RU2530244C2 - Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (варианты) - Google Patents
Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (варианты) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2530244C2 RU2530244C2 RU2012141689/28A RU2012141689A RU2530244C2 RU 2530244 C2 RU2530244 C2 RU 2530244C2 RU 2012141689/28 A RU2012141689/28 A RU 2012141689/28A RU 2012141689 A RU2012141689 A RU 2012141689A RU 2530244 C2 RU2530244 C2 RU 2530244C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- mach
- optical
- phase
- control
- Prior art date
Links
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 title claims abstract description 14
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 47
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 43
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims description 17
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 13
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 12
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 230000009471 action Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N lithium niobate Chemical compound [Li+].[O-][Nb](=O)=O GQYHUHYESMUTHG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 6
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000004044 response Effects 0.000 description 5
- 230000008859 change Effects 0.000 description 3
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 3
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 3
- 230000000903 blocking effect Effects 0.000 description 2
- 230000003111 delayed effect Effects 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 2
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 238000003491 array Methods 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 230000000739 chaotic effect Effects 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 230000007423 decrease Effects 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35329—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using interferometer with two arms in transmission, e.g. Mach-Zender interferometer
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01J—MEASUREMENT OF INTENSITY, VELOCITY, SPECTRAL CONTENT, POLARISATION, PHASE OR PULSE CHARACTERISTICS OF INFRARED, VISIBLE OR ULTRAVIOLET LIGHT; COLORIMETRY; RADIATION PYROMETRY
- G01J9/00—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength
- G01J9/02—Measuring optical phase difference; Determining degree of coherence; Measuring optical wavelength by interferometric methods
-
- G—PHYSICS
- G08—SIGNALLING
- G08B—SIGNALLING OR CALLING SYSTEMS; ORDER TELEGRAPHS; ALARM SYSTEMS
- G08B13/00—Burglar, theft or intruder alarms
- G08B13/02—Mechanical actuation
- G08B13/12—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires
- G08B13/122—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires for a perimeter fence
- G08B13/124—Mechanical actuation by the breaking or disturbance of stretched cords or wires for a perimeter fence with the breaking or disturbance being optically detected, e.g. optical fibers in the perimeter fence
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
- Instruments For Measurement Of Length By Optical Means (AREA)
- Optical Communication System (AREA)
- Optical Modulation, Optical Deflection, Nonlinear Optics, Optical Demodulation, Optical Logic Elements (AREA)
Abstract
Изобретение относится к волоконной оптике и может быть использовано в системах защиты периметра территорий и помещений от несанкционированного доступа. Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией содержит лазерный источник импульсов, оптический приемник, циркулятор, несбалансированный интерферометр Маха-Цендера, оптоволоконный кабель и блок управления и обработки. Выход лазерного источника импульсов соединен с первым выходом циркулятора, второй выход которого соединен с оптоволоконным кабелем, а третий выход соединен с входом несбалансированного интерферометра Маха-Цендера, выход которого соединен с оптическим приемником, который электрически соединен со входом блока управления и обработки. В одно из плеч интерферометра Маха-Цендера введен электрооптический модулятор Маха-Цендера, выполненный с возможностью независимого управления плечами, а второй вход блока управления и обработки соединен с электрооптическим модулятором Маха-Цендера. В другом варианте в одно из плеч интерферометра Маха-Цендера введен электрооптический модулятор Маха-Цендера, выполненный с возможностью независимого управления плечами, а второй вход блока управления и обработки соединен с электрооптическим модулятором Маха-Цендера. Технический результат заключается в обеспечении возможности получения распределения фазы оптического сигнала вдоль волокна, что позволяет проводить надежное измерение воздействия на кабель. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.
Description
Изобретение относится к оптике, в частности, к волоконной оптике и может быть использовано в системах защиты периметра территорий и помещений от несанкционированного доступа.
