Materiały konferencyjne SEP 2022

Kable sensoryczne mają budowę warstwową, przy czym warstwy te mogą być wykonane z tworzywa sztucznego, metalu oraz naturalnych materiałów włóknistych. W rozwiązaniach telekomunikacyjnych zadaniem tych warstw jest mechaniczne zabezpieczenie włókna światło- wodowego przed uszkodzeniem. Pomiar odkształceń wymaga przeniesienia odkształceń z ba- danego ośrodka na rdzeń szklany, który jest faktycznym elementem pomiarowym. Ze względu na występujące poślizgi pomiędzy poszczególnymi warstwami, zadanie to jest bardzo trudne do jednoznacznego opisania przy pomocy aparatu matematycznego. Zastosowanie elementów metalowych (najczęściej stalowych) skutkuje ograniczeniem odkształcalności kabli sensorycz- nych do granicy plastyczności stali, czyli do maksymalnie 0,5% (odkształcalność graniczna włókna światłowodowego wynosi 5%). Powyżej tej wartości dochodzi do zaciskania się ele- mentów metalowych (np. rurki, oplotu) na włóknie światłowodowym skutkującego bardzo trudnymi do interpretacji zaburzeniami, a nawet jego uszkodzeniami. Rozwiązania czujnikowe stosowane do pomiaru odkształceń wykorzystywane są również do pomiaru temperatury i drgań. W tym pierwszym przypadku bardzo istotne jest szybkie przewodzenie termiczne czujnika w kierunkach promieni jego przekroju poprzecznego, a ogra- niczone – w kierunku wzdłużnym. Wymagania tego nie spełniają kable sensoryczne wyposa- żone w elementy metalowe uśredniające pomiar temperatury na znacznej długości czujnika. Poprawną interpretację zapewniają natomiast czujniki kompozytowe, w szczególności te roz- wiązania, w których kompozyt został poddany specjalnym modyfikacjom, których zadaniem jest zapewnienie poprawnego pomiaru temperatury. Pomiar drgań górotworu może być realizowany przy wykorzystaniu wyżej wymienionych czujników stosowanych standardowo do pomiaru odkształceń. Najistotniejsze w tym przypad- ku jest zapewnienie właściwego przekazania drgań mechanicznych z ośrodka na włókno szkla- ne. Również w tym przypadku, kable warstwowe ustępują czujnikom kompozytowym. Nie- znane parametry tłumienia drgań w obrębie warstw kabla skutkują trudnymi do matematycz- nego opisania zaburzeniami pomiarów. Na rynku dostępne są również przetworniki, które wykorzystują w swej budowie kilka włókien światłowodowych. Znajomość zależności geometrycznych pomiędzy poszczególnymi włóknami umożliwia np. wyznaczanie przemieszczeń względnych ośrodka gruntowego [3] – Rys. 4. W zależności od potrzeb, czujniki tego typu mogą być instalowane w otworach lub bezpośrednio na obudowie konstrukcji wyrobisk – szybów i chodników. a) b) Rys. 4. Wybrane rozwiązania przetworników światłowodowych do pomiaru przemieszczeń względnych: a) wersja laboratoryjna, b) wersja terenowa Figure 4. Selected solutions of fibre optic transducers for displacement measurement: a) laboratory ver- sion, b) field version