. Обычно используются следующие численные значения приведенных величин:where P i, j are the Pockels coefficients of the elastic-optical tensor, ν is the Poisson number, α is the coefficient of thermal expansion of quartz glass. The following numerical values of the given values are usually used:
Р11=0.121, P12=0.270, ν=0.164, dn/dT≈10-5 K-1, α≈10-6 К-1 P 11 = 0.121, P 12 = 0.270, ν = 0.164, dn / dT≈10 -5 K -1 , α≈10 -6 K -1
Соотношение (0.1) дает типичные значения сдвига λBr в зависимости от температуры ~0.01 nm/°C и от относительного удлинения световода ~10-3 nm/με (με - относительное удлинение, выраженное в единицах 10-6).Relation (0.1) gives typical values of the shear λ Br depending on the temperature ~ 0.01 nm / ° C and on the relative elongation of the fiber ~ 10 -3 nm / με (με is the relative elongation expressed in units of 10 -6 ).
Отметим, что, несмотря на не слишком значительные абсолютные значения указанных сдвигов, их величины, отнесенные к спектральной ширине ВБР достаточно велики, что и позволяет использовать такие ВБР в качестве чувствительных элементов при измерении температуры и механических деформаций. Так, современные системы регистрации спектров позволяют измерять спектральное смещение резонансной длины волны ВБР с точностью ~10-3 nm, обеспечивая точность измерения температуры ~0.1°С и относительной деформации ~1 με.Note that, despite the not very significant absolute values of the indicated shifts, their values, referred to the spectral width of the FBG, are quite large, which makes it possible to use such FBGs as sensitive elements in measuring temperature and mechanical strains. Thus, modern spectral registration systems allow measuring the spectral shift of the resonant wavelength of FBG with an accuracy of ~ 10 -3 nm, providing an accuracy of measuring temperature of ~ 0.1 ° C and relative strain of ~ 1 με.
Описание принципа действия вариантов заявляемых головок:Description of the principle of operation of the variants of the claimed heads:
Принцип действия термочувствительной головки (фиг.10) состоит в следующем:The principle of operation of the heat-sensitive head (figure 10) is as follows:
тепло от контролируемого объекта подводится через теплопроводящий преобразователь физической величины (14) к закрепленному в корпусе (16), чувствительному элементу на ВБР (13), длина волны резонансного отражения которого смещается согласно соотношению (0.1) с коэффициентом пропорциональности примерно равным ~0.01 nm/°C. Этот сдвиг регистрируется унифицированным регистрирующим модулем (1) через оптический интерфейс (2). Корпус (16) может быть выполнен как из материала, коэффициент линейного теплового расширения которого близок к кварцевому стеклу из которого изготовлен волоконный световод чувствительного элемента (13), так и из любого другого материала с наперед заданными тепловыми свойствами, что позволяет модифицировать чувствительность унифицированной сенсорной головки и должно быть учтено при калибровке.heat from the controlled object is supplied through a heat-conducting transducer of a physical quantity (14) to a sensitive element on the FBG (13) fixed in the housing (16), the resonance reflection wavelength of which is shifted according to relation (0.1) with a proportionality coefficient of approximately ~ 0.01 nm / ° C. This shift is recorded by the unified recording module (1) through the optical interface (2). The housing (16) can be made of either a material whose linear thermal expansion coefficient is close to the quartz glass of which the fiber optic fiber of the sensing element (13) is made, or any other material with predetermined thermal properties, which allows the sensitivity of the unified sensor head to be modified. and should be considered when calibrating.
Принцип действия сенсорной головки, чувствительной к давлению (фиг.11) состоит в следующем: измеряемое давление подводится в герметичную область корпуса (16), ограниченную с одной стороны преобразователем физической величины (14), выполненным в виде деформируемой мембраны, подвижного поршня или сильфона. Это давление создает пропорциональную площади поверхности преобразователя физической величины (14) силу, деформирующую его, а также чувствительный элемент на ВБР (13), находящийся в жесткой механической связи с ним. При этом происходит продольная деформация чувствительного элемента на ВБР(13), пропорциональная измеряемому давлению, что приводит к смещению длины волны резонансного отражения чувствительного элемента на ВБР(13), что, в свою очередь регистрируется унифицированным регистрирующим модулем (1), через оптический интерфейс (2). В тоже The principle of operation of the pressure-sensitive sensor head (Fig. 11) is as follows: the measured pressure is supplied to the sealed area of the housing (16), limited on one side by a physical quantity transducer (14) made in the form of a deformable membrane, a movable piston, or a bellows. This pressure creates a force that deforms it, proportional to the surface area of the transducer of a physical quantity (14), and also a sensitive element on the FBG (13), which is in tight mechanical connection with it. In this case, a longitudinal deformation of the sensitive element on the FBG (13) occurs, proportional to the measured pressure, which leads to a shift in the wavelength of the resonant reflection of the sensitive element on the FBG (13), which, in turn, is recorded by a unified recording module (1), through the optical interface ( 2). At the same
время, общее тепловое воздействие окружающей среды, являющееся паразитным воздействием, по отношению к измеряемому давлению, измеряется как этим чувствительным элементом, так и, независимо от давления, вторым чувствительным элементом на ВБР(13), что позволяет, после дифференциальной регистрации сигналов от обоих элементов, разделить их при обработке и осуществить компенсацию паразитного воздействия температуры.time, the total thermal effect of the environment, which is a parasitic effect, with respect to the measured pressure, is measured both by this sensitive element and, regardless of pressure, by the second sensitive element on the FBG (13), which allows, after differential registration of signals from both elements , separate them during processing and compensate for the parasitic effects of temperature.
