ניצול של חיישן לחץ אופטי אופטי אופטי בכפוף ליישומים של צוללות וחיל הנחתים

מבוא

חיישני לחץ אופטיים הופיעו כטכנולוגיה טרנספורמטיבית לפעילות תת-ימית, המציעה אמינות שאין דומה בתנאים הקיצוניים שנמצאו מתחת לפני השטח של האוקיינוס, בניגוד לטראנסים מסורתיים של לחץ אלקטרוני, חיישנים אלה מנצלים את תכונות האור כדי למדוד לחץ עם דיוק גבוה וחסינות להפרעות סביבתיות נפוצות.כפי שתעשיות ימיות וצוללות דוחפות עמוק יותר למים לא מוכרים - הן פשוטו כמשמעו והן בהשאלה - הביקוש לניסויים חזקים, שעדיין לא מספקים פתרונות קריטיים, שעדיין לא מתקדמים יותר, אך ורק אז, הם עדיין, הם מספקים את הפתרונות מתקדמים יותר, וטקטיקות קריטיים, וצוללות, הם עדיין, הם עדיין מספקים, הם עדיין מספקים, הם עדיין מספקים, וצוללות, ולכן הם ממשיכים לספק את הפתרונות מתקדמים יותר, וצוללות, ולכן הם ממשיכים לפעול יותר, אך ורקמותיים, הם ממשיכים לספק את התכונות שלהם, ולכן הם ממשיכים לספק את התכונות של פתרונות קריטיים יותר, וצוללות, קריטיים יותר, וצוללות, אך ורקמות, ולכן הם ממשיכים לספק את הפתרונות מתקדמים יותר, ולכן הם ממשיכים לפעול יותר, אך ורקמותניים, אך ורקמותניים, הם ממשיכים, אך ורקמותניים, הם ממשיכים לספק את התכונות של צוללות, הם ממשיכים לספק את התכונות של פתרונות קריטיים, אך

כיצד חיישן הלחץ האופטימלי עובד

חיישני לחץ אופטיים סיבים פועלים על העיקרון הבסיסי כי אור נע דרך סיבים אופטיים רגיש לשינויים בסביבתו.כאשר לחץ חיצוני מוחל על אלמנט החיישן, הוא גורם עיוות פיזי או שינוי במסלול האופטי, אשר בתורו משנה אחד או יותר תכונות של האור המועבר - כמעט בדרך כלל אורך הגל, שלב, אינטנסיביות או קיטוב.

(ב) כמה ארכיטקטורות שונות של חיישן משמשים ביישומים תת-ימיים (הנפוצים הנפוצים ביותר) ב-Rinten:0Fiber Bragg Grating (FBG) חיישנים מצורפים ב-BG) אשר מורכבים ממודולציה תקופתית של מדד השבירה בתוך הליבה של סיביר (FR) כאשר אור פס רחב עובר דרך ה-Rateveraprapera) הוא משתקף; מרכז ההשתקפות של שינויים ליניאריים עם לחץ אחד עם 2 (Ric) ו-Fated) באופן קבוע, כך, כך, כלומר, אשר מאפשר שימוש בטמפרטורות חד-F2, כך, כך, כך, כך, 000, כך, כך, כך, 000, כך, כך, כך, כך, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, כך, כך, כך, כך, כך, כך, ניתן לחץ אחד, כך, 000, 000, 000, 000, כך, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 קלושט, 000

הבחירה של טכנולוגיית חיישן תלויה בדרישות היישום: FBGs מציעים גל אורכי גל באורך קוד, תפוקה עצמית הניתוק אידיאלי עבור ניטור ארוך טווח, בעוד חיישני פברי-פי מספקים מדידות נקודה עם החלטה יוצאת דופן. שני הסוגים יכולים להיות ארוזים בדיור תואם עם מים ים, כולל ציפויי מגן וצינורציה למנוע ביופוץ וקורוזיון כי הסיבים אופטיים עצמם עשויים חיישנים אלקטרו-גנטיים של מגנטיים של חומרים נוגדים מגנטיים.

