RU192122U1

RU192122U1 - Sensor interrogator

Info

Publication number: RU192122U1
Application number: RU2019108987U
Authority: RU
Inventors: Игорь Баирович Цыденжапов; Игорь Викторович Сычев; Игорь Владимирович Гранёв
Original assignee: Общество С Ограниченной Ответственностью "Киплайн"
Priority date: 2019-03-28
Filing date: 2019-03-28
Publication date: 2019-09-04

Abstract

Полезная модель относится к области измерительной техники и касается устройства опроса чувствительного элемента. Устройство включает в себя генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля и блок обработки сигнала. Волоконно-оптический усилитель содержит изолятор, активное волокно, мультиплексор и лазер накачки. Генератор лазерного излучения имеет накачку, противоположно направленную излучению импульсного лазера. В волоконно-оптическом усилителе генератора лазерного излучения активное волокно расположено перед мультиплексором. Технический результат заключается в повышении точности измерений. 6 з.п. ф-лы, 1 ил.The invention relates to the field of measurement technology and relates to a device for interrogating a sensitive element. The device includes a laser radiation generator with a pulsed laser and a fiber optic amplifier, a spectral filter of scattering components, at least two photodetector modules, and a signal processing unit. The fiber optic amplifier contains an insulator, an active fiber, a multiplexer, and a pump laser. The laser radiation generator is pumped in the opposite direction to the radiation of a pulsed laser. In a fiber optic amplifier of a laser radiation generator, the active fiber is located in front of the multiplexer. The technical result is to increase the accuracy of measurements. 6 c.p. f-ly, 1 ill.

Description

[001] Область техники [001] Technical Field

[002] Техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах для распределенного измерения температуры, а также для измерения температурного распределения вдоль оптоволоконного кабеля в протяженных объектах, применяемых в сферах, связанных с безопасностью, например, системы пожарного оповещения в автомобильных, железнодорожных или сервисных туннелях; термический контроль силовых кабелей и воздушных линий передач для оптимизации производственных отношений; повышение эффективности нефтяных и газовых скважин; обеспечение безопасного рабочего состояния промышленных индукционных плавильных печей; контроль герметичности контейнеров с сжиженным природным газом на судах в разгрузочных терминалах; обнаружение утечек на плотинах и запрудах; контроль температуры при химических процессах; обнаружение утечек в трубопроводах.[002] The technical solution relates to the field of measurement technology and can be used in means for distributed temperature measurement, as well as for measuring the temperature distribution along a fiber optic cable in long objects used in areas related to safety, for example, fire alarm systems in automobile, railway or service tunnels; thermal control of power cables and overhead transmission lines to optimize production relations; improving the efficiency of oil and gas wells; ensuring the safe working condition of industrial induction melting furnaces; tightness control of containers with liquefied natural gas on ships in unloading terminals; leak detection at dams and dams; temperature control in chemical processes; leak detection in pipelines.

[003] Уровень техники[003] Background Art

[004] Известно волоконно-оптическое устройство для измерения распределения температуры (патент RU 2434208, МПК G01K 11/32, опубл. 20.11.2011), содержащее импульсный источник оптического излучения, оптическое волокно, являющееся чувствительным элементом, направленный ответвитель, блок спектрального разделения, два фотоприемных модуля, фотоприемный модуль синхронизации и блок обработки. Направленный ответвитель соединен с импульсным источником оптического излучения, со входом блока спектрального разделения, со входом фотоприемного модуля синхронизации и с чувствительным элементом. Блок спектрального разделения соединен с фотоприемными модулями, которые в свою очередь соединены с блоком обработки. Чувствительный элемент выполнен в виде одномодового волокна, блок спектрального разделения содержит волоконный фильтр на брегговской решетке и волоконный мультиплексор на два канала, настроенных на пропускание стоксовой и антистоксовой компоненты. Вариантом является устройство, в котором вместо направленного ответвителя используется циркулятор.[004] A fiber-optic device for measuring the temperature distribution is known (patent RU 2434208, IPC G01K 11/32, publ. 11/20/2011), containing a pulsed optical radiation source, an optical fiber that is a sensitive element, a directional coupler, a spectral separation unit, two photodetector modules, a photodetector synchronization module and a processing unit. The directional coupler is connected to a pulsed optical radiation source, to the input of the spectral separation unit, to the input of the photodetector synchronization module, and to the sensing element. The spectral separation unit is connected to the photodetector modules, which in turn are connected to the processing unit. The sensitive element is made in the form of a single-mode fiber, the spectral separation unit contains a fiber filter on the Bragg grating and a fiber multiplexer for two channels configured to transmit the Stokes and anti-Stokes components. An option is a device in which a circulator is used instead of a directional coupler.

