RU2650853C1 - Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity - Google Patents

Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity Download PDF

Info

Publication number
RU2650853C1
RU2650853C1 RU2017105275A RU2017105275A RU2650853C1 RU 2650853 C1 RU2650853 C1 RU 2650853C1 RU 2017105275 A RU2017105275 A RU 2017105275A RU 2017105275 A RU2017105275 A RU 2017105275A RU 2650853 C1 RU2650853 C1 RU 2650853C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
frequency
optical
radiation
channels
Prior art date
Application number
RU2017105275A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Евгений Тарасович Нестеров
Алексей Борисович Пнёв
Андрей Владимирович Киреев
Константин Викторович Степанов
Андрей Андреевич Жирнов
Валерий Ефимович Карасик
Дмитрий Алексеевич Шелестов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2017105275A priority Critical patent/RU2650853C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2650853C1 publication Critical patent/RU2650853C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01DMEASURING 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
    • G01D5/00Mechanical 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

Abstract

FIELD: measurement.
SUBSTANCE: invention relates to distributed vibro-acoustic fiber-optic sensor systems. A fiber-optic distributed vibro-acoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer contains narrow-band radiation source, fiber-optic amplifier that amplifies source radiation, acoustic-optical modulator operating in pulsed mode and introducing frequency shift into optical radiation, fiber optic splitter on M channels in case of M>1, each channel consisting of optical fiber, circulator and fiber optic erbium amplifier in receiving part of channel, amplifier of narrowband optical filter and further photodetector module with output to channel of multichannel ADC with input quantity of not less than number of channels involved. Thus, outputs of all channels are connected to their inputs of multichannel ADC. At output of ADC, digital processor for generation of control pulses, controls, processing and transmission of data, board of frequency-pulse shaper and AOM driver; all fibers of M-channels are laid along each other side by side.
EFFECT: technical result consists in increasing sensitivity to weak vibroacoustic influences on sensor element and in increasing length of sensor sensitive element.
4 cl, 3 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к распределенным виброакустическим волоконно-оптическим сенсорным системам. Изобретение может быть использовано в системах мониторинга протяженных объектов, в системах охраны периметров, в системах каротажа нефтяных скважин, в системах контроля и диагностики железнодорожного транспорта, в системах мониторинга вибрации промышленных объектов.The invention relates to distributed vibro-acoustic fiber optic sensor systems. The invention can be used in monitoring systems of long objects, in perimeter security systems, in oil well logging systems, in railway transportation monitoring and diagnostics systems, in vibration systems for monitoring industrial objects.

Уровень техникиState of the art

Принципы работы распределенных виброакустических волоконно-оптических систем основаны на методе фазочувствительной оптической рефлектометрии. Метод позволяет регистрировать изменения фазовых соотношений обратнорассеянного излучения. В отличие от широко распространенных методов некогерентной рефлектометрии, применяемых для диагностики повреждений оптических волокон, регистрация изменения фазовых соотношений обратнорассеянного сигнала становится возможна благодаря применению узкополосного источника излучения, из которого формируются сканирующие импульсы, вследствие чего обратнорассеянные волны складываются когерентно, с учетом фазовых соотношений. На изменение фазовых соотношений обратнорассеянных волн влияет изменение оптического пути. Оптический путь представляет собой произведение геометрического пути на показатель преломления оптического волокна. При вибрационном или акустическом воздействии на оптическое волокно изменяются как геометрическая длина, так и показатель преломления.The operating principles of distributed vibro-acoustic fiber optic systems are based on the method of phase-sensitive optical reflectometry. The method allows you to record changes in phase ratios of backscattered radiation. In contrast to the widespread methods of incoherent reflectometry used to diagnose damage to optical fibers, registration of a change in the phase relations of the backscattered signal becomes possible due to the use of a narrow-band radiation source from which scanning pulses are formed, as a result of which backscattered waves are added coherently, taking into account phase relations. A change in the phase relations of backscattered waves is affected by a change in the optical path. The optical path is the product of the geometric path and the refractive index of the optical fiber. When vibrating or acoustic impact on an optical fiber, both the geometric length and the refractive index change.

Сигналом является излучение обратного рассеяния от неоднородностей оптического волокна и в качестве датчика используется все оптическое волокно. Для выделения определенных участков волокна используются методы импульсной рефлектометрии, в которых пространственное разрешение определяется полушириной зондирующего оптического импульса, а временная задержка сигнала обратного рассеяния соответствует удаленности участка оптического волокна от места ввода зондирующего импульса. Термин «распределенный волоконно-оптический датчик» подразумевает использование всего оптического волокна в качестве датчика и при этом не требуется использование каких-либо специальных точечных датчиков.The signal is backscattering radiation from the inhomogeneities of the optical fiber, and the entire optical fiber is used as a sensor. To isolate certain sections of the fiber, pulse reflectometry methods are used, in which the spatial resolution is determined by the half-width of the probe optical pulse, and the time delay of the backscattering signal corresponds to the remoteness of the section of the optical fiber from the point of introduction of the probe pulse. The term "distributed fiber optic sensor" means the use of all of the optical fiber as a sensor, and it does not require the use of any special point sensors.

Временная зависимость сигнала обратного рассеяния от единичного сканирующего импульса называется рефлектограммой. При отсутствии виброакустического воздействия на оптическое волокно, рефлектограммы от импульса к импульсу меняются на величину нестабильности компонентов оптической и электронной схемы прибора. Основной вклад, как правило, вносит нестабильность длины волны узкополосного источника излучения, а длина волны обратно пропорциональна частоте излучения (λ=с/(n⋅ν), где λ - длина волны света, ν - частота излучения). В таком случае изменения от одной рефлектограммы к другой составляют доли процента. При наличии виброакустического воздействия на оптическое волокно в местах, где происходит воздействие, изменение от одной рефлектограммы к другой может составлять до 100%.The time dependence of the backscattering signal on a single scanning pulse is called a trace. In the absence of vibro-acoustic effects on the optical fiber, the trace from pulse to pulse change by the amount of instability of the components of the optical and electronic circuits of the device. The main contribution, as a rule, is made by the instability of the wavelength of a narrow-band radiation source, and the wavelength is inversely proportional to the radiation frequency (λ = c / (n⋅ν), where λ is the wavelength of light, ν is the radiation frequency). In this case, changes from one trace to another account for a fraction of a percent. In the presence of vibro-acoustic effects on the optical fiber in places where the impact occurs, the change from one trace to another can be up to 100%.