יתרונות מרכזיים לסביבה תת-קרקעית

אימוץ חיישני לחץ אופטיים ביישומים ימיים וצוללות מונע על ידי מספר יתרונות משכנעים על פני חיישנים אלקטרוניים קונבנציונליים:

(FLT:0) נשק להתאמה אלקטרומגנטית (EMIOVA): 1 בכלי רכב מודרניים ופלטפורמות offshore, ציוד חשמלי בעוצמה גבוהה משנה זרמים ורדיו שידורים ליצור שדות אלקטרומגנטיים אינטנסיביים שיכולים להשחית אותות חיישן חשמלי.
(FLT:0Corrosion Resistance:FLT:1 Seawater הוא אלקטרוליט אגרסיבי כי התקפות במהירות חיישן מתכתי וחלקים רטובים. חיישני אופטיים סיביים ניתן לבנות עם טיטניום, קרמיקה או פולימרים מיוחדים העומדים בפני עשרות שנים של סיבולת ללא השפלה.הסיבים האופטיים עצמם הם זכוכית, ואת האריזה יכול להיות חתומה באופן מטמטי כדי למנוע לחות בהתקפה.
(FLT:0) רגישות גבוהה וטווח דינמי: FLT:1 חיישנים אופטיים סיביים יכולים לזהות שינויים בלחץ על סדר פסקלים (או אפילו sub-Pascal עבור עיצובים בין-פרומטריים), תוך טיפול בלחץ עומק האוקיינוס המלא מעל 110 MPa. טווח דינמי רחב זה מאפשר סוג חיישן אחד לשמש עבור יישומים החל מ ניטור מים רדודים כדי היו tales.
(FLT:0)ליטריזציה ומשקל אור: FLT:1; החלק הקטן של סיבים אופטיים מאפשר יצירת בדיקות חיישן קומפקטי שניתן לשלב בתוך חללים מוגבלים, כגון בתוך מבני צוללת או בתוך זרועות ROV מניפולטור.
(FLT:0 Long-Distance Signal Transmission: ההרחבה 1) אותות אור יכולים לנסוע עשרות קילומטרים באמצעות סיבים חד-פעמיים ללא נחיתות משמעותית, ומאפשרים לחיישנים הממוקמים באתרים תת-ימיים מרוחקים כדי להיחקר מספינת פני השטח או תחנת חוף.זה מבטל את הצורך באלקטרוניקה תת-ימית והסיכונים המהימנותיים הקשורים.
(FLT:0) ממערכות של רגישות וניתוק: 10FLT:1 FBG מערך או מערכות חישה אקוסטית מבוזרות (DAS) יכולות לפקח על מאות נקודות לחץ לאורך כבל סיבים יחיד, מתן החלטה מרחבית על סדר של מטרים. עבור צוללות ויישומים ימיים, זה מאפשר ניטור בריאות מבני של צינורות שלמים, עלייה, או ממוסוט עם קווי שרשרת יחידה.

יישומים בטכנולוגיית Submarine

תת-מרנים פועלים באחת מהסביבות העוינות ביותר על פני כדור הארץ – מדכאים שגדלו על ידי אווירה אחת (14.7 psi או 0.1 MPa) כל 10 מטרים של עומק.צוללת צבאית מודרנית יכולה לצלול ל-300–500 מטרים, בעוד שסובכות המחקר הגיעו למעמקים של מעל 10,000 מטרים.סי לחץ אופטי הם חיוניים יותר ויותר להבטחת הבטיחות, הביצועים והארוכות של כלי שיט אלה.

המונחים: Hull Integrity Monitoring

הלחץ של צוללת הוא המבנה העיקרי של עומס, שנועד לעמוד בלחץ החיצוני העצום תוך שמירה על לחץ אטמוספירי פנימי. סדקים שומניים, קורוזיה, או עיוותים קטנים יכולים להתפשר על שלמות מבנית לאורך זמן. FBG לחץ חיישנים מוטבעים בשכבות מורכבות או פלדה לספק מדידות מתוחכמות מתמשכת, אשר קשורות ישירות ללחץ המקומי על ידי גל של מהנדסי FBG, יכול להצביע על שינויים קשים יותר מאשר להורדת לחץ בלתי-מעצורים או להורדת לחץ על צוללות.