[005] К недостаткам известного устройства можно отнести расположение компонентов импульсного источника оптического излучения, которое создает сонаправленную накачку, вследствие которой в результате работы устройства усиливаются как шумы импульсного лазера, так и полезный сигнал, что в свою очередь снижает точность измерения и надежность работы лазера накачки. Блок спектрального разделения на брегговской решетке является нестабильным элементом, на который оказывают влияние температурные факторы, что ведет к снижению надежности работы устройства. При этом при использовании фильтра на брегговской решетке спектр работы лазера должен подходить к рабочему спектру (брегговские решетки должны иметь ту же длину волны, что и импульсный лазер). Спектры импульсных лазеров, а также спектры решеток определяются при производстве и порой могут немного отходить от ожидаемых значений. Это ухудшает технологичность прибора, так как необходимо проводить измерения спектров лазеров, спектров решеток и подбирать пары «лазер-фильтр». Спектры решеток зависят от натяжения волокна, которое в процессе сборки трудно контролировать, что также ухудшает технологичность прибора. Использование брегговских решеток не позволяет использовать различные типы лазеров с разными спектрами. [005] The disadvantages of the known device include the location of the components of the pulsed optical radiation source, which creates codirectional pumping, as a result of which the device amplifies both the noise of the pulsed laser and the useful signal, which in turn reduces the measurement accuracy and reliability of the pump laser . The spectral separation unit on the Bragg grating is an unstable element that is influenced by temperature factors, which leads to a decrease in the reliability of the device. In this case, when using a filter on a Bragg grating, the spectrum of the laser should approach the working spectrum (Bragg gratings should have the same wavelength as the pulsed laser). The spectra of pulsed lasers, as well as the spectra of gratings, are determined during production and sometimes can slightly deviate from the expected values. This affects the manufacturability of the device, since it is necessary to measure the spectra of lasers, spectra of gratings and select pairs of "laser filter". The spectra of the gratings depend on the fiber tension, which is difficult to control during the assembly process, which also impairs the manufacturability of the device. The use of Bragg gratings does not allow the use of different types of lasers with different spectra.

[006] Термины и определения, применяемые в настоящей заявке. [006] Terms and definitions used in this application.

[007] Чувствительный элемент – опрашиваемая линия в виде оптического волокна, которое может быть включено в состав различных кабельных конструкций и выполнено как одномодовым, так и многомодовым, в том числе стандартное телекоммуникационное оптическое волокно.[007] A sensing element is an interrogated line in the form of an optical fiber, which can be included in various cable structures and is made both single-mode and multi-mode, including a standard telecommunication optical fiber.

[008] Спектральный фильтр компонентов рассеяния – спектральный фильтр, разделяющий компоненты, например, спектральный фильтр комбинационного рассеяния, разделяющий рэлеевскую, стоксовую и антистоксовую компоненты рассеяния, основанный на эффекте Рамана, в том числе с демультиплексорами с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном.[008] Spectral filter of scattering components — a spectral filter that separates components, for example, a Raman spectral filter that separates the Rayleigh, Stokes and anti-Stokes scattering components based on the Raman effect, including demultiplexers with thin-film filters pigmented with optical fiber.

[009] Волоконно-оптический усилитель – волоконно-оптический усилитель на основе редкоземельного элемента или редкоземельных элементов, в состав усилителя входит активное оптическое волокно с примесью редкоземельного элемента, например, эрбиевое волокно, иттербиевое волокно, эрбий-иттербиевое волокно и др.[009] Fiber optic amplifier is a fiber optic amplifier based on a rare-earth element or rare-earth elements, the composition of the amplifier includes an active optical fiber mixed with a rare-earth element, for example, erbium fiber, ytterbium fiber, erbium-ytterbium fiber, etc.

[0010] Активное волокно – отрезок волокна, сердцевина которого легирована ионами редкоземельного элемента или ионами редкоземельных элементов, например, эрбием, иттербием, эрбий-иттербием и др.[0010] An active fiber is a piece of fiber whose core is doped with rare earth ions or rare earth ions, for example, erbium, ytterbium, erbium-ytterbium, etc.

