10.14489/td.2022.05.pp.034-041

2022, 05 май (May)

DOI: 10.14489/td.2022.05.pp.034-041

Поляков А. В.
КВАЗИРАСПРЕДЕЛЕННАЯ РЕЦИРКУЛЯЦИОННАЯ ОПТОВОЛОКОННАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗООБРАЗНОГО КИСЛОРОДА
(с. 34-41)

Аннотация. Предложена схема квазираспределенной волоконно-оптической системы мониторинга концентрации кислорода рециркуляционного типа. Принцип измерения заключается в регистрации изменений частоты рециркуляции одиночных оптических импульсов с периодической регенерацией одновременно на нескольких длинах волн. Работа датчика основывается на изменении длины магнитострикционных полос и связанных с ними отрезков волоконных световодов под воздействием изменяющегося магнитного поля, обусловленного парамагнитными свойствами газообразного кислорода. Проведена численная оценка погрешности измерений. Показано, что при длине чувствительного элемента датчика 1,5 м и радиусе 0,6…0,7 м можно получить относительную погрешность метода измерений не хуже 0,6 % для чистого кислорода и 2,5 % для воздушной смеси.

Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, частота рециркуляции, концентрация кислорода, погрешность метода измерений.

Polyakov A. V.
QUASI-DISTRIBUTED RECIRCULATED FIBER OPTIC GASEOUS OXYGEN MEASUREMENT SYSTEM
(pp. 34-41)

Abstract. Предложена схема квазираспределенной волоконно-оптической системы мониторинга концентрации кислорода рециркуляционного типа. Принцип измерения заключается в регистрации изменений частоты рециркуляции одиночных оптических импульсов с периодической регенерацией одновременно на нескольких длинах волн. Работа датчика основывается на изменении длины магнитострикционных полос и связанных с ними отрезков волоконных световодов под воздействием изменяющегося магнитного поля, обусловленного парамагнитными свойствами газообразного кислорода. Проведена численная оценка погрешности измерений. Показано, что при длине чувствительного элемента датчика 1,5 м и радиусе 0,6…0,7 м можно получить относительную погрешность метода измерений не хуже 0,6 % для чистого кислорода и 2,5 % для воздушной смеси.

Keywords: волоконно-оптический датчик, частота рециркуляции, концентрация кислорода, погрешность метода измерений.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

А. В. Поляков (Белорусский государственный университет, Минск, Республика Беларусь) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

Eng

A. V. Polyakov (Belarusian State University, Minsk, Republic of Belarus) E-mail: Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Rosenzweig Z., Kopelman R. Development of a Submicrometer Optical Fiber Oxygen Sensor // Analytical Chemistry. 1995. V. 67, No. 15. P. 2650 – 2654.
2. Klimant I., Meyer V., Kühl M. Fiber-optic Oxygen Microsensors, a New Tool in Aquatic Biology // Limnology and Oceanography. 1995. V. 40, No. 6. P. 1159 – 1165.
3. Jiang De-shen, Chen Xing, Liu Er., et al. Preparation and Properties of Sensing Membrane for Fiber Optic Oxygen Sensor // Journal of Wuhan University of Technology. 2002. V. 17, No. 2. P. 51 – 53.
4. Hiroshi Hasumoto, Tsuneo Imazu, Toshiaki Miura, et al. Use of an Optical Oxygen Sensor to Measure Dissolved Oxygen in Seawater // Journal of Oceanography. 2006. V. 62. P. 99 – 103.
5. Medina-Rodríguez S., de La Torre-Vega A., Fernandez-Sanchez J. F., et al. An Open and Lowcost Optical-fiber Measurement System for the Optical Detection of Oxygen Using a Multifrequency Phase-resolved Method // Sensors and Actuators. B: Chemical. 2013. V. 176. P. 1110 – 1120.
6. Werner J., Belz M., Klein K.-F., et al. Fiber optic sensor designs and luminescence-based methods for the detection of oxygen and pH measurement // Measurement. 2021. V. 178. P. 109323 – 109347.
7. Lipatov N. I., Sakhanova V. V. Fiber-optic magnetostriction sensor for free oxygen concentration // Measurement Techniques. 2004. V. 47, No. 7. P. 719 – 724.
8. Поляков А. В. Измерение концентрации кислорода волоконно-оптическим рециркуляционным датчиком // Датчики и системы. 2010. № 11. С. 25 – 29.
9. Поляков А. В. Рециркуляционные оптоволоконные измерительные системы. Минск: БГУ, 2014. 208 с.
10. Пат. № 6815 Респ. Беларусь, МПК (2009) H 01 S 3/08, H 01 S 3/06. Двухволновой перестраиваемый волоконный кольцевой лазер / А. В. Поляков; заявитель Белорус. гос. ун-т. № u20100261; заявл. 17.03.10; опубл. 30.12.10 // Афiцыйны бюл. / Нац. центр iнтэлектуал. уласнасцi. 2010. № 6. C. 225.
11. Cole J. H., Lagakos N., Jarzynski J., et al. Magneto-optic coupling coefficient for fiber interferometric sensors // Optics Letters. 1981. V. 6, No. 5. P. 216 – 218.
12. Лузгин Д. В., Полькин В. И. Объемные металлические стекла: получение, структура, структурные изменения при нагреве // Известия вузов. Цветная металлургия. 2015. № 6. С. 43 – 52.
13. Барковский С. А. Основы, классификация и принципы работы контрольно-измерительных приборов в системах автоматического регулирования, 2009. 95 с. URL: https://nashaucheba.ru/v18451