Принцип действия сенсорной головки, чувствительной к гидростатическому давлению (фиг.12) состоит в следующем: чувствительный элемент на ВБР (13) выполнен на волоконном световоде с сильным двулучепреломлением, в результате чего, в нем формируется при записи две ВБР, несколько разнесенных по длине волны резонансного отражения. При этом паразитное температурное воздействие приводит к синхронному смещению длин волн обоих ВБР, в тоже время, внешние воздействия на световод чувствительного элемента на ВБР (13), приводящие к изменению величины двулучепреломления в волоконном световоде, вызовут изменение взаимного расположения этих длин волн, что будет зарегистрировано унифицированным модулем регистрации (1) через оптический интерфейс (2) и интерпретировано как измеряемое гидростатическое давление. Преобразователь физической величины (14), в данном случае, должен обеспечивать преобразование равномерного гидростатического сжатия в анизотропную поперечную деформацию двулучепреломляющего волоконного световода чувствительного элемента на ВБР(13), что реализуется путем введения в однородную изотропную оболочку чувствительного элемента на ВБР (13) жестких конструктивных элементов, нарушающих аксиальную симметрию преобразователя физической величины (14), или путем придания всей конструкции специальной анизотропной формы, ориентированной относительно осей двулучепреломления волоконного световода чувствительного элемента на ВБР (13).The principle of operation of the sensor head, sensitive to hydrostatic pressure (Fig. 12), is as follows: the sensitive element on the FBG (13) is made on a fiber with strong birefringence, as a result of which two FBGs are formed in it, several spaced apart by wavelength resonant reflection. In this case, a parasitic temperature effect leads to a synchronous shift of the wavelengths of both FBGs, at the same time, external influences on the fiber of the sensing element on the FBG (13), leading to a change in the birefringence in the fiber, will cause a change in the relative position of these wavelengths, which will be recorded unified registration module (1) through the optical interface (2) and interpreted as measured hydrostatic pressure. The physical quantity transducer (14), in this case, must ensure the conversion of uniform hydrostatic compression into anisotropic transverse deformation of the birefringent fiber optical fiber of the sensing element on the FBG (13), which is realized by introducing rigid structural elements into the homogeneous isotropic sheath of the sensitive element on the FBG (13) that violate the axial symmetry of the transducer of a physical quantity (14), or by imparting a special anisotropic shape to the entire structure, is oriented nd relative to the axes of the birefringence fiber to the FBG sensor element (13).
