Производители оптоволоконных датчиков

Содержание

Оптоволоконные датчики | усилители
Преимущества оптических датчиков
Три принципа действия оптических датчиков положения
Недостатки оптических датчиков
Фотоэлектрические датчики
Оптический датчик с видимым пятном
Оптические датчики с подавлением переднего/заднего фона
Щелевые оптические датчики
Оптоволоконные усилители
Оптоволоконные кабели и насадки
Лазерные датчики
Видео
Оптоволоконные оптические датчики
Оптоволоконные датчики температуры
Документация

Оптоволоконные датчики | усилители

Оптоволоконный датчик представляет собой усилитель без линз, объединенный с оптоволоконным кабелем. Этот тип датчиков идеально подходит для областей применения, где требуется малое время отклика и возможности обнаружения небольших объектов. Гибкие оптоволоконные кабели обеспечивают простоту монтажа датчиков в любом месте. Оптоволоконные усилители и кабели Autonics имеют компактные размеры и обеспечивают точное обнаружение сложных объектов, малое время отклика и достаточную дальность действия.

Преимущества оптических датчиковТри принципа действия оптических датчиков положенияНедостатки оптических датчиков

Практически каждый технологический процесс нуждается в Оптических датчиках положения и перемещения, которые благодаря принципу работы и широкому разнообразию моделей разных производителей, помогают избежать финансовых затрат и гарантируют качественную продукцию.

Преимущества оптических датчиков

В сравнении с широко применяемыми в промышленности бесконтактными емкостными, индуктивными и ультразвуковыми датчиками положения, а также механическими концевыми выключателями, оптические датчики положения имеют ряд преимуществ:

Три принципа действия оптических датчиков положения

Оптические датчики положения относятся к фотоэлектрическим датчикам, так как принцип их действия основан на обнаружении световых сигналов. При этом стоит понимать, что датчик может срабатывать как на свет, так и на затемнение.

В зависимости от того, на каком оптическом явлении основан принцип обнаружения объектов, оптические датчики положения делятся на три типа:

Недостатки оптических датчиков

К недостаткам оптических датчиков положения можно отнести:

Оптические датчики нашли широкое применение во многих отраслях промышленности благодаря своим высоким потребительским качествам, точности и высокой скорости обнаружения объектов, разнообразным исполнениям и относительно невысокой стоимости. Обилие различных аксессуаров и опций, таких как подогрев оптики, оптоволоконные удлинительные кабели, поляризационные фильтры, аналоговые, цифровые и дискретные выходные сигналы, лазерный излучатель вместо светодиодного существенно расширяют сферу применения данных датчиков как по условиям эксплуатации, так и по возможности их интеграции в существующую систему автоматизированного управления.

Заказать консультацию инженера

Фотоэлектрические датчики

Оптический датчик глаза современного автоматизированного производства. В основной массе фотодатчики работают в инфракрасной области спектра. Фотоэлектрические датчики делятся на три основных типа:

T — тип или THRU-BEAM (разнесенная оптика) или датчики на прерывание оптического луча. Состоят из приемника и излучателя, устанавливаемых друг напротив друга. Объект, проходя между приемником и излучателем, прерывает оптический луч, что приводит к изменению состояния выходного ключа приемника.

R — тип или RETRO (с отражением от световозвращателя/рефлектора). Излучатель и приемник находятся в одном корпусе. Оптический импульс, посланный излучателем, отражается от рефлектора и попадает на приемник. Прерывание луча объектом, расположенным между рефлектором и датчиком приводит к изменению состояния выходного ключа датчика.

D -тип или DIFFUSE (с отражением от объекта). Отражение оптического луча происходит непосредственно от объекта обнаружения. При отсутствии объекта оптическая линия разомкнута, при приближении к датчику объекта, часть энергии (зависит от цвета объекта и его шероховатости) оптического импульса отражается от объекта и попадает на приемник датчика расположенный в одном корпусе с излучателем, что приводит к изменению состояния выходного ключа.