[0011] Краткое описание полезной модели.[0011] A brief description of a utility model.

[0012] Задачей настоящей полезной модели является создание высокотехнологичного устройства опроса чувствительного элемента с высокой точностью измерений температурного распределения вдоль оптического волокна. [0012] The objective of this utility model is to provide a high-tech device for interrogating a sensitive element with high accuracy in measuring the temperature distribution along the optical fiber.

[0013] Техническим результатом является повышение точности измерений температурного распределения вдоль оптического волокна устройством опроса чувствительного элемента.[0013] The technical result is to increase the accuracy of measuring the temperature distribution along the optical fiber with a sensing element interrogation device.

[0014] Технический результат достигается тем, что устройство опроса чувствительного элемента включает генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля, блок обработки сигнала, волоконно-оптический усилитель включает активное волокно, лазер накачки, мультиплексор и изолятор. [0014] The technical result is achieved by the fact that the interrogation of the sensitive element includes a laser radiation with a pulsed laser and a fiber optic amplifier, a spectral filter of scattering components, at least two photodetector modules, a signal processing unit, a fiber optic amplifier includes an active fiber, pump laser, multiplexer and isolator.

[0015] Генератор лазерного излучения имеет противоположно направленную накачку импульсному лазеру. Для противоположно направленной накачки импульсному лазеру по его оптическому пути распространения излучения в волоконно-оптическом усилителе активное волокно расположено перед мультиплексором. При этом сердцевина активного волокна легирована ионами редкоземельного элемента, в качестве которого может использоваться эрбий или иттербий, или эрбий-иттербий. Противоположно направленная накачка повышает эффективность работы волоконно-оптического усилителя, меньше требуется активного волокна, повышается точность измерений. Волоконно-оптический усилитель содержит дополнительно изолятор. В термостате расположены калибровочный отрезок оптического волокна, термодатчик. Отрезок оптического волокна необходим для корректного расчета температуры в термостате, а его температура измеряется термодатчиком, в результате повышается точность измерений.[0015] The laser radiation generator has oppositely directed pumping to a pulsed laser. For oppositely directed pumping to a pulsed laser along its optical path of radiation propagation in a fiber-optic amplifier, the active fiber is located in front of the multiplexer. In this case, the core of the active fiber is doped with ions of the rare-earth element, which can be used as erbium or ytterbium, or erbium-ytterbium. Opposite directional pumping increases the efficiency of the fiber-optic amplifier, less active fiber is required, and the accuracy of measurements is increased. The fiber optic amplifier further comprises an insulator. The thermostat contains a calibration segment of the optical fiber, a temperature sensor. A piece of optical fiber is necessary for the correct calculation of the temperature in the thermostat, and its temperature is measured by a temperature sensor, as a result, the accuracy of measurements increases.

[0016] Описание чертежей.[0016] Description of the drawings.

[0017] На фиг. 1 представлена схема устройства опроса чувствительного элемента.[0017] FIG. 1 is a diagram of a sensing element polling device.

[0018] Позиции на чертежах: [0018] Positions in the drawings:

[0019] 1 – токовый драйвер лазерных диодов,[0019] 1 is a current driver of laser diodes,

[0020] 2 – первый волоконно-оптический изолятор,[0020] 2 is a first fiber optic isolator,

[0021] 3 – активное волокно, [0021] 3 - active fiber,

[0022] 4 – мультиплексор,[0022] 4 is a multiplexer,

[0023] 5 – второй волоконно-оптический изолятор,[0023] 5 is a second fiber optic isolator,

[0024] 6 – спектральный фильтр компонентов рассеяния,[0024] 6 is a spectral filter of scattering components,

[0025] 7 – термостат,[0025] 7 - a thermostat,

[0026] 8 – калибровочный отрезок оптического волокна,[0026] 8 is a calibration segment of an optical fiber,

[0027] 9 – термодатчик[0027] 9 - temperature sensor

[0028] 10 – волоконно-оптический переключатель,[0028] 10 is a fiber optic switch,

[0029] 11 – чувствительный элемент,[0029] 11 is a sensing element,

[0030] 12 – импульсный лазер,[0030] 12 is a pulsed laser,

[0031] 13 – лазер накачки,[0031] 13 is a laser pump

[0032] 14 – второй фотоприемный модуль,[0032] 14 is a second photodetector module,

[0033] 15 – первым фотоприемный модуль,[0033] 15 is the first photodetector module,

[0034] 16 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП), [0034] 16 - analog-to-digital Converter (ADC),

[0035] 17 – микроконтроллер,[0035] 17 is a microcontroller,

[0036] 18 – первый демультиплексор,[0036] 18 is a first demultiplexer,

[0037] 19 – второй демультиплексор. [0037] 19 is a second demultiplexer.