Принцип действия унифицированной сенсорной головки, чувствительной к механическим деформациям продольного растяжения/сжатия (фиг.13) состоит в следующем: через преобразователь физической величины (14), выполненный в виде жесткого кронштейна, линейная механическая деформация контролируемой поверхности объекта передается на первый чувствительный элемент на ВБР (13), причем, в случае, если расстояние между точками крепления кронштейна преобразователя физической величины (14) к контролируемому объекту больше, чем расстояние между точками фиксации чувствительного элемента (13) (как показано на фиг.13), то передача происходит с коэффициентом усиления Ку>1, а если расстояние между точками крепления кронштейна преобразователя физической величины (14) к контролируемому The principle of operation of a unified sensor head sensitive to mechanical strains of longitudinal tension / compression (Fig. 13) is as follows: through a physical quantity transducer (14) made in the form of a rigid bracket, linear mechanical deformation of the controlled surface of the object is transmitted to the first sensitive element on the FBG (13), moreover, if the distance between the attachment points of the bracket of the transducer of the physical quantity (14) to the controlled object is greater than the distance between the fix points sensing element (13) (as shown in Fig. 13), then the transmission occurs with a gain of Ku> 1, and if the distance between the attachment points of the bracket of the transducer of the physical quantity (14) to the controlled
объекту меньше, чем расстояние между точками фиксации чувствительного элемента (13), то передача происходит с коэффициентом усиления Ку<1. Линейная деформация первого чувствительного элемента на ВБР (13) приводит к сдвигу длины волны его резонансного отражения, что регистрируется унифицированным регистрирующим модулем (1), в тоже время паразитное тепловое воздействие одновременно влияет и на первый и на второй чувствительные элементы на ВБР (13), при этом второй чувствительный элемент (13) закреплен в устройстве фиксации чувствительного элемента (15) таким образом, чтобы не испытывать никаких механических воздействий, но находиться в одинаковых температурных условиях с первым. Таким образом, при регистрации и обработке сигналов от обоих чувствительных элементов, происходит учет паразитного теплового воздействия. Принцип действия унифицированной сенсорной головки, предназначенной для одновременного измерения деформаций изгиба, кручения, сдвига и контактного давления (фиг.9) рассмотрим в качестве примера расчета: пусть параллелепипед преобразователя физической величины выполнен в виде монолитного параллелепипеда с размером верхней и нижней сторон 130×155 мм, из стали.object is less than the distance between the fixation points of the sensing element (13), then the transmission occurs with a gain of Ku <1. The linear deformation of the first sensitive element on the FBG (13) leads to a shift in the wavelength of its resonant reflection, which is detected by the unified recording module (1), while the spurious thermal effect simultaneously affects the first and second sensitive elements on the FBG (13), wherein the second sensing element (13) is fixed in the fixation device of the sensitive element (15) so as not to experience any mechanical stress, but to be in the same temperature conditions with the first. Thus, when registering and processing signals from both sensitive elements, the parasitic thermal effect is taken into account. The principle of operation of a unified sensor head designed for simultaneous measurement of bending, torsion, shear and contact pressure deformations (Fig. 9) will be considered as an example of calculation: let the parallelepiped of a physical quantity transducer be made in the form of a monolithic parallelepiped with a size of the upper and lower sides 130 × 155 mm , of steel.
Для оценки чувствительности к приложенной к верхней площадке параллелепипеда силе, чувствительных элементов, расположенных на ребрах параллелепипеда, по величине прилагаемых нагрузок возьмем модуль Юнга стали ~200 ГПа. При чувствительности ВБР к относительной деформации ~10-6 можно будет измерить давление ~200 кПа. При площади боковой поверхности S=130×155 мм=0.02 м2 нагрузка в 1 т создает давление 500 кПа, то есть чувствительность рассмотренного датчика к прикладываемому давлению может быть на уровне 0.4 т. Максимальные нагрузки в 200 т создают относительную деформацию 10-3 и сдвиг резонансной длины волны ВБР ~1.5 нм (то есть можно использовать вариант использования решеток без усиления, или с усилителем в 2-4 раза). Принцип действия акселерометрической и вибрационно-чувствительной сенсорной головки (фиг.14) состоит в следующем: преобразователь физической величины (14), представляющий собой массивный инерционный элемент, закрепленный на направляющих, ограничивающих его свободу перемещением вдоль выделенной оси измерения, под действием проекции измеряемого ускорения на ось перемещения смещается вдоль направляющих, что приводит к возникновению продольной деформации механически соединенного с ним первого чувствительного элемента на ВБР (13). Фиксация второго чувствительного элемента (13) устройством фиксации (15) исключает его деформацию, но обеспечивает равенство температур первого и второго чувствительных элементов на ВБР (13). Спектральные смещения длин волн резонансного отражения обоих чувствительных элементов на ВБР (13) регистрируются через To assess the sensitivity to the force applied to the upper surface of the parallelepiped, of the sensitive elements located on the edges of the parallelepiped, we take the steel Young's modulus ~ 200 GPa in terms of the applied loads. With a sensitivity of FBG to a relative strain of ~ 10 -6, it will be possible to measure a pressure of ~ 200 kPa. With a side surface area of S = 130 × 155 mm = 0.02 m 2, a load of 1 t creates a pressure of 500 kPa, that is, the sensitivity of the considered sensor to the applied pressure can be at the level of 0.4 t. Maximum loads of 200 t create a relative deformation of 10 -3 and the shift of the resonant wavelength of the FBG is ~ 1.5 nm (that is, you can use the option of using gratings without amplification, or with an amplifier 2-4 times). The principle of operation of the accelerometer and vibration-sensitive sensor head (Fig. 14) is as follows: a physical quantity transducer (14), which is a massive inertial element mounted on guides that limit its freedom of movement along the selected measurement axis, under the action of the projected measured acceleration on the displacement axis shifts along the guides, which leads to the occurrence of longitudinal deformation of the first sensitive element mechanically connected to it on the FBG (13). Fixation of the second sensitive element (13) by the fixing device (15) excludes its deformation, but ensures equal temperatures of the first and second sensitive elements on the FBG (13). The spectral shifts of the wavelengths of the resonance reflection of both sensitive elements on the FBG (13) are recorded through
оптический интерфейс (2) унифицированным регистрирующим модулем (1), обработка сигналов позволяет учесть паразитное тепловое воздействие. Регистрация с помощью этой сенсорной головки амплитуды вибрации с частотой превышающей скорость отклика унифицированного регистрирующего модуля (1) осуществляется путем обработки информации об эффективной ширине спектра резонансного отражения чувствительного элемента на ВБР (13).optical interface (2) with a unified recording module (1), signal processing allows you to take into account spurious thermal effects. The vibration amplitude with a frequency exceeding the response speed of the unified registering module (1) is recorded using this sensor head by processing information about the effective width of the resonance reflection spectrum of the sensitive element on the FBG (13).