מערכות בקרה וטרימ

סובמורינים משתמשים בטנקים כדי להתאים את החיווניות ולשמור על עומק.לחץ מהיר רגיש בתוך הטנקים האלה הוא קריטי לשליטה בכמות המים הימיים הודה או גורשו.סיבים לחץ אופטי מציעים יתרון מובהק בתפקיד זה: הם יכולים להיות מותקנים ישירות בתוך הטנקים ללא מחברים עובריים כי הפסקת האשפה שלהם לקורטוזיציה ו ביופוץ פירושו שהם דורשים פחות תחזוקה מאשר זמני לחץ דם מהירים עכשיו, במיוחד, על ידי צינורות מהירים, אשר מציעים, באופן ספציפי, כדי לספק תמיכה מהירה יותר, או לחץ דם מהיר.

מערכות ניווט וניווט

חיישנים עומק קונבנציונאלי על צוללות מסתמכים על חיישני עומק או מתח או זנים-גמגורים כי הם רגישים לסחף ושגיאות טמפרטורה. חיישני עומק אופטיים עומק, במיוחד אלה המבוססים על אינטרפרומטריה בין פברי-פרוג', מספקים דיוק מעולה ויציבות ארוכת טווח.הם משמשים כסימוכין עומק ראשוני בעיצובים של צוללות מודרניות, להאכיל נתונים בעלי ערך במערכת ניווט וטייסים מדויקים, אשר מאפשרים גם שינויים עמוקים של תאים עמוקים של בטיחותיים.

מחקר מעמיק של Deep-Sea

(המכונים "המכון המאובנים" (FLT:0)[0] AlvintureFLT:1] (המוסמך על ידי וודס הולאוגרפי) וה-SEC הסיני:2FendouzheFLT:3 מבצע ניתוח ביולוגי, גיאולוגי וכימיקלי במעמקים של 6,000 מטרים בלבד.

דרישות ימיות ויבשות

מעבר לצוללות, חיישני לחץ אופטיים של סיבים מממשים מגוון רחב של פעולות ימיות ויבשות שבו אמינות וארוכותיות הן דבר חשוב ביותר.

מעקב אחר בריאות הנפש של ספינות

ספינות מכולות מודרניות, מכלי טנקים וכלי שיט ימיים עוברים מתפתל קבוע בשל גלים, טעינה מטען ו ⁇ תרמיים. לחץ אופטי (וזן) חיישנים מותקנים על ה-hull ו- Super Structure לפקח על העומסים הדינמיים בזמן אמת. נתונים אלה עוזרים למפעילים אופטימיזציה של הפצה כדורית, להפחית את צריכת הדלק, ולזהות נזק לפני שהוא הופך קריטי.

צנרת תת-קרקעית ועלייה

צינורות נפט וגז וגבים גמישים פועלים תחת לחץ פנימי גבוה תוך כפופים לכוחות הידרוסטטיים חיצוניים.סיבים אופטיים משולבים בשכבות המורכבות של הצינור או המצורפים בנקודות דיסקרטיות מספקים זיהוי שוטף ו ניטור לחץ מתמשך לאורך כל המסלול.דיסקומפוסים אקוסטיים באמצעות חיישנים המופעלים על ידי מחסנים או על ידי צינורות מופעלים על ידי לחץ צינורות נוזלי או התערבות של צד שלישי, לדוגמה, שימוש בחיישנים בודדים של דלק, ללא לחץ על פני שטח אחסון יחיד, ללא לחץ על פני שטח אחסון יחיד, או צינורות לחץ חיצוני, או צינורות מופעל על פני השטח של צינורות לחץ על פני השטח של צינורות מופעל על פני השטח של צינורות מבודדים, או צינורות מבודדים על פני השטח של צינורות לחץ על פני השטח של צינורות מבודדים, או צינורות לחץ על פני השטח, או צינורות לחץ על פני השטח של לחץ על פני השטח של צינורות מבודדים, 000 עמוקים על פני השטח, 000, 000, 000, 000, 000 רחב על פני השטח ממוקם על פני השטח ממוקם על פני השטח ממוקם על פני השטח של צינורות מופעל על גבי צינורות מופעל על גבי צינורות מופעל על גבי צינורות מופעל על ידי צינורות מופעל על ידי צינורות מופעל על ידי צינורות מופעל על ידי צינורות מופעל על ידי צינורות מופעל על ידי צינורות מופעל על ידי צינורות מופעלים על ידי

Offshore Platforms ו- Subsea Structures

פלטפורמות נפט וגז, ממירי אנרגיה גל, וקרנות רוח offshore נחשפים לגלים, זרמים, ועומס קרקעית הים.סימני לחץ אופטי להציב על קרקעית הים או על רכיבים מבניים של צג, פיסול, ולחצים המושרה גל.עבור פלטפורמות צף, הם עוזרים למדוד את המתח בשרשראות מתפתלות ועלייה.