На малых расстояниях, в пределах «мертвой зоны» датчики R — типа воспринимают объект как отражатель, в результате чего обнаружение объекта не происходит. Для исключения таких случаев следует применять датчики с поляризационным фильтром.

Оптический датчик с видимым пятном

Спектр применения оптических датчиков постоянно расширяется, датчики совершенствуются, но при этом возникают побочные эффекты, связанные с их эксплуатацией. Для обеспечения возможности обнаружение небольших объектов производители выпускают приборы с узким оптическим лучом, при этом значительно затрудняется настройка пары фотодатчик — объект или приемник — передатчик. Одним из решений данной проблемы стали фотоэлектрические датчики, в которых в качестве излучателя используется светодиод с красным видимым спектром излучения. Оптические датчики, работающие в видимой части спектра находят свое применение также при решении задач обнаружения тонких прозрачных объектов, например полиэтиленовой пленки.

Оптические датчики с подавлением переднего/заднего фона

Относятся к датчикам типа D. В отличии от обычных датчиков с отражением от объекта, расстояние срабатывания которых зависит от интенсивности луча отраженного от объекта, датчики с функцией подавления фона срабатывают на определенное расстояние до объекта, что позволяет отличать объекты, находящиеся даже на небольшом удалении друг от друга, не зависимо от их цвета и размеров. Датчик с подавлением фона могут быть:

Оптические датчики с подавлением фона предназначены для задач, которые не могут быть решены с помощью обычных датчиков работающих на отражение от объекта: обнаружение небольших перепадов уровней, обнаружение тонких и темных предметов на конвейерной ленте, определение наличия мелких предметов в упаковках (конфет, таблеток и т.п.), обнаружение объектов, не зависимо от их цвета и размеров, обнаружение объектов на фоне поверхностей с высокой отражающей способностью (белая стена).

Щелевые оптические датчики

Оптические датчики вилочного типа. Относятся к датчикам T — типа, несмотря на то что приемник и излучатель находятся в одном корпусе. Это связано с тем, что в основе срабатывания датчика лежит прерывание оптического луча между приемником и излучателем расположенных в противоположных «вилках». За счет небольших оптических расстояний, в датчиках данного типа имеется возможность, с помощью диафрагм, сформировать очень «узкий» луч. Благодаря этому оптические датчики щелевого/вилочного типа способны обнаруживать объекты малого диаметра или имеющие большую частоту перемещения.

Оптоволоконные усилители

Оптоволоконные усилители составляют неотъемлемую часть оптоволоконных датчиков, состоящих из оптоволоконного усилителя и оптоволоконной насадки. В паре усилитель — оптонасадка происходит передача светового сигнала от усилителя по оптоволоконному кабелю через пространство к объекту, и обратно от объекта, через оптоволоконную насадку к усилителю. В этих датчиках реализуются все типы обнаружения (T, R, D). Фотодатчики с оптоволокном незаменимы при решении задач обнаружения в труднодоступных местах и зонах с тяжелыми условиями окружающей среды, в этом случае электрическая часть датчика находится в доступном и безопасном месте, а усилитель (приемник и передатчик датчика) вынесены непосредственно в зону детектирования. Благодаря миниатюрности оптической системы возможно обнаружение объектов малой величины и размещение оптической линии в местах недоступных для обычных фотоэлектрических датчиков. Оптоволоконный усилитель позволяет работать с различными оптическими кабелями и насадками, различных по методу типу и конструктивным особенностям.

Оптоволоконные кабели и насадки

Ассортимент этой неотъемлемой части оптоволоконных оптических датчиков позволяет применять их для контроля положения различных объектов. Наиболее широкое применение оптоволоконные насадки находят там, где невозможно размещение электронной части фотоэлектрических датчиков. Предлагаемые оптонасадки позволяют осуществлять контроль положения объектов в зонах с температурами до +270°С, там где размер чувствительного элемента должен сравнится со спичкой, где присутствуют агрессивные испарения и многих других.