[0038] Подробное описание полезной модели.[0038] A detailed description of a utility model.

[0039] В приведенном ниже подробном описании реализации полезной модели приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящей полезной модели. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящую полезную модель, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящей полезной модели.[0039] The following detailed description of a utility model implementation provides numerous implementation details to provide a clear understanding of the present utility model. However, it will be obvious to a specialist skilled in the subject field how to use a real utility model, both with and without these implementation details. In other cases, well-known methods, procedures, and components have not been described in detail so as not to impede unnecessarily understanding the features of this utility model.

[0040] Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что полезная модель не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящей полезной модели, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.[0040] Furthermore, it will be clear from the foregoing that the utility model is not limited to the foregoing implementation. Numerous possible modifications, changes, variations and replacements that preserve the essence and form of a real utility model will be obvious to qualified specialists in the subject field.

[0041] Устройство опроса чувствительного элемента для распределенных волоконно-оптических датчиков температуры, которое позволяет получать профиль температурного распределения вдоль оптического волокна. В корпусе устройства опроса чувствительного элемента в виде оптического волокна (фиг. 1) расположены генератор лазерного излучения, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля, блок обработки сигнала, термостат, волоконно-оптический переключатель.[0041] A sensing element interrogation device for distributed fiber optic temperature sensors, which makes it possible to obtain a temperature distribution profile along the optical fiber. In the housing of the device for interrogating a sensing element in the form of an optical fiber (Fig. 1), a laser radiation generator, a spectral filter of scattering components, at least two photodetector modules, a signal processing unit, a thermostat, and a fiber optic switch are located.

[0042] Генератор лазерного излучения содержит токовый драйвер лазерных диодов 1, пигтелированный оптическим волокном, импульсный лазер 12, волоконно-оптический усилитель, в котором последовательно расположены первый волоконно-оптический изолятор 2, активное волокно 3, мультиплексор 4 и второй волоконно-оптический изолятор 5, а лазер накачки 13 соединен по крайней мере с одним выходом мультиплексора 4. Токовый драйвер лазерных диодов 1 соединен с блоком обработки сигнала высокочастотным кабелем.[0042] The laser radiation generator comprises a current driver of laser diodes 1, pigmented with an optical fiber, a pulsed laser 12, a fiber optic amplifier in which a first fiber optic insulator 2, an active fiber 3, a multiplexer 4 and a second fiber optic insulator 5 are arranged in series and the pump laser 13 is connected to at least one output of the multiplexer 4. The current driver of the laser diodes 1 is connected to the signal processing unit by a high-frequency cable.

[0043] В качестве импульсного лазера 12 могут быть использованы, например, лазерные диоды, волоконные лазеры, светодиоды без дополнительного согласования схемы усиления.[0043] As the pulsed laser 12, for example, laser diodes, fiber lasers, LEDs can be used without additional coordination of the amplification circuit.

[0044] Первый волоконно-оптический изолятор 2 позволяет защитить лазер от спонтанного излучения из активного волокна 3, он работает с минимальным затуханием в прямом направлении и максимальным затуханием в обратном. Второй волоконно-оптический изолятор 5 дополнительно защищает импульсный лазер.[0044] The first fiber optic insulator 2 allows you to protect the laser from spontaneous emission from the active fiber 3, it works with minimal attenuation in the forward direction and maximum attenuation in the opposite. The second fiber optic isolator 5 further protects the pulsed laser.