Принцип действия сенсорной головки, чувствительной к перемещению и динамометрической сенсорной головки (фиг.15) состоит в следующем:The principle of operation of the sensor head, sensitive to movement and dynamometric sensor head (Fig) is as follows:
регистрируемое перемещение или регистрируемая сила прикладывается через элементы крепления к преобразователю физической величины (14), выполненному в виде упруго-деформируемого элемента, например в виде пружины, что приводит к возникновению пропорциональной этим воздействиям силы приложенной к первому чувствительному элементу на ВБР (13), вызывающей его продольную деформацию, которая, в свою очередь, приводит к спектральному сдвигу длины волны его резонансного отражения. Второй чувствительный элемент на ВБР (13) закреплен в устройстве фиксации (15) таким образом, что его деформация была исключена, но он находился бы в одинаковых температурных условиях с первым. Спектральное смещение длин волн резонансного отражения обоих чувствительных элементов на ВБР (13) регистрируется через оптический интерфейс (2) унифицированным регистрирующим модулем (1).the recorded movement or the recorded force is applied through the fastening elements to the physical quantity transducer (14), made in the form of an elastically deformable element, for example, in the form of a spring, which leads to the appearance of a force proportional to these effects applied to the first sensitive element on the FBG (13), causing its longitudinal deformation, which, in turn, leads to a spectral shift of the wavelength of its resonant reflection. The second sensitive element on the FBG (13) is fixed in the fixing device (15) in such a way that its deformation was eliminated, but it would be in the same temperature conditions with the first. The spectral shift of the wavelengths of the resonant reflection of both sensitive elements on the FBG (13) is recorded through the optical interface (2) by a unified recording module (1).
Таким образом, во всех вариантах унифицированной сенсорной головки (5), оптическое излучение, отражаясь от ВБР чувствительного элемента (13) сенсорной головки (5) в виде спектрального сдвига максимума длины волны отражения содержит информацию об измеряемой величине. После отражения от всех сенсорных головок, находящихся одновременно в схеме, как размещенных последовательно на одной измерительной ветви, так и размещенных на нескольких ветвях, соединенных с помощью модуля расширения числа оптических каналов (4) оптическое излучение направляется обратно по ранее пройденному оптическому пути в унифицированный регистрирующий модуль (1), где производится регистрация и обработка этого излучения, до получения цифрового электронного кода, после чего производится переключение канала модулем переключения оптических каналов (3) на другой набор сенсорных головок (5), объединенных аналогичным образом.Thus, in all versions of the unified sensor head (5), optical radiation reflected from the FBG sensor element (13) of the sensor head (5) in the form of a spectral shift of the maximum reflection wavelength contains information about the measured value. After reflection from all the sensor heads located simultaneously in the circuit, both placed sequentially on one measuring branch and placed on several branches connected by an extension module for the number of optical channels (4), the optical radiation is sent back through the previously passed optical path to a unified recording module (1), where this radiation is recorded and processed, until a digital electronic code is received, after which the channel is switched by the switching module o optical channels (3) to another set of sensor heads (5), combined in a similar way.
Согласно принципам унификации, приведенным ранее, и объединенным с другими заявляемыми пунктами единым творческим замыслом, длины волн унифицированных сенсорных головок должны быть согласованы, для того, чтобы обеспечить возможность According to the principles of unification, given earlier, and combined with other claimed points by a single creative concept, the wavelengths of the unified sensor heads must be coordinated in order to provide the opportunity
их параллельно-последовательного соединения с учетом диапазонов изменения их спектрального положения.their parallel-serial connection taking into account the ranges of changes in their spectral position.