כלי רכב מאוימים מרחוק (ROVs) וכלי תת-קרקעי אוטונומיים (AUVs)

ROVs ו- AUVs דורשים שליטה עמוקה מדויקת ניטור לחץ סביבתי עבור ניווט ועומס פעולות. חיישני לחץ אופטי סיבים משמשים לעתים קרובות כמו חיישן העומק העיקרי בכלי רכב אלה בשל משקל נמוך שלהם, נפח קטן, דיוק גבוה.הם משמשים גם משוב באלגוריתמים בשליטה סגורה כי שמירה על גובה אותות מעל קרקעית הים או לעקוב אחר פרופילים.

אתגרים ומגבלות

למרות היתרונות הרבים שלהם, חיישני לחץ אופטי סיבים אינם ללא חסרונות.המכשולים העיקריים לאימוץ נרחב כוללים:

(FLT:0) גבוה קוסטלו:FLT:1 (Fire אופטית סיבים), במיוחד יחידות החקירה (למשל, מנתחי ספקטרום אופטי או מערכות לייזר סחף), הוא יקר משמעותית יותר מאלקטרוניקה קונבנציונלית.עם זאת, עלויות היו מופחתות כמו קנה מידה ייצור וכמספריx מקטין את המחיר לחישה.
(FLT:0) התקנה מיוחדת וחיסול: FIRLT:1 סיבים אופטיים הם עדינים ודורשים טיפול זהיר כדי למנוע מיקרו-bends או breakage. Connectorization בסביבות שדה, במיוחד מתחת למים, דורש טכנאים מאומן וכלים מומחים.
(FLT:0 Temperature Cross-Sרגישות:FreaLT:1 , רוב חיישני הלחץ האופטיים, במיוחד FBGs, רגישים גם לטמפרטורה.כדי לקבל מדידה מדויקת של לחץ, יש לפצות את אפקט הטמפרטורה באמצעות חיישן התייחסות או על ידי מדידה של הטמפרטורה בו זמנית ויישום אלגוריתמי תיקון.זה מוסיף ספירת חיישן ודרישות עיבוד נתונים.
(FLT:0) ביאופיינג והפקה של מוצרים: irFLT:1 בסביבות ימיות, ה-diaphragm הלחץ יכול להיות מבולג עם אורגניזמים, קנה מידה, או משקעים, אשר עשוי לשנות את התגובה המכנית שלו להוביל לסחף מדידה.
(FLT:0) סטנדרטיזציה: FLT:1, תעשיית החיישן הסיבים האופטיים יש עיצובים ומערכות חקירה קנייניות רבות, מה שהופך את זה קשה לשלב חיישנים מ ספקים שונים ללא ממשקים מותאמים אישית.

למרות האתגרים הללו, פריסות מחקר ושדה מתמשך ממשיכות להפחית את החסמים.היתרונות של אמינות בסביבות תת-ימיות קשות עולים לעתים קרובות על ההשקעה הראשונית עבור יישומים קריטיים.

כיוונים עתידיים וחדשנות

תחום הלחץ האופטי של סיבים רגישה מתפתח במהירות, מונע על ידי התקדמות בפוטניקה, מדעי החומרים והנדסה ימית.כמה מגמות נטו לעצב את הדור הבא של חיישנים עבור צוללות ויישומים ימיים:

שילוב עם רכבים תת-קרקעיים אוטונומיים

בעוד AUVs להיות יותר מתוחכם עבור סקרים לטווח ארוך ופעולות תחת צדק, יש עניין גובר בהטמעת חיישני לחץ אופטי סיבים לתוך הירכיים שלהם ומטענים. חוקרים לחקור את השימוש מעגלים אופטיים מודפסים ומדריכי גל אופטי גמישים שיכולים להתאים משטחים מעוקלים. בשילוב עם יחידות חקירה אנרגיה, חיישנים אלה יכולים לאפשר AUV לפעול ללא חודשים צפופים, איסוף נתונים רזולוציה גבוהה.

