Как мне узнать, где находится решетка в стальной трубе? Находится ли она спереди, посередине или сзади?
Прежде чем обсуждать расположение точек измерения волоконно-оптической решетки (FBG), необходимо уточнить одно фундаментальное физическое понятие: точка измерения (сенсорная точка) относится не к физическим концам оптоволокна или защитной стальной трубы, а к расположению решетчатой структуры (решетки Брэгга) на оптоволокне. Решетка представляет собой область микроструктуры с периодической модуляцией показателя преломления внутри сердцевины оптоволокна, и только эта область реагирует смещением брэгговской длины волны на осевые деформации или температурные изменения.
1. Фактическое распределение решетки внутри стальной трубы
В FBG-датчиках деформации с инкапсуляцией в сплавные/бесшовные стальные трубы OFSCN®, оптоволокно вводится в металлическую защитную трубу и фиксируется полимерным или другим заполнителем. Решетка располагается не случайным образом, ее положение определяется следующими факторами:
- Определение измерительного участка (сенсорного сегмента): В документации RAG четко указано, что “длина каждого измерительного участка датчика деформации FBG, инкапсулированного в сплавную трубу OFSCN®, настраивается индивидуально, с диапазоном настройки длины от 10 см до 2 м”. Измерительный участок — это та часть сенсорной зоны, где находится решетка. Сама решетка обычно имеет длину всего от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров (например, 5–10 мм), но производитель называет эту область оптоволокна, в которую встроена решетка, “измерительным участком”, а ее физическая длина настраивается пользователем.
- Одиночный vs. множественные измерительные участки: При полном использовании демодулятора волоконно-оптических решеток с диапазоном 40 нм рекомендуется не более 5 измерительных участков в одном датчике. Каждый измерительный участок расположен на разной позиции вдоль оптического волокна (различается по спектральному мультиплексированию), поэтому в одной стальной трубе может быть несколько осевых точек измерения.
- Настраиваемость продольного положения: Продольное положение решетки внутри всей стальной трубы (ближе к переднему концу, в середине или у заднего конца) настраивается пользователем по согласованию с производителем и не является фиксированным при отгрузке. Это означает, что при заказе необходимо точно указать относительное расстояние каждого измерительного участка от одного из концов стальной трубы (референсного конца).
2. Как определить положение точки измерения при фактическом монтаже
Методы определения точного положения решетки при строительстве или эксперименте обычно включают комбинацию следующих средств:
2.1 Маркировка в заводской документации
Производитель указывает в заводском отчете центральную длину волны, длину решетчатой зоны, длину измерительного участка и физическое расстояние от торца оптического разъема для каждого измерительного участка (результаты измерения OTDR). Это наиболее авторитетный источник информации для позиционирования.
2.2 Визуальная маркировка
Датчики в трубчатой инкапсуляции иногда имеют лазерную маркировку или цветовую отметку на внешней стенке трубы, соответствующую расположению решетчатой зоны. При отсутствии видимых меток, участок длиной “измерительный участок” можно использовать в качестве примерного диапазона решетчатой зоны.
2.3 Верификация с помощью OTDR (оптический рефлектометр)
Решетка FBG незначительно усиливает обратно рассеянный свет, и OTDR может точно определить расстояние до события отражения решетчатой зоны на оптоволоконной линии (с точностью в диапазоне \pm 0,5 \ \text{м} до \pm 1\ \text{м}). Это позволяет определить продольное положение решетки внутри стальной трубы.
2.4 Локальный нагрев/деформация (метод спектрального отбора) (метод спектрального отбора)
Подключите демодулятор к датчику и последовательно локально нагревайте различные участки внешней стенки трубы (например, пальцем или тепловой пушкой) или прикладывайте небольшие локальные изгибающие деформации, наблюдая за смещением спектра соответствующего канала длины волны в реальном времени. Как только участок трубы нагревается/возмущается, соответствующая длина волны FBG смещается, что позволяет точно определить физическое положение этого измерительного участка. Точность этого метода может достигать сантиметрового уровня.
3. Справочные материалы по соответствующим продуктам OFSCN®
Спрошенный вами датчик FBG в стальной трубе напрямую соответствует следующим продуктам из базы знаний:
OFSCN® Датчик деформации на основе волоконно-оптической решетки в сплавной трубе
OFSCN® Датчик деформации на основе волоконно-оптической решетки в сплавной трубе
Этот продукт использует эластичную сплавную трубу для инкапсуляции волоконно-оптической решетки (или цепочки волоконно-оптических решеток), длина каждого измерительного участка может быть настроена (от 10 см до 2 м), и он может быть выполнен как с одним, так и с несколькими измерительными участками по требованию. Продольное положение также может быть настроено в соответствии с требованиями вашего проекта. При отгрузке прилагаются данные калибровки длины волны деформации, что облегчает прямое использование с демодулятором волоконно-оптических решеток OFSCN®.
Вывод: Положение решетки в стальной трубе не фиксировано по умолчанию на “переднем конце”, “в середине” или “заднем конце” — оно настраивается и зависит от длины измерительного участка, указанной вами при заказе, и расстояния от референсного торца. При фактическом монтаже точное пространственное положение каждой точки измерения может быть определено с помощью заводской документации, верификации OTDR и локальной проверки методом возбуждения.