u22eliseenko/TZI @ 9582355953fdbf7b8254f3299836163992df4767

# Оптический волоконный датчик сигнализации Оптические волоконные датчики сигнализации используют оптические волокна для обнаружения изменений в окружающей среде и генерации сигналов сигнализации.

Световолокно может использоваться прежде всего для передачи оптического сигнала, несущего информацию об измеряемой величине. Хотя при этом световод играет пассивную роль, его использование дает целый ряд существенных, в каких-то случаях — определяющих преимуществ: исключается влияние внешних электромагнитных помех, обеспечиваются высокие влаго- и теплостойкость, химическая инертность, возможность работы в труднодоступных местах, взрывоопасных средах (отсутствие искрения), простота и гибкость измерительных методик и др. Простейший пример подобного использования оптического волокна—счетчик каких-либо предметов, основанный на прерывании светового луча (рис. 4.16, а). Такое устройство, представляющее собой по существу длинный оптрон с открытым оптическим каналом, может применяться при соответствующей модификации измерительной схемы в качестве датчика наличия жидкости, состояния поверхности предмета, скорости его вращения, частоты колебаний, пространственного положения объекта (например, высоковольтного включателя, при автоматическом взвешивании) и т. п. Если зазор в разрыве световолокна сделать малым, один конец жестко закрепить, а другой установить на нужную деталь, то интенсивность света, переходящего из одного волокна в другое, окажется чувствительной к боковому смещению детали. Работа волоконно-оптического датчика может основываться на явлениях, происходящих на границе раздела сердцевины волокна с оболочкой или внешней средой. Если, например, конец световолокна с зеркальным торцом поместить в жидкость, то при изменении температуры изменится разница показателей преломления сердцевины и жидкости, а значит, и коэффициент отражения света от торца световода. Сравнивая интенсивность отраженного света с поступающим на фотодетектор непосредственно от источника (светодиода), можно добиться высокой точности измерений температуры (не хуже 0,1 К). Разумеется, по значению коэффициента отражения от торца световода можно определять и абсолютное значение показателя преломления вещества, в которое погружен конец световода (волоконно-оптический рефрактометр).

Заметное влияние на прохождение света оказывают условия на боковой поверхности световолокна, особенно если с него снять оболочку. Отрезок световолокна успешно применяют для измерения уровня жидкости: по мере погружения световода в жидкость изменяется длина волокна, контактирующая с жидкостью, а ее показатель преломления обычно заметно больше, чем воздуха. Участок световолокна, покрытый палладием, является датчиком наличия водорода, содержащегося в газовой смеси. При взаимодействии с водородом слой палладия расширяется, в результате чего возникает дополнительный сдвиг фазы передаваемого по волокну оптического сигнала. Сдвиг фазы определяют методом сравнения с опорным сигналом, прошедшим такое же световолокно, но не покрытое палладием.

Отрезок световолокна, изогнутого, как показано на рис. 4.16, б, причем не обязательно освобожденного от оболочки, может служить датчиком давления. Форма изгиба петли (которая может быть миниатюрной) зависит от давления в окружающей ее среде, значит, изменение давления обязательно повлияет на интенсивность проходящего через петлю света. При помощи такого датчика можно определить также плотность жидкости, например электролита в кислотном аккумуляторе, а это, в свою очередь, дает информацию о степени его заряженности. Опыт показывает, что интенсивность света, прошедшего через петлю, в рабочем интервале изменения плотности электролита изменяется в несколько раз, т. е. достаточно сильно для точных измерений.

Для регистрации низких давлений световолокно устанавливают в устройство, позволяющее создавать чередующиеся микроизгибы (рис. 4.16, в). Оптические потери на изгибах волокна возрастают при увеличении давления, что позволяет регистрировать довольно малые его изменения (до 10–4—10–5Па). Подобное устройство может служить также высокочувствительным датчиком акустических колебаний.

Действие волоконного датчика может основываться на процессах, происходящих в самом материале волокна. Оптические потери в волокне возрастают, в частности, в результате действия ионизирующих излучений, что используется для измерения накопленной (поглощенной) дозы рентгеновского или γ-излучений. Доза в 1 рад уменьшает пропускание стекловолокна на сотни децибел, что позволяет измерять малые дозы облучения. Отжиг восстанавливает свойства волокна, и его снова можно использовать для измерений. Полимерное световолокно, легированное ароматическими соединениями, само является сцинтиллятором, поэтому, регистрируя возбуждаемые в волокне вспышки, можно определять характеристики ионизирующего излучения (интенсивность, энергию и др.). В основе работы волоконно-оптического датчика может лежать также явление Черепкова — Вавилова — релятивистский эффект, состоящий в возникновении свечения в веществе (в данном случае — в световолокне) при прохождении через него заряженных частиц со скоростью, превышающей скорость света в этом веществе.

Принцип работы: Оптические волокна передают световой сигнал через волоконный кабель. Изменения в окружающей среде (например, деформация волокна, изменение температуры) могут влиять на световой сигнал.

Типы оптических волоконных датчиков: Датчики деформации: Реагируют на механическое напряжение или деформацию волокна. Датчики температуры: Регистрируют изменения температуры вдоль волоконного кабеля. Датчики вибрации: Реагируют на колебания или вибрации в окружающей среде.

Применение: Системы безопасности: Оптические волоконные датчики широко используются в системах безопасности для обнаружения вторжений. Строительство и геотехнические работы: Применяются для мониторинга деформации и вибраций в строительстве и геотехнике. Промышленные процессы: Используются для контроля условий в промышленных средах.

Преимущества: Иммунитет к электромагнитным помехам: Оптические волокна менее подвержены воздействию электромагнитных полей. Дальность передачи сигнала: Сигналы могут передаваться на длинные расстояния без потери качества.

Технологии: Брагговские решетки: Используются для измерения деформации или температуры в оптических волокнах.

Интеграция с системами мониторинга: Данные, собранные оптическими волоконными датчиками, могут интегрироваться с системами мониторинга для оперативного реагирования.

Требования к установке: Установка требует аккуратности и корректного размещения оптических волокон. Оптические волоконные датчики сигнализации предоставляют эффективное средство для надежного обнаружения изменений в окружающей среде и обеспечения безопасности.

Koroba.md 13 KB

Histórico Raw

Списки литературы

Koroba.md 13 KB Histórico Raw

Списки литературы

Koroba.md 13 KB

Histórico Raw