цепция не особенно нова, но виды измерений, методы интеграции данных и их возможного разделения, а также диапазон отраслей промышленности, заинтересованных в таких разработках продолжают расти. Для НМИ это означает, что рынку нужны системные решения, а не отдельные измерения.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В этом кратком обзоре были рассмотрены многие моменты и тенденции, которые вызывают изменения, ведущие к большей глобализации мира метрологии. В некоторых областях НМИ действуют в направлении повышения доверия к измерениям, в частности, используя механизм МИА Международного комитета по мерам и весам. В других областях требуются новые решения, особенно при разрешении явного конфликта между потребностью в сотрудничестве и взаимной зависимости, с одной стороны, и необходимостью поддержки конкурентоспособности национальной индустрии, с другой. В ближайшие несколько лет НМИ и правительства будут вырабатывать ре-
шения, отвечающие потребностям промышленных заказчиков во всех рассмотренных выше областях. Эти решения могут оказаться достаточно радикальными и предусматривать изменения в нашей организации или ведении бизнеса. Поэтому НМИ должны стать адаптируемыми и продолжать предлагать свои услуги пользователям. Будущее будет перспективным и ... другим.
ЛИТЕРАТУРА
1. Mutual recognition of national measurement standards and of calibration and measurement certificates issued by national metrology institutes. Issued by Burea International des Poids et Mesures on behalf of the Comité International des Poids et Mesures. October 1999.
2. Report of the 86th Meeting (1998) of the Comité International des Poids et Mesures. Published by STED1, 1 Boulevard Ney, 75018 Paris. ISBN.
3. Report of the 87th Meeting (1999) of the Comité International des Poids et Mesures. ISBN 92-822-2168-7.
4. Wallard A.J., Quinn T.J. 'Intrinsic' Standards — Are They Really What They Claim? Cal Lab, November/December 1999.
Dr. A.J. Wattard National Physical Laboratory,
Teddington, Middlesex, U.K. □
УДК 681.586.5
ПРОБЛЕМЫ СОЗДАНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
В.И. Волчихин, Т.И. Мурашкина
Рассматриваются проблемные вопросы создания отечественных волоконно-оптических датчиков (ВОД) для волоконно-оптических сетей сбора данных.
В России ведутся работы по совершенствованию и созданию различных волоконно-оптических устройств, систем, их компонентов и технологии изготовления самих оптических волокон. Достаточно отработаны и уже широко используются волоконно-оптические телекоммуникационные системы. Ведутся интенсивные разработки в области создания внутриобъектовых волоконно-оптических сетей сбора данных (ВОССД), более эффективных по сравнению с традиционными системами сбора и преобразования информации в условиях воздействия сильных электромагнитных помех и повышенной искро- и взрывоопасности [1].
Использование в ВОССД оптического волокна в качестве физической среды для передачи сигналов позволяет обеспечить:
• отсутствие влияния электромагнитных полей на результаты измерений;
• отсутствие побочных электромагнитных излучений;
• отсутствие перекрестных помех каналов, т. е. утечек сигналов между проводами многожильного кабеля;
• отсутствие проблем, связанных с контурами заземления и напряжениями смещения в местах соединения разнородных проводников;
54
Sensors & Systems • № 7.2001
• меньшие потери и меньшую потребляемую электрическую мощность;
• существенно меньшую электрическую опасность и отсутствие проблемы дугообразования и искрения;
• высокую стойкость к вредным воздействиям среды;
• более тонкий, более легкий (в 2 раза) и более прочный, чем электрический, многожильный кабель;
• простоту мультиплексирования сигналов;
• очень высокую скорость передачи данных с частотой до нескольких гигагерц и более (если это необходимо);
• меньшую стоимость обеспечения эквивалентной пропускной способности линии связи по сравнению с традиционными сетями [2]. Перечисленные достоинства определяют перспективность применения ВОССД в специальных условиях эксплуатации.
Создание и внедрение на отечественных объектах ВОССД предполагают разработку определенной компонентной базы и, в первую очередь, ВОД различных физических величин минимального номенклатурного состава: перемещения, скорости, ускорения, уровня жидкости, частоты вращения, давления, силы, температуры.
Основное преимущество ВОД обусловлено, прежде всего, их естественной сопрягаемостью с волоконно-оптическими средствами передачи информации и лучшими возможностями их объединения в ВОССД.