Регистрация виброакустических воздействий вышеуказанным методом предполагает размещение в зоне вибрационных воздействий волоконно-оптического кабеля. Оптическое волокно используется в качестве распределенного чувствительного элемента. В оптическое волокно посылаются короткие световые импульсы с периодом, большим или равным времени прохождения светом удвоенной оптической длины оптического волокна. Временная зависимость мощности обратнорассеянного излучения регистрируется при помощи фотодетектора, с которого сигнал поступает на аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Оцифрованный сигнал подвергается цифровой обработке, в результате которой выделяются места виброакустического воздействия, в зависимости от алгоритмов обработки могут определяться типы воздействий, их временные и спектральные характеристики.The registration of vibro-acoustic effects by the above method involves the placement of a fiber-optic cable in the zone of vibrational effects. Optical fiber is used as a distributed sensing element. Short light pulses are sent to the optical fiber with a period greater than or equal to the time the light travels twice the optical length of the optical fiber. The time dependence of the power of backscattered radiation is recorded using a photodetector, from which the signal is fed to an analog-to-digital converter (ADC). The digitized signal is subjected to digital processing, as a result of which the places of vibroacoustic impact are allocated, depending on the processing algorithms, the types of effects, their temporal and spectral characteristics can be determined.

Известен один из базовых патентов на изобретение в области устройств и метода когерентной рефлектометрии для регистрации виброакустических воздействий - патент США US 5194847 Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing (МПК G01H 9/00; G01L 1/24; G01L 11/02; G08B 13/12; G08B 13/186; (IPC1-7): G08B 13/10; G08B 13/18, опубл. 1993-03-16), в котором описан распределенный волоконно-оптический датчик для обнаружения вибрационных воздействий на оптическое волокно. Базовому методу соответствуют базовые схемы устройств реализации метода, а также и множество производных схем устройств когерентной рефлектометрии. Дальнейшее развитие вариаций метода когерентной рефлектометрии, близких к предлагаемым решениям в данном патенте, отражено, например, в патенте США US 8248589 (B2) Phase Based Sensing (МПК G01N 21/00, опубл. 2012-08-21); патенте США US 8923663 (B2) Distributed Fibre Optic Sensing (МПК G01D 5/353; G02B 6/00, опубл. 2014-12-30).One of the basic patents for the invention in the field of devices and a method of coherent reflectometry for recording vibroacoustic effects is known - US patent US 5194847 Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing (IPC G01H 9/00; G01L 1/24; G01L 11/02; G08B 13 / 12; G08B 13/186; (IPC1-7): G08B 13/10; G08B 13/18, publ. 1993-03-16), which describes a distributed optical fiber sensor for detecting vibration effects on the optical fiber. The basic method corresponds to the basic circuitry of devices for implementing the method, as well as many derived circuits of coherent reflectometry devices. Further development of variations of the coherent reflectometry method close to the proposed solutions in this patent is reflected, for example, in US patent US 8248589 (B2) Phase Based Sensing (IPC G01N 21/00, publ. 2012-08-21); U.S. Patent No. 8,923,663 (B2) Distributed Fiber Optic Sensing (IPC G01D 5/353; G02B 6/00, publ. 2014-12-30).

К недостаткам работы оптико-электронных схем в указанных патентах относится неравномерная чувствительность распределенного волоконно-оптического датчика. Неравномерность чувствительности обусловлена случайным, статистическим характером сложения обратнорассеянных волн по фазе. В результате картина обратного рассеяния представляет неравномерную зависимость мощности излучения от расстояния вдоль оптического волокна. Неравномерность мощности обратнорассеянного излучения приводит к неравномерности чувствительности системы к виброакустическому воздействию на оптический кабель. Неравномерность достигает 100% с минимальными значениями мощности обратнорассеянного излучения, равными нулю. Период неравномерности соизмерим с половиной длительности сканирующего импульса. Например, для импульсов длительностью в 40 метров (что соответствует длительности по времени 200 нс, исходя из соотношения

Figure 00000001
, где lИ - длительность импульса в метрах, с - скорость света в вакууме, n - показатель преломления кварца оптического волокна, τИ - длительность импульса в секундах), период неравномерности может составлять от 5 до 20 метров. Следует отметить, что требуется использование стабильного по частоте (или по центральной длине волны) источника излучения, что при отсутствии виброакустического воздействия на оптическое волокно обуславливает стабильную во времени зависимость мощности обратнорассеянного излучения от длины оптического волокна. Период времени, в течение которого распределение локальных минимумов и максимумов не изменяется, составляет десятки и сотни секунд. Неравномерность чувствительности вдоль оптического волокна приводит к неравномерному отклику на виброакустическое воздействие. В случае применения такой системы для мониторинга вибраций от объектов, формирующих виброакустическое поле больше периода неравномерности чувствительности, отклик системы на единичное воздействие легко спутать с откликом на множественное воздействие. В случае мониторинга вибраций от объектов, формирующих виброакустическое поле меньше периода неравномерности чувствительности, существует вероятность, что отклика системы на такое воздействие не будет вообще.The disadvantages of the operation of optoelectronic circuits in these patents include the uneven sensitivity of the distributed fiber-optic sensor. The unevenness of sensitivity is due to the random, statistical nature of the addition of backscattered waves in phase. As a result, the backscattering pattern represents an uneven dependence of the radiation power on the distance along the optical fiber. Uneven power backscattered radiation leads to uneven sensitivity of the system to vibro-acoustic effects on the optical cable. The non-uniformity reaches 100% with a minimum backscattered radiation power of zero. The period of unevenness is commensurate with half the duration of the scanning pulse. For example, for pulses lasting 40 meters (which corresponds to a time duration of 200 ns, based on the ratio
Figure 00000001
, where l И is the pulse duration in meters, s is the speed of light in vacuum, n is the refractive index of quartz of the optical fiber, τ И is the pulse duration in seconds), the irregularity period can be from 5 to 20 meters. It should be noted that the use of a frequency-stable (or central wavelength) radiation source is required, which, in the absence of a vibro-acoustic effect on the optical fiber, causes a time-stable dependence of the backscattered radiation power on the length of the optical fiber. The period of time during which the distribution of local minima and maxima does not change is tens and hundreds of seconds. The uneven sensitivity along the optical fiber leads to an uneven response to vibroacoustic impact. In the case of using such a system to monitor vibrations from objects forming a vibroacoustic field for more than a period of non-uniformity of sensitivity, the response of the system to a single effect is easily confused with the response to multiple effects. In the case of monitoring vibrations from objects forming a vibro-acoustic field less than the period of non-uniformity of sensitivity, there is a possibility that the system will not respond to such an impact at all.