Eng

1. Rosenzweig Z., Kopelman R. (1995). Development of a Submicrometer Optical Fiber Oxygen Sensor. Analytical Chemistry, Vol. 67, 15, pp. 2650 – 2654.
2. Klimant I., Meyer V., Kühl M. (1995). Fiber-optic Oxygen Microsensors, a New Tool in Aquatic Biology. Limnology and Oceanography, Vol. 40, (6), pp. 1159 – 1165.
3. Jiang De-shen, Chen Xing, Liu Er et al. (2002). Preparation and Properties of Sensing Membrane for Fiber Optic Oxygen Sensor. Journal of Wuhan University of Technology, Vol. 17, (2), pp. 51 – 53.
4. Hiroshi Hasumoto, Tsuneo Imazu, Toshiaki Miura et al. (2006). Use of an Optical Oxygen Sensor to Measure Dissolved Oxygen in Seawater. Journal of Oceanography, Vol. 62, pp. 99 – 103.
5. Medina-Rodríguez S., de La Torre-Vega A., Fernandez-Sanchez J. F. et al. (2013). An Open and Lowcost Optical-fiber Measurement System for the Optical Detection of Oxygen Using a Multifrequency Phaseresolved Method. Sensors and Actuators. B: Chemical, Vol. 176, pp. 1110 – 1120.
6. Werner J., Belz M., Klein K.-F., et al. (2021). Fiber optic sensor designs and luminescence-based methods for the detection of oxygen and pH measurement. Measurement, Vol. 178, pp. 109323 – 109347.
7. Lipatov N. I., Sakhanova V. V. (2004). Fiber-optic magnetostriction sensor for free oxygen concentration. Measurement Techniques, Vol. 47, (7), pp. 719 – 724.
8. Polyakov A. V. (2010). Measurement of oxygen concentration with a fiber optic recirculation sensor. Datchiki i sistemy, (11), pp. 25 – 29. [in Russian language]
9. Polyakov A. V. (2014). Recirculating fiber optic measuring systems. Minsk: BGU. [in Russian language]
10. Polyakov A. V. (2010). Dual wavelength tunable fiber ring laser. BY Patent No. 6815. Republic of Belarus. [in Russian language]
11. Cole J. H., Lagakos N., Jarzynski J., et al. (1981). Magneto-optic coupling coefficient for fiber interferometric sensors. Optics Letters, Vol. 6, (5), pp. 216 – 218.
12. Luzgin D. V., Pol'kin V. I. (2015). Volumetric metallic glasses: preparation, structure, structural changes upon heating. Izvestiya vuzov. Tsvetnaya metallurgiya, (6), pp. 43 – 52. [in Russian language]
13. Barkovskiy S. A. (2009). Fundamentals, classification and principles of operation of instrumentation in automatic control systems. Available at: https://nashaucheba.ru/v18451 [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).

Стоимость статьи 500 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.

После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.

Для заказа скопируйте doi статьи:

10.14489/td.2022.05.pp.034-041

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

This article is available in electronic format (PDF).

The cost of a single article is 500 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.

After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.

To order articles please copy the article doi:

10.14489/td.2022.05.pp.034-041

and fill out the form