RU2568417C1 - Method to monitor field of vibrations and device for its realisation - Google Patents
Method to monitor field of vibrations and device for its realisation Download PDFInfo
- Publication number
- RU2568417C1 RU2568417C1 RU2014131631/28A RU2014131631A RU2568417C1 RU 2568417 C1 RU2568417 C1 RU 2568417C1 RU 2014131631/28 A RU2014131631/28 A RU 2014131631/28A RU 2014131631 A RU2014131631 A RU 2014131631A RU 2568417 C1 RU2568417 C1 RU 2568417C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- phase
- optical fiber
- frequency
- optical
- frequency difference
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Предложение относится к информационно-измерительным системам и может применяться для вибромониторинга протяженных, площадных или трехмерных объектов в различных областях промышленности и строительства (мониторинг скважин, трубопроводов, мостов) и охраны периметров.The proposal relates to information-measuring systems and can be used for vibration monitoring of extended, area or three-dimensional objects in various fields of industry and construction (monitoring of wells, pipelines, bridges) and perimeter protection.
Известен способ обнаружения нарушителей по создаваемой ими вибрации (патент US 5194847, 1993), состоящий в генерировании когерентных лазерных импульсов, вводе этих импульсов в чувствительное волокно, соединенное с контролируемым объектом, приему рассеянного в обратном направлении излучения и выработке сигналов воздействия на основе изменений в обратно рассеянном сигнале. Соответствующее устройство называют когерентным или фазочувствительным рефлектометром, который позволяет определять наличие вибраций во множестве виртуальных каналов дальности (Горшков Б.Г., Парамонов В.М., Курков А.С., Кулаков А.Т., Зазирный М.В. Распределенный датчик внешнего воздействия на основе фазочувствительного волоконного рефлектометра. Квантовая электроника. 2006. Т. 36. №10. С. 963-965).A known method of detecting intruders by the vibration they create (patent US 5194847, 1993), which consists in generating coherent laser pulses, injecting these pulses into a sensitive fiber connected to a controlled object, receiving radiation scattered in the opposite direction and generating exposure signals based on changes in the opposite scattered signal. The corresponding device is called a coherent or phase-sensitive reflectometer, which allows you to determine the presence of vibrations in many virtual range channels (Gorshkov B.G., Paramonov V.M., Kurkov A.S., Kulakov A.T., Zazirny M.V. Distributed sensor external influence based on a phase-sensitive fiber reflectometer. Quantum Electronics. 2006. V. 36. No. 10. S. 963-965).
Указанный способ конкретизирован в патенте RU 2287131, 2006, как способ мониторинга состояния протяженных объектов, включающий оснащение чувствительным оптическим волокном протяженного объекта, производство последовательности когерентных оптических импульсов длительностью T с шириной спектра порядка 1/T и временным интервалом T1 между импульсами, организацию рефлектометрического канала и подачу указанных импульсов в чувствительное оптическое волокно длиной L, регистрацию амплитуды сигналов обратного рассеяния, сравнительный анализ указанных сигналов обратного рассеяния в последовательных рефлектограммах и выделение в них локальных изменений, указывающих на наличие факта воздействия на протяженный объект, а координату местоположения воздействия, обусловленного наличием выделенных локальных изменений, по длине чувствительного оптического волокна определяют положением этих изменений на рефлектограмме, при этом соблюдают условие, согласно которому длина L чувствительного оптического волокна такова, что временной интервал T1 между импульсами превосходит величину 2L/V, где V - скорость света в чувствительном оптическом волокне, а регистрацию амплитуды сигналов обратного рассеяния осуществляют фотоприемником с временным разрешением не хуже длительности импульса Т.The specified method is specified in patent RU 2287131, 2006, as a method for monitoring the state of extended objects, including equipping an extended object with a sensitive optical fiber, producing a sequence of coherent optical pulses of duration T with a spectrum width of the order of 1 / T and a time interval T 1 between pulses, organization of a reflectometer channel and supplying said pulses to a sensitive optical fiber of length L, registering the amplitude of the backscattering signals, a comparative analysis of the decree of backscattering signals in successive reflectograms and the identification of local changes in them, indicating the presence of an effect on an extended object, and the coordinate of the location of the effect due to the presence of distinguished local changes along the length of the sensitive optical fiber is determined by the position of these changes on the reflectogram, while observing the condition whereby the length L of the optical fiber sensor such that the time interval between the pulses T 1 exceeds 2L / V value de V - velocity of light in the sensitive optical fiber, and recording backscattered signal amplitude photodetector performed with a time resolution better than the pulse duration T.