В качестве ближайшего аналога (прототипа) предлагаемым техническим решением выбраны устройство и реализованный в нем способ, описанные в патенте РФ на изобретение №2562689 Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий (МПК G01D 5/353, G01H 9/00, опубл. 10.09.2015 г.). Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий содержит чувствительный элемент в виде оптического волокна, находящегося в волоконно-оптическом кабеле, и оптически соединенный с волокном через интерфейс фазочувствительный оптический рефлектометр. Также датчик содержит соединенный с интерфейсом источник периодической последовательности оптических тестирующих сигналов, выполненный в виде последовательно оптически соединенных непрерывного лазера, акустооптического модулятора (АОМ) на бегущей акустической волне, и приемник рассеянного излучения. Указанный источник выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде пары импульсов равной длительности с задержкой второго импульса относительно первого и периодически изменяемой разностью фаз оптической несущей волны второго импульса относительно фазы оптической несущей волны первого импульса.As the closest analogue (prototype), the proposed technical solution selected the device and the method implemented in it described in the patent of the Russian Federation for invention No. 2562689 Distributed sensor of acoustic and vibration effects (IPC G01D 5/353, G01H 9/00, published on 09/10/2015, .). The distributed acoustic and vibration sensor contains a sensing element in the form of an optical fiber located in a fiber optic cable, and a phase-sensitive optical reflectometer optically connected to the fiber through an interface. The sensor also contains a source of a periodic sequence of optical test signals connected to the interface, made in the form of a serially optically connected cw laser, an acousto-optical modulator (AOM) on a traveling acoustic wave, and a scattered radiation receiver. The specified source is configured to generate test signals in the form of a pair of pulses of equal duration with a delay of the second pulse relative to the first and periodically variable phase difference of the optical carrier wave of the second pulse relative to the phase of the optical carrier wave of the first pulse.

Недостатками известного устройства прототипа являются сниженная и неравномерная чувствительность к виброакустическому воздействию и сравнительно малая дальность действия. В указанном устройстве оптический импульс формируется из излучения узкополосного источника малой мощности, а затем усиливается оптическим эрбиевым усилителем. Следствием такого решения является нестабильность формы импульса на выходе оптического эрбиевого усилителя, работающего в импульсном режиме. Кроме того, оптический эрбиевый усилитель, находящийся непосредственно перед входом в оптическую линию, испускает в нее излучение спонтанной эмиссии, что также приводит к дополнительной нестабильности сигнала обратного рассеяния, что, в свою очередь, приводит к уменьшению чувствительности системы.The disadvantages of the known device of the prototype are reduced and uneven sensitivity to vibroacoustic effects and a relatively short range. In this device, an optical pulse is generated from the radiation of a narrow-band low-power source, and then amplified by an optical erbium amplifier. The consequence of this solution is the instability of the pulse shape at the output of an optical erbium-based amplifier operating in a pulsed mode. In addition, an optical erbium amplifier located directly in front of the entrance to the optical line emits spontaneous emission radiation into it, which also leads to additional instability of the backscattering signal, which, in turn, leads to a decrease in the sensitivity of the system.

В способе, реализованном в указанном устройстве прототипа, в линию оптического волокна посылают пачки из двух импульсов, причем второй импульс в пачке отличается по фазовой задержке радиочастотного сдвига, вносимого АОМ в оптический сигнал. Такая схема является критичной к фазовой неопределенности (джиттеру) задающих генераторов, формирующих сигналы, подаваемые на АОМ и на АЦП. Также эта схема критична к джиттеру электронной схемы, формирующей последовательность из двух импульсов, к джиттеру сигнала генератора, подаваемого на цифровую схему демодуляции. Как следствие, чувствительность к вибрационному воздействию устройства, описанного в патенте на изобретение РФ №2562689, оказывается в несколько раз хуже, чем у предлагаемого устройства.In the method implemented in the specified prototype device, packets of two pulses are sent to the optical fiber line, the second pulse in the packet being different in phase delay of the radio frequency shift introduced by the AOM into the optical signal. Such a circuit is critical to phase uncertainty (jitter) of the master oscillators, which form the signals supplied to the AOM and to the ADC. Also, this circuit is critical to the jitter of the electronic circuit, forming a sequence of two pulses, to the jitter of the generator signal supplied to the digital demodulation circuit. As a result, the sensitivity to vibration effects of the device described in the patent for the invention of the Russian Federation No. 2562689, is several times worse than that of the proposed device.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задачей изобретения является улучшение характеристик чувствительности волоконно-оптического распределенного виброакустического датчика на основе фазочувствительного рефлектометра, а именно: уменьшение неравномерности чувствительности распределенной виброакустической системы вдоль оптического волокна на всем его протяжении и устранение так называемого «замирания сигнала» или «слепых зон» (зон нечувствительности).The objective of the invention is to improve the sensitivity characteristics of a fiber-optic distributed vibroacoustic sensor based on a phase-sensitive reflectometer, namely: reducing the unevenness of the sensitivity of the distributed vibroacoustic system along the optical fiber throughout its length and eliminating the so-called "signal fading" or "blind zones" (dead zones) .

Технический результат - существенное улучшение характеристик чувствительности, а именно увеличение равномерности чувствительности к виброакустическому воздействию на чувствительный элемент, увеличение чувствительности к слабым виброакустическим воздействиям на чувствительный элемент, существенное уменьшение вероятности возникновения замирания сигнала и, как следствие, улучшение чувствительности, возможность увеличения длины чувствительного элемента датчика.The technical result is a significant improvement in the sensitivity characteristics, namely, increasing the uniformity of sensitivity to vibroacoustic effects on the sensing element, increasing the sensitivity to weak vibroacoustic effects on the sensing element, significantly reducing the likelihood of signal fading and, as a result, improving the sensitivity, the possibility of increasing the length of the sensor .