Известны «Метод и распределенная система акустического детектирования (DAS)» (WO 2011039501 (А2), МПК: G01D 5/353, дата публикации 2011-04-07), и представляет собой систему определение расстояния до воздействия на оптическое волокно. При воздействии на волокно обеспечивается изменение фазы оптического сигнала в ответ на обнаруживаемый параметр. Указанная система включает: приемник для приема отраженного сигнала от указанного оптического волокна в ответ на входной сигнал, выходной интерферометр, адаптированный для совмещения первого принимаемого отраженного сигнала, отраженного от участков указанных волокон на первом этапе, и второй принимаемый сигнал, отраженный от той же части указанных волокон на втором этапе. Причем указанный выходной интерферометр включает в себя частотный модулятор, по крайней мере, одно плечо интерферометра предназначено для создания разности частот между первым и вторым отраженными сигналами, кроме того, выходной интерферометр может включать в себя частотный модулятор на каждом плече, каждый частотный модулятор фиксирует различные сдвиги частоты, и фазовый детектор для приема вышеуказанных сигналов и определения скорости изменения фазы сигнала со временем. Кроме того, система может включать в себя второй фазовый детектор для определения фазы отраженного сигнала. Система включает в себя демультиплексор для разделения сигналов, отраженных от входа с различными длинами волн. Отраженные сигналы первой волны передаются через выходной интерферометр, а сигналы второй волны передаются непосредственно во второй фазовый детектор. Причем по одному из вариантов два оптических импульсов 102 и 104 создают со сдвигом частоты f1 и f2, а интервал между их запусками х метров. Эти импульсы включают входной сигнал, который распространяется через циркулятор 106 в чувствительное волокно (FUT) 108, которое, как объяснено, может быть отрезком стандартного одномодового оптоволокна. Свет, который является отраженным в ответ на входные импульсы, проходит обратно через циркулятор, и затем выходной интерферометр 110 прежде, чем достигнет фотоприемника 112. В предпочтительном варианте, интерферометр и фотодетектор адаптированы для работы на рэлеевских отраженных сигналах. Выходной интерферометр имеет акустооптические модуляторы (AOMs) 116, 118 в каждом плече, которые непрерывно работают, создавая сдвиг частоты +3 и 14 Гц соответственно. Одно плечо также имеет катушку задержки 120 для создания задержки, равной импульсу разделения, то есть длиной в х метров.
Недостатком данного изобретения является сложность, заключающаяся в использовании двух частот и двух импульсов, и последующем их совмещении и обработки.
Известно изобретение «Волоконно-оптический датчик, устройство и способ» (патент № WO 2005114226 (А1), МПК: G01M 11/08; G01M 3/04; G01M 3/38; G01P 13/00; G08B 13/186 опубликован 2005-12-01), которое использует интерференционный волоконно-оптический датчик, в частности интерферометр Саньяка или Майкельсона. Сигналы, указывающие на нарушения, классифицированы, в результате выдается значение тревоги в зависимости от предопределенных критериев. Тревога может быть, например, при детектировании разрыва волокна в конкретной трубе, разрыв волокна в кабеле, при пожаре, утечке трубопровода или вторжении. Система определения местоположения вдоль волокна используется, в том числе для подтверждения сигнала интерферометра и для уменьшения шума. Система датчика определения местоположения содержит волоконно-оптический датчик, такой как фазовый рефлектометрический датчик или датчик па эффекте Брюллиена, который может обнаружить местоположение каждого события. Подобный датчик может быть подключен к первому волокну или к отдельному волокну, проложенному рядом с первым волокном вдоль его длины. Система включает первый волоконно-оптический датчик, который расположен вдоль заданной длины, и который непрерывно обнаруживает нарушения по всей длине, и второй волоконно-оптический датчик, который расположен вдоль сказанной длины и который предназначен для обнаружения нарушения и детектирования местоположения вдоль заданной длины, ответвитель, средства для анализа выходного сигнала сказанного первого волоконно-оптического датчика для выявления обнаруживаемых нарушений, имеющее хотя бы одно средство для анализа выходного сигнала указанного второго волоконно-оптического датчика. Сигнал лазера передается с помощью оптического волокна на ответвитель. Ответвитель разделяет сигнал лазера на две части, которые проходят через оптические волокна 121 и 122. Оптическое волокно 122 ведет к модулятору 140, который модулирует сигнал, проходящий через него. Модулированный сигнал затем направляется через задержку, в качестве которой используется катушка 150, а затем отражается и поступает на ответвитель 160, модулированный сигнал, идущий по 123 движется в обоих направлениях из ответвителя 160 в оптическое волокно 124. Они проходят через фильтр 170, который не пропускает излучение с длинами волн больше, чем длина волны лазерного источника 100. Например, в этом примере, где лазер 100 имеет длину волны 1310 нм, фильтр имеет длину волны отсечки более 1310 нм. При этом отбор становится более эффективным, когда длина волны становится больше. Этот фильтр используется для устранения посторонних длин волн отраженных сигналов.