[0045] Описанное выше расположение компонентов генератора лазерного излучения, при котором относительно оптического пути распространения излучения импульсного лазера активное волокно 3 расположено перед мультиплексором 4, позволяет создать противоположно направленную накачку импульсному лазеру 12. Сердцевина активного волокна легирована ионами редкоземельного элемента или редкоземельных элементов, в качестве которого может использоваться эрбий или иттербий, или эрбий-иттербий и др. Таким образом, активное волокно может быть представлено в виде эрбиевого волокна или иттербиевого волокна, или эрбий-иттербиевого волокна и др. [0045] The arrangement of the laser generator components described above, in which the active fiber 3 is located in front of the multiplexer 4 with respect to the optical path of the pulsed laser radiation, allows oppositely directed pumping of the pulsed laser 12. The core of the active fiber is doped with rare-earth or rare-earth ions, as which can be used erbium or ytterbium, or erbium-ytterbium, etc. Thus, the active fiber can be represented It is in the form of an erbium fiber or ytterbium fiber, or erbium-ytterbium fiber, etc.

[0046] Наиболее часто используют волоконно-оптические усилители с активным волокном в виде эрбиевого волокна. Один из важнейших параметров активного волокна, в частности, эрбиевого волокна - коэффициент поглощения излучения накачки и, как правило, это значение велико. Ниже приведен принцип действия противоположно направленной накачки и активного волокна, в качестве примера выбрано эрбиевое волокно. В начале пути излучения от импульсного лазера по эрбиевому волокну наблюдается наименьший коэффициент усиления, к концу эрбиевого волокна наибольшая интенсивность импульсного излучения и наибольший коэффициент усиления. За счет чего более эффективно снимается инверсия населенности эрбиевого волокна импульсным излучением, а не шумами импульсного лазера. В результате чего меньше шумов и, следовательно, выше точность измерений. К тому же, интенсивность импульсного излучения растет по мере прохождения по эрбиевому волокну, у которого в тот же момент растет коэффициент усиления, что повышает эффективность работы усилителя, меньше требуется эрбиевого волокна. Благодаря тому, что интенсивность импульсного излучения растет по мере прохождения по эрбиевому волокну, у которого в тот же момент растет коэффициент усиления, что повышает эффективность работы усилителя, меньше требуется эрбиевого волокна. Также такое расположение влияет на то, что лазер накачки работает при меньших токах через лазер.[0046] The most commonly used fiber optic amplifiers with an active fiber in the form of erbium fiber. One of the most important parameters of an active fiber, in particular, an erbium fiber, is the absorption coefficient of pump radiation and, as a rule, this value is large. The principle of oppositely directed pumping and active fiber is given below. Erbium fiber is chosen as an example. At the beginning of the path of radiation from a pulsed laser through an erbium fiber, the lowest gain is observed, toward the end of the erbium fiber, the highest intensity of pulsed radiation and the highest gain. Due to which, the inversion of the erbium fiber population is more effectively removed by pulsed radiation, and not by the noise of a pulsed laser. As a result, there is less noise and, therefore, higher measurement accuracy. In addition, the intensity of pulsed radiation increases as it passes through an erbium fiber, which at the same time increases the gain, which increases the efficiency of the amplifier, less erbium fiber is required. Due to the fact that the intensity of pulsed radiation increases as it passes through the erbium fiber, which at the same time increases the gain, which increases the efficiency of the amplifier, less erbium fiber is required. Also, this arrangement affects the fact that the pump laser operates at lower currents through the laser.

[0047] Спектральный фильтр компонентов рассеяния 6 содержит два демультиплексора 18 и 19 с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном. Вход первого демультиплексора 18 соединен с выходом второго волоконно-оптический изолятора 5. Один из выходов первого демультиплексора 18 соединен со входом второго демультиплексора 19, а другой выход соединен с первым фотоприемным модулем 15, на который попадает антистоксовая компонента. Один из выходов второго демультиплексора 19 соединен с термостатом 7, а другой выход соединен со вторым фотоприемным модулем 14, на который попадает стоксовая компонента. Для упрощения процедуры калибровки показаний температуры используется одновременно стоксовая и антистоксовая компоненты комбинационного рассеяния.[0047] The spectral filter of the scattering components 6 contains two demultiplexers 18 and 19 with thin film filters pigmented with an optical fiber. The input of the first demultiplexer 18 is connected to the output of the second fiber optic isolator 5. One of the outputs of the first demultiplexer 18 is connected to the input of the second demultiplexer 19, and the other output is connected to the first photodetector module 15, which receives the anti-Stokes component. One of the outputs of the second demultiplexer 19 is connected to the thermostat 7, and the other output is connected to the second photodetector module 14, which receives the Stokes component. To simplify the procedure for calibrating temperature readings, the Stokes and anti-Stokes Raman components are used simultaneously.