Недостаток названных известных способов состоит в том, что каждый из виртуальных каналов измерения (по дальности) обладает собственной, в общем случае случайной чувствительностью, связанной с двумя случайными параметрами: крутизной модуляционной характеристики и положением рабочей точки на этой характеристике. Информация о фазовых воздействиях на волокно получается сильно искаженной, а в ряде ситуаций утраченной (например, когда воздействие приходится на участок модуляционной характеристики с нулевой крутизной).The disadvantage of these known methods is that each of the virtual measurement channels (in range) has its own, in the general case, random sensitivity associated with two random parameters: the slope of the modulation characteristic and the position of the operating point on this characteristic. Information on the phase effects on the fiber is strongly distorted, and in some situations lost (for example, when the impact falls on the section of the modulation characteristic with zero slope).
Известно устройство, позволяющее управлять положением рабочей точки виртуального интерферометра (патент RU 2477838, 2013). Оно позволяет, управляя фазой в фазомодулированном зондирующем импульсе, за счет получения информации в течение трех реализаций получать один отсчет, несущий информацию о реальном фазовом сдвиге. Недостаток состоит в том, что втрое снижается частотный диапазон. Кроме того, в течение указанных трех реализаций не допускается быстрое изменение измеряемой фазы, в противном случае возможны значительные ошибки.A device is known that allows you to control the position of the operating point of a virtual interferometer (patent RU 2477838, 2013). It allows, by controlling the phase in a phase-modulated probe pulse, by obtaining information during three realizations, to obtain one sample carrying information about the real phase shift. The disadvantage is that the frequency range is reduced threefold. In addition, during these three implementations, a rapid change in the measured phase is not allowed, otherwise significant errors are possible.
Указанный недостаток устранен в решении, раскрытом в источнике информации (публикация WO 2010/136810 по заявке PCT/GB 2010/050889). Разнесение сигналов по фазе при анализе одной реализации выполнено на основе использования оптического гибрида, представляющего собой разветвитель 3×3. Однако способ разнесения сигналов по фазе, использованный в указанном известном решении (источник информации WO 2010/136810), имеет пониженную чувствительность, что связано с незначительностью (малостью) сигналов рассеяния и необходимостью разделения их на 3 отдельных фотоприемника. В свою очередь, увеличение сигналов рассеяния за счет увеличения мощности зондирующих импульсов возможно только до некоторых пределов, ограниченных наступлением нелинейных процессов в оптическом волокне (обычно около 200 мВт для контролируемого волокна длиной более 10 км).This drawback is eliminated in the solution disclosed in the source of information (publication WO 2010/136810 on the application PCT / GB 2010/050889). The phase separation of the signals in the analysis of one implementation is based on the use of an optical hybrid, which is a 3 × 3 splitter. However, the phase separation method of the signals used in the indicated well-known solution (information source WO 2010/136810) has a reduced sensitivity, which is associated with the insignificance (smallness) of the scattering signals and the need to separate them into 3 separate photodetectors. In turn, an increase in scattering signals due to an increase in the power of probe pulses is possible only up to certain limits limited by the onset of nonlinear processes in the optical fiber (usually about 200 mW for a controlled fiber longer than 10 km).
Известно устройство для зондирования и мониторинга трафика в любом месте вдоль протяженных объектов, например дороги длиной 5 км (US 7652245, 2010). Оно содержит чувствительное волокно, в которое вводятся два импульса оптического излучения различной частоты с разностью Ω. Принимается сигнал рэлеевского рассеяния, который дискретизируется (оцифровывается) трижды на одном интервале времени, соответствующем элементу разрешения по длине волокна, таким образом, чтобы получить наибольший сигнал частоты Ω. Технический результат при этом состоит в том, что удается исключить замирание (фединг), связанный с неудачным положением рабочей точки виртуальных интерферометров относительно модуляционной характеристики.A device is known for sensing and monitoring traffic anywhere along extended objects, for example, a road 5 km long (US 7652245, 2010). It contains a sensitive fiber into which two pulses of optical radiation of different frequencies with a difference of Ω are introduced. A Rayleigh scattering signal is received, which is sampled (digitized) three times in one time interval corresponding to the resolution element along the fiber length, so as to obtain the largest frequency signal Ω. The technical result in this case is that it is possible to eliminate the fading (fading) associated with the unsuccessful position of the operating point of the virtual interferometers relative to the modulation characteristic.