Недостатком данного изобретения является сложность, поскольку используется два типа сенсоров - один для измерения сигнала в волокне на предмет обнаружения подозрительных воздействий, второй для определения дистанции до этого нарушения. При этом система, используемая для определения расстояния, не содержит фазового детектора-демодулятора, а значит, не позволяет проводить измерения распределения фазы сигнала вдоль кабеля, что ухудшает характеристики системы.
Известна «Система охраны периметра и определения расстояния на основе когерентного рефлектометра» (патент № CN 101441092, МПК: G01D 5/26, опубликован 2009.05.27), в которой изобретение обеспечивает защиту периметров и определение расстояния до нарушения на принципе когерентной рефлектометрии. Система включает источник света, приемник, оптический усилитель, несимметричный (несбалансированный) интерферометр Маха-Цендера и оптический чувствительный кабель. Лазерный луч попадает в интерферометр, где модулируется фаза, затем световое излучение отражается и происходит демодуляция. Амплитуда и фаза сигнала обратно отраженного светового сигнала от участков волокна содержит информацию о воздействии на кабель. Интерферометр демодулирует фазовую информацию. Информация включает в себя амплитудную информацию, связанную с потерями и фазовую информацию, вызванную внешними нарушениями, а несбалансированный интерферометр Маха-Цендера может демодулировать фазовую информацию, реализуя сигнал защиты и местоположения. Интерферометр имеет разницу в плечах больше, чем длина импульса лазера. Изобретение может быть применено для определения безопасности и расположения линии связи, кабеля передачи нефти и газопроводов, вторжения безопасности для защиты важной области и поля деформаций, давления и вибрации обнаружения. Заявлено, что использование широкополосного спектрального источника делает систему стабильной, более простой и дешевой.
Недостатком данного изобретения является то, что отсутствует фазовый демодулятор, что не позволяет проводить восстановление распределения фазы оптического сигнала вдоль кабеля, что в свою очередь ухудшает такие характеристики системы, как точность измерения воздействия, определения точного места воздействия при использовании длинных импульсов.
Данное изобретение является наиболее близким техническим решением заявляемому изобретению, т.е. прототипом.
Задачей данного изобретения является получение распределения фазы оптического сигнала вдоль волокна, что позволяет проводить точное измерение деформационного и вибрационного воздействия на кабель, а также упрощение устройства.
Основным принципом работы когерентного рефлектометра является прием оптического сигнала от обратно отраженных от релеевских центров рассеивания в волокне когерентного излучения. При отражении от множества центров рассеивания излучение интерферирует, что создает шумоподобную интерференционную картину. Далее, сравнивая две картинки, записанные в разные моменты времени, можно определить факт воздействия и записать спектр звукового воздействия на кабель. Также по задержке распространения светового импульса в волокне можно определить местоположение воздействия с точностью до ширины лазерного импульса в пространственном представлении. Одна из проблем заключается в том, что интерференция является следствием взаимодействия множества волн от множества расположенных хаотичных центров рассеивания и потому является стохастической. По этой картинке можно восстановить частоты взаимодействия, но нельзя измерить саму величину воздействия, например, при деформации кабеля. Также одной из проблем из-за стохастической природы отражения внутри волокна является появление участков, где суммарная фаза сигнала такова, что она близка к нулевому значению, а значит, малочувствительна к воздействию. Таким образом, хоть и происходит анализ фазовой картинки, но восстановить саму фазу излучения невозможно обычным способом.