[0048] Блок обработки сигнала включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16 и ЭВМ (микроконтроллер) 17. АЦП оцифровывает сигналы с фотоприемников. Микроконтроллер производит математический расчет оцифрованных сигналов в температурные показания. Фотоприемные модули 14, 15 соединены с АЦП 16. Термостат 7 соединен с микроконтроллером 17 и содержит калибровочный отрезок оптического волокна 8, термодатчик 9.[0048] The signal processing unit includes an analog-to-digital converter (ADC) 16 and a computer (microcontroller) 17. The ADC digitizes the signals from the photodetectors. The microcontroller performs the mathematical calculation of the digitized signals in the temperature readings. The photodetector modules 14, 15 are connected to the ADC 16. The thermostat 7 is connected to the microcontroller 17 and contains a calibration segment of the optical fiber 8, a temperature sensor 9.

[0049] Волоконно-оптический переключатель 10 содержит один вход и множество выходов, позволяющих используя электрический сигнал управления, соединять чувствительные элементы 11. Волоконно-оптический переключатель 10 позволяет последовательно измерять температуру в N чувствительных элементах 11, опрашивать больше линий (чувствительных элементов) одним устройством. [0049] The fiber-optic switch 10 contains one input and many outputs, allowing the sensing elements 11 to be connected using an electrical control signal. The fiber-optic switch 10 allows sequentially measuring the temperature in N sensitive elements 11, and to interrogate more lines (sensitive elements) with one device .

[0050] Принцип работы устройство опроса чувствительного элемента.[0050] Principle of operation of a device for interrogating a sensing element.

[0051] Излучение из импульсного лазера 12, например, в виде импульсного лазерного диода, распространяется на вход первого волоконно-оптического изолятора 2. После изолятора расположено эрбиевое волокно 3 в виде отрезка волокна, сердцевина которого легирована ионами эрбия, благодаря чему волокно способно поглощать энергию, переносимую светом на длине волны 980 нм и переизлучать его на 1550 нм. Эрбиевое волокно 3 с другой стороны подключено к спектральному мультиплексору 4, у которого на входе один порт, на выходе два порта. С той стороны, где у него один порт, в волокне распространяется две длины волны, а на выходе из мультиплексора 4 каждая из длин волн распространяется по своему отдельному порту. Спектральный мультиплексор 4 на выходе подключен одним портом к лазеру накачки на длине волны 980 нм 13, излучение которого накачивает эрбиевое волокно 3, а вторым портом он подключен к первому демультиплексору с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном, при этом между мультиплексором 4 и спектральным фильтром компонентов рассеяния 6 расположен второй волоконно-оптический изолятор 5. Демультиплексоры разбивают обратное рассеяние по компонентам: стокс, антистокс и рэлеей. Стокс и антистокс направляются на фотоприемные модули 14, 15. Из линии оптического волокна (чувствительного элемента 11) на вход первого демультиплексора 18 с тонкопленочными фильтрами, пигтелированного оптическим волокном, попадают три компоненты рассеяния: стоксовая компонента раманавского рассеяния, рэлеевская компонента и антистоксовая компонента рассеяния. Демультиплексор делит спектр на две части и все что ниже длины волны отсечки попадает в один канал, все, что больше длины волны отсечки, попадает в другой. Таким образом, первый демультиплексор 18 делит спектр так, что в один канал попадает только антистоксовая компонента, а в другой попадает стоксовая и рэлеевская компоненты. Антистоксовая компонента подается на первый фотоприемник 15. По другому порту распространяется стоксовая и рэлеевская компоненты рассеяния, которые попадают во второй демультиплексор 19, только с другой длиной волны отсечки, который делит спектр на две части, разделяя стоксовую компоненту и рэлеевскую компоненту. Стоксовая компонента подается на второй фотоприемник 14.[0051] The radiation from the pulsed laser 12, for example, in the form of a pulsed laser diode, propagates to the input of the first fiber optic insulator 2. After the insulator, erbium fiber 3 is located in the form of a fiber segment, the core of which is doped with erbium ions, so that the fiber is capable of absorbing energy transported by light at a wavelength of 980 nm and reemit it at 1550 nm. Erbium fiber 3, on the other hand, is connected to a spectral multiplexer 4, which has one port at the input and two ports at the output. On the other hand, where it has one port, two wavelengths propagate in the fiber, and at the output of multiplexer 4, each of the wavelengths propagates through its own separate port. The output spectral multiplexer 4 is connected by one port to a pump laser at a wavelength of 980 nm 13, the radiation of which pumps erbium fiber 3, and by the second port it is connected to the first demultiplexer with thin-film filters pigmented with an optical fiber, between the multiplexer 4 and the spectral filter of components scattering 6 is a second fiber optic insulator 5. Demultiplexers break down the backscattering into components: stokes, antistokes and Rayleigh. The stokes and antistokes are sent to the photodetector modules 14, 15. From the line of the optical fiber (sensing element 11), three scattering components fall into the input of the first demultiplexer 18 with thin-film filters pigmented with optical fiber: the Stokes component of Raman scattering, the Rayleigh component and the anti-Stokes component of scattering. The demultiplexer divides the spectrum into two parts and everything below the cutoff wavelength falls into one channel, everything that is larger than the cutoff wavelength falls into the other. Thus, the first demultiplexer 18 divides the spectrum so that only the anti-Stokes component falls into one channel, and the Stokes and Rayleigh components fall into the other. The anti-Stokes component is fed to the first photodetector 15. The Stokes and Rayleigh scattering components propagate into the second demultiplexer 19, but with a different cut-off wavelength, which divides the spectrum into two parts, separating the Stokes component and the Rayleigh component. The Stokes component is fed to the second photodetector 14.

