Способ контроля прочности оптического волокна



Способ контроля прочности оптического волокна
Способ контроля прочности оптического волокна
Способ контроля прочности оптического волокна

Владельцы патента RU 2762885:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (RU)

Изобретение относится к области неразрушающего контроля прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла. Сущность: на контролируемый объект оказывают акустическое воздействие на первой частоте и на второй частоте, измеряют сигнал нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте и по результатам обработки данных измерений оценивают степень разрушения контролируемого объекта. В качестве контролируемого объекта и распределенного акустического сенсора используют одно и то же оптическое волокно, на которое оказывают акустическое воздействие и с помощью которого измеряют сигналы на первой, второй и разностной частотах. Регулируют уровни сигналов акустического воздействия так, чтобы обеспечить равенство амплитуд сигналов, измеряемых на первой и второй частотах, после чего измеряют сигналы на первой, второй и разностной частотах, при этом предварительно выполняют измерения на образцовом оптическом волокне, прочность которого известна, а затем, при тех же условиях, на тестируемом оптическом волокне, после чего определяют прочность тестируемого оптического волокна по формуле. Технический результат: расширение области применения. 1 ил.

 

Изобретение относится к области неразрушающего контроля прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла и, в частности, контролю прочности оптического волокна в кабеле.

Известны способы [1-4] определения прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла заключающиеся в том, что оптическое волокно перематывается под нагрузкой и по заданным значениям приложенной к волокну нагрузки и интервала времени, в течение которого она приложена, рассчитывают оценки прочности оптического волокна. Данные способы неприменимы для оптических волокон, включенных в конструкцию кабеля и т.п.

Известен способ [5-6] определения прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла заключающийся в том, что к оптическому волокну прикладывают нагрузку, увеличивают ее до разрушения оптического волокна, на торце оптического волокна в месте разрушения измеряют радиус зеркальной зоны и определяют прочность испытуемого образца оптического волокна по формуле:

где R - радиус зеркальной зоны; A - константа; σ - искомая оценка прочности испытуемого образца оптического волокна. Данный метод требует разрушения испытуемого образца оптического волокна.

Известны способы [7-11] акустического контроля роста трещин в изделиях, заключающиеся в том, что к изделию прикладывают нагрузку, измеряют параметры нелинейной акустической эмиссии, по которым оценивают глубину трещины. При этом, согласно [10, 11] глубина микротрещины пропорциональна суммарной энергии сигнала нелинейной акустической эмиссии, а в [12] отмечается, что на начальной стадии развития микротрещин глубина микротрещины пропорциональна амплитуде сигнала нелинейной акустической эмиссии

Здесь - глубина трещины; As - амплитуда сигнала нелинейной акустической эмиссии; C - константа.

При этом, для реализации указанных способов в качестве распределенного акустического сенсора может быть использовано оптическое волокно с подключенной к нему измерительной системой (Distributed Acoustic Sensor - DAS) [12-14]. Однако все вышеперечисленные способы [7-14] не предназначены для контроля прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла.

Известны способы определения прочности оптических волокон из плавленого кварцевого стекла [15-22], заключающийся в том, что к образцу оптического волокна прикладывают нагрузку, увеличивают ее до величины, необходимой для разрушения оптического волокна, измеряют нагрузку на оптическое волокно в момент разрушения и по этой величине оценивают прочность испытуемого образца оптического волокна. Данные методы также требуют разрушения оптического волокна.

Наиболее близким заявляемому является способ реализации гетеродинного эффекта в системах мониторинга состояния объектов [23], заключающийся в том, что на объект оказывают воздействие на первой частоте и на второй частоте, с помощью встроенных в объект или расположенных вблизи сенсоров измеряют сигнал нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте и по результатам обработки данных измерений определяют наличие дефектов и оценивают степень разрушения объекта. Данный способ не предназначен для контроля прочности оптических волокон. При размещении сенсоров вблизи оптического волокна на ранней стадии роста микротрещин на его поверхности практически невозможно обеспечить необходимое для измерений нелинейной акустической эмиссии отношение сигнал/помеха. По этой причине, измерения акустической эмиссии пока используются лишь для фиксации момента разрушения оптического волокна как, например, в [21-22]. Этот недостаток ограничивает возможности применения данного способа для контроля прочности оптических волокон.

Сущностью предлагаемого изобретения является расширение области применения.

