Диссертация (1091115), страница 19
Текст из файла (страница 19)
реестре изобретений РФ 10.02.2014) «Устройствоизмерения показателя преломления», патент на полезную модель №132202138(Зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ 10.09.2013) (Волоконнооптический рефрактометр).4.3.3. Волоконно-оптический торцевой датчик давления [97]Разработанный волоконно-оптический торцевой датчик давлениясовмещает в себе основные принципы работы ВОДТ и ВОДД, описанные вдиссертационной работе.Датчик давления относится к измерительной технике и предназначендля измерения давления (как статического, так и динамического) газов ижидкостей.С помощью разработанного датчика давления решается техническаязадачаобеспечениямалыхмассогабаритныхпараметров, повышенияточности измерения, уменьшения влияния внешних воздействий на точностьизмерения, упрощения конструкции датчика, механического упрочнениядатчикапринадежнойгальваническойразвязкеивозможностииспользования подводящей линии длиной до 30 км.Поставленная задача решается тремя возможными исполнениями(варианты «a», «b», «c») разработанного волоконно-оптического датчикаторцевого давления (далее – ВОДТД).Вариант «a» исполнения ВОДТДВОДТД состоит из записанной на оптическом световоде, по меньшеймере, одной волоконно-оптической решетки Брэгга (ВБР), мембраны,корпуса, при этом мембрана жесткоприкреплена к корпусу, а световодзакреплен в корпусе и касается мембраны по осевой линии (Рисунок 4.12).139Рисунок 4.12.
Вариант «а» исполнения ВОДТДВОДТД (Рисунок 4.12) состоит из последовательно записанных насветоводе 1 двух ВБР, одна из которых может выполнять функциютермокомпенсации (ВБР термокомпенсации) (a3), а другая ВБР (a2)воспринимать нагрузку деформации мембраны (a4), при этом мембранажестко закреплена внутри корпуса (a7). Места соединения световода скорпусом (a7) и мембраной (a4) обозначены (a5) и (a6) соответственно. Приувеличении внешнего давления на мембрану (a4) участок световода с ВБР(a2) сжимается, при этом резонансная длина волны ВБР (a2) изменяетсяпропорционально изменению нагрузки на ВБР (a2). Так как резонанснаядлина волны ВБР (a2) также изменяется пропорционально изменениютемпературы окружающей среды, необходимо учесть этот фактор, применивВБР термокомпенсации (a3), которая находится в свободном от изменениянагрузки состоянии благодаря жесткому соединению (a5), и имеетчувствительностьрезонанснойдлиныволнытолькокизменениютемпературы.Вариант «b» исполнения ВОДТДВОДТД состоит из записанных на оптическом световоде двухволоконно-оптических решеток Брэгга (ВБР), мембраны, корпуса (Рисунок4.13).Рисунок 4.13.
Вариант «b» исполнения ВОДТДОдна из ВБР может выполнять функцию термокомпенсации (ВБРтермокомпенсации) (b3), а другая ВБР (b2) воспринимать нагрузку140деформации мембраны (b10), при этом мембрана жестко прикреплена ксветоводу (b1). Места соединения световода с корпусом (b7) и мембраной(b10) обозначены цифрами (b6) и (b5) соответственно. При увеличениивнешнего давления на торец датчика (b4) давление посредством отверстий(b8) передается на мембрану (b10), в следствие чего, участок световода с ВБР(b2) растягивается, при этом резонансная длина волны ВБР (b2) изменяетсяпропорционально изменению нагрузки на ВБР (b2). Так как резонанснаядлина волны ВБР (b2) также изменяется пропорционально изменениютемпературы окружающей среды.
Необходимо учесть этот фактор, применивВБР термокомпенсации (b3), которая находится в свободном от изменениянагрузки и имеет чувствительность резонансной длины волны только кизменению температуры.Вариант «c» исполнения ВОДТДВОДТД (Рисунок 4.14) состоит из записанной на одном световоде (c1)ВБР (c2), чувствительной к деформации, и ВБР термокомпенсации (c3),базового элемента крепления (c4), элемента приложения торцевой нагрузки(c5), направляющей (c6), корпуса (c9), мембраны (c10).Рисунок 4.14. Вариант «c» исполнения ВОДТДПри этом базовый элемент крепления (c4) и элемент приложенияторцевой нагрузки (c5) соединены с оптическим волокном (c7) такимобразом, что место соединения не соприкасается с ВБР (c2) и ВБРтермокомпенсации (c3).
