Оптическое волокно как основа для создания датчиков идентификации жидкостей и определения концентрации растворов

В настоящее время для контроля различного рода объектов широко применяются датчики на основе оптического волокна, они обладают рядом преимуществ: электробезопасность, невосприимчивость к электромагнитным воздействиям, возможность использования в сочетании с оптическими волокнами, по которым передаются данные о состоянии контролируемых объектов или сред. Датчики на основе оптоволокна химически нейтральны и достаточно устойчивы к химическому воздействию различного рода, а также могут использоваться для контроля состояния объектов с легковоспламеняющимися и взрывоопасными жидкостями. Особый интерес в связи с этим представляет применение подобных датчиков в химической и пищевой промышленности для определения уровня жидкостей в производственных емкостях и измерения концентрации растворов. Цель работы — установить возможность использования оптического волокна как основы датчиков идентификации жидкостей и датчиков определения концентрации растворенных в воде веществ. Проанализированы рефлектограммы оптического волокна, полученные при нахождении торца оптического волокна в различных жидкостях. Определено, что величина пика рефлектограммы оптического волокна, соответствующего местоположению границы раздела сердцевины оптического волокна и окружающей среды, зависит от показателя преломления жидкости, в которой находится торец этого оптического волокна. Предложено использовать в качестве информационного параметра величину этого пика рефлектограммы для идентификации жидкостей, имеющих разные показатели преломления, а также определения концентрации растворенных в воде веществ. Доказана возможность использования оптического волокна в сочетании с методом оптической рефлектометрии для создания датчиков идентификации жидкостей и определения концентрации растворов.

1. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников / Под ред. Э. Удда. М.: Техносфера, 2008. 520 с.

2. Окоси Т., Окамото К., Оцу М., Нисихара Х., Кюма К., Хататэ К. Волоконно-оптические датчики. Л.: Энергоатомиздат, 1990. 256 с.

3. Fidanboylu K., Efendioğlu H. S. Fiber optic sensors and their applications // 5th International Advanced Technologies Symposium (IATS’09). 13—15 May 2009, Karabuk, Turkey. P. 1—6.

4. Iniewski K., Rajan G. Optical Fiber Sensors Advanced Techniques and Applications. Boca Raton: CRC Press, 2015.

5. Вялышев А. И., Добров В. М., Долгов А. А. и др. Волоконно-оптические датчики для контроля параметров состояния объектов и окружающей среды в задачах мониторинга // Природообустройство. 2014. № 3. С. 32—37.

6. Листвин А. В., Листвин В. Н., Швырков Д. В. Оптические волокна для линий связи. М.: ЛЕСАРарт, 2003. 288 с.

7. Recommendation ITU-T G.657 (11/2016) Characteristics of a bending-loss insensitive single-mode optical fibre and cable. Geneva, 2017. 24 p.

8. Дмитриев С. А., Слепов Н. Н. Волоконно-оптическая техника: современное состояние и новые перспективы. М.: Техносфера, 2010. 607 c.

9. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-Тренз, 2001. 267 с.

10. Скляров О. К. Волоконно-оптические сети и системы связи. СПб: Лань, 2021. 268 с.

11. Kumar Sh., Jamal Deen M. Fiber optic communications. Fundamentals and applications. NJ: John Wiley & Sons, 2014. 573 p.

12. Ландсберг Г. С. Оптика. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2010. 848 с.

13. Кириченко Н. А. Принципы оптики. М.: МФТИ, 2016. 308 с.

14. Бутиков Е. И. Оптика. СПб: Лань, 2012. 608 с.