ГОСТ Р 59166-2020

НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Оптика и фотоника

ДАТЧИКИ ТЕМПЕРАТУРЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ

Методы испытаний

Optics and photonics. Distributed fiber optic temperature sensors. Test methods

ОКС 17.020

Дата введения 2021-03-01

Предисловие

1 РАЗРАБОТАН Федеральным государственным унитарным предприятием "Научно-исследовательский институт физической оптики, оптики лазеров и информационных оптических систем Всероссийского научного центра "Государственный оптический институт им.С.И.Вавилова" (ФГУП "НИИФООЛИОС ВНЦ "ГОИ им.С.И.Вавилова") и Федеральным государственным бюджетным учреждением науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук (ФГБУН ИАиЭ СО РАН)

2 ВНЕСЕН Техническим комитетом по стандартизации ТК 296 "Оптика и фотоника"

3 УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 10 ноября 2020 г. N 1046-ст

4 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Правила применения настоящего стандарта установлены в статье 26 Федерального закона от 29 июня 2015 г. N 162-ФЗ "О стандартизации в Российской Федерации". Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а официальный текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ближайшем выпуске ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)

     1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на распределенные волоконно-оптические датчики температуры (далее - датчики) и устанавливает методы испытаний по определению их основных характеристик:

- погрешности измерения температуры;

- пространственного разрешения;

- повторяемости измерения температуры;

- пространственной неопределенности измерения температуры;

- влияния номинальной температуры;

- времени прогрева;

- предельного ослабления.

Настоящий стандарт распространяется на датчики, применяемые в нефтяной и газовой отраслях, строительстве и эксплуатации зданий и сооружений и др.

     2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие стандарты:

ГОСТ ISO/IEC 17025 Общие требования к компетентности испытательных и калибровочных лабораторий

ГОСТ Р 8.568 Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана недатированная ссылка, то рекомендуется использовать действующую версию этого стандарта с учетом всех внесенных в данную версию изменений. Если заменен ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, то рекомендуется использовать версию этого стандарта с указанным выше годом утверждения (принятия). Если после утверждения настоящего стандарта в ссылочный стандарт, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение рекомендуется применять без учета данного изменения. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, рекомендуется применять в части, не затрагивающей эту ссылку.

     3 Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1 волоконно-оптический датчик; ВОД: Небольшое по размерам устройство, в котором оптическое волокно использовано одновременно в качестве линии передачи данных и чувствительного элемента, способного детектировать изменения различных физических величин.

Примечание - В качестве чувствительного элемента может выступать само оптическое волокно или оптический (содержащий оптическую часть) элемент в его составе, в общем случае состоящий из подводящих волоконно-оптических кабелей и преобразователя сигналов.

3.2 устройство опроса: Прибор для формирования зондирующего оптического сигнала, детектирования и анализа сигнала, рассеянного в чувствительном элементе.

3.3 распределенный волоконно-оптический датчик температуры (распределенный ВОДТ): Волоконно-оптический датчик, состоящий из чувствительного к температуре элемента (оптического волокна) и устройства опроса, формирующего зондирующий оптический сигнал и анализирующего рассеянный в оптическом волокне сигнал.

3.4 переменный ослабитель сигнала; ПОС: Устройство для внесения в чувствительный элемент датчика переменных оптических потерь.

3.5 время прогрева: Интервал времени от начала первого измерения температуры до того момента, когда датчик будет соответствовать характеристикам измерения, установленным изготовителем.

3.6 линейная конфигурация измерения: Схема измерения температуры в датчике, при которой зондирование и детектирование оптического сигнала происходят через один конец чувствительного элемента.

3.7 кольцевая конфигурация измерения: Схема измерения температуры в датчике, при которой зондирование и детектирование оптического сигнала происходят через разные концы одного чувствительного элемента.

3.8 общая длина датчика: Расстояние от выходного разъема устройства опроса до конца чувствительного элемента датчика.

Примечания

1 Концом чувствительного элемента в линейной конфигурации измерения может быть скол конца оптического волокна или конец оптического волокна, изолированный специальным образом; в кольцевой конфигурации - второй разъем, подсоединенный к тому же устройству опроса датчика.

2 Общая длина датчика должна быть равна или превосходить требуемое расстояние измерения.

3.9 предельное расстояние: Максимальное расстояние от выходного разъема устройства опроса датчика вдоль чувствительного элемента, в пределах которого происходит измерение температуры с указанными характеристиками измерения при заданных условиях.

Примечания

1 Предельное расстояние связано с предельным ослаблением датчика.

2 При испытаниях, применяемых для подтверждения или контроля основных характеристик датчика, общая длина датчика должна быть равна или превосходить указанное предельное расстояние.

3.10 координата точки измерения: Оптическое расстояние от выходного разъема устройства опроса датчика вдоль чувствительного элемента до заданной точки измерения температуры.

Примечание - Самую большую координату измерения при проведении определенного испытания, как правило, выбирают равной предельному расстоянию для сравнения результатов измерений со значениями, установленными изготовителем датчика.

3.11 точка выборки температуры: Измеренное значение температуры, связанное с одной точкой с определенной координатой вдоль чувствительного элемента.