При этом ВБР термокомпенсации (c3) находится всвободном состоянии при работе ВОДД. Направляющая (c6) соединена (c8) с141базовым элементом крепления (c4) и корпусом (c9). Элемент приложенияторцевой нагрузки (c5) воспринимает торцевую нагрузку деформациимембраны (c10), вызванной измеряемым давлением, через шарик (c11), такимобразом, что нагрузка передается на ВБР (c2).
При этом ее резонансная длинаволны изменяется пропорционально изменению нагрузки и температурыокружающей среды. Для изолирования влияния температуры окружающейсредынарезонанснуюдлинуволныВБР(c2)применяетсяВБРтермокомпенсации (c3), находящаяся в изоляции от внешних механическихвоздействий,чувствительностьрезонанснойдлиныволныкоторойраспространяется только на изменение температуры.Технический результат, получаемый в предлагаемых вариантахВОДТД, достигается тем, что измерение давления осуществляется методомрегистрации спектрального сдвига решетки Брэгга, напрямую зависящего отосевой нагрузки на торец оптического волокна. Метод измерения являетсяпрямым – регистрируемый спектральный сдвиг решетки Брэгга напрямуюзависит от осевой нагрузки на световод.
Метод является простым висполнении – процесс записи ВБР в волоконном световоде технологичен иможет быть легко автоматизирован.Датчики обладают высокой надежностью:• Полностью волоконное исполнение сенсорного элемента;• Использование трубок и крепежей необходимых размеров позволяетизбежать не осевой нагрузки на ВБР, что позволяет сохранить егомеханическую прочность, при возможности изготовления датчика сподводящей линией длиной до 30 километров;• Практически полное отсутствие внешних воздействий на точностьизмерения, благодаря спектральному методу измерения, в отличие отшироко распространенных амплитудных методов.По результатам разработки волоконно-оптического торцевого датчикадавления был получен патент на изобретение №2522791 (Зарегистрирован в142Гос. реестре изобретений РФ 21.05.2014) «Волоконно-оптический торцевойдатчик давления (его варианты)»ВыводыЧетвертая глава работы посвящена проведению метрологическихиспытаний волоконно-оптического телеметрического комплекса и апробацииего на действующих производственных объектах.В результате проведенных мероприятий в связи с поставленной задачейдиссертационной работы сделаны следующие выводы:В соответствии с разработанной методикой испытаний проведеныметрологическиеиспытанияволоконно-оптическоготелеметрическогокомплекса.Проведена калибровка и проверка волоконно-оптических датчиковтемпературы и деформации.Проведенные испытания унифицированного регистрирующего модуляпоказали его полное соответствие техническому заданию.Порезультатампроведенияметрологическихиспытанийразработанный волоконно-оптический телеметрический комплекс внесен вгосударственныйреестрсредствизмерений,чтоподтвержденосвидетельством об утверждении типа средств измерений на "Комплексыволоконно-оптические телеметрические ВоТК-21х-1,55-y/40" RU.C.32.004.A№49372.Разработанныйволоконно-оптическийтелеметрическийкомплексапробирован на объекте коксования нефтепродуктов ОАО «ГазпромнефтьОНПЗ», а так же для решения задач ОАО «Концерн «Океанприбор».Результаты апробации подтверждены актами внедрения предприятий ОООНПЦ «Динамика» и ОАО «Концерн «Океанприбор».Методики и аппаратура, примененные и разработанные в рамкахразработки ВоТК, нашли применение в альтернативных волоконнооптических решениях.
В частности разработаны: волоконно-оптическийтермометр, волоконно-оптический торцевой датчик нагрузки, волоконно-143оптический рефрактометр с термокомпенсацией на основе ВБР. Порезультатам разработки волоконно-оптического термометра получен патентна изобретение №2491523 (Зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ27.08.2013) «Волоконно-оптический термометр», патент на полезную модель№133294 (Зарегистрирован в Гос.
реестре изобретений РФ 10.10.2013)«Волоконно-оптический щуп для измерения температуры». По результатамразработки устройства измерения показателя преломления получен патент наизобретение №2506568 (Зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ10.02.2014) «Устройство измерения показателя преломления», патент наполезную модель №132202 (Зарегистрирован в Гос. реестре изобретений РФ10.09.2013)(Волоконно-оптическийрефрактометр).Порезультатамразработки волоконно-оптического торцевого датчика давления полученпатент на изобретение №2522791 (Зарегистрирован в Гос.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