Для того, что определить фазовое распределение излучения вдоль волокна необходимо использовать детектор фазы. В настоящем изобретении для этого используется четырех (или более) точечное восстановление фазы синусоидального когерентного сигнала относительно отрезка того же волокна, находящегося на расстоянии, определенном линией задержки.
Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в том, что в распределенной когерентной рефлектометрической системе используется фазовое детектирование оптического сигнала. Это достигается за счет того, что перед приемником помещается фазовый демодулятор, который представляет собой несбалансированный интерферометр Маха-Цендера, т.е. плечи которого имеют разную длину. Также в одном из плеч интерферометра по варианту 1 установлен фазовый модулятор, например, на ниобате лития, за счет приложения электрического сигнала к которому можно управлять задержкой фазы проходящего излучения. Чтобы измерить разницу фаз прямого сигнала и задержанного с помощью избыточного волокна необходимо подавать на интерферометр сигналы с разной задержкой по фазе. Для однозначного восстановления фазы необходимо подать как минимум четыре состояния с задержками по фазе 0, Pi/4, Pi/2, 3Pi/4. Таким образом, по четырем точкам можно восстановить форму периодического сигнала и восстановить фазу. Также, для увеличения точности восстановления фазы можно использовать более четырех состояний, однако, при этом теряется скорость считывания сигнала, поскольку для его вычисления нужно проводить измерения при большем числе состояний с различными задержками фазы. Для того, чтобы не потерять информацию об амплитуде сигнала, используется дополнительный канал, которые попадает во второй приемник, минуя фазовый демодулятор.
По варианту 2, вместо фазового модулятора используется интерферометр Маха-Цендера с возможностью независимого управления каналами, например, на основе ниобата лития, который может работать, как фазовый модулятор, если прикладывать к нему синфазный электрический сигнал, а также как амплитудный модулятор -затвор, если прикладывать к нему полуволновое напряжение. Совмещая, таким образом, две функции в одном устройстве, для однозначного восстановления фазы и амплитуды можно использовать только один приемник излучения, а, следовательно, упростить устройство с точки зрения использования меньшего числа элементов. Таким образом, для снятия фазового сигнала используется синфазное напряжение, как по варианту 1, а для получения амплитуды сигнала подается запирающее напряжение на модулятор, отключая одно из плеч интерферометра фазового демодулятора.
Для достижения данной задачи по варианту 1 предлагается распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией, содержащая лазерный источник импульсов, оптический приемник, циркулятор, несбалансированный интерферометр Маха-Цендера и оптоволоконный кабель, блок управления и обработки, причем лазерный источник излучения соединен с первым выходом циркулятора, второй выход циркулятора соединен с оптоволоконным кабелем, выход интерферометра Маха-Цендера соединен с оптическим приемником, который электрически соединен с блоком управления и обработки, в которую дополнительно введен оптический ответвитель, второй оптический приемник, при этом третий выход циркулятора соединен с входом оптического ответвителя, первый выход которого соединен с входом несбалансированного интерферометра Маха-Цендера, в одно из плеч которого введен электрооптический фазовый модулятор, второй выход оптического ответвителя соединен со вторым оптическим приемником, соединенным электрически с блоком управления и обработки, управляющий выход которого соединен с электрооптическим фазовым модулятором.
Для достижения данной задачи по варианту 2 предлагается распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией, содержащая лазерный источник импульсов, оптический приемник, циркулятор, несбалансированный интерферометр Маха-Цендера, оптоволоконний кабель и блок управления и обработки, причем выход лазерного источника импульсов соединен с первым выходом циркулятора, второй выход которого соединен с оптоволоконным кабелем, а третий выход соединен с входом несбалансированного интерферометра Маха-Цендера, выход которого соединен с оптическим приемником, который электрически соединен с входом блока управления и обработки, в которую в одно из плеч интерферометра Маха-Цендера введен электрооптический модулятор Маха-Цендера, выполненный с возможностью независимого управления плечами, а второй вход блока управления и обработки соединен с электрооптическим модулятором Маха-Цендера.