Задачей настоящего предложения (группы технических решений, связанных между собой единым изобретательским замыслом) является разработка способа контроля поля вибраций и устройства для его осуществления, позволяющих поднять чувствительность и точность определения фазовых сдвигов виртуальных чувствительных элементов в составе распределенного датчика вибраций на основе фазочувствительного (когерентного) рефлектометра.The objective of this proposal (a group of technical solutions interconnected by a single inventive concept) is to develop a method for controlling the vibration field and a device for its implementation, which can increase the sensitivity and accuracy of determining phase shifts of virtual sensitive elements in a distributed vibration sensor based on a phase-sensitive (coherent) reflectometer .
Технический результат состоит в повышении информативности распределенного измерения вибраций с получением истинного изменения фазового набега, что выражается при выполнении охранных функций в снижении вероятности ложных срабатываний при обнаружении вибрационных воздействий и/или повышении вероятности правильного обнаружения таких воздействий. Кроме того, получение фазовой информации предельно облегчает создание фазированных акустических антенных решеток.The technical result consists in increasing the information content of the distributed vibration measurement with obtaining a true change in the phase incursion, which is expressed when performing security functions in reducing the likelihood of false alarms when detecting vibration effects and / or increasing the likelihood of correct detection of such effects. In addition, obtaining phase information greatly facilitates the creation of phased acoustic antenna arrays.
Технический результат в отношении объекта изобретения - способа достигается тем, что в соответствии с предложенным способом контроль поля вибраций протяженного, площадного или трехмерного объекта заключается в размещении оптического волокна в механической связи с контролируемым объектом, генерировании импульсной зондирующей посылки, содержащей две оптические частоты с разностью частот F, длительностью импульса T, близкой к 2L/c,The technical result in relation to the object of the invention - the method is achieved by the fact that in accordance with the proposed method, the control of the vibration field of an extended, areal or three-dimensional object consists in placing the optical fiber in mechanical communication with the controlled object, generating a pulsed probe package containing two optical frequencies with a frequency difference F, pulse duration T close to 2L / s,
где L - потребное пространственное разрешение;where L is the required spatial resolution;
c - скорость света в оптическом волокне, вводе импульсной зондирующей посылки в указанное оптическое волокно, фотоприеме рассеянного в обратном направлении оптического излучения с полосой частот не менее разности частот F с получением рефлектограммы, извлечении информации о воздействии на оптическое волокно из фазы гармоники частотой, равной разности частот F, содержащейся в указанной рефлектограмме.c is the speed of light in an optical fiber, inputting a pulsed probing package into the specified optical fiber, photo-reception of backscattered optical radiation with a frequency band of at least frequency difference F to obtain a trace, extracting information about the effect on the optical fiber from the harmonic phase with a frequency equal to the difference frequencies F contained in the indicated trace.
Способствует достижению технического результата то, что:Contributes to the achievement of the technical result that:
- введение импульсной зондирующей посылки, содержащей две оптические частоты с разностью частот F, осуществляют в виде одного импульса или в виде двух импульсов;- the introduction of a pulse probe package containing two optical frequencies with a frequency difference F, is carried out in the form of a single pulse or in the form of two pulses;
- разность частот F выбирают из условия F=(2…50)Т-1.- the frequency difference F is selected from the condition F = (2 ... 50) T -1 .
