Автореферат (1091114), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Разработаны: волоконнооптический термометр, волоконно-оптический торцевой датчик нагрузки.1.7 Реализация и использование результатов работы.Разработанный волоконно-оптический телеметрический комплексреализован в ООО «ИП «НЦВО – Фотоника» и апробирован на объектекоксования нефтепродуктов ОАО «Газпромнефть-ОНПЗ», а так же длярешения задач ОАО «Концерн «Океанприбор». Результаты апробацииподтверждены актами внедрения предприятий ООО НПЦ «Динамика» и ОАО«Концерн «Океанприбор».Разработаны: волоконно-оптический термометр, волоконно-оптическийторцевой датчик нагрузки.
По результатам разработки волоконно-оптическоготермометра был получен патент на изобретение №2491523 (Зарегистрирован вГос. реестре изобретений РФ 27.08.2013) «Волоконно-оптический термометр»,патент на полезную модель №133294 (Зарегистрирован в Гос. реестреизобретений РФ 10.10.2013) «Волоконно-оптический щуп для измерениятемпературы». По результатам разработки волоконно-оптического торцевогодатчика давления был получен патент на изобретение №2522791(Зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ 21.05.2014) «Волоконнооптический торцевой датчик давления (его варианты)».1.8 Апробация работы.Основные результаты работы обсуждались на семинарах и научныхконференциях Московского Государственного Университета Приборостроенияи Информатики.Результаты диссертационной работы демонстрировались на XIIМеждународном форуме «Высокие технологии XXI века» - «ВТ XXI – 2011»совместно с НЦВО РАН, на XIV Московском международном салоне«Архимед 2011» совместно с Московским Государственным УниверситетомПриборостроения и Информатики, на 21-й международной выставке«Здравоохранение-2011», на VI Международной специализированной выставкелазерной оптической и оптоэлектронной техники «Фотоника.
Мир лазеров иоптики – 2011», на VII международной специализированной выставке лазернойоптической и оптоэлектронной техники «ФОТОНИКА. МИР ЛАЗЕРОВ ИОПТИКИ-2012», на VIII международной специализированной выставкелазерной оптической и оптоэлектронной техники «ФОТОНИКА. МИРЛАЗЕРОВ И ОПТИКИ-2013», VII Московский международный конгресс"БИОТЕХНОЛОГИЯ: СОСТОЯНИЕ И ПЕРСПЕКТИВЫ РАЗВИТИЯ".1.9 Личный вклад автораРаботаявляетсярезультатоммноголетнихтеоретическихиэкспериментальных исследований автора в области контроля тепературы идеформации производственных объектов с использованием волоконно6оптических средств.
Автор разработал алгоритмы обработки оптическихсигналов, полученных с сенсорных элементов на основе волоконных решетокБрэгга. Ему принадлежат новые научные идеи по созданию и реализацииусовершенствованного квазираспределенного метода технической диагностикиразличных объектов с использованием волоконно-оптических средств. Авторпредложил новые способы диагностики технического контроля промышленныхобъектов. Он явился инициатором разработок, отраженных в патентах наизобретения и полезную модель. В опубликованных работах представленырезультаты, выполненные в соавторстве с коллегами, где автору принадлежатпостановка задач, пути их решения, получение и обобщение результатов.
Привнедрении результатов автор всегда выступал организатором и разработчиком,принимал непосредственное участие в испытаниях разработок.1.9 Публикации.По теме диссертации опубликовано 9 печатных работ, из них 7 вопубликованных тезисах и докладах всероссийских и международныхконференций и 2 в журнале из перечня ВАК ведущих рецензируемых научныхжурналов и изданий, в которых должны быть опубликованы основные научныерезультаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук.Получено три патента на изобретение, два патента на полезную модель.1.10 Структура и объем работы.Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературыи приложений.