Эта сущность достигается тем, что согласно способа контроля прочности оптического волокна на контролируемый объект оказывают акустическое воздействие на первой частоте и на второй частоте, измеряют сигнал нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте и по результатам обработки данных измерений оценивают степень разрушения контролируемого объекта, при этом в качестве контролируемого объекта и распределенного акустического сенсора используют одно и тоже оптическое волокно, на которое оказывают акустическое воздействие и с помощью которого измеряют сигналы на первой, второй и разностной частотах, регулируют уровни сигналов акустического воздействия так, чтобы обеспечить равенство амплитуд сигналов, измеряемых на первой и второй частотах, после чего измеряют сигналы на первой, второй и разностной частотах, при этом предварительно выполняют измерения на образцовом оптическом волокне, прочность которого известна, а затем, при тех же условиях, на тестируемом оптическом волокне, после чего определяют прочность тестируемого оптического волокна по формуле

где σ0, σT - оценки прочности образцового и тестируемого оптического волокна, соответственно.

Pa0, PaT - оценки мощности сигналов нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте, полученные в результате измерений на образцовом и тестируемом оптических волокнах в области акустического воздействия, соответственно;

Ps0, PsT - оценки мощности сигналов акустического воздействия на частотах воздействия, полученные в результате измерений на образцовом и тестируемом оптических волокнах в области акустического воздействия, соответственно.

На фиг. 1 приведена схема варианта реализации заявляемого способа. Устройство включает образцовое оптическое волокно 1, прочность которого σ0 известна, тестируемое оптическое волокно 2, источник акустического воздействия 3, измерительную систему 4 и оптический коммутатор 5. Вход измерительной системы 4 соединен со входом оптического коммутатора 5, первый выход которого подключен к образцовому оптическому волокну 1, а его второй выход к тестируемому оптическому волокну 2, при этом источник акустического воздействия расположен вблизи тестируемого волокна 2 и образцового волокна 1 на расстоянии 0,01 м-10,0 м.

Устройство работает следующим образом. Предварительно измерительная система 4 через оптический коммутатор 5 подключается к образцовому оптическому волокну 1. Источник акустического воздействия 3 формирует двухчастотный акустический сигнал с одинаковым уровнем на каждой из частот, который воздействует на образцовое оптическое волокно 1. Под акустическим воздействием образцовое оптическое волокно 1 в зоне воздействия изгибается, что создает механические напряжения на изгибах образцового оптического волокна 1. При изгибах образцового оптического волокна 1 микротрещины на его поверхности открываются и закрываются. В результате в напряженном на изгибах образцовом оптическом волокне 1 из-за периодически закрывающихся микротрещин на его поверхности формируется сигнал нелинейной акустической эмиссии, который принимает распределенный акустический датчик из образцового оптического волокна 1, подключенного через оптический коммутатор 5 к измерительной системе 4. В измерительной системе 4 по результатам обработки принимаемых распределенным акустическим датчиком акустических сигналов определяются оценки мощности сигнала нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте и на частотах воздействующего акустического сигнала для образцового оптического волокна 1 в зоне акустического воздействия. Затем измерительная система 4 через оптический коммутатор 5 подключается к тестируемому оптическому волокну 2. Источник акустического воздействия формирует на тех же частотах двухчастотный акустический сигнал, который воздействует на тестируемое оптическое волокно 2. Под акустическим воздействием тестируемое оптическое волокно 2 в зоне воздействия изгибается, что создает механические напряжения на изгибах тестируемого оптического волокна 2. При изгибах тестируемого оптического волокна 2 микротрещины на его поверхности открываются и закрываются. В результате в напряженном на изгибах тестируемом оптическом волокне 2 из-за периодически закрывающихся микротрещин на его поверхности формируется сигнал нелинейной акустической эмиссии, который принимает распределенный акустический датчик из тестируемого оптического волокна 2, подключенного через оптический коммутатор 5 к измерительной системе 4. В измерительной системе 4 по результатам обработки принимаемых распределенным акустическим датчиком акустических сигналов определяются оценки мощности сигнала нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте и на частотах воздействующего акустического сигнала для тестируемого оптического волокна 2 в зоне акустического воздействия. После чего, по формуле (3) определяется прочность σs тестируемого оптического волокна 2.

В отличие от известного способа, которым является прототип, в предлагаемом способе оптическое волокно одновременно является и контролируемым объектом, и акустическим сенсором, что позволяет обеспечивать необходимое отношение сигнал/помеха и в результате контролировать прочность оптического волокна и, тем самым, расширяет область применения предлагаемого способа по сравнению с прототипом.

ЛИТЕРАТУРА

1. Evans A.G., Wiederhorn S.M. Proof testing of ceramic materials an analytical basis for failure prediction // International Journal of Fracture, v. 10(3), pp. 379-392 (1974).