Технический результат в отношении объекта изобретения - устройства достигается тем, что устройство для контроля поля вибраций протяженного, площадного или трехмерного объекта содержит одномодовое оптическое волокно значительной длины, имеющее механическую связь с объектом контроля, импульсный лазер, связанный с одномодовым оптическим волокном значительной длины через последовательно установленные и связанные между собой фазовый модулятор и ответвитель (циркулятор), блок приема и обработки рассеянного в обратном направлении излучения в виде вычислителя, связанного с ответвителем (циркулятором) через последовательно установленные и соединенные между собой аналого-цифровой преобразователь, фазовый детектор и фотоприемник, при этом устройство снабжено драйвером, связанным с фазовым модулятором и синхронизированным с импульсным лазером.The technical result in relation to the object of the invention - the device is achieved in that the device for controlling the vibration field of an extended, areal or three-dimensional object contains a single-mode optical fiber of considerable length, having mechanical connection with the control object, a pulsed laser connected with a single-mode optical fiber of significant length through sequentially installed and interconnected phase modulator and coupler (circulator), a unit for receiving and processing radiation scattered in the opposite direction tions as a calculator, associated with the coupler (circulator) through successively mounted and connected between an analog-digital converter, a phase detector and a photodetector, wherein the device is provided with a driver associated with a phase modulator in synchronization with a pulsed laser.
Способствует достижению технического результата то, что:Contributes to the achievement of the technical result that:
- фазовый модулятор выполнен электрооптическим;- phase modulator is made electro-optical;
- импульсный лазер имеет стабильность частоты не хуже (0,001-0,01)T-1;- a pulsed laser has a frequency stability of at least (0.001-0.01) T -1 ;
- импульсный лазер выполнен в виде комбинации непрерывный лазер-амплитудный модулятор-волоконный усилитель.- a pulsed laser is made in the form of a combination of a continuous laser-amplitude modulator-fiber amplifier.
Техническая сущность способа иллюстрируется фиг. 1, на которой показана кривая 1, относящаяся к известным способам (например, RU 2287131), в которых имеется типичная рефлектограмма, получаемая от когерентного рефлектометра, а локальные изменения сигнала в рефлектограмме обозначены позициями (исходный - 1, в результате воздействия - 2).The technical nature of the method is illustrated in FIG. 1, which shows curve 1 related to known methods (for example, RU 2287131), in which there is a typical trace obtained from a coherent reflectometer, and local changes in the signal in the trace are indicated by positions (initial - 1, as a result of exposure - 2).
Позициями 3, 4 на фиг. 1 обозначены локальные изменения сигнала в рефлектограмме (исходный - 3, в результате воздействия - 4), при получении которой применен предлагаемый способ. Позицией 5 обозначен один элемент пространственного разрешения.Positions 3, 4 in FIG. 1 indicates local changes in the signal in the trace (initial - 3, as a result of exposure - 4), upon receipt of which the proposed method was applied. Position 5 denotes one element of spatial resolution.
Характерная изрезанность рефлектограммы 1 (относящейся к известному способу) во времени соответствует длительности зондирующего импульса и требуемому пространственному разрешению измерений, а также полосе фотоприемника, используемого для детектирования. Всякое фазовое воздействие на один измерительный канал (элемент пространственного разрешения 5) приводит к локальным изменениям сигнала в рефлектограмме (позиция 2). Ввиду случайного положения рабочей точки на модуляционной характеристике виртуального измерительного канала знак воздействия и его абсолютную величину определить невозможно, при этом фиксируется факт и координата воздействия.The characteristic ruggedness of trace 1 (relating to the known method) in time corresponds to the duration of the probe pulse and the required spatial resolution of the measurements, as well as the strip of the photodetector used for detection. Any phase effect on one measuring channel (spatial resolution element 5) leads to local changes in the signal in the trace (position 2). Due to the random position of the operating point on the modulation characteristic of the virtual measuring channel, the sign of the impact and its absolute value cannot be determined, while the fact and coordinate of the effect are recorded.
Ввиду наличия двух частот в зондирующей посылке рефлектограмма оказывается промодулированной разностной частотой F. Для получения указанной рефлектограммы фотоприем должен быть выполнен в полосе сигнала не хуже указанной разностной частоты F. В случае воздействия на оптическое волокно, характеризуемого изменением фазового сдвига рассеянного поля на Δµ радиан, на одном элементе пространственного разрешения, обозначенном позицией цифрой 5, происходит сдвиг гармоники разностной частоты F приблизительно на тот же фазовый угол Δµ радиан. При этом в иных виртуальных измерительных каналах изменения фазы указанной гармоники не происходит.Due to the presence of two frequencies in the probe package, the trace is modulated by the difference frequency F. To obtain the indicated trace, the photo reception must be performed in the signal band no worse than the specified difference frequency F. In the case of an optical fiber characterized by a change in the phase shift of the scattered field by Δµ radian, by one spatial resolution element, indicated by the number 5, the harmonic of the difference frequency F is shifted by approximately the same phase angle Δµ radian. Moreover, in other virtual measuring channels, a phase change of the specified harmonic does not occur.