Она содержит 174 страницы текста, включая 60 рисунков, 17таблиц и список цитируемой литературы из 105 наименований.1.11 Основные положения, выносимые на защиту.1. Показаны алгоритмы обработки спектров чувствительных элементов,позволяющие с высокой точностью находить центральную длину волныотражения волоконно-оптической решетки Брэгга.2. Результаты исследований влияния температурного и деформационноговоздействия на волоконные решетки Брэгга.
Показана возможностьодновременной регистрации как температуры, так и деформации с четкимразделением этих физических величин.3. Введены методика и алгоритмы нахождения и обработки спектральныххарактеристик чувствительных элементов датчиков. Показано, чторазработанные датчики полностью удовлетворяют техническому заданию.Абсолютная погрешность измерения температуры не превышает ±1°С водиапазоне температур от -50°С до +500°С.
Погрешность измеренияотносительнойдеформациинепревышает0.2%сабсолютнойчувствительностью ~ 1-2 мкм с возможностью работы при температуре до+100°С.4. Принцип действия и конструктивные особенности волоконнооптического телеметрического комплекса. Выпущены технические условия наВоТК (ТУ-5210-221-77951881-2012), УРМ (ТУ-1000-440-77951881-2011), ВОДТ(ТУ-1100-311-77951881-2011), ВОДД (ТУ-7378-540-77951881-2011).5. Результаты проведения метрологических испытаний волоконнооптического телеметрического комплекса. По результатам проведения7метрологическихиспытанийразработанныйволоконно-оптическийтелеметрический комплекс внесен в государственный реестр средствизмерений, что подтверждено свидетельством об утверждении типа средствизмерений на "Комплексы волоконно-оптические телеметрические ВоТК-21х1,55-y/40" RU.C.32.004.A №49372.6.
Разработанный волоконно-оптический телеметрический комплексапробирован на объекте коксования нефтепродуктов ОАО «ГазпромнефтьОНПЗ», а так же для решения задач ОАО «Концерн «Океанприбор».2. Содержание диссертацииВо введении сформулирована цель, указаны научная новизна ипрактическая ценность выбранной темы исследований по разработке методик иаппаратуры для технической диагностики промышленного оборудования сприменением волоконно-оптического телеметрического комплекса.
Приведеныосновные научные и практические положения, выносимые на защиту.В первой главе проанализированы современные методики и аппаратурадля технической диагностики промышленных объектов. По результатаманализа сделаны выводы, что существующие на сегодняшний день методики иаппаратура имеют целый ряд недостатков:•Большинство существующих образцов измерительной аппаратуры имеетмалый спектральный и динамический диапазон работы, не обладаетдостаточной скоростью опроса датчиков, что необходимо для техническойдиагностики больших объектов;•Большинство существующих образцов измерительной аппаратуры неимеет нормировки опорного сигнала, что приводит к систематическимошибкам в измерениях;•Современные волоконно-оптические датчики температуры имеютвысокую погрешность и малый диапазон работы (до 150°С), хотя вбольшинстве приложений требуется измерение темпертуры до 500°С спогрешностью измерений не хуже ±1°С.•Современные волоконно-оптические датчики деформации имеют малыйдиапазон работы (0.5% относительной деформации), хотя в большинствеприложений требуется измерение относительной деформации объекта до 2%.Определено, что важной прикладной задачей, решаемой с помощьюволоконно – оптического телеметрического комплекса, является повышениедиапазонов работы датчиков температуры и деформации, адаптации их кпромышленному применению, проведение измерений в большом количестветочек одновременно, с высокой частотой, точностью и надежностью длябыстрого реагирования в случае преждевременного выхода из строя объектаили оборудования, снижения риска аварийных и опасных ситуаций.Втораяглавапосвященатеоретическимисследованиямквазираспределеннойволоконно-оптическойметодикиопределениятемпературы и деформации и разработке алгоритмов обработки измерений.Исследованы основные параметры волоконно-оптических решеток Брэгга(ВБР) и по результатам исследований изготовлены образцы для проведенияиспытаний, с геометрической длиной ВБР = 3 ± 0.5мм, амплитудой8модуляции наведенного показателя преломления в сердцевине световода~ 4×10-4, коэффициентом отражения 85±5%, спектральной шириной 0.5±0.1 нм.Проанализировав результаты теоретических исследований данныхметодик для разработки волоконно-оптического телеметрического комплекса(ВоТК) была выбрана методика установления пороговых параметров пика ВБРиз-за ее удобства в практическом применении (Рисунок 1).Рисунок 1.