Покажем возможность реализации согласования длин волн унифицированных сенсорных головок на конкретном примере:We show the possibility of realizing wavelength matching of unified sensor heads using a specific example:
пусть, к примеру, в качестве спектрометра в варианте Г (фиг.6) унифицированного регистрирующего модуля используется спектрометр I-MON, производства компании IBSEN (диапазон длин волн 1510-1590 нм), а унифицированные сенсорные головки, чувствительные к продольной деформации соответствуют варианту без усиления (Ку=1). Чувствительность измерения деформации поверхности будет обеспечена на уровне ~1 мкм/м при времени интегрирования ~1 сек.let, for example, an IBSEN I-MON spectrometer (wavelength range 1510-1590 nm) is used as a spectrometer in variant G (Fig. 6) of a unified recording module, and unified sensor heads sensitive to longitudinal deformation correspond to the variant without gain (Ku = 1). The sensitivity of the measurement of surface deformation will be provided at a level of ~ 1 μm / m with an integration time of ~ 1 sec.
Пусть требуется обеспечить измерение относительных деформаций, вызванных двумя факторами - электромагнитными и тепловыми нагрузками, в диапазоне от -0.002 до +0.002 при рабочей температуре 300-350°С. В соответствии с формулой (0.1) и с учетом указанных максимальных деформаций максимальное смещение длины волны ВБР будет от -2.5 нм до +2.5 нм. При рабочей температуре 300-350°С температурный сдвиг длины волны ВБР составит 3-3.5 нм. В соответствии с этими оценками диапазон изменения длины волны решетки ВБР1, испытывающей действие, как механической деформации, так и температуры, составит 0-+6 нм, в то время как для решетки ВБР2, чувствующей только температуру, эта величина будет 3-3.5 нм.Let it be required to ensure measurement of relative strains caused by two factors - electromagnetic and thermal loads, in the range from -0.002 to +0.002 at an operating temperature of 300-350 ° С. In accordance with formula (0.1) and taking into account the indicated maximum strains, the maximum shift of the FBG wavelength will be from -2.5 nm to +2.5 nm. At an operating temperature of 300-350 ° C, the temperature shift of the FBG wavelength will be 3-3.5 nm. According to these estimates, the wavelength range of the VBR1 lattice, which experiences both mechanical deformation and temperature, will be 0- + 6 nm, while for the VBR2 lattice, which senses only temperature, this value will be 3-3.5 nm.
Таким образом, для проведения измерений на каждую сенсорную головку требуется выделить (с запасом 1.5 нм) спектральный интервал ~10 нм, и, следовательно, в спектральном диапазоне спектроанализатора I-MON (1510-1590 нм), используемого в унифицированном регистрирующем модуле системы, можно разместить 8 сенсорных головок такого типа.Thus, for carrying out measurements for each sensor head, it is necessary to separate (with a margin of 1.5 nm) a spectral range of ~ 10 nm, and therefore, in the spectral range of the I-MON spectrum analyzer (1510-1590 nm) used in the unified recording module of the system, place 8 sensor heads of this type.
На рисунке (фиг.2) для иллюстрации приведены ориентировочные положения длин волн ВБР двух сенсорных головок в исходном состоянии и при выполнении измерений. Пунктирными линиями со стрелками показаны области изменения длины волны ВБР, зафиксированных на поверхности контролируемого объекта при деформации поверхности и неизменной температуре.In the figure (figure 2) to illustrate the approximate positions of the wavelengths of the FBG of the two sensor heads in the initial state and when performing measurements. Dashed lines with arrows indicate the regions of change in the wavelength of the FBG fixed on the surface of the controlled object under surface deformation and constant temperature.
Таким образом, согласно описанным принципам, формируются наборы унифицированных сенсорных головок каждого типа с различными чувствительностями, и соответственно - различными диапазонами измерения.Thus, according to the described principles, sets of unified sensor heads of each type with different sensitivities, and accordingly, different measurement ranges, are formed.
Задача решается тем, что в разрабатываемых волоконно-оптических телеметрических системах при выборе или изготовлении комплектующих применяются специальные принципы унификации:The problem is solved by the fact that in the fiber-optic telemetry systems under development, when selecting or manufacturing components, special unification principles are applied:
- единство метрологической основы измерений: метрологическая основа комплекса базируется на принципе спектральной регистрации изменения длины волны резонансного отражения волоконной брэгговской решетки (ВБР) вызванного воздействием измеряемой физической величины, приводимой, в силу конструктивных особенностей головок, к продольной деформации ВБР.- the unity of the metrological basis of measurements: the metrological basis of the complex is based on the principle of spectral recording of changes in the wavelength of the resonance reflection of the fiber Bragg grating (FBG) caused by the influence of the measured physical quantity, which, due to the design features of the heads, leads to longitudinal deformation of the FBG.