Устройство, реализующее предлагаемый способ, показано на фиг. 2. Устройство содержит оптическое волокно 6 значительной длины, имеющее механическую связь с объектом вибромониторинга (протяженным, площадным или трехмерным). Импульсный лазер 7 связан с оптическим волокном 6 значительной длины через последовательно установленные и соединенные между собой фазовый модулятор 8 и ответвитель (или циркулятор) 9. Фотоприемник 10 также связан с оптическим волокном 6 значительной длины через ответвитель (циркулятор) 9. К фотоприемнику 10 присоединен фазовый детектор 11, с которым через аналого-цифровой преобразователь 12 связан вычислитель 13. Кроме того, в устройство введен синхронизированный с импульсным лазером 7 драйвер 14, связанный с фазовым модулятором 8 для управления последним.A device implementing the proposed method is shown in FIG. 2. The device contains an optical fiber 6 of considerable length, having a mechanical connection with the object of vibration monitoring (extended, areal or three-dimensional). A pulsed laser 7 is connected to an optical fiber 6 of a considerable length through a phase modulator 8 and a coupler (or circulator) 9 connected in series and connected to each other 9. A photodetector 10 is also connected to an optical fiber 6 of a considerable length through a coupler (circulator) 9. A phase detector is connected to a photodetector 10 a detector 11, to which a calculator 13 is connected via an analog-to-digital converter 12. In addition, a driver 14 connected to a phase modulator 8 for controlling the last one.
Способ осуществляется при работе устройства следующим образом. В оптическое волокно направляется импульсная зондирующая посылка, содержащая две различных оптических частоты с разностной частотой F. Длительность посылки определяет пространственное разрешение рефлектометра. Фотоприем должен осуществляться в диапазоне частот, не менее указанной разностной частоты F. Рефлектограмма при этом содержит гармонику разностной частоты, и полезная информация о фазовых сдвигах, происходящих в виртуальных оптических каналах, извлекается из фазы сигнала разностной частоты, содержащейся в рефлектограмме. При этом рассеянный сигнал принимается единственным фотоприемником, что способствует достижению максимально возможного отношения сигнал/шум. Кроме того, поскольку в итоге извлекается фазовая информация о воздействии на волокно, возможны непосредственные измерения, сохраняющие знак воздействия и масштаб (фазовый сдвиг в рефлектограмме на Δµ радиан соответствует измеряемому воздействию также величиной Δµ радиан).The method is carried out when the device is operated as follows. A pulsed sounding packet is sent to the optical fiber, containing two different optical frequencies with a difference frequency F. The duration of the packet determines the spatial resolution of the reflectometer. Photo reception should be carried out in a frequency range not less than the specified difference frequency F. The trace contains the harmonic of the difference frequency, and useful information about the phase shifts occurring in the virtual optical channels is extracted from the phase of the difference frequency signal contained in the trace. In this case, the scattered signal is received by a single photodetector, which helps to achieve the maximum possible signal-to-noise ratio. In addition, since the phase information on the effect on the fiber is retrieved as a result, direct measurements are possible that preserve the sign of the effect and the scale (the phase shift in the reflectogram by Δµ radian also corresponds to the measured effect by Δµ radian).
Таким образом, предлагаемый способ контроля поля вибраций протяженного, площадного или трехмерного объекта включает в себя следующие операции:Thus, the proposed method of controlling the vibration field of an extended, areal or three-dimensional object includes the following operations:
- размещение оптического волокна в механической связи с контролируемым объектом;- placement of the optical fiber in mechanical communication with the controlled object;
- генерирование импульсной зондирующей посылки длительностью T, близкой к 2L/c,- the generation of a pulsed sounding package of duration T, close to 2L / c,
где L - требуемое пространственное разрешение;where L is the required spatial resolution;
c - скорость света в оптическом волокне;c is the speed of light in an optical fiber;
- ввод зондирующей посылки в указанное оптическое волокно;- the introduction of a probe package in the specified optical fiber;
- фотоприем рассеянного в обратном направлении оптического излучения с полосой частот не менее F с получением рефлектограммы;- photo-reception of backscattered optical radiation with a frequency band of at least F to obtain reflectograms;
- извлечение полезной информации о воздействии на волокно из фазы гармоники с частотой F, содержащейся в указанной рефлектограмме.- extracting useful information about the effect on the fiber from the phase of the harmonic with a frequency F contained in the specified trace.