Лазерные датчики

Объединяют широкую гамму оптоэлектронных приборов, использующих в качестве источника оптического излучения лазерные источники. Лазерный источник излучения обеспечивает формирование узконаправленного высокоэнергетического оптического луча. Это позволяет использовать лазерные оптические датчики для точного измерения расстояний и перемещений. Соответственно лазерным датчикам доступны все типы оптических измерений, в том числе функции подавления переднего и заднего фона. Лазерные датчики, использующие видимую часть спектра выгодно отличаются высокой дальностью обнаружения объектов.

Видео

В 2016 году компанией «Инверсия-Сенсор» были проведены испытания на участке Московской железной дороги. Объектом испытаний стал железнодорожный мост 739 серии через реку Любовша.

Целью работы было испытание системы оптоволоконного мониторинга напряженно-деформированного состояния несущих конструкций железнодорожного моста. Для достижения цели были выполнены такие задачи, как проведение полевых испытаний системы и определение эксплуатационных деформаций несущих конструкций, вызванных прохождением железнодорожного состава через мост, а также расчет напряжения в конструкции и оценка максимального прогиба моста, которая была основана на полученных данных о деформациях.

Перед разработкой технического решения было выполнено предпроектное обследование железнодорожного моста. Оценив возможность установки датчиков, компания изготовила волоконно-оптические датчики деформации и температуры. После готовности объекта к проведению эксперимента, датчики были смонтированы согласно разработанному плану производства работ. Производители композитных шпренгелей провели натурные испытания оптоволоконной системы мониторинга деформации несущих конструкций железнодорожного моста.
Николай Созонов, инженер-конструктор ООО «Инверсия-Сенсор», обработав показания датчиков, совместно с профессором Игорем Овчинниковым, доктором технических наук, оценил эффективность работы композитных шпренгелей. Результатом совместной работы стало подтверждение эффективности предлагаемой экспериментальной технологии усиления металлических несущих конструкций моста и возможность широкого применения волоконно-оптических систем мониторинга для повышения безопасности эксплуатации искусственных сооружений. Подробнее о результатах можно узнать в статье «К вопросу мониторинга несущих металлических конструкций мостов с использованием волоконно-оптических датчиков».

Задача, которую решали специалисты ООО «Инверсия-Сенсор», заключалась в
создании системы контроля герметичности трубопровода тепловой сети с
помощью системы термометрии ASTRO E5. Эта задача была актуальна, так как
ранее на объектах ОАО «ТЕПЛОСЕТЬ САНКТ-ПЕТЕРБУРГА» не внедрялась технология
ремонта трубопровода с использованием композитного «сэндвича». В период с
января по август 2017 года было предложено техническое решение для
определения нарушения герметичности композитного трубопровода в составе
системы термометрии ASTRO E5 и специального волоконно-оптического кабеля.
Также осуществлён шефмонтаж и снятие рефлектограмм с проложенного кабеля,
выполнена приварка коннектора к высокотемпературному волокну и наладка
программного обеспечения системы термометрии.

Оборудование рассчитано на измерение температуры до 150˚С. Система
осуществляет распределенный термомониторинг композитного «чулка-сэндвича»
по всей длине теплотрассы после бестраншейной замены трубопровода.

Итогом работы стало заключение комиссии ОАО «Теплосеть Санкт-Петербурга»,
что технология ремонта трубопровода с использованием композитного
«сэндвича» признана успешной и может тиражироваться на другие объекты
энергосетевого комплекса, а система термометрии ASTRO при возникновении
утечки сможет оповестить о нарушении герметичности с указанием координат
дефекта.

Система термометрии ASTRO E5
непрерывно обеспечивает:

В ООО «Инверсия-Сенсор» поступил запрос на оценку возможности
контролировать состояние резервуаров (давление и температуру) с помощью
встроенных волоконно-оптических датчиков. Это было необходимо заказчику,
так как стояла задача снизить вес контролирующей аппаратуры.