На фиг.1 приведена функциональная схема предлагаемой системы по варианту 1.
На фиг.2 приведены функциональная схема предлагаемой системы по варианту 2.
Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (фиг.1) содержит лазерный источник импульсов 1, циркулятор 2, оптоволоконный кабель 3, оптический ответвитель 4, несбалансированный интерферометр Маха-Цендера 5, оптический приемник 6, оптический приемник 7, причем выход лазерного источника импульсов 1 соединен с первым выходом циркулятора 2, второй выход которого соединен с оптоволоконний кабелем 3, а третий выход соединен с входом ответвителя 4, один из выходов которого соединен с входом несбалансированного интерферометра Маха-Цендера 5, выход которого соединен с входом оптического приемника 7, а второй выход ответвителя 4 соединен с входом оптического приемника 6, выходы оптических приемников 6, 7 соединены с соответствующими входами блока обработки и управления 8. Введен электрооптический фазовый модулятор на ниобате лития 9, имеющий независимое управление плечами.
Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией по варианту 2 (фиг.2) содержит лазерный источник импульсов 2.1, циркулятор 2.2, оптоволоконний кабель 2.3, несбалансированный интерферометр Маха-Цендера 2.5, оптический приемник 2.7, причем выход лазерного источника импульсов 2.1 соединен с первым выходом циркулятора 2.2, второй выход которого соединен с оптоволоконний кабелем 2.3, а третий выход соединен с входом несбалансированного интерферометра Маха-Цендера 2.5, выход которого соединен с входом оптического приемника 2.7, выход оптического приемника 2.7 соединен с входом блока управления и обработки 2.8. Введен электрооптический модулятор Маха-Цендера на ниобате лития, имеющий независимое управление плечами 2.9.
Для демодуляции фазы используется несбалансированный (несимметричный) интерферометр Маха-Цендера 5, 2.5, в одном из плеч которого имеется избыточная длина волокна по сравнению с другим плечом-интерферометра.
В одном из плеч интерферометра 5, 2.5 также имеется электрооптический модулятор 9, 2.9,
По варианту 1 электрооптический модулятор представляет собой фазовый модулятор 9. По варианту 2 электрооптический модулятор представляет собой амплитудно-фазовый модулятор 2.9 на основе интерферометра Маха-Цендера, где оба плеча могут управляться независимо друг от друга, с помощью внешнего напряжения. Электрооптический модулятор 2.9 используется в двух режимах: как фазовый модулятор и как амплитудный модулятор-затвор излучения, в зависимости от того в фазе или противофазе подается напряжение на плечи интерферометра.
Устройство работает следующим образом по варианту 1, 2.
Лазерный источник 1, 2.1 испускает импульс излучения, который через циркулятор 2, 2.2 попадает на оптоволоконный кабель 3, 2.3, являющийся чувствительным по отношению к деформации/вибрации. От неоднородностей в оптоволоконном кабеле излучение отражается обратно, проходит вновь через циркулятор 2, 2.2 и попадает в фазовый демодулятор 5, 2.5. Для того, чтобы полностью считать информацию о разнице фаз необходимо провести несколько измерений синусоподобного сигнала. Чем больше точек проведения измерений, тем лучше точность измерения фазы, но при этом уменьшается скорость проведения измерения полного цикла. Экспериментально установлено, что оптимальное число точек измерений является 4. На всех циклах измерения фазы электрооптический модулятор 9, 2.9 работает в качестве фазового модулятора. По варианту 1 для этих целей используется стандартный оптический фазовый модулятор 9, например, на ниобате лития. По варианту 2, это достигается тем, что, используется электрооптический интерферометр с возможностью независимого управления плечами, при этом напряжения на плечах электрооптического интерферометра Маха-Цендера 2.9 устанавливаются равными по знаку и по значению, что дает фазовый сдвиг в одном из плеч фазового демодулятора 2.5. Для измерения фазы, необходимо провести четыре шага измерения. На первом шаге, дополнительная внесенная электрооптическим модулятором 9, 2.9 фазовая задержка равна нулю. На выходе несбалансированного интерферометра 5, 2.5 происходит интерференция прямого луча и задержанного за счет дополнительного участка волокна второго луча. На втором шаге, блок управления и обработки 8, 2.8 подает на интерферометр 9, 2.9 напряжение, необходимое для сдвига фазы Pi/4, на выходе демодулятора 5, 2.5 получаем интерференцию сигнала с дополнительной фазовой задержкой в Pi/4 в одном из плеч. На третьем шаге задержка равна Pi/2, на четвертом шаге 3Pi1/4. Таким образом, получаем четыре значения интенсивностей с демодулятора 5, 2.5, достаточные для того, что бы рассчитать фазу сигнала.
