Определение механических воздействий гидротехнических сооружений с помощью оптических волоконных датчиков | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №10 (90) май-2 2015 г.

Дата публикации: 12.05.2015

Статья просмотрена: 19 раз

Библиографическое описание:

Курбанов К., Очилов Л. И. Определение механических воздействий гидротехнических сооружений с помощью оптических волоконных датчиков // Молодой ученый. — 2015. — №10. — С. 247-251. — URL https://moluch.ru/archive/90/17850/ (дата обращения: 22.09.2018).

Определение и постоянное контроль механических воздействие типа давление, механических напрежений, различные деформации являются важным фактором при строение гидротехнических сооружений. Точность и диапазон определение физических параметров механическое и электромагнитное датчиков сушественно расширялся после появление мощных источников света, как лазеров.

Изучение процессов взаимодействие когерентных излучение с прозрачной средой, особенно с оптические волокна резко расширил область практической применение световодов. В настоящее время оптические волокна применяются не только в телекоммуникационное технике, а нашёл широкой применение в отраслях науке как, изучение радиационных процессов протекающие внутри вещества, контроль процессов возникающие в атмосфере под действием космических лучей и т. д. В том числе, разработка высокоточных датчиков температуры и давления.

Определение температуры вещества основано на резисторных и термопарных датчиков, которым влияние внешних электромагнитных полей существенно снижает точность и скорости получение информации. Таким образом, применение оптических датчиков приобретают особый важность, так как у них устраняются вышеуказанных недостаток. Такие датчики имеют высокий точность, стабильность на внешнее поле, легкость, минимальное энергопотребность и максимальное скорость обмена информации.

Первый патент на волоконнооптических сенсоров получен в 1960 году. Но как датчики, они широко использованы только в середине 80-их годов. Температурные оптические контактные датчики созданы на основе волноводов, записанный Брэгговский дифракционный решетка(БР) коэффициента преломления лучей. Эта решетка имеет точный пространственный распределение и период — Λ (рис.1). Пространственная решетка Брэгга установлен только на основание (1), а внешняя оболочка(2) остается неизменный. Такая структура имеет уникальное спектральное свойства, такие как низкополосные коэффициент отражение излучения и очень узкий относительное спектральное ширине (10–6).

Рис.1. Оптическая волокна с пространственной решеткой Брэгга

 

Резонансная длина волны БР зависеть от температуры и вложенный в ней внешней механической напряжений. На это и основывается работа волноводных датчиков. Сдвиг резонансных волн измеряется с помощью анализа спектров поглощения и пропускания широкополосных источников излучения или узкополосных лазеров.

Спектры рассеяния лазерных лучей в БР приведена в рис.2.

Рис.2. Спектры рассеяния лазерных лучей в световодов с БР

 

Для рассеяния лазерного излучения в БР необходима выполнение следующие условия:

Механический внешний фактор, как, давление, температурный перепад, деформация изменяет характеристики излучения, проходящее через образец, который в своей очередь проявляется на характеристиках обратного сигнала. Проанализировав спектры интенсивности проходящего и отраженного из БР излучения можно определить с большой точности механических параметров.

При попадание света на молекулярной решетки с термическим вибрациям возникает взаимодействие фотонов и электронов. Рассеяние такого рода в световоде с БР можно увидеть в Рамановском спектре. Реэлейское рассеяние аналогично с лазерным излучением. Стоксовый компоненты Рамановского спектра появляются при поглощение (когда длина волны лазерного излучения больше чем длина волны стоксового компонента) или излучения (когда длина волны лазерного излучения меньше чем длина волны стоксового компонента). Антистоксовые излучения оптического волокна зависеть от температуры, но стоксовые смешения практически не зависеть от температуры. Изучая отношение интенсивности этих компонент можно определить температуры образца.

Линии Брилюэна по отношение линии Стокса интенсивнее, но имеет слабое спектральное смешение. Это смешение происходить из-за акустического колебания кристаллической решетки и даёт информации о механическом напряжение.

Лазерное или рентгеновское излучение при прохождение по световоду возбуждает индуцированного излучения. Под действием радиационного излучения на основание световода (диоксид кремния ) в энергетически запрещённых зонах появляется дополнительные энергетические зоны, благодаря которым происходить поглощения или люминесценция света. Изменения интенсивности света отрицательно влияет на качества и точность получаемого информация.

Анализ рентгеновских спектров в оптической волокне проводится по методике разделение образца на элементарной ячейки. Если, интенсивность индуцированное излучение на каждой элементарной ячейке равно I0(λ), коэффициент i- ячейке определяется из условия:

Для образца с длиной l, реальное значение интенсивность индуцированного излучения равно:

Изучение зависимость длина образца на интенсивности Черенковского излучения даёт возможность, оценит интенсивности поглощения и рассеяния первичного сигнала. Если, при входе световода интенсивность Черенковского излучения I0(λ), при входе Il(λ), то коэффициент оптической потери А(λ) можно определить из уравнение:

В заключение, можно сказать, что изучение радиационные процессы в оптических волокнах резко расширяет прикладной возможности этих неорганических соединений, и создаются новые- новые приборы зарегистрирующих сверх тонких физических процессов в космосе, земле и под водой.

