Предисловие
Устоявшегося обозначения данного метода найти не удалось.
Метод основан на анализе рассеяния света в однородном материале оптоволокна. Для ясности в дальнейшем будем условно называть "оптоволоконным спектроскопическим"
Последнее время наблюдается тенденция применения в России СОУ на базе оптоволоконного спектроскопического метода.
Строго говоря, оптоволоконные спектроскопические СОУ являются не системами обнаружения утечек, а системами мониторинга состояния протяжённых объектов. В такого рода системах, оптическое волокно является фактически распределённым сенсором, изменение параметров рассеяния света в котором позволяет построить профиль распределения температуры и/или механического напряжения в материале волокна. Именно по изменению распределения температуры или механического напряжения в оптическом волокне и принимается решение об отсутствии/наличии утечки.
Физические основы метода
В основе метода лежат эффекты, связанные с рассеянием монохроматического света (света с узким спектром), сопровождающимся изменением длины волны света:
Устоявшегося обозначения данного метода найти не удалось.
Метод основан на анализе рассеяния света в однородном материале оптоволокна. Для ясности в дальнейшем будем условно называть "оптоволоконным спектроскопическим"
ВведениеСПЕКТРОСКОПИЯ (от спектр и греч. skopeo - смотрю) - область физики, посвящённая исследованию распределения интенсивности электромагнитного излучения по длинам волн или частотам (в более широком смысле спектроскопия - исследование различных спектров). Методами спектрскопии исследуют уровни энергии и структуру атомов, молекул и образованных из них макроскопических систем, изучают квантовые переходы между уровнями энергии, взаимодействия атомов и молекул, а также макроскопические характеристики объектов - температуру, плотность, скорость макроскопического движения и т. д. Важнейшие области применения спектроскопии - спектральный анализ, астрофизика, исследование свойств газов, плазмы, жидкостей и твёрдых тел.
Последнее время наблюдается тенденция применения в России СОУ на базе оптоволоконного спектроскопического метода.
Строго говоря, оптоволоконные спектроскопические СОУ являются не системами обнаружения утечек, а системами мониторинга состояния протяжённых объектов. В такого рода системах, оптическое волокно является фактически распределённым сенсором, изменение параметров рассеяния света в котором позволяет построить профиль распределения температуры и/или механического напряжения в материале волокна. Именно по изменению распределения температуры или механического напряжения в оптическом волокне и принимается решение об отсутствии/наличии утечки.
Физические основы метода
В основе метода лежат эффекты, связанные с рассеянием монохроматического света (света с узким спектром), сопровождающимся изменением длины волны света:
- комбинационное рассеяние (эффект Рамана);
- рассеяние Мандельштама-Бриллюэна.
КОМБИНАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ СВЕТА - рассеяние света в газах, жидкостях и кристаллах, сопровождающееся заметным изменением его частоты. В отличив от рэлеевского рассеяния света, при комбинационном рассеянии в спектре рассеянного излучения наблюдаются спектральные линии, отсутствующие в линейчатом спектре первичного (возбуждающего) света. Число и расположение появляющихся линий (их называют комбинационными линиями или спутниками) определяется молекулярным строением вещества. Комбинационное рассеяние света открыто в 1928 Г. С. Ландсбергом и Л. И. Мандельштамом при исследовании рассеяния света в кристаллах и одновременно Ч. В. Раманом и К. С. Кришнаном при исследовании рассеяния света в жидкостях. В зарубежной литературе комбинационное рассеяние света обычно называют эффектом Рамана. Спектроскопия комбинационное рассеяние света- эфф. метод изучения состава и строения вещества.
В обоих случаях происходит неупругое рассеяние света в материале оптического волокна, сопровождающееся изменением длины волны отражённого света. Разница состоит в том, что комбинационное рассеяние это взаимодействие света с отдельными атомами, рассеяние Мандельштама-Бриллюэна это взаимодействие света с группами атомов (точнее с собственными колебаниями вещества).МАНДЕЛЬШТАМА - БРИЛЛЮЭНА РАССЕЯНИЕ (МБР) - рассеяние света на адиабатических флуктуациях плотности конденсированных сред, сопровождающееся изменением частоты. В спектре МБР монохроматического света наблюдаются дискретные, расположенные симметрично относительно частоты возбуждающего света спектральные компоненты, называемые компонентами Мандельштама - Бриллюэна или компонентами тонкой структуры линии Рэлея. Рассеяние предсказано Л. И. Мандельштамом (1918-26) и Л. H. Бриллюэном (L. N. Bril-louin, 1922); обнаружено при рассеянии в кристалле кварца и в жидкости E. Ф. Гроссом (1930) и впоследствии им же подробно исследовано.
На рисунке условно показано взаимодействие монохроматического излучения с веществом среды распространения. Рассеянный свет содержит несколько спектральных компонент:
Суть метода обнаружения утечек
В волокно подаётся импульс монохроматического светового излучения, генерируемого лазером. После окончание импульса, принимается сигнал рассеиваемый волокном, разбивается на временные промежутки, анализируется спектроанализатором. На базе данного анализа вычисляются значения температуры и механического напряжения для каждого из участков оптического волокна (длина участка зависит от длительности минимального временного промежутка. которая в свою очередь, определяется характеристиками спектроанализатора).
Таким образом получается распределение температуры и механического напряжения материала волокна.
Обнаружение утечек возможно как по температуре (при вытекании продукта температура локально меняется), так и по механическому напряжению (разрушение материала трубопровода, появление внешних механических воздействий)
- компонента с длиной волны, равной исходной длине волны;
- компоненты, длина волны которых больше исходной (т.н. стоксовы компоненты);
- компоненты, длина волны которых меньше исходной (т.н. антистоксовы компоненты).
Суть метода обнаружения утечек
В волокно подаётся импульс монохроматического светового излучения, генерируемого лазером. После окончание импульса, принимается сигнал рассеиваемый волокном, разбивается на временные промежутки, анализируется спектроанализатором. На базе данного анализа вычисляются значения температуры и механического напряжения для каждого из участков оптического волокна (длина участка зависит от длительности минимального временного промежутка. которая в свою очередь, определяется характеристиками спектроанализатора).
Таким образом получается распределение температуры и механического напряжения материала волокна.
Обнаружение утечек возможно как по температуре (при вытекании продукта температура локально меняется), так и по механическому напряжению (разрушение материала трубопровода, появление внешних механических воздействий)