Пример установления пороговых параметров пика ВБРДанная методика позволяет устанавливать минимальный уровеньсигнала, определяющий наличие пика ВБР и минимальную ширину по уровню50%, чтобы избежать распознавания в качестве ВБР случайных шумовыхвсплесков на спектральной зависимости на рисунке участок спектра приведен суказанием уровня отсечки сигнала и ширины на полувысоте наблюдаемыхрезонансных пиков.Разработанны алгоритмы, позволяющие с высокой точностью находитьцентральную длину волны резонансного пика отражения ВБР волоконнооптического датчика.Исследовано влияние температурного и деформационного воздействия начувствительные элементы волоконно-оптических датчиков, как при изоляцииодного из воздействий, так и при их одновременном воздействии. изменениерезонансной длины волны ВБР в широких диапазонах изменения температурыи деформации с хорошей точностью может быть описано линейнымприближением, которое имеет вид:dВБР1δ1δ≈(1)� ВБР� +� ВБР � = 0 + 0 ВБРВБРВБРгде ВБР – длина волны ВБР, 0 и 0 – деформационный итемпературный материальные коэффициенты кварцевого стекла.Такая линеаризация позволяет упростить процедуру одновременногоизмерения температуры и деформации объектов.
Этот простейший подходзаслуживает упоминания, так как может реализовываться во многих9практических измерениях, и, в силу своей простоты, обеспечиваетминимальные погрешности при измерении деформации с помощью ВБР.Разработана методика расчета внешнего воздействия на волоконныерешетки Брэгга. Оптимальной с точки зрения простоты калибровки иперекалибровки формой задания калибровочной зависимости является заданиеотклика пика ВБР на внешние воздействия в виде:∆ = 1 ∙ ∆ �1 + 2 ∙ ∆(1 + 3 ∙ ∆)� + 1 ∙ ∆ �1 + 2 ∙ ∆(1 + 3 ∙ ∆)� + ∙ ∆ ∙ ∆∆ = 1 ∙ ∆ �1 + 2 ∙ ∆(1 + 3 ∙ ∆)� + 1 ∙ ∆ �1 + 2 ∙ ∆(1 + 3 ∙ ∆)� + ∙ ∆ ∙ ∆ ,(2)где величина ∆ = (λВБР − λ0 )⁄λ0 , ∆T = (T – T0) – отклонение отпервоначального значения температуры и ∆F = (F – F0) – изменение другогоизмеряемого параметра (деформации).Основными преимуществами данного способа задания калибровочныхзависимостей является простота перекалибровки и ясный физический смысл,вкладываемый в коэффициенты выражения (2).Он легко позволяет ввести в рассмотрение сенсорные элементы,измеряющие более чем два параметра по отклику сразу нескольких ВБР, либоучесть влияние дополнительных параметров на сенсорный элемент,работающий с двумя ВБР.В результате проведенных исследований, можно сделать заключение, чтодостоинством квазираспределенного метода, основанного на измерениирезонансной длины волны волоконных решеток Брэгга, является возможностьодновременной регистрации как температуры, так и деформации с четкимразделением этих физических величин.Третья глава посвящена разработке конструкции ВоТК и оценке еетехнологических характеристик.Составлено техническое задание на волоконно-оптический датчиктемпературы (ВОДТ), представляющий собой отрезок волоконного световода,защищенный металлоконструкцией, с записанной в него ВБР.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
