Системы измерительные волоконно-оптические SM/SI (NTM/NTI)

Назначение

Системы измерительные волоконно-оптические SM/SI (NTM/NTI) (далее - системы), состоящие из блока измерительного устройства и комплекта волоконно-оптических датчиков на основе решёток Брэгга (брэгговских датчиков), предназначены для измерений длины волны отражения брэгговских датчиков, а также для измерений воздействующих на датчики температуры и деформации.

Описание

Принцип действия системы заключается в измерении мощности отражённого от брэгговских датчиков оптического сигнала при сканировании по длине волны с помощью перестраиваемого лазера. В процессе измерений регистрируется зависимость мощности отражённого от датчика излучения от длины волны с последующим поиском экстремумов и определением соответствующих данным экстремумам значений длины волны. Брэгговский датчик представляет собой участок оптического волокна с градиентом показателя преломления периодического характера (решётка Брэгга), в результате чего часть проходящего через данное волокно излучения отражается, причём длина волны максимума коэффициента отражения соответствует периоду решётки. При изменении данного периода вследствие каких-либо физических процессов (деформация или изменение температуры) длина волны отражения брэгговской решётки также меняет своё значение.

В состав систем могут входить измерительные устройства трёх модификаций с различными вариантами исполнения:

1) SM-x25-200, SM-x25-500 и SM-x25-700. Модификация «х25» обозначает применение

«статического» измерительного устройства, отличительными чертами которого являются возможность получения спектра излучения во всём рабочем спектральном диапазоне с высоким разрешением и низкая скорость сканирования. Трёхзначные цифры в конце шифра модификации обозначают отличия в диапазоне, погрешности и скорости сканирования при измерениях длины волны. Символ «х» может принимать значения 1 или 2 в зависимости от исполнения корпуса измерительного устройства - настольное или в стоечный каркас 19” (см. рис.1 и 2);

2) SM-x30-200, SM-x30-500, SM-x30-700. Модификация «х30» обозначает применение «ди

намического» измерительного устройства, отличительной чертой которого является высокая скорость сканирования при измерениях длин волн пиков отражения брэгговских датчиков. Значения остальных цифр и символов в шифре модификации аналогичны «х25» (см. рис.3 и 4);

3) SI-155, SI-255-200, SI-255-500, SI-255-800. Данные модификации обозначают примене

ние измерительного устройства, сочетающего в себе преимущества «статических» и «динамических» модулей. Данное измерительное устройство выполнено в корпусе настольнопереносного типа с встроенной ЭВМ и сенсорным экраном. Значения трёхзначных цифр в конце шифра модификации аналогичны «х25» и «х30» (см. рис.5 и 6).

Каждая модификация также может содержать дополнительную аббревиатуру в виде символов «NT» вместо символа «S». Данная аббревиатура означает сборку устройства на территории РФ.

В состав систем могут входить волоконно-оптические датчики для измерений температуры и деформации следующих марок:

- os4210, os4220, os4280, os4310, os4330, os4350, os4410 и os4420 для измерений температуры (см. рис. 7);

- os3110, os3120, os3150, os3155, 3200, os3600 и os3610 для измерений деформации (см. рис. 8);

- os4100 для температурной компенсации датчиков деформации (см. рис.9).

Управление работой систем осуществляется с помощью персонального компьютера, подключаемого через интерфейс Ethernet соответствующим кабелем к измерительному устройству. В случае систем модификации SI (NTI) ЭВМ встроена в измерительное устройство, и управление может осуществляться с помощью сенсорного экрана.

Конструктивно системы состоят из блока измерительного устройства и комплекта брэгговских датчиков. Блоки измерительного устройства выполнены в прямоугольных металлических корпусах настольно-переносного типа. Для ограничения доступа внутрь корпусов произведено их пломбирование. Брэгговские датчики могут быть выполнены на пластинах или в небольших корпусах (прямоугольных или цилиндрических) с волоконно-оптическими выводами. Датчики подключают к измерительному устройству с помощью одномодовых волоконнооптических кабелей, выполненных по стандарту ITU-T G.652 или совместимых с ними.

