Адресный волоконно-оптический датчик для измерения относительной влажности в комплектных распределительных устройствах

A number of governing documents and by-laws of the Russian Federation, branch ministries, departments and companies have introduced the use of measuring relative air humidity, elements insulation, and SF6 into operation and maintenance process of complete switchgear. A wide range of high-precision laboratory instruments has been developed to implement these measurements. However, as a rule, these are scheduled measurements to be carried out once or twice a quarter, although the constant on-line monitoring of humidity is concerned in both the production and scientific circles of the energy industry. The possibility of on-line monitoring appeared with the advent of fiber-optic object-based passive networks for collecting information and the possibility of forming interrogation channels in them, which is provided for by the development of the Smart Grid Plus concept. Fiber optic sensors, single in their physical layer structure with passive optical networks, are highly robust and resistant to high electromagnetic fields, typical of those generated in a switchgear, and are designed to operate in harsh environments. Among their broad class, fiber optic sensors on Bragg gratings, which differ from others by direct measurement methods, have significant advantages. In particular, an increase or decrease in relative humidity will lead to a corresponding change in the wavelength of the sensing source reflected from the grating, which can be measured with an accuracy of sixth place from its absolute value.This paper proposes to consider a two-element sensor of relative humidity of a parallel structure, which differs from the existing ones by using address fiber Bragg gratings made in SMF-28 fiber. One of the gratings has a polyimide-replaced quartz shell, synthesized using a reductant fiber coating, and a completely multiplicative response to temperature and deformation caused by humidity. The second grating is recorded in a standard fiber and responds only to temperature. It is possible to include an additional third grating with a partially etched cladding, which can be used for refract metric measurements of the amount of condensed moisture on the elements of a complete switchgear. All the gratings are identical, have, as a rule, the same Bragg wavelength after manipulating their claddings, but they have differing unique addresses, which are formed by recording two transparency windows in each of the gratings with different difference frequency space. The transparency windows correspond to phase p-shifts symmetrically located at the same distance from the center of each grating. The structure obtained makes it possible to record information of the measurement conversion at the said difference frequencies in the radio range, which significantly increases the speed of relative humidity measurements and their accuracy by an order of magnitude more. In addition to what has been said, it is possible to note the capability for building a network of these sensors in series arranged in switchgear devices, with a different radiofrequency address group being used in each of them.Рядом руководящих документов и подзаконных актов Российской Федерации, отраслевых министерств, ведомств и компаний измерение относительной влажности воздуха, изоляции элементов, элегаза введено в практику процесса эксплуатации и обслуживания комплектных распределительных устройств. Разработан широкий спектр высокоточных лабораторных приборов, которые используются для реализации указанных измерений. Однако, как правило, данные измерения проводятся планово, один-два раза в квартал, хотя о постоянном онлайн мониторинге влажности речь идет как в производственных, так и научных кругах энергетической отрасли. Возможность онлайн мониторинга появилась с появлением волоконно-оптических объектовых пассивных сетей сбора информации и возможности формирования в них сенсорных каналов, что предусмотрено также развитием концепции «Smart Grid Plus». Волоконно-оптические датчики, единые по структуре физического уровня с пассивными оптическими сетями, обладают высокой помехоустойчивостью, не подвержены влиянию мощных электромагнитных полей, характерных для создаваемых в комплектных распределительных устройствах, предназначены для работы в жестких условиях эксплуатации. Среди их широкого класса существенными преимуществами обладают волоконно-оптические датчики на брэгговских решетках, которые отличаются от других прямыми методами измерений. В частности, увеличение или уменьшение относительной влажности приведет к соответствующему изменению отраженной от решетки длины волны зондирующего источника, которая может быть измерена с точностью до шестого знака от ее абсолютного значения.В данной работе предложен к рассмотрению двухсенсорный датчик относительной влажности параллельной структуры, отличающийся от существующих использованием адресных волоконных брэгговских решеток, выполненных в волокне SMF-28. Одна из решеток имеет замененную полиимидом кварцевую оболочку, синтезированную с помощью восстановителя покрытия волокна, и полный мультипликативный отклик к температуре и деформации, вызванной влажностью. Вторая – представляет собой решетку, записанную в стандартном волокне, и реагирует только на температуру. Возможно включение дополнительной третьей решетки с частично вытравленной оболочкой, которая может быть применена для рефрактометрических измерений количества конденсированной влаги на элементах комплектного распределительного устройства. Все решетки идентичны, имеют, как правило, одинаковую длину волны Брэгга, после манипуляции над их оболочками, но отличаются уникальным адресом, который формируется записью двух окон прозрачности в каждой из решеток с различным разностным частотным пространством. Окна прозрачности соответствуют фазовым p-сдвигам, симметрично расположенным на одинаковом расстоянии от центра каждой из решеток. Полученная структура позволяет регистрировать информацию измерительного преобразования на указанных адресных разностных частотах в радиодиапазоне, что существенно повышает быстродействие измерений относительной влажности и их точность еще на порядок. В дополнение к сказанному можно отметить возможность построения сети указанных датчиков в последовательно расположенных комплектных распределительных устройствах, при этом в каждом из шкафов будет использована другая радиочастотная адресная группа