В конкретном случае указанная зондирующая посылка может представлять собой два импульса, в каждом из которых содержится отдельная гармоника с разностью частот между импульсами Ф.In a specific case, the specified sounding package can be two pulses, each of which contains a separate harmonic with a frequency difference between the pulses F.
В другом конкретном случае реализации зондирующая посылка может представлять собой один импульс, первая половина которого имеет одну частоту, а вторая - другую, при разности частот F.In another specific implementation case, the sounding package may be one pulse, the first half of which has one frequency, and the second half of the other, with a frequency difference F.
Разностная частота F выбирается из условия F=(2…50)Т-1 с тем, чтобы на участке рефлектограммы, соответствующем одному виртуальному каналу (элементу пространственного разрешения), помещалось 2…50 полных колебаний, по которым определяется фаза, содержащая измерительную информацию.The difference frequency F is selected from the condition F = (2 ... 50) T -1 so that 2 ... 50 full oscillations are placed on the trace portion corresponding to one virtual channel (spatial resolution element), by which the phase containing the measurement information is determined.
Применение предложенного способа позволяет определить как факт и место воздействия, так и его величину и знак (увеличение или уменьшение фазы) в каждом виртуальном измерительном канале. Это дает возможность классификации воздействий, а также создания фазированных антенных решеток.Application of the proposed method allows to determine both the fact and the place of exposure, and its magnitude and sign (increase or decrease in phase) in each virtual measuring channel. This makes it possible to classify effects, as well as to create phased antenna arrays.
Устройство работает следующим образом. Оптическое волокно 6 имеет механическую связь с контролируемым объектом. Импульсный лазер 7 генерирует лазерное излучение со стабильностью частоты от импульса к импульсу в пределах (0,001-0,01)Т-1. Это излучение поступает в фазовый модулятор 8, на который от драйвера 14 поступает электрический сигнал треугольной формы, центрированный относительно середины оптического импульса. Благодаря линейной фазовой модуляции возникают две оптические частоты - одна в первой половине импульса, вторая - во второй половине. Тем самым формируется импульсная зондирующая посылка, данная в описании способа. Посредством направленного ответвителя (циркулятора) 9 эта посылка вводится в оптическое волокно 6, имеющее механическую связь с объектом контроля (мониторинга). Рассеянное в обратном направлении излучение после фотоприемника 10 представляет собой изрезанную рефлектограмму, содержащую преимущественно разностную частоту F. Как это описано выше, фаза гармоники этой частоты есть искомый параметр. Фазовый детектор 11 определяет фазу сигнала, а аналого-цифровой преобразователь 12 преобразует сигналы в цифровую форму для передачи данных в вычислитель 13. Последний выполняет операции разделения сигналов по виртуальным каналам дальности, управляет импульсным лазером 7, драйвером 14 и выдает опорный сигнал для работы фазового детектора 11.The device operates as follows. The optical fiber 6 has a mechanical connection with the controlled object. The pulsed laser 7 generates laser radiation with frequency stability from pulse to pulse in the range (0.001-0.01) T -1 . This radiation enters the phase modulator 8, which receives from the driver 14 an electric signal of a triangular shape, centered relative to the middle of the optical pulse. Due to linear phase modulation, two optical frequencies arise - one in the first half of the pulse, the second in the second half. Thus, a pulse sounding package is formed, given in the description of the method. By means of a directional coupler (circulator) 9, this package is introduced into the optical fiber 6, which is mechanically connected with the object of control (monitoring). The radiation scattered in the opposite direction after the photodetector 10 is a rugged reflectogram containing mainly the difference frequency F. As described above, the phase of the harmonic of this frequency is the desired parameter. The phase detector 11 determines the phase of the signal, and the analog-to-digital converter 12 converts the signals into digital form for transmitting data to the calculator 13. The latter performs the operations of signal separation by virtual distance channels, controls the pulsed laser 7, the driver 14, and provides a reference signal for the phase detector to work eleven.