Примечание - Ввиду термодинамических эффектов измеренное значение температуры представляет температуру вдоль очень небольшого отрезка чувствительного элемента датчика, который включает эту точку.

3.12 расстояние между точками выборки: Расстояние между двумя последовательными точками выборки температуры на одной термограмме.

Примечание - Расстояние между точками выборки является инструментальной характеристикой, выбираемой потребителем.

3.13 температурный график (термограмма): Набор точек выборки температуры, распределенных вдоль чувствительного элемента датчика и разделенных расстоянием между точками выборки.

Примечания

1 Все точки выборки температуры на термограмме связаны с общим временем измерения, как правило называемым меткой времени.

2 Все точки выборки температуры на термограмме являются измеренными датчиком, а не интерполированными или сглаженными значениями, полученными последующей обработкой.

3.14 погрешность измерения температуры: Максимальная разница между центрированным, равномерно взвешенным скользящим средним значением измеренной температуры и заданным значением температур для всех точек данных датчика на протяжении всего диапазона рабочих температур и всего времени получения данных.

3.15 время измерения: Время, прошедшее с момента измерения температуры до момента получения нового результата измерения на отсчетном устройстве с нормированной погрешностью.

Примечания

1 Время измерения также равно временному интервалу между временными метками двух последовательных измерений.

2 Время измерения включает время сбора и обработку измеренных данных и, как правило, может выбираться пользователем в некотором ограниченном диапазоне значений.

3 Несколько независимых измерений температуры могут быть усреднены между собой. Время измерения усредненного измерения равно сумме времени измерения его составляющих.

3.16 область нагрева: Область чувствительного элемента датчика, подвергаемая измеряемому изменению температуры, длиной значительно большей, чем повторяемость измерения температуры датчика, подтверждаемая эталонными температурными измерениями в двух температурных камерах.

3.17 пространственное разрешение: Наименьшая длина чувствительного элемента датчика, система которого может измерить заданную температуру в области нагрева в рамках указанной погрешности измерения температуры.

3.18 точечный дефект: Локальное отклонение значений от номинальных оптических и механических характеристик чувствительного элемента датчика, произошедшее в одном месте или на протяжении отрезка длиной, значительно меньшей его пространственного разрешения.

Примечания

1 К точечным дефектам относят следующие ситуации: точечные оптические потери, например, при плохой сварке волокон, составляющих чувствительный элемент датчика; обратное отражение сигнала от конца чувствительного элемента датчика; локализованная область высоких потерь в области сильного изгиба или перекручивания чувствительного элемента датчика; неоднородность чувствительного элемента датчика на стыке между двух волокон, составляющих чувствительный элемент датчика, с разными диаметрами сердцевин.

2 Указанные и подобные ситуации могут привести к искажениям термограммы.

3.19 изменение температуры от точечного дефекта: Разница между средними значениями точек выборки на температурном графике в двух областях от точечного дефекта, где действительные температуры датчика одинаковые.

Примечание - Изменение температуры от точечного дефекта может быть положительным, отрицательным или нулевым.

3.20 мертвая зона измерения температуры: Ограниченная область термограммы, где точки выборки температуры отклоняются от невозмущенных частей термограммы на определенную величину и которая возникает из-за точечного дефекта в чувствительном элементе датчика.

3.21 пространственная неопределенность измерения температуры: Неопределенность координаты точки измерения температуры на одной термограмме, выраженная двойным средним квадратическим отклонением заявленного числа соседних точек выборки температуры при постоянной температуре датчика.

3.22 предельное ослабление датчика: Наибольший уровень полных оптических потерь за один проход волоконно-оптического датчика, уровень которых выдерживает датчик без влияния на выполнение конкретного измерения более чем на заданный коэффициент в заданной точке измерения, пространственном разрешении и времени измерения.

Примечание - Полные оптические потери включают в себя ослабление в оптическом волокне, потери на точечных дефектах волокна, вызванные такими компонентами, как разъемы, сварки, перекручивания волокна, ослабители и т.д.

3.23 повторяемость измерения температуры: Повторяемость температурных данных, основанная на повторяющихся термограммах в данном месте, выраженная двойным средним квадратическим отклонением соответствующих точек выборки температуры на каждой термограмме, при постоянной температуре датчика.

3.24 стабильность номинальной температуры: Разница измеренной температуры датчиком, находящимся при постоянной температуре, до, во время и после температурного цикла по его всему рабочему температурному диапазону.

3.25 повторяемость номинальной температуры: Разница измеренной температуры датчиком, находящимся при постоянной температуре, до и после температурного цикла датчика по его всему рабочему температурному диапазону при заданной температуре чувствительного элемента датчика (например, при нормальной рабочей температуре).

Примечание - Данную характеристику получают из стабильности номинальной температуры.

3.26 влияние высокой/низкой номинальной температуры: Разница измеренной температуры датчика, находящегося при постоянной температуре, на самой высокой и самой низкой границах рабочего температурного диапазона устройства опроса датчика.

Примечание - Влияние высокой/низкой номинальной температуры связан со стабильностью номинальной температуры.