2. Hanson T.A., Glaesemann G.S. Incorporation multi-region crack growth into mechanical reliability predictions for optical fiber // Materials Science, v. 32, pp. 5305-5311 (1997).

3. Semjonov S., Glaesemann G.S. High-Speed Tensile Testing of Optical Fibers - New Understanding for Reliability Prediction. In: Suhir E., Lee Y.C., Wong C.P. (eds) Micro- and Opto-Electronic Materials and Structures: Physics, Mechanics, De-sign, Reliability, Packaging. - Springer, Boston, MA, pp. A595-A625 (2007).

4. ГОСТ Р МЭК 60793-1-30-2010.

5. Mecholsky J.J., Rice R.W., Freiman S.W. Prediction of Fracture Energy and Flaw Size in Glasses from Measurements of Mirror Size // J. of Amer. Ceram. Soc., v. 57(10), pp. 440-443 (1973).

6. Castilone R.J., Glaesemann G.S., Hanson T. A. Relationship Between Mirror Dimensions and Failure Stress for Optical Fibers // Proceedings of SPIE, v. 4639, pp. 11-20 (2002).

7. Seo D.-C., Kwon I.-B., Kim C.-Y., Yoon D.-J. Fiber optic acoustic sensors for crack growth diagnostics // Proc. of SPIE, v. 7004, pp. 70044T-1-4 (2008).

8. Sial T.R., Jin Y., Juan Z. Crack identification in Beams by Vibration based analysis techniques - A Review // International Journal of Science, Engineer-ing and Technology Research (IJSETR), v. 07(10), pp. 2278 -7798 (2018).

9. Патент RU 2659575 C1.

10. Shao Y., Yu Y., Zhang Y., Wei S., Li X. Analysis of acoustic emission signal characteristics based on the crack pattern of stress corrosion cracking // Tenth International Conference on Sensing Technology (ICST), pp. 1-5 (2016).

11. Wang R., Wu Q., Yu F., Okabe Y., Xiong K. Modeling of contact acoustic nonlinearity for evaluating fatigue crack in metal plate // NDT.net Issue: 2018-02, The 9th International Symposium on NDT in Aerospace, pp. 1-5 (2017).

12. Рудин А.В., Першенков П.П., Артемова Н.Е., Наумов А.С. Применение метода акустической эмиссии для оценки параметров микротрещин, развивающихся в металлах в области упругой деформации // Труды Международного симпозиума «Надежность и качество», (2008).

13. He Z., Liu Q., Fan X., Chen D., Wang S., Yang G. A Review on Advances in Fiber-optic Distributed Acoustic Sensors (DAS) // CLEO Pacific Rim 2018, Th2L.1.pdf, 2 p. (2018).

14. Патент RU 2516346 C1.

15. Nelson G.J., Matthewson M.J., Lin B. A novel four-point bend test for strength measurement of optical fibers and thin beams. I. Bending analysis // J. of Lightwave Technology, v. 14(4), pp. 555-563 (1996).

16. Matthewson M.J., Nelson G.J. A novel four-point bend test for strength measurement of optical fibers and thin beams. II. Statistical analysi s// J. of Lightwave Technology, v. 14(4), pp. 564-571 (1996).

17. ГОСТ Р МЭК 60793-1-31-2010.

18. ГОСТ Р МЭК 60793-1-33-2014.

19. IEC TR 62048:2014 Optical fibres - Reliability - Power law theory. 2014. 66 p.

20. ITU-T G-series Recommendations - Supplement 59, SERIES G: TRANSMISSION SYSTEMS AND MEDIA, DIGITAL SYSTEMS AND NETWORKS, Guidance on optical fibre and cable reliability, (02/2018). 21 p.

21. Jihan S., Siddiqui A.M., Sweet M.A.S. Fracture strength of E-glass fibre strands using acoustic emission // NDT & E International, v. 30(6), pp. 383-388 1997).

22. Cowking A., Attou A., Siddiqui A.M., Sweet M.A.S., Hill R. Testing E-glass fibre bundles using acoustic emission // J. Mater. Sci. v. 26, pp. 1301-1310 (1991).