Ниже дана формула дискретного представлению сигнала, каким он и является после захвата с помощью АНН, входящего в блок управления и обработки 8, 2.8:
Здесь, у(n) - амплитуда отклика на приемнике излучения, x(n7) - комплексная величина характеризующая отражение в волокне, h{n) - величина, характеризующая огибающую импульса.
В изобретение используется метод, основанный на детектировании картины интерференции отклика системы с самим собой с задержкой в одном плече кратной времени отсчета АЦП. Тогда, используя данные 4-х отсчетов со сдвигом фазы на π/4 в одном плече, мы можем получить следующие величины интенсивностей:
И из них можно вычислить
Кроме того, помимо четырех этапов необходимых для определения характеристик оптического сигнала по варианту 1 предусмотрен дополнительный измерительный канал, оптический сигнал на который попадает с выхода ответвителя 4 напрямую в оптический приемник 6.
По варианту 2 введен, по крайней мере, один дополнительный этап измерения, который заключается в том, что на электрооптический модулятор 2.9 от блока управления и обработки 2.8 подается разнофазное полуволновое запирающее напряжение, при этом через оптический электрооптический модулятор 2.9 излучение не проходит. Таким образом, излучение проходит только через плечо несбалансированного интерферометра 2.5, которое не содержит электрооптический модулятор 2.9, не претерпевая интерференцию на выходе. Получив амплитуду и фазу сигнала, можно восстановить комплексную амплитуду, и измерить профиль изменения фазы вдоль чувствительного кабеля 3, 2.3 и дает возможность, применяя уравнения свертки, вычислить фазу сигнала.
Оптические компоненты: лазер, оптические модуляторы, оптические ответвители, циркулятор, оптические волокна чувствительного кабеля являются стандартными для телекоммуникационных приложений и рассчитаны на работу на длине волны 1,5 мкм.
Источником излучения может быть полупроводниковый лазер с мощностью десятки милливатт, работающий на длине волны 1.5 мкм. Лазер для создания импульсов может быть модулирован напрямую с помощью модуляции током, или с помощью внешнего модулятора, например, на ниобате лития. Для усиления лазерных импульсов может быть использованы оптические усилители, например, EDFA - усилитель на основе волокна с примесями эрбия. Лазерный источник излучения также может быть выполнен на основе кольцевого лазера.
Используемые оптоволоконные чувствительные кабели являются стандартными для задач телекоммуникаций.
Блок обработки и управления сигналов может быть сделан на основе процессорной техники или программируемых логических матриц (ПЛИС).
Таким образом, заявленное изобретение позволяет решить задачу упрощения устройства и улучшения характеристик за счет фазового детектирования сигнала.
Claims (2)
1. Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией, содержащая лазерный источник импульсов, оптический приемник, циркулятор, несбалансированный интерферометр Маха-Цендера, оптоволоконный кабель, блок управления и обработки, причем лазерный источник излучения соединен с первым выходом циркулятора, второй выход циркулятора соединен с оптоволоконным кабелем, выход интерферометра Маха-Цендера соединен с оптическим приемником, который электрически соединен с блоком управления и обработки, отличающаяся тем, что дополнительно введен оптический ответвитель, второй оптический приемник, при этом третий выход циркулятора соединен с входом оптического ответвителя, первый выход которого соединен с входом несбалансированного интерферометра Маха-Цендера, в одно из плеч которого введен электрооптический фазовый модулятор, а второй выход оптического ответвителя соединен со вторым оптическим приемником, соединенным электрически с блоком управления и обработки, управляющий выход которого соединен с электрооптическим фазовым модулятором.
2. Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией, содержащая лазерный источник импульсов, оптический приемник, циркулятор, несбалансированный интерферометр Маха-Цендера, оптоволоконный кабель и блок управления и обработки, причем выход лазерного источника импульсов соединен с первым выходом циркулятора, второй выход которого соединен с оптоволоконным кабелем, а третий выход соединен с входом несбалансированного интерферометра Маха-Цендера, выход которого соединен с оптическим приемником, который электрически соединен со входом блока управления и обработки, отличающаяся тем, что в одно из плеч интерферометра Маха-Цендера введен электрооптический модулятор Маха-Цендера, выполненный с возможностью независимого управления плечами, а второй вход блока управления и обработки соединен с электрооптическим модулятором Маха-Цендера.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012141689/28A RU2530244C2 (ru) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (варианты) |
| PCT/RU2012/000809 WO2014054963A1 (ru) | 2012-10-02 | 2012-10-05 | Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (варианты) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012141689/28A RU2530244C2 (ru) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (варианты) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012141689A RU2012141689A (ru) | 2014-04-10 |
| RU2530244C2 true RU2530244C2 (ru) | 2014-10-10 |
Family
ID=50435215
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012141689/28A RU2530244C2 (ru) | 2012-10-02 | 2012-10-02 | Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (варианты) |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2530244C2 (ru) |
| WO (1) | WO2014054963A1 (ru) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU172554U1 (ru) * | 2016-11-02 | 2017-07-12 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "АВТОМАТИКА-С" (ООО НПП "Автоматика-С") | Концевой оптоволоконный извещатель |
| WO2018084744A1 (ru) * | 2016-11-02 | 2018-05-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Автоматика-С" | Концевой оптоволоконный извещатель |
| RU2778044C2 (ru) * | 2020-09-28 | 2022-08-12 | Акционерное Общество "Институт "Оргэнергострой" | Способ сигнализации с использованием извещателя охранного волоконно-оптического с линейной частью с комбинированными интерферометрами |
Families Citing this family (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108489594B (zh) * | 2018-03-14 | 2020-02-18 | 中国科学院半导体研究所 | 基于相位生成载波技术的混合型光纤传感系统 |
| CN109459072B (zh) * | 2018-12-06 | 2021-03-26 | 电子科技大学 | 一种基于本振光正交相位调制的相干光时域反射计 |
| KR102141704B1 (ko) | 2019-02-15 | 2020-08-05 | 한국과학기술원 | 전기 펄스를 이용하는 광 위상 검출기, 그리고 이를 포함하는 센싱 시스템 |
| CN113238250B (zh) * | 2021-04-21 | 2024-03-12 | 奥比中光科技集团股份有限公司 | 一种消除屏下杂散光的方法、装置、屏下系统和存储介质 |
| CN113834508B (zh) * | 2021-07-20 | 2023-11-17 | 上海大学 | 基于互注入半导体激光器和非平衡马赫-曾德尔干涉仪的分布式光纤传感系统及其定位方法 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2346235C2 (ru) * | 2004-06-25 | 2009-02-10 | Ньюбрекс Ко., Лтд. | Распределенный оптоволоконный датчик |
| CN101441092A (zh) * | 2008-10-16 | 2009-05-27 | 北京邮电大学 | 基于相干光时域反射的周界防护传感定位系统 |
Family Cites Families (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| FR2889305B1 (fr) * | 2005-07-28 | 2007-10-19 | Sercel Sa | Reseau d'interferometres a fibre optique |
| US7916303B2 (en) * | 2007-11-13 | 2011-03-29 | Optoplan As | Non-uniform sampling to extend dynamic range of interferometric sensors |
-
2012
- 2012-10-02 RU RU2012141689/28A patent/RU2530244C2/ru not_active IP Right Cessation
- 2012-10-05 WO PCT/RU2012/000809 patent/WO2014054963A1/ru active Application Filing