 

Литература:

 

1.      E.Udda. Fiber Optic Sensors, Wiley Intersciense, 2006, 520 p.

2.      M.Kh.Ashurov, M. I. Baydjanov, et.al.Jap.J. Appl.Phys.:18, 2008.

Основные термины (генерируются автоматически): длина волны, лазерное излучение, индуцированное излучение, волокно, Черенковское излучение, точность, спектр рассеяния, пространственная решетка, датчик, элементарная ячейка.


Похожие статьи

Определение физических параметров радиационных процессов...

Основные термины (генерируются автоматически): длина волны, вынужденное рассеяние, индуцированное излучение, лазерное излучение, световод, Черенковское излучение, физическое воздействие, радиационное излучение, оптическое волокно...

Определение механических воздействий гидротехнических...

Основные термины (генерируются автоматически): чувствительный элемент, длина волны, датчик, световод, индуцированное излучение, вынужденное рассеяние, оптическое волокно, лазерное излучение, Черенковское излучение, волоконный световод.

Исследование и моделирование спектров излучения газового...

Фактически все спектры излучения атома располагаются в видимых и ультрафиолетовых областях, длина волны которых достигает от 200 до 1190 нм. С помощью квантовых чисел описывают положение электрона на оболочке или внутри атома.

Применение и перспективы использования легированных...

Если, одновременно с излучением слабой непрерывной накачки, в волокно ввести слабое излучение сигнала на рабочей длине волны в области длины волны флюоресценции, то мощность сигнала возрастает по мере прохождения по волокну, т. е...

Исследование генерации второй гармоники твердотельного...

Ключевые слова: твердотельный лазер, вторая гармоника, полупроводниковая накачка. Эффект генерации второй гармоники используется для расширения возможного длин волн лазерного излучения.

Поглощение и рассеяние солнечного излучения в гелиотеплице...

Следовательно, важными параметрами рассеяния частицами являются длина волны, состояние поляризации подающего излучения, размер и показатель преломления частиц, а также угол, под которым наблюдается рассеянное излучение.

Оптические свойства новой полупроводниковой системы CdS–ZnTe

Длина волны возбуждающего лазера l = 785 нм, мощность — до 100 мВт, спектральное разрешение — 3 см–1.

Экспериментально получены спектры комбинационного рассеяния в областях стоксовского (0–4500 см-1) излучения.

Анализ радиационной стойкости космических аппаратов связи при...

Эффект рассеяния и, следовательно, уменьшение потока захваченных частиц наиболее заметен в годы максимума солнечной активности, когда

Мырова Л. О., Попов В. Д., Верхотуров В. И. Анализ стойкости систем связи к воздействию излучений. М.: Радио и связь, 1993.

Анализ внеполосных радиоизлучений средств связи

Излучения в пределах необходимой полосы частот это основные, а вне необходимой полосы — нежелательные.

Рис. 1. Зависимости мощности излучения от частоты для различных вариантов образования побочного излучения: а — основное излучение и излучение на...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Определение физических параметров радиационных процессов...

Основные термины (генерируются автоматически): длина волны, вынужденное рассеяние, индуцированное излучение, лазерное излучение, световод, Черенковское излучение, физическое воздействие, радиационное излучение, оптическое волокно...

Определение механических воздействий гидротехнических...

Основные термины (генерируются автоматически): чувствительный элемент, длина волны, датчик, световод, индуцированное излучение, вынужденное рассеяние, оптическое волокно, лазерное излучение, Черенковское излучение, волоконный световод.

Исследование и моделирование спектров излучения газового...

Фактически все спектры излучения атома располагаются в видимых и ультрафиолетовых областях, длина волны которых достигает от 200 до 1190 нм. С помощью квантовых чисел описывают положение электрона на оболочке или внутри атома.

Применение и перспективы использования легированных...

Если, одновременно с излучением слабой непрерывной накачки, в волокно ввести слабое излучение сигнала на рабочей длине волны в области длины волны флюоресценции, то мощность сигнала возрастает по мере прохождения по волокну, т. е...

Исследование генерации второй гармоники твердотельного...

Ключевые слова: твердотельный лазер, вторая гармоника, полупроводниковая накачка. Эффект генерации второй гармоники используется для расширения возможного длин волн лазерного излучения.

Поглощение и рассеяние солнечного излучения в гелиотеплице...

Следовательно, важными параметрами рассеяния частицами являются длина волны, состояние поляризации подающего излучения, размер и показатель преломления частиц, а также угол, под которым наблюдается рассеянное излучение.

Оптические свойства новой полупроводниковой системы CdS–ZnTe

Длина волны возбуждающего лазера l = 785 нм, мощность — до 100 мВт, спектральное разрешение — 3 см–1.

Экспериментально получены спектры комбинационного рассеяния в областях стоксовского (0–4500 см-1) излучения.

Анализ радиационной стойкости космических аппаратов связи при...

Эффект рассеяния и, следовательно, уменьшение потока захваченных частиц наиболее заметен в годы максимума солнечной активности, когда

Мырова Л. О., Попов В. Д., Верхотуров В. И. Анализ стойкости систем связи к воздействию излучений. М.: Радио и связь, 1993.

Анализ внеполосных радиоизлучений средств связи

Излучения в пределах необходимой полосы частот это основные, а вне необходимой полосы — нежелательные.

Рис. 1. Зависимости мощности излучения от частоты для различных вариантов образования побочного излучения: а — основное излучение и излучение на...

Задать вопрос