ЖУРНАЛ СТА 1/2021

ры отражения которого зависят от дли- ны отражаемой волны. Диапазон отра- жаемых им длин волн называется поло- сой задерживания фотонов. В этом диа- пазоне длин волн свет не может распро- страняться в конструкции. Таким обра- зом, волоконную решётку Брэгга мож- но использовать в качестве встроенного оптического фильтра для блокировки определённых длин волн (рис. 6). Итак, FBG действует как селективное по длине волны зеркало, или узкопо- лосный фильтр. Это означает, что если свет от широкополосного источника инжектируется в оптическое волокно, то обратно отражаться решёткой будет только свет в пределах очень узкой спектральной ширины, центрирован- ной на брэгговской длине волны. Брэг- говская длина волны определяется пе- риодом микроструктуры и показателем преломления ядра. При этом FBG– это симметричная структура, поэтому она всегда будет отражать свет на брэггов- ской длине волны независимо от того, с какой стороны идёт свет. FBG обладает уникальными характе- ристиками, позволяющими использо- вать её для работы в качестве датчика. Когда волокно подвергается деформа- ции или температурному воздействию, параметры его брэгговской длины вол- ны изменяются. Это происходит пото- му, что деформация оптического волок- на приводит к изменению периода мик- роструктуры. Таким образом, при помо- щи FBG можно весьма точно измерять микроусилия и микроперемещения. Значения, измеренные оптической системой, представляют собой макси- мальные длины волн узкого спектра, от- ражённые датчиком с оптоволоконной решёткой Брэгга. Когда деформация оптического тензодатчика вызывает из- менение длины отражаемой волны, си- стема регистрирует это и рассчитывает пропорциональную деформацию. Однако брэгговские решётки чув- ствительны не только к деформации, но и к температуре. Это означает, что на выходные данные датчика при измере- нии деформации также влияет измене- ние его температуры. К счастью, этот эффект хорошо изучен и легко нейтра- лизуется. Есть различные способы ком- пенсации, но наиболее распространена установка дополнительного датчика на оптоволоконной решётке Брэгга, реагирующего только на температуру. Сигнал от этого датчика используется для компенсации температурного воз- действия. Будучи оптоволоконным прибором, решётка Брэгга обладает огромными преимуществами, вытекающими из его принципа действия: невосприимчи- востью к электромагнитным и радиоча- стотным помехам, малым размером и весом, искробезопасностью во взрыво- опасных средах, высокой чувствитель- ностью и стабильностью параметров. Кроме того, технология волоконной брэгговской решётки демонстрирует присущую ей способность последова- тельного мультиплексирования и спо- собность обеспечивать абсолютные из- мерения без необходимости привязки. Это делает его естественной альтерна- тивой обычным технологиям электри- ческих датчиков. Датчики на основе решётки FBG яв- ляются превосходным выбором, когда требуемое количество точек измерения относительно велико или если расстоя- ния между ними большие. Но даже и при расстояниях, доступных для тради- ционных датчиков, при количестве то- чек измерения более 30 экономически выгодно становится применять взамен них оптические устройства. Более того, преимущества, присущие данной технологии, могут превратить FBG в единственно возможное реше- ние для определённых приложений, ес- ли необходимо охватывать измеритель- ной системой очень большие расстоя- ния (затухание сигнала с расстоянием в оптических волокнах очень мало, и ра- бочая длина оптического волокна мо- жет достигать десятков километров), функционировать в условиях сильных магнитных полей, интенсивных элек- тромагнитных излучений, взрывоопас- ной среды и т.д. В одну оптическую ли- нию можно встроить сразу несколько различных датчиков, изготовленных с использованием решёток, настроенных на определённые длины волн. Решения SCAIME на основе техноло- гии FBG позволяют контролировать структурную целостность объектов в са- мых критических условиях. У СТРОЙСТВО СБОРА ДАННЫХ MDX400T-X Изначально разработанное для лабо- раторных измерений устройство MDX400T (рис. 7) теперь обеспечивает технологию оптоволоконных измерений и в промышленности. MDX400T постав- ляется в герметичном корпусе из нержа- веющей стали с защитой по IP66, специ- ально адаптированном для работы в та- ких агрессивных средах, как солёный влажный воздух или высокая температу- ра. Устойчивость к ударам и вибрациям позволяет использовать его в мобильных приложениях, в судоходстве и на сухо- путном транспорте. В устройстве приме- нены надёжные коннекторы M12 для электрических и типа ODC для оптиче- ских сигналов. MDX400T обеспечивает высокую производительность за счёт об- работки сигналов до 64 датчиков на 4 оп- тических линиях с частотой 100 Гц и мо- жет работать как автономно, так и под управлением веб-сервера. Интерфейс связи по шине CANopen также позво- ляет подключать его к системам про- мышленной автоматизации. Такое бо- гатство коммуникационных возможно- стей позволяет ему удовлетворять любые потребности в регистрации измерений на изолированном объекте или интегра- ции в автоматизированные системы для контроля процесса в реальном времени. Данный модуль совместим со всеми брэгговскими датчиками SCAIME для измерения давления, температуры, уси- лий, смещения, ускорения и не требует для этого никакого дополнительного оборудования. Р ЕШЕНИЯ С ПРИМЕНЕНИЕМ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ В качестве примера применения опи- санных оптических датчиков можно привести системы контроля целостно- сти корпуса судна. Мониторинг корпу- са судна требует безотказных решений, гарантирующих стабильность и помехо- защищённость измерений на протяже- нии нескольких десятков лет эксплуа- тации в жёстких условиях. Кроме того, перевозимые судном грузы бывают го- рючими и даже взрывоопасными: газ, угольная пыль, нефть, химические про- дукты. Это предъявляет к системе конт- роля дополнительные требования по взрывобезопасности. Что касается на- РАЗ РА БОТ КИ / КОН Т РОЛ Ь НО - ИЗМЕ Р И Т Е Л Ь НЫЕ СИС Т ЕМЫ СТА 1/2021 39 www.cta.ru Рис. 7. MDX400T – промышленное устройство сбора данных по оптическому каналу