Волоконно-оптический датчик Брэгга, подходящий для использования под водой на глубине до 50 м
На глубине 50\text{ м} под водой гидростатическое давление, которому должен противостоять датчик, может быть рассчитано по следующей физической формуле:
P = \rho g h \approx 1000\text{ кг/м}^3 \times 9.8\text{ м/с}^2 \times 50\text{ м} \approx 0.49\text{ МПа}
Это означает, что датчик должен выдерживать внешнее давление около 0.5\text{ МПа} (примерно 5\text{ бар} ) в течение длительного времени. В подводных условиях с высоким гидростатическим давлением основные технические проблемы, с которыми сталкиваются волоконно-оптические датчики деформации на основе волоконных брэгговских решеток (FBG), включают:
- Надежность долговременной герметизации：В обычных клееных или негерметичных корпусах датчиков FBG под длительным подводным давлением вода легко проникает, вызывая намокание оптоволокна, разложение клеевого слоя и дрейф сигнала. Следовательно, необходимо использовать технологию твердой герметизации с физическим барьером.
- Передача деформации и баланс устойчивости к давлению：Корпус датчика должен точно передавать осевую деформацию конструкции на внутреннюю решетку Брэгга, одновременно сопротивляясь радиальному гидростатическому давлению и сохраняя хорошую осевую эластичность.
- Коррозионная стойкость：Подводная среда (особенно морская вода или водоемы с химическими веществами) требует, чтобы корпусной материал обладал чрезвычайно высокой коррозионной стойкостью, обычно используются нержавеющая сталь (например, 316L) или специальные эластичные сплавы.
В линейке волоконно-оптических датчиков деформации на основе волоконных брэгговских решеток Beijing Dacheng Yongsheng Technology Co., Ltd. (OFSCN®) есть несколько продуктов, которые могут эффективно удовлетворить потребности в измерении деформации под водой на глубине 50\text{ м} :
1. OFSCN® Alloy Tube Packaged Fiber Bragg Grating strain sensor （Волоконно-оптический датчик деформации на основе брэгговских решеток в корпусе из эластичного сплава）
- Технический принцип：Этот продукт инкапсулирован в цельнотянутую бесшовную эластичную трубку из сплава. Металлический материал обеспечивает естественную герметичность, полностью изолируя молекулы воды и высокое гидростатическое давление (значительно превышающее 0.5\text{ МПа} ) , гарантируя, что внутренняя решетка Брэгга находится в сухой среде без поперечного давления.
- Основные параметры：Стандартный внешний диаметр продукта \le 1.1\text{ мм} , диапазон деформации \ge 6000\ \mu\varepsilon . Стандартный разъем FC/APC, идеально подходит для поверхностного монтажа и встраивания в небольшие пространства или для передачи с высокой чувствительностью.
2. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (0.7mm/1.2mm diameter) （Серия бесшовных стальных труб с полимерной инкапсуляцией для волоконно-оптических датчиков деформации - тонкий диаметр）
- Технический принцип：Волоконная решетка Брэгга инкапсулирована полимерным материалом, а поверх полимерного слоя добавлен бесшовный стальной защитный слой. Эта многослойная композитная структура значительно повышает механическую прочность, водо- и влагостойкость, эффективно противостоит подводному гидростатическому давлению и предотвращает проникновение влаги.
- Основные параметры：Внешний диаметр с бесшовным стальным защитным слоем \le 1.2\text{ мм} , длина каждого измерительного участка может быть настроена в диапазоне от 10\text{ см} до 1\text{ м} .
3. OFSCN® Polymer-encapsulated Fiber Bragg Grating Strain Sensor (1.5mm/2.3mm diameter) （Серия бесшовных стальных труб с полимерной инкапсуляцией для волоконно-оптических датчиков деформации - усиленная）
- Технический принцип：Принцип работы аналогичен 1.2-миллиметровой модели с тонким диаметром, но с более толстой внешней стенкой. Используется более толстая бесшовная стальная труба из нержавеющей стали для вторичного вложения, что обеспечивает более высокую устойчивость к давлению, растяжению, протечкам и физическим повреждениям. Это делает ее более подходящей для долговременного мониторинга деформаций в сложных полевых гидротехнических сооружениях (таких как плотины, подводные фундаменты).
- Основные параметры：Внешний диаметр с бесшовным стальным защитным слоем \le 2.3\text{ мм} , стандартный диапазон деформации \ge 6000\ \mu\varepsilon .
Рекомендации по развертыванию и установке
При установке датчиков деформации под водой на глубине 50\text{ м} , помимо водонепроницаемости и защиты от давления самого датчика, герметичность передающего оптического кабеля и водонепроницаемая защита в месте соединения также являются ключевыми факторами успеха системы. Рекомендуется:
- Использовать оптоволоконные патч-корды с металлической броней или бесшовной стальной трубой для защиты от бокового давления под водой.
- После сварки или крепления датчика под водой, подверженные воздействию соединения и выводы должны быть вторично герметизированы вулканизированным каучуком или высокотемпературным водонепроницаемым герметиком (например, полиуретановым клеем) для обеспечения долговременной стабильности всего канала мониторинга.
Здравствуйте! Для ваших условий подводного измерения деформации волоконно-оптических решеток (FBG) на глубине 50\text{ м} (приблизительное гидростатическое давление 0.5\text{ МПа} ) компания OFSCN® предлагает несколько решений по герметичной и высоковольтной инкапсуляции.
Чтобы помочь вам точнее подобрать наиболее подходящую модель и монтажные принадлежности из наших серий инкапсуляции в сплавных трубах и защиты композитных бесшовных стальных труб, нам необходимо узнать у вас следующую 1-2 наиболее важную техническую информацию о рабочих условиях:
- Объект и способ установки: Из какого материала состоит измеряемая вами конструкция (например, стальная конструкция, бетон, трубопровод или дамба)? Требуется ли поверхностный монтаж датчика (например, с помощью клея, точечной сварки или крепежных зажимов) или его заглубление внутрь конструкции/среды?
- Потребность в температурной компенсации: Каковы изменения температуры воды в точке измерения? Поскольку FBG чувствительны как к деформации, так и к температуре, требуется ли вам, чтобы OFSCN® встроил в конструкцию датчика температурную компенсационную решетку или дополнительно установил специализированный волоконно-оптический датчик температуры для высокоточного температурного калибровочного коэффициента?
Ждем вашего ответа, и мы предоставим вам оптимальное решение, основанное на вашей конкретной среде использования!