- единство и согласованность рабочих длин волн всех волоконно-оптических компонентов комплекса: рабочие длины волн выбираются вблизи 1.3 и 1.5 мкм - в зонах, традиционно используемых для волоконно-оптической связи, это определяется наличием значительно количества волоконно-оптических комплектующих для этих диапазонов. Единство рабочих длин волн элементов состоит в том, что для всех компонентов системы центральной длиной волны рабочего диапазона является выбранная длина волны 1.3 или 1.5 мкм. Это маркируется унифицированным кодом на внешней поверхности конструкций элементов и отражается в сопутствующей технической документации. Согласованность рабочих длин волн элементов состоит в том, что для всех унифицированных регистрирующих модулей определяется спектральный диапазон вблизи 1.3 или 1.5 мкм, ширина которого определяется диапазоном спектральной чувствительности фоточувствительного датчика, величиной дисперсии и областью свободной дисперсии диспергирующего элемента и спектральными характеристиками источника света, эта информация маркируется унифицированным кодом на внешней поверхности модуля и отражается в технической документации. При этом на стадии изготовления сенсорных головок они формируются с учетом того, чтобы при всем диапазоне изменения измеряемых сигналов длина волны резонансного отражения ВБР не выходила за пределы указанного диапазона. Поскольку для сенсорных головок на основе ВБР, диапазон спектрального сдвига длины волны резонансного отражения связан с диапазоном изменения измеряемых величин, возникает необходимость использования набора сенсорных головок с различными чувствительностями, для перекрытия широкого диапазона изменения измеряемой величины, при этом спектральный диапазон каждой сенсорной головки маркируется унифицированным кодом на поверхности головки и отражается в сопутствующей технической документации. Поскольку при проведении многоточечных (квази-распределенных) измерений какой-либо одной физической величины с наперед заданной чувствительностью каждая из последовательно включенных в измерительную цепочку сенсорных головок будет занимать в рабочем спектральном - unity and consistency of the working wavelengths of all fiber-optic components of the complex: the working wavelengths are chosen near 1.3 and 1.5 μm - in areas traditionally used for fiber-optic communication, this is determined by the presence of a significant number of fiber-optic components for these ranges. The unity of the working wavelengths of the elements is that for all components of the system, the central wavelength of the working range is the selected wavelength of 1.3 or 1.5 μm. This is marked with a unified code on the outer surface of the element structures and is reflected in the accompanying technical documentation. The consistency of the working wavelengths of the elements is that for all unified recording modules the spectral range is determined near 1.3 or 1.5 μm, the width of which is determined by the spectral sensitivity range of the photosensitive sensor, the dispersion value and the free dispersion region of the dispersing element and the spectral characteristics of the light source, this information is marked a unified code on the external surface of the module and is reflected in the technical documentation. At the same time, at the stage of manufacturing the sensor heads, they are formed taking into account that, for the entire range of the measured signals, the wavelength of the resonant reflection of the FBG does not go beyond the specified range. Since for FBG-based sensor heads, the range of the spectral shift of the resonant reflection wavelength is related to the range of measured values, it becomes necessary to use a set of sensor heads with different sensitivities to cover a wide range of measured values, with the spectral range of each sensor head being marked with a unified code on the surface of the head and is reflected in the accompanying technical documentation. Since when conducting multipoint (quasi-distributed) measurements of any one physical quantity with a predetermined sensitivity, each of the sensor heads sequentially included in the measuring chain will occupy the working spectral
окне унифицированного регистрирующего модуля определенный спектральный интервал, заданный ее чувствительностью и диапазоном изменения измеряемой величины, возникает необходимость использования набора сенсорных головок одинакового назначения, с одинаковой чувствительностью, но разнесенных спектрально таким образом, чтобы их спектральные области не перекрывались во всем диапазоне возможных изменений измеряемых величин во всех точках измерения, при этом спектральный диапазон каждой сенсорной головки маркируется унифицированным кодом на поверхности головки и отражается в сопутствующей технической документации. Таким образом, полный комплект сенсорных головок включает в себя наборы головок различных типов, измеряющих различные физические величины из указанного списка, в каждый из которых входит серия головок различной чувствительности к измеряемой физической величине, и в каждой серии содержится ряд головок, разнесенных спектрально, для организации цепочек. При этом спектральные диапазоны головок приводятся к величинам, кратным наименьшим из них, что позволяет при разработке системы наиболее полно использовать спектральный диапазон унифицированного регистрирующего модуля. Все спектральные диапазоны всех головок полного комплекта маркируются унифицированным кодом, что позволяет разработчику легко осуществить подбор согласованных по рабочим длинам волн элементов.the window of the unified recording module a certain spectral interval, given its sensitivity and the range of variation of the measured value, it becomes necessary to use a set of sensor heads of the same purpose, with the same sensitivity, but spaced apart spectrally so that their spectral regions do not overlap in the entire range of possible changes in the measured values in all measurement points, while the spectral range of each sensor head is marked unified to house on the surface of the head and is reflected in the accompanying technical documentation. Thus, a complete set of sensor heads includes sets of heads of various types measuring various physical quantities from the specified list, each of which includes a series of heads of different sensitivity to a measured physical quantity, and each series contains a number of heads spaced apart spectrally for organization chains. In this case, the spectral ranges of the heads are reduced to multiples of the smallest of them, which allows us to use the spectral range of the unified recording module to the fullest extent possible. All spectral ranges of all heads of a complete set are marked with a unified code, which allows the developer to easily select elements matched by the working wavelengths.