23. US 10191013 B2.

Способ контроля прочности оптического волокна, заключающийся в том, что на контролируемый объект оказывают акустическое воздействие на первой частоте и на второй частоте, измеряют сигнал нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте и по результатам обработки данных измерений оценивают степень разрушения контролируемого объекта, при этом в качестве контролируемого объекта и распределенного акустического сенсора используют одно и то же оптическое волокно, на которое оказывают акустическое воздействие и с помощью которого измеряют сигналы на первой, второй и разностной частотах, регулируют уровни сигналов акустического воздействия так, чтобы обеспечить равенство амплитуд сигналов, измеряемых на первой и второй частотах, после чего измеряют сигналы на первой, второй и разностной частотах, при этом предварительно выполняют измерения на образцовом оптическом волокне, прочность которого известна, а затем, при тех же условиях, на тестируемом оптическом волокне, после чего определяют прочность тестируемого оптического волокна по формуле

, (3)

где σ0, σT – оценки прочности образцового и тестируемого оптического волокна соответственно;

Pa0 , PaT – оценки мощности сигналов нелинейной акустической эмиссии на разностной частоте, полученные в результате измерений на образцовом и тестируемом оптических волокнах в области акустического воздействия соответственно;

Ps0 , PsT - оценки мощности сигналов акустического воздействия на частотах воздействия, полученные в результате измерений на образцовом и тестируемом оптических волокнах в области акустического воздействия соответственно.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области соединения деталей несущих и ограждающих конструкций. Технический результат заключается в возможности применения сплошного контроля болтов в процессе выполнения болтовых соединений за возможным ростом трещин.

Использование: для контроля силовых элементов конструкций посредством акустической эмиссии. Сущность изобретения заключается в том, что многоканальная акустико-эмиссионная система контроля силовых элементов конструкций состоит из N-каналов, каждый из которых содержит последовательно соединенные преобразователь акустической эмиссии, установленный на объекте контроля в местах максимальной концентрации напряжений, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, устройство отображения информации; параллельно соединенные: блок вычисления инвариантов временных интервалов импульсов акустической эмиссии и два блока вычисления инвариантов числа импульсов акустической эмиссии, входы которых объединены со входом блока вычисления известных акустико-эмиссионных критериев, а выходы соединены с соответствующими входами устройства отображения информации, при этом дополнительно введены последовательно соединенные блок управления углом установки преобразователя акустической эмиссии, элемент сравнения заданного и действительного угла установки преобразователя акустической эмиссии, регулятора угла установки преобразователя акустической эмиссии, а также на преобразователь акустической эмиссии установлен датчик угла его установки.

Изобретение относиться к области технической диагностики и может быть использовано для диагностики технического состояния подшипниковых узлов качения и скольжения в составе многоканальных стационарных систем. Приемо-преобразовательный модуль содержит корпус, внутри которого расположены преобразователь акустико-эмиссионных сигналов (ПАЭС), блок преобразования аналоговых сигналов в цифровые (БПАСЦ), блок питания (БП), а также блок управления и обработки информации (БУОИ), соединенный с интерфейсным блоком USB (USB) и/или с модулем беспроводной связи (МБС).

Использование: для неразрушающего контроля прочности оптического волокна. Сущность изобретения заключается в том, что в оптическом волокне создают напряжение с помощью источника акустического воздействия, расположенного вблизи оптического волокна, это же оптическое волокно с подключенной к нему измерительной системой используют как распределенный акустический датчик, с помощью которого регистрируют акустической сигнал в зоне акустического воздействия, по результатам обработки данного сигнала выделяют сигнал акустической эмиссии и сигнал акустического воздействия, причем при одних и тех же условиях измерения предварительно выполняют для образцового оптического волокна, прочность которого известна, а затем для контролируемого оптического волокна, после чего рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна, при этом напряжение в оптическом волокне создают источником акустического воздействия, работающим на одной частоте, при обработке регистрируемого сигнала выделяют из него сигнал нелинейной акустической эмиссии на гармониках частоты источника акустического воздействия и рассчитывают прочность контролируемого оптического волокна по определенной формуле.

Использование: для проверки работы акустико-эмиссионного датчика. Сущность изобретения заключается в том, что генерируют акустический сигнал источником акустических волн, который акустически связан с устройством управления технологическим процессом, причем источник акустических волн содержит по меньшей мере один из числа двигателя постоянного тока и двигателя для передачи тактильных ощущений; измеряют акустический сигнал акустико-эмиссионным датчиком, функционально связанным с устройством управления технологическим процессом, при этом акустический сигнал сгенерирован источником акустических волн; и определяют с помощью процессора рабочее состояния акустико-эмиссионного датчика на основании сравнения измеренного акустического сигнала с базовым акустическим сигналом.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, моторно-осевых подшипников и других подвижных нагруженных узлов экипажной части локомотивов железных дорог. Способ диагностики технического состояния узлов экипажной части локомотива, представляющих собой подшипниковый узел и/или зубчатую передачу заключается в осуществлении непрерывного измерения значений сигналов акустической эмиссии в процессе эксплуатации локомотива при его эксплуатационных нагрузках в режиме реального времени с помощью акустико-эмиссионного датчика (1), установленного на корпусе каждого диагностируемого узла экипажной части локомотива.