Технический результат достигается за счет того, что распределенный волоконно-оптический виброакустический датчик большой протяженности для регистрации вибрационных воздействий акустического частотного диапазона включает в себя узкополосный источник излучения (обычно это лазер с шириной полосы менее 35 кГц), волоконно-оптический усилитель, усиливающий излучение источника (обычно до мощности в 1 Вт), АОМ, работающий в импульсном режиме и вносящий частотный доплеровский сдвиг в оптическое излучение, волоконно-оптический разветвитель на М-каналов (если канал только один, то разветвитель не нужен), каждый канал состоит из чувствительного элемента - оптического волокна, циркулятора, волоконно-оптического эрбиевого усилителя в приемной части канала, после усилителя узкополосного оптического фильтра и далее фотоприемного модуля с выходом на канал М-канального АЦП. Выходы всех каналов подсоединены к модулю М-канального АЦП, на выходе которого последовательно друг за другом установлены цифровой процессор формирования управляющих импульсов, управления, обработки и передачи данных, плата частотно-импульсного формирователя и драйвер АОМ для регулирования работы АОМ. Все волокна М-каналов проложены рядом друг с другом.The technical result is achieved due to the fact that a long-distance distributed fiber-optic vibro-acoustic sensor for recording vibration effects of the acoustic frequency range includes a narrow-band radiation source (usually a laser with a bandwidth of less than 35 kHz), a fiber-optic amplifier that amplifies the source radiation ( usually up to a power of 1 W), AOM operating in a pulsed mode and introducing a frequency Doppler shift into optical radiation, a fiber optic splitter on M-channels (if there is only one channel, then a splitter is not needed), each channel consists of a sensitive element - an optical fiber, a circulator, an Erbium fiber optic amplifier in the receiving part of the channel, after a narrow-band optical filter amplifier and then a photodetector module with output to the channel M-channel ADC. The outputs of all channels are connected to the M-channel ADC module, at the output of which a digital processor for generating control pulses, control, processing and data transmission, a pulse-frequency driver board, and an AOM driver are installed to control the operation of the AOM. All fibers of the M channels are laid next to each other.

Способ выравнивания характеристик чувствительности этого распределенного волоконно-оптического виброакустического датчика заключается в изменении частоты одиночных импульсов, посылаемых в чувствительный элемент - оптическое волокно. Длительность сканирующих импульсов составляет ТИМ=50-500 нс. Ширина спектра импульсов в первом приближении определяется из соотношения

Figure 00000002
, то есть диапазон ΔƒИМ=20-2 МГц. При этом ширина спектра рефлектограммы практически равна ширине спектра сканирующих импульсов
Figure 00000003
, так как ширина спектра непрерывного излучения узкополосного источника излучения много меньше ширины спектра сканирующих импульсов ΔƒИCТ<<ΔƒИМ (обычно это лазер с шириной полосы менее 35 кГц). Центральная частота излучения зондирующих импульсов для оптической схемы датчика складывается из центральной частоты источника излучения и допплеровского увеличения частоты, вносимой АОМ. Изменение частоты излучения зондирующих импульсов на величину, большую 1/ТИМ (Δƒ≤1/ТИМ), приводит к формированию новой статистической картины сигналов обратного рассеяния. В результате чего на участках волокна, на которых чувствительность была минимальна, характеристика чувствительности будет больше минимальной. От каждого импульса с определенной центральной частотой формируется рефлектограмма, статистически отличная от рефлектограммы, формируемой импульсом на другой центральной частоте, тем самым вероятность перекрытия «слепых зон» (зон нечувствительности) увеличивается в
Figure 00000004
раз (где K - количество частот) после формирования комбинированной (составной) рефлектограммы, составленной из участков с максимальными чувствительностями отдельных рефлектограмм. Также возможно применение не одного, а нескольких чувствительных оптических волокон (проложенных рядом друг с другом) в М-каналах. Рефлектограммы оптических волокон каналов с принципиально отличными друг от друга характеристиками также имеют различные статистические характеристики, что в итоге после формирования из отдельных рефлектограмм комбинированной (составной) рефлектограммы увеличивает вероятность перекрытия «слепых зон» в
Figure 00000005
раз, где N=K*M.The way to equalize the sensitivity characteristics of this distributed fiber-optic vibroacoustic sensor is to change the frequency of single pulses sent to the sensing element - optical fiber. The duration of the scanning pulses is T MI = 50-500 ns. The width of the spectrum of pulses in a first approximation is determined from the relation
Figure 00000002
, that is, the range Δƒ MI = 20-2 MHz. The width of the spectrum of the trace is almost equal to the width of the spectrum of the scanning pulses
Figure 00000003
, since the width of the continuous emission spectrum of a narrow-band radiation source is much smaller than the spectrum width of the scanning pulses Δƒ ИТТ << Δƒ ИМ (usually a laser with a bandwidth of less than 35 kHz). The central radiation frequency of the probe pulses for the optical circuit of the sensor is the sum of the central frequency of the radiation source and the Doppler frequency increase introduced by the AOM. A change in the radiation frequency of the probe pulses by an amount greater than 1 / T IM (Δƒ SCh ≤1 / T IM ) leads to the formation of a new statistical picture of backscattering signals. As a result, in the areas of the fiber where the sensitivity was minimal, the sensitivity characteristic will be greater than the minimum. A trace is formed from each pulse with a certain central frequency, which is statistically different from a trace generated by a pulse at a different central frequency, thereby increasing the probability of overlapping “blind zones” (dead zones)
Figure 00000004
times (where K is the number of frequencies) after the formation of the combined (composite) trace composed of sections with the maximum sensitivities of individual reflectograms. It is also possible to use not one, but several sensitive optical fibers (laid next to each other) in the M-channels. OTDR traces of channel optical fibers with fundamentally different characteristics also have different statistical characteristics, which, after forming combined (composite) OTDR traces from individual OTDR traces, increases the probability of overlapping “blind zones” in
Figure 00000005
times where N = K * M.

Таким образом, можно отметить следующие существенные отличия предлагаемого технического решения от прототипа:Thus, we can note the following significant differences of the proposed technical solution from the prototype:

1. АОМ, формирующий зондирующие импульсы, в предлагаемой схеме расположен после оптического эрбиевого усилителя, исключая излучение спонтанной эмиссии оптического усилителя в оптическую линию. Данное решение позволяет увеличить отношение сигнал/шум и тем самым увеличить чувствительность системы.1. AOM, generating probing pulses, in the proposed scheme is located after the optical erbium amplifier, excluding the emission of spontaneous emission of the optical amplifier into the optical line. This solution allows you to increase the signal-to-noise ratio and thereby increase the sensitivity of the system.