По заказу были изготовлены специальные

волоконно-оптические брэгговские решётки (ВБР)

, способные выдержать технологический цикл производства резервуара из
композитных материалов. Специалисты по монтажу от ООО «Инверсия-Сенсор»
прибыли на производственную площадку заказчика для консультирования при
изготовлении резервуаров. После завершения сушки смолы были сняты показания
с установленных ВБР. Когда оборудование было готово, начались
гидравлические испытания. Они осуществлялись путём накачки резервуара
водой, во время которой показания датчиков росли по мере увеличения
давления воды на стенки резервуара. Опрессовка до 225 атмосфер показала
надежность ВБР.

После этого специалистами были проведены испытания для проверки прочности
резервуара и поиска предельно-допустимой нагрузки с последующим разрешением
резервуара.

Итогами испытаний стали:

Используемое оборудование

В конце 2016 года ООО «Инверсия-Сенсор» заключила договор с ЗАО
«Уралмостострой» и выступила в роли субподрядчика на выполнение монтажных
работ по реализации системы мониторинга состояния моста (СМИК) на
строящемся автодорожном мостовом переходе через р. Белая в г. Уфа.

Комплексная система мониторинга на основе волоконно-оптических датчиков
предназначена для контроля напряженно-деформированного состояния и угла
наклона стальных и бетонных конструкций.

Основными целями реализации системы мониторинга состояния моста является
возможность регулярной оценки в режиме «реального времени» параметров
напряженно-деформированного состояния ключевых элементов конструкции моста
во время эксплуатации, обеспечение общественной безопасности и сокращение
затрат на периодический и капитальный ремонт моста.

Измеряемые параметры данной системы — это относительная деформация стальных
конструкций в контрольных точках, температура в данных точках для
компенсации температурного воздействия на датчики деформации, угол
отклонения бетонных опор моста от проектных значений по двум осям, вибрации
в контрольных точках на стальных конструкциях моста.

Сотрудниками ООО «Инверсия-Сенсор» были проведены монтажные и
пусконаладочные работы на данном объекте. В апреле 2017 года были успешно
проведены испытания установленного оборудования, а также проведена опытная
эксплуатация СМИК. В промышленную эксплуатацию система была запущена в
ноябре 2017 года и работает по сей день.

За все время работы специалистами ООО «Инверсия-Сенсор» накоплен большой
опыт по монтажу и пусконаладочным работам, эксплуатации и обслуживанию
волоконно-оптического оборудования и средств автоматики, что обеспечивает
оперативное решение задач по установке и обслуживанию систем мониторинга в
процессе эксплуатации.

В ноябре 2016 года ООО «Инверсия-Сенсор» заключило договор с АО «Зарамагские ГЭС» на выполнение работы по созданию «Автоматизированной системы измерения уровней в пьезометрах плотины грунтовой» на Головной Зарамагской ГЭС, а также на осуществление поставки оборудования.

Основанием для работы стали правила технической эксплуатации электрических станций и сетей РФ 2003г., п.3.1.28, а также стандарты организации: СТО 17330282.27.140.004-2008 «Контрольно-измерительные системы и аппаратура гидротехнических сооружений ГЭС. Условия создания. Нормы и требования» и СТО 70238424.27.140.035-2009 «Гидроэлектростанции. Мониторинг и оценка технического состояния гидротехнических сооружений в процессе эксплуатации. Нормы и требования.»