Волоконно-оптические датчики
• могут применяться во взрывоопасной среде ввиду их абсолютной искро- и взрывобезопас-ности;
• обладают высокой механической прочностью, малыми габаритами, простой конструкцией и, соответственно, высокой надежностью;
• химически инертны;
• изготовляются из диэлектрических материалов, чем обеспечивается отсутствие путей прохождения через них электрического тока;
• обладают высокой стойкостью к повышенным температурам, механическим ударам, вибрациям и другим воздействиям окружающей среды;
• допускают бесконтактные и дистанционные измерения;
• потребляют мало энергии;
• позволяют осуществлять простое мультиплексирование сигналов.
Некоторые ВОД могут успешно работать в ситуациях, когда применение электронных устройств либо вообще невозможно, либо сопряжено со
значительными трудностями и затратами (например: измерение температуры в высоковольтных электрических аппаратах, таких как генераторы переменного тока, трансформаторы; измерение тока и напряжения в высоковольтных линиях электропередач; быстрое измерение температуры небольших поверхностей с малой теплопроводностью и переменной отражающей способностью; в труднодоступных местах).
Для ВОД характерен чрезвычайно высокий уровень безопасности эксплуатации. Отсутствие источника электрической энергии в зоне измерения и замена ее световой энергией (<1 мВт) гарантирует совершенно безопасную работу ВОД в потенциально пожаро- и взрывоопасных условиях.
Невосприимчивость ВОД к помехам, создаваемым высокочастотными электромагнитными полями и токами замыкания через землю, позволяет получить значительную экономию при создании систем управления технологическими процессами, поскольку появляется возможность прокладки силовых электрических кабелей и измерительных трасс в единых каналах. В высоковольтных сетях электропередачи такая невосприимчивость к помехам дает возможность прокладывать волоконно-оптические линии передачи информации и сигнализации параллельно силовым линиям.
Применение ВОД устраняет опасность поражения электрическим током, поэтому они предпочтительнее электрических датчиков в системах медицинского назначения.
Применение ВОД позволяют организовать распределенную систему измерений со значительными расстояниями (до 1 км) между отдельными устройствами и передачей данных по единому волоконно-оптическому кабелю.
Волоконно-оптический принцип преобразования информации универсален: на его основе можно реализовать ВОД для контроля практически любой физической величины.
Преимущества ВОД в сочетании с достоинствами ВОССД еще четче обозначают перспективность и целесообразность их применения.
Однако в настоящее время, когда техника передачи оптических сигналов по волоконно-оптическим каналам отработана достаточно хорошо, работы по созданию отечественных ВОД только выходят за рамки лабораторных исследований, отсутствует минимально необходимая, отработанная для серийного изготовления номенклатура ВОД, а разработанные ВОД имеют разные входные и выходные параметры, чаще всего рассчитаны на работу в лабораторных условиях и неработоспособны при воздействии жестких внешних влияющих
Оценка
1,0
0,9
0,8
0,7 -
0,6
0,5
0,4 п
0,3
0,2 - 1 ■ 1
0,1 1 ъ 1 ъ — 1 1 1 ■ 1 1
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Соотношение спроса и предложения ВОД (по экспертным оценкам и литературным источникам):
1 — перемещение; 2 — скорость; 3 — ускорение; 4 — деформация; 5 — координаты; 6 — частота вращения; 7 — крутящий момент; 8— уносТЗП; 9— уровень; 10 — расход; // —давление; 12 — сила; 13— температура; 14— наличие пламени; 15— газовый состав; 16— напряженность магнитного поля; □ — потребность; □ — предложение за рубежом; ■ — предложение отечественное
факторов. Отсутствуют информационная, параметрическая и конструктивная совместимости волоконно-оптических датчиков с ВОССД.
Отсутствие широкой номенклатуры ВОД и недостаточные темпы в области их разработок в ближайшие годы станут сдерживающим фактором создания и внедрения ВОССД. Поэтому существует настоятельная потребность в быстрейшем создании ВОД различных типов, пригодных для промышленного освоения и сопрягаемых как с традиционными, так и вновь разрабатываемыми ВОССД систем контроля, управления, диагностики, аварийной защиты для различных объектов народного хозяйства.
На диаграмме показано соотношение спроса и предложения на ВОД у нас и за рубежом [3]. Налицо критическое отставание отечественных разработок от мирового уровня и темпов создания ВОД.
Отставание отечественных разработок ВОД объясняется рядом объективных причин, среди которых определяющей является отсутствие комплексного подхода к решению этой проблемы и,
как следствие, недостаточное финансирование этой области контрольно-измерительной техники. Некоторая эйфория, развившаяся при появлении первых ВОД, привела к недооценке практических трудностей, связанных с необходимостью учета требований конкретных применений этих устройств. Естественный для этого этапа энтузиазм проявлялся в упоре на достоинства ВОД и определенном замалчивании их недостатков. Ощущается недостаток информации относительно их функциональных возможностей, надежности, метрологических хара
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.