Чувствительное оптическое волокно 6 должно быть одномодовым. Импульсный лазер 7 должен обладать высокой стабильностью оптической частоты от импульса к импульсу, предпочтительно абсолютная стабильность частоты должна быть не хуже (0,001-0,01)Т-1. В качестве импульсного лазера 7 может быть использовано сочетание: непрерывный полупроводниковый лазер-амплитудный модулятор-эрбиевый волоконный оптический усилитель. Фазовый модулятор 8 должен быть быстродействующим, поэтому предпочтительно использование электрооптического модулятора. Фотоприемник 10 может быть выполнен на основе p-i-n или лавинного фотодиода с трансимпедансным усилителем. Фазовый детектор 11 и аналого-цифровой преобразователь 12, так же как и вычислитель 13 являются стандартными электронными изделиями. Драйвер 14 фазового модулятора 8 должен быть синхронизован с импульсным лазером 7.Sensitive optical fiber 6 must be single-mode. The pulsed laser 7 should have high optical frequency stability from pulse to pulse, preferably the absolute frequency stability should be no worse than (0.001-0.01) T -1 . As a pulsed laser 7 can be used a combination of: a continuous semiconductor laser-amplitude modulator-erbium fiber optical amplifier. The phase modulator 8 must be fast-acting, so it is preferable to use an electro-optical modulator. The photodetector 10 may be made on the basis of a pin or an avalanche photodiode with a transimpedance amplifier. Phase detector 11 and analog-to-digital converter 12, as well as calculator 13, are standard electronic products. The driver 14 of the phase modulator 8 must be synchronized with a pulsed laser 7.
Применение предложенной группы изобретений позволяет повысить достоверность результатов вибромониторинга протяженных, площадных или объемных объектов, снизить вероятность ложных срабатываний при выполнении охранных функций, повысить качество информации при сейсморазведке, в частности, при вертикальном сейсмическом профилировании нефтяных и газовых скважин.The application of the proposed group of inventions can improve the reliability of the results of vibration monitoring of extended, areal or volumetric objects, reduce the likelihood of false positives when performing security functions, improve the quality of information during seismic exploration, in particular, with vertical seismic profiling of oil and gas wells.
Claims (8)
где L - потребное пространственное разрешение;
c - скорость света в оптическом волокне,
вводе импульсной зондирующей посылки в указанное оптическое волокно, фотоприеме рассеянного в обратном направлении оптического излучения с полосой частот не менее разности частот F с получением рефлектограммы, извлечении информации о воздействии на оптическое волокно из фазы гармоники частотой, равной разности частот F, содержащейся в указанной рефлектограмме.1. The method of controlling the vibration field of an extended, areal or three-dimensional object, which consists in placing the optical fiber in mechanical communication with the controlled object, generating a pulsed probing package of duration T, containing two optical frequencies with a frequency difference F, and the duration T is close to 2L / c,
where L is the required spatial resolution;
c is the speed of light in an optical fiber,
introducing a pulsed probe package into the specified optical fiber, photo-reception of backward-scattered optical radiation with a frequency band of at least a frequency difference F to obtain a reflectogram, extracting information about the effect on the optical fiber from the harmonic phase with a frequency equal to the frequency difference F contained in the indicated reflectogram.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131631/28A RU2568417C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method to monitor field of vibrations and device for its realisation |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014131631/28A RU2568417C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method to monitor field of vibrations and device for its realisation |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2568417C1 true RU2568417C1 (en) | 2015-11-20 |
Family
ID=54597963
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014131631/28A RU2568417C1 (en) | 2014-07-31 | 2014-07-31 | Method to monitor field of vibrations and device for its realisation |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2568417C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2715176C1 (en) * | 2019-04-09 | 2020-02-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "16 Центральный научно-исследовательский испытательный ордена Красной Звезды институт имени маршала войск связи А.И. Белова" Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for assessing acoustic environment of inspected object |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4577508A (en) * | 1983-10-25 | 1986-03-25 | International Business Machines Corporation | Optical vibration analyzer |