Рисунок 1 - Внешний вид измерительного устройства SM-125

Рисунок 2 - Внешний вид измерительного устройства SM-225

знака утверждения типа

Рисунок 3 - Внешний вид измерительного устройства SM-130

Рисунок 5 - Внешний вид измерительного устройства SM-155

место размещения знака поверки знака утверждения типа

Рисунок 4 - Внешний вид измерительного устройства SM-230

знака утверждения типа

Рисунок 6 - Внешний вид измерительного устройства SM-255

Рисунок 7 - Внешний вид датчиков для измерений температуры

Рисунок 8 - Внешний вид датчиков для измерений деформации

Рисунок 9 - Внешний вид датчиков для температурной компенсации

Программное обеспечение

Программное обеспечение систем (далее по тексту - ПО) разделено на две части: интерфейсную и аппаратную.

Аппаратная часть ПО размещается в энергонезависимой памяти цифрового сигнального процессора измерительного устройства с первичной обработкой данных, запись которой осуществляется в процессе производства. Физический доступ к модулю исключён конструкцией измерительного устройства.

Интерфейсная часть ПО (входит в комплект поставки) находится на ПК, используемом для сбора и визуализации показаний измерительной системы, и представляет собой приложение, предназначенное для вычисления длины волны из спектральных данных, полученных измерительным устройством. Преобразования полученных данных о длине волны в значения деформации и температуры, а также для отображения, обработки и сохранения результатов измерений фиксируются приложением.

Метрологически значимой частью ПО систем является интерфейсная часть ПО.

Идентификационные данные (признаки) метрологически значимой части ПО указаны в таблице 1

Таблица 1

Защита программного обеспечения от непреднамеренных и преднамеренных изменений соответствует «среднему» уровню защиты в соответствии с Р 50.2.077-2014.

Технические характеристики

Таблица 2

- при использовании брэгговских датчиков типа os44xx диапазон измерений температуры составляет от минус 40 до плюс 100 °С;

2

3

4

5

6

Знак утверждения типа

наносится на титульный лист Руководства по эксплуатации систем печатным способом и в виде наклейки на переднюю панель корпусов измерительных устройств систем методом наклеивания.

Комплектность

Таблица 3

Поверка

осуществляется по документу МП 055.Ф3-15 «Государственная система обеспечения единства измерений. Системы измерительные волоконно-оптические SM/SI (NTM/NTI). Методика поверки», утвержденному ФГУП «ВНИИОФИ» 25 августа 2015 г.

Основные средства поверки и их метрологические характеристики:

1 Государственный специальный эталон единицы длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны оптического излучения для волоконно-оптических систем связи и передачи информации (ВОСП) ГЭТ 170- 2011:

- диапазон длин волн: от 0,6 до 1,7 мкм;

- относительная погрешность измерений длины волны: не более 1,4.10-7

2 Рабочий эталон единиц средней мощности и ослабления оптического излучения в ВОСП:

- спектральный диапазон: от 500 до 1700 нм;

- диапазон измерений средней мощности: от 10-10 до 10-2 Вт;

- пределы допускаемой относительной погрешности измерений средней мощности оптического излучения в рабочем спектральном диапазоне: ±5 %.

3 Измеритель температуры двухканальный прецизионный МИТ 2.05:

- диапазон измерений температуры: от минус 200 до плюс 500 °С;

- пределы допускаемой погрешности измерений температуры: ±(0,005+10’5!) °С, где t - значение температуры.

4 Термометр сопротивления платиновый вибропрочный ТСПВ-1:

- диапазон измерений температуры: от минус 80 до плюс 200 °С;

- номинальное сопротивление: 10, 25, 100 Ом

5 Индикатор многооборотный типа 1МИГ, класс точности 0:

- цена деления: 0,001 мм;

- диапазон измерений линейного перемещения: до 1 мм;

- наибольшая разность погрешностей измерений линейного перемещения (на участке шкалы 200 делений): не более 1,5 мкм;

Сведения о методах измерений

«Системы измерительные волоконно-оптические SM/SI (NTM/NTI). Руководство по эксплуатации», раздел 7.

Нормативные документы

ГОСТ 8.585-2005 «Государственная система обеспечения единства измерений. Государственная поверочная схема для средств измерений длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для волоконно-оптических систем связи и передачи информации».

Системы измерительные волоконно-оптические NTM/NTI. Инструкция по сборке.