2. В оптическое волокно посылают одиночные импульсы (а в прототипе используют пачки из пар импульсов с изменяемой фазой), тем самым исключая в принципе влияние фазовой нестабильности (джиттера) между импульсами, который приводит к ухудшению отношения сигнал/шум в прототипной схеме. Причем в оптическое волокно посылают по очереди несколько (К) одиночных зондирующих импульсов с частотами, отличающимися друг от друга на величину Δƒ≤1/ТИМ, где Δƒ - смещение по частоте, ТИМ - длительность зондирующего импульса. От каждого зондирующего импульса формируется рефлектограмма, статистически отличная от рефлектограммы, формируемой импульсом на другой частоте, тем самым вероятность перекрытия «слепых зон» (зон нечувствительности) увеличивается в

Figure 00000004
раз после формирования комбинированной (составной) рефлектограммы, составленной из участков с максимальными чувствительностями отдельных рефлектограмм. Кроме того, возможно применение не одного, а проложенных рядом друг с другом нескольких чувствительных оптических волокон в М-каналах. Рефлектограммы оптических волокон каналов с принципиально отличными друг от друга характеристиками также имеют различные статистические характеристики, что в итоге после формирования из отдельных рефлектограмм комбинированной (составной) рефлектограммы, составленной из участков с максимальными чувствительностями отдельных рефлектограмм, увеличивает вероятность перекрытия «слепых зон» уже в
Figure 00000005
раз, где N=K*М.2. Single pulses are sent to the optical fiber (and the prototype uses packs of pairs of pulses with a variable phase), thereby eliminating, in principle, the influence of phase instability (jitter) between pulses, which leads to a deterioration of the signal-to-noise ratio in the prototype circuit. Moreover, several (K) single probe pulses are sent to the optical fiber in turn with frequencies different from each other by Δƒ SCh ≤1 / T IM , where Δƒ SCh is the frequency offset, T IM is the duration of the probe pulse. A reflectogram is generated from each probe pulse, which is statistically different from a trace generated by a pulse at a different frequency, thereby increasing the probability of overlapping “blind zones” (dead zones)
Figure 00000004
times after the formation of a combined (composite) trace, composed of sections with maximum sensitivities of individual reflectograms. In addition, it is possible to use not one, but several sensitive optical fibers laid in the M channels adjacent to each other. OTDR traces of optical fibers of channels with fundamentally different characteristics from each other also have different statistical characteristics, which, as a result, after the formation of individual OTDR traces of a combined (composite) OTDR trace composed of areas with the maximum sensitivity of individual OTDRs, increases the probability of overlapping “blind zones” already in
Figure 00000005
times where N = K * M.

Перечень фигурList of figures

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого волоконно-оптического распределенного виброакустического датчика на основе фазочувствительного рефлектометра (оптико-электронная схема когерентного рефлектометра) с улучшенной характеристикой чувствительности.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed fiber-optic distributed vibroacoustic sensor based on a phase-sensitive reflectometer (optoelectronic circuit of a coherent reflectometer) with an improved sensitivity characteristic.

На фиг. 2 представлена функциональная схема частотно-импульсного формирователя.In FIG. 2 shows a functional diagram of a pulse-frequency driver.

На фиг. 3 представлен пример формирования графика комбинированной составной рефлектограммы из графиков четырех отдельных рефлектограмм при N=4 (возможные комбинации К и М при этом: К=4, М=1 или К=2, М=2).In FIG. Figure 3 shows an example of the formation of a graph of a combined composite reflectogram from the graphs of four separate reflectograms at N = 4 (possible combinations of K and M in this case: K = 4, M = 1 or K = 2, M = 2).

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

На фиг. 1 показана схема предлагаемого устройства. Устройство состоит из узкополосного источника излучения 1 (лазера с шириной полосы частот менее 35 кГц), волоконно оптического эрбиевого усилителя 2, усиливающего излучение источника до мощности 1 Вт, АОМ 3, работающего в импульсном режиме и вносящего частотный сдвиг в оптическое излучение, волоконно-оптического разветвителя (на М-каналов) 4, каждый из М-каналов состоит из чувствительного элемента - оптического волокна 5, циркулятора 6, волоконно-оптического эрбиевого усилителя 7 в приемной части канала, после него узкополосного оптического фильтра 8, далее фотоприемного модуля 9, выход которого соединен со своим канальным входом модуля многоканального (не менее М-каналов) АЦП 10, выход которого соединен со входом цифрового процессора формирования управляющих импульсов, управления, обработки и передачи данных 11, далее частотно-импульсного формирователя 12 и специализированного драйвера 13 акустооптического модулятора 13. Каждый из М-каналов содержит компоненты: 5, 6, 7, 8, 9. В таких каналах можно использовать стандартное одномодовое оптическое волокно (например, марки G652, G657) и серийно выпускаемый волоконно-оптический кабель для линий связи. Все волокна М-каналов проложены вдоль друг друга рядом.In FIG. 1 shows a diagram of the proposed device. The device consists of a narrow-band radiation source 1 (a laser with a frequency bandwidth of less than 35 kHz), a fiber-optic erbium amplifier 2, amplifying the source radiation to a power of 1 W, AOM 3, operating in a pulsed mode and introducing a frequency shift into the optical radiation, fiber-optic splitter (on M-channels) 4, each of the M-channels consists of a sensing element - optical fiber 5, circulator 6, fiber-optic erbium amplifier 7 in the receiving part of the channel, after which a narrow-band optical ph liter 8, then a photodetector module 9, the output of which is connected to its channel input of a multi-channel module (at least M-channels) of the ADC 10, the output of which is connected to the input of a digital processor for generating control pulses, control, processing and data transmission 11, then a pulse-frequency shaper 12 and a specialized driver 13 of the acousto-optical modulator 13. Each of the M channels contains components: 5, 6, 7, 8, 9. In these channels, a standard single-mode optical fiber (for example, grades G652, G657) can be used and commercially manufactured fiber optic cable for communication lines. All fibers of the M channels are laid along each other side by side.