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2346235C2 (ru) * | 2004-06-25 | 2009-02-10 | Ньюбрекс Ко., Лтд. | Распределенный оптоволоконный датчик |
| CN101441092A (zh) * | 2008-10-16 | 2009-05-27 | 北京邮电大学 | 基于相干光时域反射的周界防护传感定位系统 |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU172554U1 (ru) * | 2016-11-02 | 2017-07-12 | ОБЩЕСТВО С ОГРАНИЧЕННОЙ ОТВЕТСТВЕННОСТЬЮ НАУЧНО-ПРОИЗВОДСТВЕННОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "АВТОМАТИКА-С" (ООО НПП "Автоматика-С") | Концевой оптоволоконный извещатель |
| WO2018084744A1 (ru) * | 2016-11-02 | 2018-05-11 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Научно-Производственное Предприятие "Автоматика-С" | Концевой оптоволоконный извещатель |
| RU2778044C2 (ru) * | 2020-09-28 | 2022-08-12 | Акционерное Общество "Институт "Оргэнергострой" | Способ сигнализации с использованием извещателя охранного волоконно-оптического с линейной частью с комбинированными интерферометрами |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| WO2014054963A1 (ru) | 2014-04-10 |
| RU2012141689A (ru) | 2014-04-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2530244C2 (ru) | Распределенная когерентная рефлектометрическая система с фазовой демодуляцией (варианты) | |
| Sun et al. | Distributed fiber-optic vibration sensor using a ring Mach-Zehnder interferometer | |
| WO2018076551A1 (zh) | 能够实现全相位解调的分布式光纤传感系统及其测量方法 | |
| CN105910633B (zh) | 光学传感器及使用方法 | |
| EP1912049B1 (en) | Method and apparatus for acoustic sensing using multiple optical pulses | |
| EP1912050B1 (en) | Method and apparatus for acoustic sensing using multiple optical pulses | |
| EP2976603B1 (en) | Brillouin optical distributed sensing device and method with improved tolerance to sensor failure | |
| Pang et al. | A Fading-Discrimination Method for Distributed Vibration Sensor Using Coherent Detection of $\varphi $-OTDR | |
| Shang et al. | Optical fiber distributed acoustic sensing based on the self-interference of Rayleigh backscattering | |
| JP2005517948A (ja) | 適切な変調を有する光センサ | |
| CN110501062B (zh) | 一种分布式光纤声音传感及定位系统 | |
| EP3219027B1 (en) | Spectrally efficient optical frequency-domain reflectometry using i/q detection | |
| CN105091919B (zh) | 高灵敏度双光纤光缆传感器 | |
| Zhang et al. | A hybrid single-end-access MZI and Φ-OTDR vibration sensing system with high frequency response | |
| Sun et al. | Wideband fully-distributed vibration sensing by using UWFBG based coherent OTDR | |
| Yu et al. | Distributed optical fiber vibration sensing using phase-generated carrier demodulation algorithm | |
| Liu et al. | Phase sensitive distributed vibration sensing based on ultraweak fiber Bragg grating array using double-pulse | |
| Yuan et al. | An anti-noise composite optical fiber vibration sensing system | |
| KR101889351B1 (ko) | 유효 측정점 개수가 확대된 공간선택적 브릴루앙 분포형 광섬유 센서 및 브릴루앙 산란을 이용한 센싱 방법 | |
| RU2532562C1 (ru) | Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий | |
| Yuan et al. | Fiber-optic sensor for acoustic localization | |
| CN112880711A (zh) | 一种基于双脉冲调制的分布式光纤传感方法及系统 | |
| RU123518U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство акустического мониторинга протяженных объектов | |
| RU2624594C1 (ru) | Способ оценки вибрационных или акустических сигналов вдоль протяженных объектов на базе волоконно-оптического когерентного рефлектометра с амплитудной и фазовой модуляцией зондирующего излучения | |
| Li et al. | Study on multi‐time reflection induced by in‐line fiber connector in engineering applied distributed single‐fiber interferometer sensing system |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20161003 |