Амплитудные волоконно-оптические преобразователи: классификация

Сфера применения

Амплитудные волоконно-оптические преобразователи находят применение во множестве хозяйственных, промышленных отраслей:

1. Горнодобывающая промышленность. Устройства фиксируют повышение температуры в шахтах, что может свидетельствовать о возгорании, формировании обстановки, представляющей опасность для персонала и оборудования.
2. Гидроэнергетика. Отслеживание состояния гидроэлектростанций, корректной работы основного оборудования.
3. Энергетическая отрасль. Преобразователь может зафиксировать как увеличение температуры энергетических установок, свидетельствующее о сбое, выходе на ненормативный режим функционирования, так и вибрации, говорящие о перегрузках.
4. Строительство и жилищно-коммунальное хозяйство. В этом отношении амплитудные волоконно-оптические преобразователи максимально универсальны, позволяют проводить проверки состояния ограждающих и несущих конструкций различных зданий и сооружений, в том числе инженерных, мостов, эстакад, эффективность магистралей теплоснабжения, ГВС.
5. Авиакосмическая отрасль. Преобразователи обеспечивают корректную работу бортовых комплексов мониторинга, следят за состоянием конструкций и элементов, минимальные повреждения которых чреваты разрушением всего воздушного судна, позволяют своевременно среагировать на образование потенциально опасных трещин, перегрев.

Классифицировать амплитудные волоконно-оптические преобразователи можно не только по области применения, но и по конструктивному исполнению, адаптированному к эксплуатационным условиям. В зависимости от типа, устройства могут быть адаптированы к воздействию экстремально низких температур, продолжительному контакту с влагой (вплоть до полного погружения), статическому, динамическому давлению.

Классификация по оптическому каналу

Оптический канал – основная конструктивная особенность преобразователей, позволяющая разделить их на три категории:

1. Первая. Преобразователи с открытым оптическим каналом. Характеристики контролируемой физической величины определяются посредством фиксации изменений условий, в которых распространяется световой поток в зоне разрыва оптоволокна. Интенсивность свечения меняется, выраженность данных изменений дает максимально полные представления об их характере.
2. Вторая. Устройства с закрытым оптическим каналом. Преобразователи данного типа фиксируют изменения, происходящие непосредственно внутри оптоволокна, обслуживающего зону измерений. Внешние воздействия могут привести к деформациям, искривлениям волокна, что скажется на интенсивности светового потока.
3. Третья. Это волоконно-оптические преобразователи, функционирующие без внешнего источника излучения и подводящего оптического волокна. Физические изменения контролируемой среды определяются посредством фиксации изменений в излучении вещества, генерирующего поток света.

Преобразователи с открытым оптическим каналом: классификация

Данные устройства представлены следующими категориями:

• Проходные. Позиция входа и выхода оптического волокна изменяется под внешней нагрузкой, выраженность данных угловых смещений дает возможность сделать выводы относительно интенсивности воздействия.
• Отражательные. Фиксация интенсивности светового потока происходит за счет смещения отражателя, через который проходит сигнал.
• Аттенюаторные. Основной компонент таких преобразователей – аттенюатор, конструктивно выполненный как экран с определенной степенью прозрачности или оптический фильтр. Световой поток проходит через аттенюатор, в результате чего его мощность падает. Чем более выражено снижение мощности, тем значительнее внешние изменения.
• Нефелометрические. Световой поток, проходящий через контролируемую среду, рассеивается, на определении выраженности такого рассеивания и построен принцип работы устройств.

Преобразователи с закрытым оптическим каналом: классификация

Устройства данной категории представлены следующими подгруппами:

1. Изгибные. Фиксируются изменения мощности оптического сигнала при его прохождении по участку оптоволокна с выраженным изгибом, возникающим из-за деформаций, изменений состояния контролируемой среды или объекта. Они могут быть связаны как с механическими воздействиями, так и с температурными колебаниями.
2. Микроизгибные. По сути, они представляют собой несколько видоизмененные модели изгибного класса, но используются, в основном, не как сигнализаторы, а как измерители. Выраженность изгибов меньше, радиус сопоставим с диаметром оптического волокна, но их количество – больше, что дает необходимую точность показаний.
3. Рефрактометрические. Модуляция интенсивности передаваемого сигнала становится возможной за счет уменьшения показателя преломления оболочки оптоволокна, для чего на нее предварительно наносится специальное вещество, характеристики которого изменяются вместе с внешней температурой.
4. Поглощающие. Для контроля необходимых показаний отслеживается выраженность изменений прозрачности материала, из которого изготовлена центральная проводящая жила оптоволокна.

Также необходимо классифицировать и амплитудные волоконно-оптические преобразователи, относящиеся к третьей группе:

• Светогенерационные. Мощность сигнала в определенном волновом диапазоне определяется особенностями физической величины, находящейся под контролем.
• Пирометрические. Вместе с ростом внешней температуры специальное покрытие преобразователя начинает продуцировать инфракрасное излучение, что и улавливается им.
• Спектрально-флуоресцентные. Работа таких амплитудных преобразователей построена на фиксации интенсивности спектральных линий особых компонентов, формирующих пучок света.

Классификация по контролируемым средам и измеряемым характеристикам

При подборе принципа действия амплитудного волоконно-оптического преобразователя обязательно нужно учитывать выполняемые им задачи. Наиболее универсальными являются устройства, фиксирующие выраженность отражения светового потока, его прерывание и преломление. 

Для максимально точных измерений, впрочем, следует соотносить особенности, природу контролируемой величины и принцип действия преобразователя:

1. Давление, внешние усилие, выраженность вибрационной нагрузки, скорость – преобразователи, фиксирующие коэффициенты преломления и прерывания светового потока, степень изгиба.
2. Смещения в линейной и угловой плоскости – отражение, преломление, снижение интенсивности светового потока.
3. Уровень жидкой среды – отражение, преломление, прерывание светового потока.
4. Выраженности деформационной нагрузки и крутящего момента – снижение интенсивности светового потока, спровоцированные изгибами оптоволоконной части преобразователя.
5. Формирование очага возгорания – определение появления мощного источника теплового, инфракрасного, оптического излучения.
6. Изменение внешней температуры – отражение и прерывание светового потока, активация флуоресцирующего вещества, нанесенного на соответствующие поверхности преобразователя.
7. Изменение состава воздушной, газовой среды, повышение концентраций газообразных веществ. Оптимальным решением выглядит использование преобразователей, улавливающих изменение светового потока, вызванное его прохождение через неоднородную среду.

Грамотный подбор амплитудного преобразователя – гарантия точности фиксируемых показаний, его полной приспособленности к эксплуатационным условиям, характеристикам обслуживаемой линии передачи данных.