Устройство работает следующим образом. В чувствительный элемент - оптическое волокно 5 (фиг. 1) - посылаются зондирующие импульсы разной частоты, которые формирует АОМ 3 из непрерывного излучения узкополосного лазера 1. Особенностью предлагаемой оптической схемы является то, что АОМ, формирующий зондирующие импульсы, расположен после оптического эрбиевого усилителя, исключая излучение спонтанной эмиссии оптического усилителя в оптическую линию. Данное решение позволяет увеличить отношение сигнал/шум и тем самым увеличить чувствительность системы. Для достижения достаточного уровня мощности излучение узкополосного лазера 1 усиливается с помощью оптического эрбиевого усилителя 2 до значений 200-1000 мВт, после чего поступает на АОМ 3. После АОМ 3 импульсное излучение поступает на разветвитель 4, и по каждому из каналов разветвителя импульсное излучение поступает на свой циркулятор 6 и далее в оптическое волокно 5. В оптическом волокне 5 импульсное излучение рассеивается на неоднородностях показателя преломления волокна, и часть его возвращается обратно назад и поступает на циркулятор 6. После циркулятора 6 обратнорассеянное излучение поступает на оптический эрбиевый усилитель 7, далее излучение отфильтровывается узкополосным оптическим фильтром 8 и поступает на фотоприемник 9. После фотоприемника излучение, преобразованное в электрический сигнал, поступает на свой вход многоканального АЦП 10. От АЦП оцифрованный электрический сигнал приходит на процессор 11, обеспечивающий синхронное формирование зондирующих импульсов и синхронный прием оцифрованного обратнорассеянного сигнала. Формирование зондирующих импульсов на различных частотах происходит в процессоре 11 и реализуется благодаря применению частотно-импульсного формирователя 12 и драйвера 13 АОМ 3.The device operates as follows. At the sensing element - optical fiber 5 (Fig. 1) - probing pulses of different frequencies are sent, which form the AOM 3 from the continuous radiation of a narrow-band laser 1. A feature of the proposed optical circuit is that the AOM forming the probe pulses is located after the optical erbium amplifier, excluding the emission of spontaneous emission of an optical amplifier into an optical line. This solution allows you to increase the signal-to-noise ratio and thereby increase the sensitivity of the system. To achieve a sufficient power level, the radiation of a narrow-band laser 1 is amplified using an optical erbium amplifier 2 to values of 200-1000 mW, after which it is fed to AOM 3. After AOM 3, pulsed radiation is supplied to splitter 4, and pulsed radiation is transmitted to each splitter channel to its circulator 6 and then into the optical fiber 5. In the optical fiber 5, the pulsed radiation is scattered by the inhomogeneities of the refractive index of the fiber, and part of it returns back and goes to the circulator 6. P After the circulator 6, the backscattered radiation enters the optical erbium amplifier 7, then the radiation is filtered out by a narrow-band optical filter 8 and enters the photodetector 9. After the photodetector, the radiation converted into an electric signal is fed to its input of the multi-channel ADC 10. From the ADC, a digitized electrical signal arrives at the processor 11, providing synchronous formation of the probe pulses and synchronous reception of the digitized backscattered signal. The formation of probe pulses at different frequencies occurs in the processor 11 and is implemented through the use of a frequency-pulse shaper 12 and driver 13 AOM 3.

АОМ 3 формирует оптический импульс за счет создания Брэгговской дифракционной решетки в диоксиде теллура посредством бегущей акустической волны. Дифракционная решетка отклоняет световой пучок в первый максимум дифракции Брэгга, где находится коллиматор. Бегущая акустическая волна может формироваться на частоте от 40 до 200 МГц и на эту частоту, за счет доплеровского эффекта, возрастает центральная частота проходящего через диоксид теллура оптического излучения. Сложение радиочастоты, подаваемой на АОМ, с оптической частотой используется для изменения суммарной частоты излучения. Следует иметь в виду, что изменение радиочастоты, подаваемой на АОМ 3, приводит к изменению периода наведенной брэгговской дифракционной решетки, что, в свою очередь, приводит к изменению угла дифракции Брэгга. Изменение угла дифракции Брэгга приводит к тому, что в выводящий излучение коллиматор, установленный из расчета конкретной частоты, приходит не весь световой пучок. Таким образом, меняя частоту подаваемого на АОМ радиочастотного сигнала, не только изменяют частоту выходящего из АОМ излучения, но и изменяют вносимые потери. АОМ позволяет изменять собственную центральную частоту в пределах ΔƒAOM±10% при увеличении вносимых потерь не более чем на 3 дБ.AOM 3 forms an optical pulse by creating a Bragg diffraction grating in tellurium dioxide by means of a traveling acoustic wave. The diffraction grating deflects the light beam to the first Bragg diffraction maximum, where the collimator is located. A traveling acoustic wave can be formed at a frequency from 40 to 200 MHz, and at this frequency, due to the Doppler effect, the central frequency of the optical radiation passing through tellurium dioxide increases. The addition of the radio frequency supplied to the AOM with an optical frequency is used to change the total radiation frequency. It should be borne in mind that a change in the radio frequency supplied to AOM 3 leads to a change in the period of the induced Bragg diffraction grating, which, in turn, leads to a change in the Bragg diffraction angle. A change in the Bragg diffraction angle leads to the fact that not the entire light beam arrives at the radiation-output collimator, established from the calculation of a specific frequency. Thus, changing the frequency of the radio frequency signal supplied to the AOM, not only change the frequency of the radiation emerging from the AOM, but also change the insertion loss. AOM allows you to change your own center frequency within Δƒ AOM ± 10% with an increase in insertion loss of no more than 3 dB.

Для решения задачи существенного уменьшения зон нечувствительности используется процессор 11 обработки, который обеспечивает:To solve the problem of a significant reduction of dead zones, a processor 11 is used, which provides:

- формирование зондирующих импульсов с различными частотами посредством коммутации соответствующих частотных выходов частотно-импульсного формирователя 12;- the formation of probe pulses with different frequencies by switching the corresponding frequency outputs of the frequency-pulse shaper 12;

- прием и формирование рефлектограмм для зондирующих импульсов с различными частотами;- reception and formation of reflectograms for probing pulses with different frequencies;

- формирование в реальном масштабе времени комбинированной составной рефлектограммы на основе отдельных N-рефлектограмм, полученных от зондирующих импульсов на разных частотах и, возможно, из оптических волокон нескольких каналов.- the formation in real time of a combined composite reflectogram based on individual N-reflectograms obtained from probe pulses at different frequencies and, possibly, from optical fibers of several channels.