Twisted Few-Mode Optical Fiber with Improved Height of Quasi-Step Refractive Index Profile

This work presents designed and fabricated silica few-mode optical fiber (FMF) with induced twisting 10 and 66 revolutions per meter, core diameter 11 µm, typical “telecommunication” cladding diameter 125 µm, improved height of quasi-step refractive index profile and numerical aperture 0.22. Proposed FMF supports 4 guided modes over “C”-band. We discussed selection of specified optical fiber parameters to provide desired limited mode number over mentioned wavelength range. Some results of tests, performed with pilot samples of manufactured FMF, are represented, including experimentally measured spectral responses of laser-excited optical signals, that comprise researches and analysis of few-mode effects, occurring after fiber Bragg grating writing

Evaluation of the elastic-plastic mixity parameters on the base of different crack propagation criteria. Part 1. Preliminary analysis

In order to evaluate the mechanical behavior around small-scale yielding crack tip for both plane strain and plane stress, the asymptotic governing equations and their boundary conditions by considering fracture mechanisms are formulated. A total deformation theory of plas­ticity with a power-law hardening is used. The analysis of the near-tip fields is carried out for both the maximum tensile and shear stress crack growth direction criteria, as well as for the complete range of mixity parameters and various strain-hardening levels. The new scheme of mixed-mode problem solution is pro­posed. Realationships between elastic and plas­tic mixity parameters are given as functions of the crack growth direction criterion and the strain-hardening exponent.На основі домінуючого механізму руйнування для оцінки поведінки мате­ріалу за маломасштабної текучості в області вістря тріщини сформульовано асимптотичні керуючі рівняння та їх граничні умови для випадків плоскої деформації і плоского напруженого стану. Рівняння базуються на дефор­ маційній теорії пластичності зі степеневим зміцненням. Аналіз близько лежачих полів напружень виконано для критеріїв максимальних нормальних і дотичних напружень, повного діапазону змішаних форм деформування та різних рівнів показника зміцнення. Запропоновано нову схему розв’язку задач змішаних форм руйнування. Установлені співвідношення між визначальними пружними і пластичними параметрами змішаності пред­ ставлено як функції виду критерію ростутріщини і показника деформа­ційного зміцнення матеріалу.Исходя из рассмотрения доминирующего механизма разрушения для оценки поведения мате­риала при маломасштабной текучести в области вершины трещины сформулированы асимптотические управляющие уравнения и их граничные условия для случаев плоской деформации и плоского напряженного состояния. Уравнения основаны на деформационной теории пластичности со степенным упрочнением. Анализ близлежащих полей напряжений выполнен для критериев максимальных нормальных и касательных напряжений, полного диапазона смешанных форм деформирования и различных уровней показателя упрочнения. Предложена новая схема решения задач смешанных форм разрушения. Установленные соотношения между определяющими упругими и пластическими параметрами смешан­ности представлены как функции вида критерия роста трещины и показателя деформа­ционного упрочнения материала