КВАЗИРАСПРЕДЕЛЕННАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ РЕЦИРКУЛЯЦИОННОГО ТИПА НА ОСНОВЕ ТЕХНОЛОГИИ СПЕКТРАЛЬНОГО МУЛЬТИПЛЕКСИРОВАНИЯ

Обеспечение качественной и надежной работы, а также температурный мониторинг современных систем напрямую связаны с использованием инновационных оптоволоконных технологий на основе концепции так называемых распределенных и квазираспределенных датчиков, имеющих большие линейные размеры, в которых оптические волокна являются одновременно и чувствительным элементом, и каналом передачи данных. Существующие волоконно-оптические датчики на основе вынужденного комбинационного рассеяния и вынужденного рассеяния Мандельштама–Бриллюэна имеют относительно высокую погрешность измерений, длительную и сложную методику измерений, высокую стоимость. Цель данной работы состояла в разработке структуры автоматизированной квазираспределенной волоконно-оптической системы измерения температуры рециркуляционного типа с использованием технологии спектрального мультиплексирования.

Метод измерений основан на регистрации возникающих под воздействием температуры изменений частоты рециркуляции одиночных оптических импульсов на соседних длинах волн. При этом происходит периодическое восстановление сигнала по форме, амплитуде и длительности. Чувствительными элементами являются отрезки многомодового кварцевого волоконного световода с металлическим покрытием, разделенные спектрально-селективными элементами, в качестве которых предлагается использовать дихроичные зеркала. С помощью разработанной математической модели, учитывающей температурную зависимость коэффициента линейного расширения и модуля Юнга волокна, спектральную и температурную зависимость показателя преломления, химический состав волокна, тип металлического покрытия рассчитана функция отклика системы, позволяющая оценить чувствительность и погрешность измерений.

В результате проведенных исследований определены: количество измерительных секций (8), максимальная измеряемая температура (500 °С), чувствительность метода (3,28 Гц/°С), погрешность измерений (±0,2 °С), а также оптимальное время начала измерений после запуска циркуляции (15 мин) и времени счета частотомера (1 с). Проведенные оценки показали, что по совокупности технических характеристик предлагаемая измерительная система может превзойти существующие аналоги.

1. Браун, Д. Распределенные системы контроля температуры на базе современных волоконно-оптических датчиков / Д. Браун, Д. Рогачев // Технологии ТЭК. – 2005. – no 1. – С. 5–11.

2. Takada, H. High-energy dichroic chirped mirror for an ultrashort pulse amplification system / H. Takada,

3. M. Kakehata, K. Torizuka // Jpn. J. Appl. Phys. – 2003. – Vol. 42, № 7А. – P. L760–L762.

4. Купер, Дж. Вероятностные методы анализа сигналов и систем : пер. с англ. / Дж. Купер, К. Макгиллем. – М. : Мир, 1989. – 376 с.

5. Поляков, А.В. Рециркуляционные оптоволоконные измерительные системы / А.В. Поляков. – Минск : БГУ, 2014 . – 208 с.

6. Гауэр, Дж. Оптические системы связи : пер. с англ. / Дж Гауэр. – М. : Радио и связь, 1989. – 504 с.

7. Скрипникова, Н.К. Термофизические свойства стекловидных покрытий на строительных материалах: методические указания к лабораторным работам / Н.К. Скрипникова, О.Г. Волокитин. – Томск : Томский архитектурно-строительный университет, 2012. – 23 с.

8. Лунин, Б.С. О температурной зависимости модуля Юнга чистых кварцевых стекол / Б.С. Лунин, С.Н. Торбин // Вестн. Моск. ун-та. Сер. 2. Химия. – 2000. – Т. 41. – C. 172–173.

9. Температуростойкие волоконно-оптические модули / А.А. Абрамов, М.М. Бубнов, Н.Н. Вечканов // Труды ИОФАН. 1987. – Т. 5. – С. 72–82.

10. Гиберт, Д.П. Выбор подвесного оптического кабеля исходя из условий эксплуатации / Д.П. Гиберт // КАБЕЛЬ-news. – 2009. – № 2 – С. 49–53.

11. Бондаренко, О.В. Выбор конструкции самонесущего оптического кабеля по растягивающим нагрузкам / О.В. Бондаренко, Д.В. Иоргачев, Л.Л. Мурадьян // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. – 2001. – № 1. – С. 18–21.

12. Возможность увеличения срока службы волоконно-оптических линий связи / О.И. Косяков, М.А. Липская, А.К. Мекебаева, А.Б. Матаева // Известия вузов. Приборостроение. – 2015. – Т. 58, № 7. – С. 561–563.