[0052] После спектрального фильтра компонентов рассеяния расположен термостат 7 с калибровочным отрезком оптического волокна 8, температура в котором измеряется термодатчиком 9. Рефлектограммы от отрезка в термостате 7 позволяют произвести расчеты калибровочных коэффициентов.[0052] After the spectral filter of the scattering components, there is a thermostat 7 with a calibration segment of the optical fiber 8, the temperature of which is measured by the temperature sensor 9. Reflectograms from the segment in the thermostat 7 allow the calculation of calibration coefficients.

[0053] На фотоприемных модулях 14, 15 происходит преобразование оптического сигнала рефлектограмм в электрический. Также, в фотоприемных модулях производится усиление сигнала. Затем усиленный сигнал по высокочастотным кабелям попадает на вход АЦП 16. АЦП передает данные микроконтроллеру 17, туда же передается информация от термодатчика 9. ЭВМ производит пересчет рефлектограмм рассеяния в температурное распределение вдоль оптического волокна.[0053] At the photodetector modules 14, 15, the optical signal of the OTDR signals is converted to electric. Also, photodetector modules amplify the signal. Then the amplified signal via high-frequency cables goes to the input of the ADC 16. The ADC transmits data to the microcontroller 17, the information from the temperature sensor 9 is also transmitted there. The computer recalculates the scatter traces to the temperature distribution along the optical fiber.

[0054] В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.[0054] In the present application materials, a preferred disclosure was provided for the implementation of the claimed technical solution, which should not be used as limiting other, private embodiments of its implementation, which do not go beyond the scope of the requested legal protection and are obvious to specialists in the relevant field of technology.

Claims

1. A device for interrogating a sensitive element, including a laser radiation generator with a pulsed laser and a fiber optic amplifier, a spectral filter of scattering components, at least two photodetector modules, a signal processing unit,

the fiber optic amplifier contains an insulator, an active fiber, a multiplexer, a pump laser,

the laser radiation generator has an oppositely directed pumping to a pulsed laser, and in the fiber-optic amplifier of the laser radiation generator, the active fiber is located in front of the multiplexer.

2. A device for interrogating a sensitive element according to claim 1, characterized in that the core of the active fiber is doped with rare-earth ions.

3. The device for interrogating a sensitive element according to claim 2, characterized in that erbium or ytterbium, or erbium-ytterbium is used as a rare-earth element.

4. The device for interrogating a sensitive element according to claim 1, characterized in that erbium fiber is used as an active fiber in a fiber-optic amplifier.

5. The device for interrogating a sensitive element according to claim 1, characterized in that it contains a thermostat.

6. The device for interrogating a sensitive element according to claim 5, characterized in that the calibration section of the optical fiber is located in the thermostat.

7. The device for interrogating a sensitive element according to claim 5, characterized in that a temperature sensor is located in the thermostat.