| RU2271446C1 (en) * | 2004-07-27 | 2006-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Vibroacoustic elongated object characteristics monitoring device |
| RU2287131C1 (en) * | 2005-09-06 | 2006-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Method for monitoring status of extensive objects, primarily, product lines, and device for realization of said method |
| RU2477838C1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Coherent optical reflectometer for detecting vibration action |
| RU2012128666A (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | METHOD AND SYSTEM FOR OBSERVING LAND MOVEMENT OF MOBILE OBJECTS WITHIN THE ESTABLISHED AERODROME ZONE |
-
2014
- 2014-07-31 RU RU2014131631/28A patent/RU2568417C1/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4577508A (en) * | 1983-10-25 | 1986-03-25 | International Business Machines Corporation | Optical vibration analyzer |
| RU2271446C1 (en) * | 2004-07-27 | 2006-03-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Vibroacoustic elongated object characteristics monitoring device |
| RU2287131C1 (en) * | 2005-09-06 | 2006-11-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроЛайт" | Method for monitoring status of extensive objects, primarily, product lines, and device for realization of said method |
| RU2477838C1 (en) * | 2011-10-28 | 2013-03-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Coherent optical reflectometer for detecting vibration action |
| RU2012128666A (en) * | 2012-07-09 | 2014-01-20 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | METHOD AND SYSTEM FOR OBSERVING LAND MOVEMENT OF MOBILE OBJECTS WITHIN THE ESTABLISHED AERODROME ZONE |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2715176C1 (en) * | 2019-04-09 | 2020-02-25 | Федеральное государственное бюджетное учреждение "16 Центральный научно-исследовательский испытательный ордена Красной Звезды институт имени маршала войск связи А.И. Белова" Министерства обороны Российской Федерации | Apparatus for assessing acoustic environment of inspected object |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10247584B2 (en) | Fibre optic distributed sensing | |
| US10048115B2 (en) | Optical sensor and method of use | |
| US7859654B2 (en) | Frequency-scanned optical time domain reflectometry | |
| CN107664541A (en) | A kind of distributed optical fiber vibration and Temperature fusion sensor-based system and method | |
| CN105509868B (en) | Phase sensitive optical time domain reflection distributed fiber-optic sensor system phase calculation method | |
| CN102645236B (en) | BOTDA (Brillouin Optical Time-domain Analyzer) system based on comb frequency spectrum continuous probe beam | |
| CN108415067B (en) | Earthquake wave measuring system based on microstructure optical fiber distributed acoustic wave sensing | |
| CN105067103A (en) | Vibration detection device and method based on optical frequency domain reflectometer | |
| CN105606196A (en) | High-frequency vibration measurement distributed fiber sensing system based on frequency division multiplexing technology | |
| Chen et al. | Distributed fiber-optic acoustic sensor with sub-nano strain resolution based on time-gated digital OFDR | |
| CN102645268A (en) | Optical frequency division multiplexing phase-sensitive optical time domain reflectometer | |
| JP7435160B2 (en) | Optical fiber vibration detection device and vibration detection method | |
| KR20110075680A (en) | Apparatus and method of distributed fiber sensor using brillouin optical time domain analysis based on brillouin dynamic grating | |
| CN114543973B (en) | Distributed ultrahigh frequency vibration signal measurement method and optical fiber sensor | |
| CN108519147A (en) | Multiple light courcess phase sensitive optical time domain reflectometer and its method | |
| Liu et al. | Distributed acoustic sensing with Michelson interferometer demodulation | |
| Sun et al. | Wideband fully-distributed vibration sensing by using UWFBG based coherent OTDR | |
| RU2532562C1 (en) | Distributed sensor of acoustic and vibration actions | |
| CA2917284A1 (en) | System and method of distributed sensing on optical fiber based on stimulated brillouin scattering | |
| Handerek et al. | Improved optical power budget in distributed acoustic sensing using enhanced scattering optical fibre | |
| CN110806259A (en) | Device for high-frequency disturbance positioning and detection of optical fiber sensing | |
| RU2568417C1 (en) | Method to monitor field of vibrations and device for its realisation | |
| US11143528B2 (en) | Optical fiber sensor and analysis method | |
| Zhou et al. | A lateral locating method for optical fiber distributed intrusion sensing system | |
| CN107167225A (en) | A kind of distributed optical fiber stress and the sensor-based system and its method for sensing of vibration |