- единство волоконно-оптических интерфейсов: предполагает использование во всех элементах одного типа оптических разъемов, а также использование для соединения элементов волоконно-оптических линий связи (патч-кордов) одного типа, применяемого в спектральном диапазоне вблизи 1.3 или 1.5 мкм - соответственно рабочей длине волны комплекса. Тип патч-корда характеризуется длиной волны отсечки одномодового волоконного световода, которая должна быть короче выбранной рабочей длины волны, и типом волоконно-оптического коннектора на законцовках световода, например FC/APC.- unity of fiber-optic interfaces: involves the use of the same type of optical connectors in all elements, as well as the use of the same type of fiber-optic communication lines (patch cords) used in the spectral range near 1.3 or 1.5 μm, respectively, according to the working wavelength complex. The type of patch cord is characterized by the cut-off wavelength of a single-mode fiber, which should be shorter than the selected operating wavelength, and the type of fiber-optic connector at the ends of the fiber, for example FC / APC.
- единство электронных интерфейсов: предполагает оснащение всех, управляемых с помощью электронных сигналов, устройств комплекса стандартным электронным интерфейсом, например USB, с соответствующими электронными и микропроцессорными элементами.- unity of electronic interfaces: involves equipping all devices controlled by electronic signals with a standard electronic interface, such as USB, with the corresponding electronic and microprocessor elements.
- разработка специального ПО: для обеспечения работоспособности универсального волоконно-оптического модульного телеметрического комплекса, необходимо использовать специальное ПО, учитывающее наличие стандартного электронного интерфейса и других принципов унификации, включая унифицированный код маркировки.- development of special software: to ensure the functionality of the universal fiber-optic modular telemetry complex, it is necessary to use special software that takes into account the presence of a standard electronic interface and other principles of unification, including a unified marking code.
Применение этих принципов позволяет легко сопрягать элементы друг с другом в соответствии с требуемыми параметрами измерений.The application of these principles makes it easy to pair elements with each other in accordance with the required measurement parameters.
Задача решается также тем, что разрабатываемые волоконно-оптические телеметрические системы комплектуются определенным, наиболее полным, набором сенсорных головок, расширяющих номенклатуру измеряемых физических величин.The problem is also solved by the fact that the developed fiber-optic telemetry systems are equipped with a certain, most complete set of sensor heads, expanding the range of measured physical quantities.
Задача решается также тем, что в соответствии с принципами унификации разрабатываются новые и модернизируются существующие регистрирующие устройства волоконно-оптических телеметрических систем, в результате чего формируется набор унифицированных регистрирующих модулей.The problem is also solved by the fact that, in accordance with the principles of unification, new and modern recording devices for fiber-optic telemetry systems are developed and modernized, as a result of which a set of unified recording modules is formed.
Задача решается также тем, что в соответствие с принципами унификации разрабатываются новые и модернизируются уже существующие сенсорные головки, в результате чего формируется набор унифицированных сенсорных головок.The problem is also solved by the fact that, in accordance with the principles of unification, new sensor heads are developed and existing ones are modernized, as a result of which a set of unified sensor heads is formed.
- Задача решается также тем, что на базе стандартных волоконно-оптических элементов, в соответствии с принципами унификации создаются унифицированные модули расширения числа каналов и унифицированные модули коммутации оптических каналов.- The problem is also solved by the fact that on the basis of standard fiber-optic elements, in accordance with the principles of unification, unified modules for expanding the number of channels and unified modules for switching optical channels are created.