המונחים: Wireless Interrogation

טכניקות חקירה חדשות, כגון לוח זמנים מרובותxing ותדירות-domain רפמטריה, מאפשרות מאות חיישני FBG לקרוא מתוך סיבים בודדים. עבור ניטור ימי בקנה מידה גדול - כגון מערכות הגנה על שיטפונות או מערךי חווה רוח offshore - זה מקטין מורכבות קנונית.חוקרים גם לפתח שיטות חקירה אופטית אלחוטית באמצעות אור ירוק כחול שיכול לחדור עשרות מטרים של מים, פוטנציאל לאפשר איסוף נתונים ללא חיבורים פיזיים.

גישות ריגול

שילוב הלחץ רגיש עם measurands אחרים (temperature, salinity, אותות אקוסטיים) על סיבים בודדים מגביר את הערך של כל ההתקנה.לדוגמה, חיישן לוח זמנים משולב FBG יכול לשמש כדי להפיק מי ים ומהירות הקול, סיוע ביצועים Sonar חיזוי. חלק עכשיו לשלב הן FBG והן מופץ אקוסטית ensing (S) על אותה גישה מקיפה של זמן.

חומרים לקידום עומק קיצוני

ציפויים חדשים של סיבים וציפויים ממו מתכת מפותחים לעמוד בלחצים הקיצוניים של האזור האדיש (6,000-11,000 מטרים) לדוגמה, FBGs מחוספס עם לייזרים העובריים יכול לשרוד סיורים גדולים ללא כישלון. האריזה היברידית באמצעות נקניקיות ספירה או חלונות יהלומים עמוקים ביותר עבור הנמל מציע שיפור עמידות בסביבות סימנטלציה.

AI-Enhanced Data Analysis

הנתונים המסיביים המיוצרים על ידי חיישני לחץ אופטי מבוזר דורשים ניתוח אוטומטי.אלגוריתמי למידת מכונה מאומן לזהות omalies - כגון דליפות צינורות, כישלונות מבניים או אירועים סיסמיים - על ידי זיהוי דפוסים בתנודות לחץ.זה מקטין את הצורך בפרשנות אנושית ומאפשר התראות בזמן אמת, מה שהופך רשתות חיישן אופטי אבן הפינה של תשתיות האוקיינוס החכם.

מסקנה

חיישני לחץ אופטיים הוכיחו עצמם ככלי רב עוצמה לניטור ולהפעלה של מערכות תת-ימיות.שילוב ייחודי של חסינות אלקטרומגנטית, עמידות קורוזיה, רגישות גבוהה, והיכולת מרובותxing הופכת אותם הכרחיים עבור צוללות, פלטפורמות offshore, צינורות, מחקר submersibles, וכלי רכב אוטונומיים, בעוד אתגרים הקשורים עלות, התקנה, וקצב של נקודות פיתוח רחב יותר עבור אימוץ ולהגדיל את היכולות של האוקיינוסים יותר ויותר, כמו גם את החללים, כמו גם על פני המים הגדולים ביותר, כמו גם על ידי פיתוח אווירי כוח מרכזי, כמו גם על פני הים, כמו גם על פני כדור הארץ, כמו גם על ידי פיתוח, כמו גם על ידי פיתוח, כמו גם על ידי פיתוח, כמו גם על ידי פיתוח, כמו גם על ידי פיתוח, כמו גם על ידי פיתוח, כמו גם על ידי כוח מרכזי של כוח מרכזי של כוח מרכזי של כוח חיוני, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזק יותר ויותר, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 חזק יותר ויותר כוח מרכזי, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000, 000 כוח לחימה, 000,

(ב) ◄ [13]

(FLT:0)Fiber Bragg Grating Sensors for Submarine Hull Monitoring: A ReviewcioFLT:1 - חיישן IEEEs
(ב) ,0) ,0 (הדגשה על ידי לחץ אופטי (Opic Pressure) ב- Offshore PipelinesFilloFLT:1 - Ocean Engineering
(FLT:0)Fiber Optic Stress Sensors for Deepwater Subseas Subseas: 1
(ב) משפט של חיישן לחץ אופטי של סיבים אופטיים עבור Offshore פלטפורמה סטריקטלטורלטורי מעקב אחר קונסול 1 - SPIE Proceedings
(ב) ⁇ 0 (Neu:fi Optic Sensing in Oceanographic Applications) 1 - שירות האוקיינוס הלאומי