Датчики распределения последовательного типа

Датчики распределения

Датчик с использованием утечки волны

Если с помощью термического вытягивания оптического волокна довести диаметр какого-то участка его до нескольких мкм, то отсюда канализируемая мода излучается наружу. Если в этой части волокна окажется вещество, поглощающее свет, то резко изменится интенсивность распространяющегося в волокне света; на основе этого и можно построить датчик.

На рис. 23.9 представлена схема измерителя концентрации метана, работающая по этому принципу. В датчике этого типа требуется специальное крепление тонкой части волокна.

Оптическое волокно как линия передачи информации одномерно. С учетом этого разрабатываются процедуры измерений распределения физической величины вдоль оптического волокна. Одна из таких процедур - оптическое измерение коэффициента отражения путем наблюдения за формой отраженного сигнала - выполняется посредством датчика распределения последовательного типа. Другая процедура - пространственное измерение - реализуется с помощью датчика распределения параллельного типа (со множеством оптических чувствительных элементов, размещенных вдоль оптического волокна как линии передачи).

Оптическая система предназначена для измерения коэффициента отражения путем наблюдения за формой отраженного светового сигнала. В оптическое волокно подается свет лазера с высокой выходной мощностью и коротким импульсом излучения, и затем измеряются параметры обратного рассеяния Рэлея, а также отражения Френеля, происходящих в стыках и местах разрыва оптического волокна. По характеру отраженного света можно определить потери в волокне и выявить места стыка и разрыва.

Оптическое измерение коэффициента отражения методом наблюдения за формой отраженного сигнала впервые было использовано в измерителе распределения температур - датчике на оптическом волокне с жидким сердечником. Обычно коэффициент рэлеевского рассеяния жидкости подвержен более сильной температурной зависимости по сравнению с коэффициентом для твердого тела. Именно поэтому испытывались системы измерения температуры на основе оптического волокна с жидким сердечником из гексахлорбутадиена. Жидкость отличается сильной температурной зависимостью коэффициента преломления, что приводит к изменению доли обратного рассеяния Рэлея, а температурные изменения коэффициента рассеяниявлияют на мощность обратного рассеяния Р (t)с противоположным этому изменению знаком. Это влияние устраняется, если из передаваемого волокном света измерять только долю его с малой числовой апертурой.

При направлении в волокно света большой мощности с определенной частотой вследствие тепловых колебаний молекул SiO ₂ структуры возникает так называемый стоксовское излучение с частотой, на 13 ТГц меньшей, и антистоксовское (в противоположном направлении) излучение с частотой, на 13 ТГц большей. Последнее обладает сравнительно сильной температурной зависимостью даже в обычном оптическом волокне из SiO ₂. Поэтому, вычислив отношение мощности антистоксовского и стоксовского излучения, можно на этой основе создать измеритель температурного распределения. Заслуживает внимания то, что можно использовать обычное оптическое волокно.

Дата добавления: 2014-01-15