Изобретение относится к машиностроению и может быть использовано для мониторинга и диагностики технического состояния, оценки остаточного ресурса подшипниковых узлов, зубчатых передач, генераторов, вспомогательных приводов экипажной части пассажирских вагонов, вращающихся частей систем вентиляции, отопления и кондиционирования, а также других подвижных нагруженных узлов пассажирских вагонов железных дорог.

Использование: для контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования. Сущность изобретения заключается в том, что система эксплуатационного контроля неисправностей в подшипниках роторного оборудования, регистрирующая сигналы акустической эмиссии, полученные с датчиков, установленных на подшипниковый узел, содержит аналого-цифровой преобразователь для подключения к одному из датчиков акустической эмиссии через мультиплексор, периодически опрашивающий датчики акустической эмиссии, энергонезависимую память, а также микропроцессор и канал передачи данных для синхронизации с интегральной матрицей состояния оборудования, программно-сопряженные между собой и реализованные на программируемой логической интегральной схеме, причём микропроцессор формирует огибающую обнаруженного датчиком сигнала акустической эмиссии, выполняет частотное преобразование Хартли, разложение сигнала по Гильберту и регистрацию длительности, величины и количества пиков для выявления циклических закономерностей и определения размера и характеристик дефектов в подшипнике.

Использование: для детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии посредством волоконно-оптической системы. Сущность изобретения заключается в том, что волоконно-оптическая система детектирования и измерения параметров сигналов акустической эмиссии содержит два лазерных диода, подключенных к мультиплексору DWDM, выход которого подключен к оптоволоконному делителю, каждый выход которого подключен к первому порту оптического циркулятора, а ко второму порту указанного циркулятора подключен волоконно-оптический датчик, представляющий собой волоконный интерферометр, выход оптического циркулятора подключен к DWDM демультиплексору, выходы указанного демультиплексора соединены с входами двух оптоволоконных фотоприемников, причем рабочие длины волн лазерных диодов выбираются так, чтобы разность их значений составляла не менее одного периода стандартной сетки частот DWDM, при этом разность длин плеч интерферометра подбирается таким образом, чтобы при воздействии на него гармонических механических колебаний в рабочем диапазоне частот разность фаз сигналов напряжения на выходах оптоволоконных фотоприемников составляла π/2.

Использование: для неразрушающего акустико-эмиссионного контроля. Сущность изобретения заключается в том, что устройство акустико-эмиссионного датчика со встроенным акустическим генератором, содержит акустический приемник; акустический генератор, расположенный рядом с акустическим приемником; корпус, акустический генератор и акустический приемник, расположенные в корпусе; закрепляющий состав в корпусе, чтобы по меньшей мере частично герметизировать акустический генератор и акустический приемник; и износостойкую пластину, находящуюся в акустической связи с акустическим приемником и с акустическим генератором, при этом износостойкая пластина выполнена с возможностью передачи акустической энергии во время испытания от акустического генератора к акустическому приемнику через конструкцию, с которой соединена износостойкая пластина, и при этом износостойкая пластина содержит первую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора к акустическому приемнику через износостойкую пластину, причем акустический генератор содержит вторую акустическую изоляцию, чтобы препятствовать передаче акустической энергии от акустического генератора в закрепляющий состав внутри корпуса.

Изобретение относится к эксплуатационному мониторингу технического состояния сооружений оросительных систем в гидротехническом строительстве, в частности к определению состояния асбестоцементных труб, как наиболее экономичного материала для сооружения оросительных систем. В способе автоматического мониторинга состояния асбестоцементных сбросных трубопроводов закрытой оросительной системы, включающем перемещение относительно обследуемого трубопровода устройства со средствами получения изображений поверхности трубопровода, регистрации и передачи данных на компьютер, сканирование поверхности трубопровода, сохранение полученных результатов в блоке памяти компьютера, формирование трехмерной модели трубопровода с помощью блока программного обеспечения, выявление дефектов и принятие решения о необходимом виде ремонта, согласно изобретению осуществляют одновременно циклическое, круговое, последовательное сканирование участков внутренней поверхности трубопровода совместно с объемом грунта, прилегающего к нему с его внешней поверхности, получение плоскостного панорамного изображения внутренней поверхности трубопровода этих же участков и маркировку каждого участка сканирования.
© Патентный поиск, поиск патентов на изобретения - FindPatent.RU 2012-2024
Политика конфиденциальности 2021-03-18 2021-12-23T14:20:47
Наверх