Таким образом, создается универсальный модульный волоконно-оптический телеметрический комплекс, отвечающий требованиям гибкости, полноты измерений, удобства и простоты при разработке, монтаже, эксплуатации и обслуживании.Thus, a universal modular fiber-optic telemetry complex is created that meets the requirements of flexibility, completeness of measurements, convenience and simplicity in the development, installation, operation and maintenance.
Claims (155)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008111888/22U RU77420U1 (en) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | UNIVERSAL FIBER OPTICAL MODULAR TELEMETRIC COMPLEX, RECORDING MODULE, SENSOR HEAD AND OPTICAL CHANNEL EXTENSION MODULE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008111888/22U RU77420U1 (en) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | UNIVERSAL FIBER OPTICAL MODULAR TELEMETRIC COMPLEX, RECORDING MODULE, SENSOR HEAD AND OPTICAL CHANNEL EXTENSION MODULE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU77420U1 true RU77420U1 (en) | 2008-10-20 |
Family
ID=40041697
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008111888/22U RU77420U1 (en) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | UNIVERSAL FIBER OPTICAL MODULAR TELEMETRIC COMPLEX, RECORDING MODULE, SENSOR HEAD AND OPTICAL CHANNEL EXTENSION MODULE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU77420U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU195693U1 (en) * | 2019-10-15 | 2020-02-04 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Differential pressure sensor |
CN113670341A (en) * | 2021-08-16 | 2021-11-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Optical fiber signal transmission sensor |
-
2008
- 2008-03-28 RU RU2008111888/22U patent/RU77420U1/en active
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU195693U1 (en) * | 2019-10-15 | 2020-02-04 | Федеральное Государственное Унитарное Предприятие "Всероссийский Научно-Исследовательский Институт Автоматики Им.Н.Л.Духова" (Фгуп "Внииа") | Differential pressure sensor |
CN113670341A (en) * | 2021-08-16 | 2021-11-19 | 中煤科工集团重庆研究院有限公司 | Optical fiber signal transmission sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7308165B2 (en) | Optical transducer and method for the simultaneous measurement of pressure and temperature in oil and gas wells | |
Peng et al. | Tilt sensor with FBG technology and matched FBG demodulating method | |
US6069985A (en) | Cross-fiber Bragg grating transducer | |
NO320475B1 (en) | Print templates to unfold the pressure of a system | |
Bock et al. | Development of a polarimetric optical fiber sensor for electronic measurement of high pressure | |
US20180172536A1 (en) | FIBER OPTIC PRESSURE APPARATUS, METHODS, and APPLICATIONS | |
RU77420U1 (en) | UNIVERSAL FIBER OPTICAL MODULAR TELEMETRIC COMPLEX, RECORDING MODULE, SENSOR HEAD AND OPTICAL CHANNEL EXTENSION MODULE | |
Ibrahim et al. | Fiber sensing for space applications | |
Liu et al. | Submarine optical fiber sensing system for the real-time monitoring of depth, vibration, and temperature | |
US8590385B2 (en) | High pressure fiber optic sensor system | |
Rajan | Introduction to optical fiber sensors | |
RU2413259C1 (en) | Method of detecting signals of measuring transducers based on bragg gratings, recorded in single fibre optical guide | |
Sales et al. | Applications of fiber Bragg grating sensors in the industry | |
More et al. | Performance analysis of Strain sensor based on Fiber Bragg Grating | |
Lehmann et al. | Fibre optic measurement systems for building monitoring | |
Raju et al. | Design and Analysis of Tilted Grating Structure for Simultaneous Temperature and Humidity Measurement | |
RU2783171C1 (en) | Method and apparatus for polling sensor elements of fibre bragg gratings through the end of the fibre using an annular speckle pattern | |
Challener et al. | Subsystem design and validation for optical sensors for monitoring enhanced geothermal systems | |
Bock et al. | Performance analysis of fiber-optic transducer for measuring low pressures | |
Li et al. | FBG sensing temperature characteristic and application in oil/gas down-hole measurement | |
Peters et al. | Optical fiber sensors | |
Sharma | Dissertation Report on Simulation of Fiber Bragg Grating Sensor | |
Zhang | The design of strain sensitising of high-sensitivity SAW sensor based on FBG | |
Sakhabutdinov et al. | Microwave Photonic Approach for Optic Differential Flowmeters on Two Fiber Bragg Gratings | |
Zharashanovna | THE PROSPECTS OF BUILDING INTELLIGENT OPTICAL SENSORS FOR TEMPERATURE MEASUREMENT BASED ON BRAGG GRATINGS WITH LINEAR PERIOD MEASUREMENT |