Работа имела следующие цели:

ООО «Инверсия-Сенсор» совместно с АО «ВНИИГ им. Веденеева» выполнило следующие задачи:

Разработанная система представляет собой оптоволоконную сеть, охватывающую 30 пьезометров. В пьезометрах в воду погружаются датчики давления-уровня ASTRO A561, которые измеряют высоту столба жидкости – чем выше уровень воды, тем больше давление. Затем происходит автоматическая обработка информации: полученные данные визуализируются в числовые значения и графики, определяется работоспособность измерительной аппаратуры, сигнал сравнивается с граничными установками, рассчитываются максимальные, минимальные, средние за любой период значения. В случае, если датчики фиксируют отклоняющиеся от нормы показатели, срабатывает аварийная сигнализация, и на пульт начальнику смены станции поступает оповещение.

Датчик ASTRO A561 является прибором, не требующим дополнительного электропитания и устойчивым к электромагнитным помехам и вредным воздействиям окружающей среды. Сеть из таких датчиков обеспечивает передачу измеряемых параметров на расстояние до 15 километров без использования коммуникационных пунктов для передачи данных.

Стандартный способ измерения уровня воды представлял собой процесс, который занимал около 2 часов и выполнялся вручную. Внедрение системы позволило сделать сбор данных автоматизированным и постоянным в режиме реального времени и оперативно получать информацию об уровнях воды в пьезометрах. Разработанная система была запущена на Головной Зарамагской ГЭС в 2016 и эксплуатируется по настоящее время.

Использование датчиков давления-уровня ASTRO A561 в проектировании позволяет внедрять автоматизированную систему мониторинга уровня воды как в пресную, так и морскую воду. Это открывает новые перспективы для использования системы в будущих проектах.

В октябре 2013 года сотрудники ООО «Инверсия-Сенсор» начали реализацию проектов на Зарамагской ГЭС-1, которая располагается в республике Северная Осетия-Алания. Работа включала:

Монтажные работы завершились в 2017 году, а через два года объект был введен в эксплуатацию.

ООО «Инверсия-Сенсор» обеспечило для проектировщика, АО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева», консультирование в процессе разработки проектной и рабочей документации, механизмов, монтажных узлов, а также выполнило в шеф-монтажных и пусконаладочных работах систем мониторинга для всех объектов.

На объект установили:

Система термометрии ASTRO E5 используется для мониторинга бассейна суточного регулирования с целью оперативного реагирования на нарушение герметичности гидроизоляции дна. Принцип обнаружения утечек основан на разнице температуры воды в бассейне (температура от 4 ˚С до 8 ˚С) и специальном кабеле, состоящем из греющего и волоконно-оптического кабелей (температура от 12 ˚С до 20˚С).

В случае попадания воды на волоконно-оптический кабель, происходит резкое понижение температуры на этом сегменте. Локальное понижение температуры определяется алгоритмом системы как утечка. Система в автоматическом режиме передаёт координаты места на пульт оператора для принятия решения о дальнейших действиях.

Система обеспечивает локализацию утечки с пространственной точностью 4 квадратных метра. Таким образом, с внедрением системы мониторинга больше нет необходимости снимать бетонированное дно по всей площади бассейна, так как зона с дефектом известна заранее.

Волоконно-оптические системы производства ООО «Инверсия-Сенсор» и по настоящее время успешно эксплуатируются на объекте. АО «ВНИИГ им. Б. Е. Веденеева» работает с ООО «Инверсия-Сенсор» на протяжении 6 лет, отмечает соответствие поставляемой продукции всем требованиям, предъявляемым к оборудованию для использования на объектах гидроэнергетики, и рекомендует предприятие-изготовителя как надежного партнера в области систем мониторинга на основе волоконно-оптических технологий.

Задача, которая стояла перед ООО «Инверсия-Сенсор» — это внедрение системы
непрерывного мониторинга за техническим состоянием инженерной конструкции
железнодорожного моста на 1436 км. ПК1 участка Выходной-Кола Октябрьской
железной дороги.

Основными целями внедрения системы мониторинга состояния моста является
возможность регулярной оценки в режиме «реального времени» параметров
напряженно-деформированного состояния ключевых элементов конструкции моста
во время эксплуатации, обеспечение общественной безопасности и сокращение
затрат на периодический и капитальный ремонт моста.