На фиг. 2 представлена функциональная схема частотно-импульсного формирователя 12. От процессора обработки 11 на частотно-импульсный формирователь приходит управляющий сигнал 12.1, поступающий на логическую схему 12.2, которая вырабатывает сигнал формирования импульса 12.3 и сигнал выбора частотного канала 12.4. Сигнал выбора частотного канала 12.4 поступает на мультиплексор 12.6, который производит переключения частотных сигналов, поступающих на него от синтезатора частот 12.5. От мультиплексора 12.6 на драйвер 13 АОМ 3 поступает сигнал частотного канала 12.7. Сигнал формирования импульса 12.3 и сигнал частотного канала 12.7 поступают на драйвер 13 АОМ 3 синхронно.In FIG. 2 is a functional diagram of a frequency-pulse shaper 12. From the processing processor 11, a control signal 12.1 arrives at the frequency-pulse shaper, which is fed to a logic circuit 12.2, which generates a pulse formation signal 12.3 and a frequency channel selection signal 12.4. The signal for selecting the frequency channel 12.4 is supplied to the multiplexer 12.6, which switches the frequency signals arriving at it from the frequency synthesizer 12.5. From the multiplexer 12.6 to the driver 13 AOM 3 receives the signal of the frequency channel 12.7. The pulse formation signal 12.3 and the signal of the frequency channel 12.7 are supplied to the driver 13 AOM 3 synchronously.

После АОМ 3 в оптическое волокно 6 (или в волокна 6 после разветвителя 4, если каналов и волокон несколько) посылают последовательно K одиночных зондирующих импульсов (например, для N=K*M=4 возможны две комбинации: K=4, М=1 или K=2, М=2, где K - количество частот, М - количество волокон) на частотах, отличающихся от импульса к импульсу на величину, большую ΔƒСЧ≤1/ТИМ, где ΔƒСч - смещение по частоте, ТИМ - длительность зондирующего импульса. Пришедшие из оптических волокон от каждого импульса сигналы обратного рассеяния сохраняют в оперативном запоминающем устройстве цифрового процессора 11 в виде пришедших друг за другом N рефлектограмм с их пространственной зависимостью по длине их волокон.After AOM 3, K single probing pulses are sent sequentially to optical fiber 6 (or to fibers 6 after splitter 4, if there are several channels and fibers) (for example, for N = K * M = 4, two combinations are possible: K = 4, M = 1 or K = 2, M = 2, where K - number of frequencies M - the number of fibers) at frequencies that differ from pulse to pulse by an amount greater Δƒ MF ≤1 / T IM, wherein Δƒ Cq - frequency offset, T IM - duration of the probe pulse. The backscattering signals that came from the optical fibers from each pulse are stored in the random access memory of the digital processor 11 in the form of N reflectograms that come one after the other with their spatial dependence along the length of their fibers.

На фиг. 3 представлен пример реализации способа формирования графика комбинированной составной рефлектограммы из графиков отдельных рефлектограмм при N=4 (верхние 4 графика - отдельные рефлектограммы, нижний график - итоговая составная комбинированная рефлектограмма, овалами на графиках отдельных рефлектограмм выделены участки максимальной чувствительности, из которых можно составлять комбинированную рефлектограмму). Для обработки отдельных N рефлектограмм волокно, с которого получены рефлектограммы, математически делится на равные интервалы по длине волокна. Длину интервала выбирают в зависимости от периода (длины) повторения локальных максимумов рефлектограммы, который зависит от длительности зондирующего импульса (примерно, в четыре раза меньше полуширины зондирующего импульса, то есть примерно, от 5 до 10 м). Для каждого интервала волокна проводят сравнение интервалов N рефлектограмм и выбирают интервал той рефлектограммы, который имеет наибольший уровень сигнала, а значит, и наибольший отклик при возможном виброакустическом воздействии на заданном интервале оптического волокна. Последовательно проводят сравнительный анализ всех интервалов и формируют составную комбинированную рефлектограмму. При этом в сформированной составной рефлектограмме в

Figure 00000005
раз снижена вероятность нахождения участков, на которых отсутствует отклик на виброакустическое воздействие на оптическое волокно.In FIG. Figure 3 shows an example of the implementation of the method for generating a graph of a combined composite trace from the graphs of individual reflectograms at N = 4 (the top 4 graphs are individual reflectograms, the lower graph is the final composite trace, the sections of maximum sensitivity are highlighted with ovals on the graphs of individual reflectograms, from which it is possible to compose a combined trace ) To process individual N reflectograms, the fiber from which the reflectograms are obtained is mathematically divided into equal intervals along the length of the fiber. The length of the interval is selected depending on the period (length) of the repetition of the local maximums of the trace, which depends on the duration of the probe pulse (approximately four times less than the half-width of the probe pulse, i.e., approximately 5 to 10 m). For each fiber interval, the intervals of N reflectograms are compared and the interval of that trace is selected that has the highest signal level, and therefore, the greatest response with possible vibro-acoustic exposure at a given interval of the optical fiber. A comparative analysis of all intervals is carried out sequentially and a composite combined reflectogram is formed. Moreover, in the formed composite trace in
Figure 00000005
times reduced the likelihood of finding areas in which there is no response to vibro-acoustic effects on the optical fiber.

После формирования составной рефлектограммы очередной цикл повтора ее формирования требуется производить до изменения спекл-картины рефлектограммы, и этот промежуток времени может составлять от десятков до сотен секунд в зависимости от условий эксплуатации. Стоит отметить, что при периоде формирования составной рефлектограммы в 10 секунд, не может возникнуть трудностей с дальнейшей обработкой сигналов от составной рефлектограммы, так как полоса частот рабочего виброакустического сигнала у фазочувствительного рефлектометра находится в диапазоне от единиц герц и выше практически до нескольких сотен килогерц.After the formation of a composite reflectogram, the next cycle of repeating its formation is required to be performed until the speckle pattern of the reflectogram changes, and this period of time can be from tens to hundreds of seconds depending on operating conditions. It should be noted that with the period of formation of a composite reflectogram of 10 seconds, there can be no difficulties with further processing of signals from a composite reflectogram, since the frequency band of the working vibroacoustic signal of a phase-sensitive reflectometer is in the range from units of hertz and higher to almost several hundred kilohertz.

