Измерительные системы в современной науке и индустрии.
Реферат
По дисциплине: «Волоконно-оптические сенсоры»
Тема: «Волоконно-оптические датчики: перспективы промышленного применения»
Выплонил: Габдулхаков И.М.
Проверил: Василец А.А.
Казань - 2015
Содержание.
1. Измерительные системы в современной науке и индустрии.
2. Волоконно-оптические датчики: перспективы промышленного применения
3. Типы волоконно-оптических датчиков и принцип их работы
4. Требования к компонентам ВОД
5. Практические конструкции волоконно-оптических датчиков
6. Заключение
7. Литература
Измерительные системы в современной науке и индустрии.
Современная промышленность немыслима без автоматизированных систем управления. Сложные конструкции и механизмы требуют постоянного контроля различных параметров протекающих процессов. Мониторинг состояния сложных инженерных сооружений и промышленных систем является неотъемлемой частью их повседневной эксплуатации. Для осуществления подобного контроля требуются датчики и системы контроля различных физических величин, таких как температура, механические деформации, давление и т.д.
В настоящее время на рынке измерительных систем и датчиков доминирующее положение продолжают занимать электронные измерительные технологии, которые предполагают преобразование измеряемого параметра в электрический сигнал и последующую его обработку. Альтернативой подобному подходу является использование волоконнооптических систем измерения, где измеряемый параметр преобразуется в оптический сигнал, передающийся по оптоволокну. Несмотря на стабильный рост рынка оптоволоконных датчиков (по данным маркетингового агентства Frost&Sullivan: 2,5 млрд долларов в 2004 году с ежегодным приростом 11% по всем отраслям промышленности) и очевидные преимущества над электронными технологиями (взрывобезопасность, невосприимчивость к электромагнитным помехам и высокую разрешающую способность) относительная доля оптоволоконных датчиков в общем рынке измерительных систем остается небольшой. Строго говоря, оптоволоконные датчики занимают лишь нишевые приложения там, где традиционные измерительные средства не могут быть использованы или их применение является затратным.
|
|
|
Стоит отметить две тенденции в настоящее время. Во-первых, бурное развитие смежных технологий: волоконно-оптической передачи информации, приема и обработки изображений с помощью цифровой фото- и видеоаппаратуры, микропроцессорной техники — что способствует развитию оптоволоконной измерительной техники и удешевлению технологии изготовления [2]. Во-вторых, промышленность и регулирующие органы предъявляют все более жесткие требования к условиям эксплуатации, а именно, требования на помехозащищенность, безопасность измерений, точность и пр. Именно этим критериям удовлетворяют оптоволоконные датчики. Как видно, эти две тенденции могут привести к ситуации, когда оптоволоконные измерительные системы составят конкуренцию традиционным электронным системам. Причем не только по рабочим характеристикам, но и по стоимости канала измерения.
|
|
|
Отметим общие достоинства оптических волокон:
- широкополосность (предполагается до нескольких десятков терагерц);
- малые потери (минимальные 0,154 дБ/км);
- малый диаметр (не более 125 мкм);
- малая масса (приблизительно 30 г/км);
- эластичность (минимальный радиус изгиба 2 мм);
- механическая прочность (выдерживает нагрузку на разрыв примерно 7 кг);
- отсутствие взаимной интерференции (перекрестных помех типа известных в телефонии «переходных разговоров»);
- безиндукционность (практически отсутствует влияние электромагнитной индукции, а следовательно, и отрицательные явления, связанные с грозовыми разрядами, близостью к линии электропередачи, импульсами тока в силовой сети);
|
|
|
- взрывобезопасность (гарантируется абсолютной неспособностью волокна быть причиной искры);
- высокая электроизоляционная прочность (например, волокно длиной 20 см выдерживает напряжение до 10 000 B);
- высокая коррозионная стойкость, особенно к химическим растворителям, маслам, воде.
Волоконно-оптические технологии развиваются на протяжении последних 20-ти лет и привели к созданию новых устройств; оптоволоконных гироскопов, температурных сенсоров, аккустических сенсоров, акселерометров и химических анализаторов. Применения данной технологии включают структурный мониторинг, построение военных систем, различные промышленные применения, спектрохимические измерения и охрану периметров.
Основные типы оптоволоконных датчиков
Оптоволоконные датчики, исходя из принципа кодирования измеряемой информации, можно условно разделить на следующие большие группы:
- фазовые — датчики, в которых используется высококогерентный источник излучения и производится измерение фазы световой волны, изменяющейся под влиянием внешнего параметра;
- со спектральным кодированием — датчики, где, в отличие от чисто фазовых, используется источник излучения с широким спектром с возможностью анализа всего спектра;
|
|
|
- амплитудные — датчики, в которых измеряемый параметр модулирует интенсивность проходящей или отраженной световой волны;
- туннельные — датчики, где используется эффект туннелирования излучения через малый зазор;
- поляризационные — датчики, использующие информацию о поляризации световой волны;
Стоит отметить, что это не единственный способ классификации оптоволоконных датчиков. Можно провести классификацию по принципу действия:
- интерференционные (Майкельсона, Фабри—Перо, Маха—Цандера и т.д.),
- распределенные (обратное и прямое рассеяние),
- люминесцентные,
- на внутриволоконных решетках,
- комбинированные.
Также можно классифицировать датчики по локализации измеряемого параметра:
- точечные — датчики, отвечающие за измерения непосредственно в одной локальной точке;
- распределенные — сенсоры, представляющие результаты измерений вдоль протяженной системы, существенно большей, чем в точечном случае;
- квазираспределенные — представляют собой сеть точечных элементов, каждый из которых снимает показания в своей точке привязки.
В настоящее время рынок волоконно-оптических датчиков только начинает развиваться, однако интерес к нему растет чрезвычайно быстро. Выпускаемая продукция востребована в аэрокосмической и нефтегазовой отрасли. Активно внедряет и инвестирует в волоконно-оптические измерительные системы военно-промышленный комплекс (особенно в США и Западной Европе).
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 15; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!