Измеряемые физические величины и параметры на данном проекте – деформации
ферм, наклон опор, собственные колебания пролета, индикация нагрузки на
ось, метеопараметры, уровень воды и пр.

Сотрудниками ООО «Инверсия-Сенсор» выполнены поставка, монтаж оборудования
на несущих конструкциях железнодорожного моста, а также шеф-монтаж и
наладка оборудования на объекте.

Проработаны технические решение в части защиты волоконно-оптических
датчиков (ВОД) от воздействия агрессивных сред (в частности, от воздействия
влаги). Разработаны защитные изделия, применены специальные материалы для
защиты ВОД от коррозии.

Заказчику представлена возможность сервисного обслуживания и контроля за
работоспособностью Системы, в том числе удаленно.

В 2015г. к нам в компанию обратился заказчик, которого интересовала возможность контроля распределения температуры в скважинах со сверхвысоковязкой нефтью, а также возможность выхода на рынок в качестве поставщика волоконно-оптических систем распределенного температурного мониторинга скважин на месторождениях сверхвысоковязкой нефти.

Широкое использование данных систем для добычи высоковязкой нефти обусловлено следующими факторами:

Перед «Инверсией-Сенсор» стояли следующие задачи:

Ценным результатом работы по данному проекту стало определение оптимального режима парозакачки по результатам проведения температурной интерпретации. Информацию о температурном профиле нефтяной скважины (нагнетательной и добывающей) заказчик получает на специализированный портал. Эта информация позволяет оптимизировать процесс парозакачки, предотвращать выход из строя оборудования, и соответственно снизить уровень затрат на его ремонт.

Системы термометрии, установленные с 2015г., до сих пор находятся в эксплуатации.

Возможно ли достоверно измерять температуру, если изменились оптические свойства оптического волокна, являющегося распределенным датчиком температуры по всей длине скважины? Наша компания провела опытно-промышленные испытания (ОПИ) в реальных условиях, чтобы ответить на этот вопрос.

На одной из скважин Южно-Приобского месторождения, оснащенных распределенной волоконно-оптической системой измерения температурного профиля, были выявлены аномальные показания температуры в горизонтальном участке скважины. Для проверки правильности показаний системы были произведены замеры оптического затухания по всей длине оптического волокна на различных длинах волн. Замеры выявили аномальное изменение профиля оптических потерь в горизонтальном участке скважины. Далее была поставлена задача провести сравнение двух типов систем термометрии:

Замеры стандартным прибором показали противоречивые показания температуры на фоновом замере, а также появление температурных аномалий при опрессовке затрубного пространства. Замеры инновационным прибором показали результаты, согласующиеся с термодинамикой скважины и пласта. Также при регулировании забойного давления происходило изменение показаний стандартной системы термометрии, в отличие от инновационной.

Благодаря контролю и учёту потерь в волокне – ASTRO Е58 демонстрирует отсутствие дрейфа температуры при опрессовке и закачке воды в скважину, когда идёт механическое воздействие на оптический кабель и корректное измерение температуры с учётом неравномерных потерь в волокне.

По результатам ОПИ рекомендовано использование приборов, типа ASTRO E58, автоматически контролирующих состояние оптического волокна, в процессе измерения температурного профиля. Это позволит в пределах динамического диапазона прибора получать достоверные данные о температуре в условиях механического, температурного и химического воздействия на оптический кабель и волокно.

Проведенные ООО «Инверсия-Сенсор» испытания показали соответствие оборудования требованиям заказчика к качеству замеров.

Важным достоинством использованного оборудования ООО «Инверсия-Сенсор» стал аппаратно-технический учет искажений свойств оптоволокна непосредственно при измерениях.

Для повышения качества измерений также рекомендуется использовать системы мониторинга температуры с применением многомодовых оптических волокон вместо одномодовых, это позволит: