Speaker
Description
На основе решеток Брегга создаются оптические датчики перемещения, деформации, давления, ускорения и температуры. Такие датчики имеют ряд преимуществ перед традиционными методами измерений: оптический датчик не чувствителен к электромагнитным наводкам; позволяет организовать протяженные измерительные линии; позволяет коммутировать множество датчиков на одной измерительной линии; обладает очень маленькими размерами и весом; оптическая линия обладает низкой теплопроводностью, а датчик низкой теплоемкостью; линия и датчик обладают полной взрывобезопасностью. Благодаря таким преимуществам оптические датчики получили широкое распространение в мониторинге зданий, мостов, трубопроводов, шахт и тоннелей в силу их большой протяженности. Также оптоволоконные датчики широко применяются при мониторинге композиционных материалов, поскольку позволяют реализовать встраивание в материал без потери его прочностных характеристик за счет небольших размеров датчика и линии.
Показания бреггосвкой решетки определяются на основе отраженного от нее оптического излучения. Количественной характеристикой этого излучения является длина волны на которой достигается максимальная мощность оптического сигнала. Эта характеристика называется центральной длиной волны решетки. Смещение центральной длины волны зависит от температуры и деформации. Построение датчика на основе решетки Брегга требует точного определения этой зависимости. Ее называют калибровочной. Как правило, используется линейное приближение калибровочной зависимости. Однако из литературы известно, что смещение длины волны решетки имеет сильную нелинейную зависимость от температуры при 5<T<200K и слабую квадратичную зависимость при температурах близких к комнатным. Авторы на данный момент не обнаружили сведений о учете всех членов квадратичного разложения калибровочной зависимости при температурах близких к комнатным. Устранению этого пробела посвящена эта работа. В работе выполнено нагружение оптического волокна с решеткой тремя различными грузами. Для каждого груза выполнено ступенчатое изменение температуры от 5 до 100℃ с шагом 5℃. На основе этих данных определены все члены квадратичного разложения искомой функции. Показан вклад каждого из слагаемых. На основе полученных результатов можно сделать следующие выводы: в том случае, когда необходимая точность измерительной системы не превышает 5% можно ограничиться линейным приближением; для обеспечения точности измерительной системы 1% и лучше необходимо учитывать все члены квадратичного разложения. Точность определения центральной длины волны с помощью современных интеррогаторов составляет 1 pm. Это соответствует деформации ≈0.8με. Обычные датчики деформации имеют рабочий диапазон ±2000με, как следствие, достижимая точность измерения деформации с помощью решеток Брегга составляет 0.04%. Поэтому для полной реализации возможностей современных интеррогаторов следует применять квадратичную аппроксимацию с учетом всех членов разложения.