Предлагаемые волоконно-оптический распределенный виброакустический датчик на основе фазочувствительного рефлектометра и способ улучшения его характеристик чувствительности получены в ходе выполнения прикладных научных исследовательских экспериментальных разработок (ПНИЭР) в рамках Соглашения о предоставлении субсидии №14.577.21.0224 между Министерством образования и науки Российской Федерации и МГТУ им. Н.Э. Баумана.The proposed fiber-optic distributed vibroacoustic sensor based on a phase-sensitive reflectometer and a method for improving its sensitivity characteristics were obtained during the implementation of applied scientific research experimental development (PNIER) under the Agreement on the provision of subsidy No. 14.577.21.0224 between the Ministry of Education and Science of the Russian Federation and MSTU im. N.E. Bauman.

Claims (4)

1. Волоконно-оптический распределенный виброакустический датчик на основе фазочувствительного рефлектометра, состоящий из: узкополосного источника излучения, волоконно-оптического усилителя, усиливающего излучение источника, акустооптического модулятора, работающего в импульсном режиме и вносящего частотный сдвиг в оптическое излучение, волоконно-оптического разветвителя на М-каналов в случае М>1, каждый канал состоит из чувствительного элемента - оптического волокна, циркулятора, волоконно-оптического эрбиевого усилителя в приемной части канала, после этого усилителя узкополосного оптического фильтра и далее фотоприемного модуля с выходом на канал многоканального АЦП с количеством входов не менее числа задействованных каналов, таким образом, выходы всех каналов подсоединены к своим входам многоканального АЦП, на выходе которого последовательно друг за другом установлены цифровой процессор формирования управляющих импульсов, управления, обработки и передачи данных, плата частотно-импульсного формирователя и драйвер АОМ; все волокна М-каналов проложены вдоль друг друга рядом.1. A fiber-optic distributed vibro-acoustic sensor based on a phase-sensitive reflectometer, consisting of: a narrow-band radiation source, a fiber-optic amplifier, amplifying the radiation of the source, an acousto-optical modulator operating in a pulsed mode and introducing a frequency shift in the optical radiation, a fiber optic splitter on M -channels in the case of M> 1, each channel consists of a sensitive element — an optical fiber, a circulator, an optical fiber erbium amplifier in the receiver the first part of the channel, after this an amplifier of a narrow-band optical filter and then a photodetector module with an output to a channel of a multi-channel ADC with the number of inputs not less than the number of channels involved, thus, the outputs of all channels are connected to their inputs of a multi-channel ADC, at the output of which are sequentially installed one after another a digital processor for generating control pulses, control, processing and data transmission, a frequency-pulse shaper board and AOM driver; all fibers of the M channels are laid along each other side by side. 2. Датчик по п. 1, характеризующийся тем, что узкополосным источником излучения является лазер с шириной полосы частот менее 35 кГц, следующий за ним эрбиевый усилитель имеет возможность усиления мощности излучения источника до 1 Вт.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the narrow-band radiation source is a laser with a frequency bandwidth of less than 35 kHz, the erbium amplifier following it has the ability to amplify the radiation power of the source up to 1 W. 3. Способ выравнивания характеристик чувствительности волоконно-оптического распределенного виброакустического датчика по п. 1, характеризующийся изменением частоты одиночных импульсов, посылаемых в чувствительный элемент - оптическое волокно, частоту излучения сканирующих импульсов для оптической схемы датчика складывают из частоты узкополосного источника излучения и допплеровского увеличения частоты, вносимой АОМ, при этом изменение частоты излучения ΔƒСЧ сканирующих импульсов на величину, больше или равную ΔƒСЧ≤1/ТИМ, где ТИМ - длительность сканирующих импульсов, приводит к формированию новой статистической картины сигналов обратного рассеяния и, соответственно, формированию рефлектограммы, статистически отличной от рефлектограммы, формируемой импульсом на другой частоте, тем самым вероятность перекрытия «слепых зон» (зон нечувствительности) увеличивают в
Figure 00000006
раз после формирования комбинированной составной рефлектограммы, составленной из участков с максимальными чувствительностями отдельных рефлектограмм, а с учетом применения проложенных вдоль друг друга рядом нескольких чувствительных оптических волокон в М-каналах в итоге после формирования из отдельных рефлектограмм комбинированной составной рефлектограммы вероятность перекрытия «слепых зон» увеличивают в
Figure 00000007
раз, и N=K*M, где N – количество рефлектограмм, К - количество частот, М - количество волокон.
3. The method of aligning the sensitivity characteristics of a fiber-optic distributed vibroacoustic sensor according to claim 1, characterized by a change in the frequency of single pulses sent to a sensing element - an optical fiber, the radiation frequency of the scanning pulses for the optical sensor circuit is added up from the frequency of a narrow-band radiation source and Doppler frequency increase, introduced by the AOM, the frequency change Δƒ MF scanning radiation pulses by an amount greater than or equal Δƒ MF ≤1 / MI T, where T and - the duration of the scanning pulse, leads to the formation of new statistical pattern backscatter signals and, accordingly, formation of the waveform, statistically different from the waveform formed by a pulse at a different frequency, thus the probability of overlap "blind spots" (dead zones) is increased in
Figure 00000006
times after the formation of a combined composite reflectogram composed of sections with the maximum sensitivities of individual reflectograms, and taking into account the use of several sensitive optical fibers laid along each other next to each other in the M channels, as a result, after forming a combined composite reflectogram from separate reflectograms, the probability of overlapping “blind zones” increases at
Figure 00000007
times, and N = K * M, where N is the number of traces, K is the number of frequencies, M is the number of fibers.
4. Способ по п. 3, характеризующийся тем, что длительность сканирующих импульсов составляет ТИМ=50-500 нс, соответственно диапазон частот ΔƒИМ=20-2 МГц.4. The method according to p. 3, characterized in that the duration of the scanning pulses is T MI = 50-500 ns, respectively, the frequency range Δƒ MI = 20-2 MHz.
RU2017105275A 2017-02-17 2017-02-17 Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity RU2650853C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105275A RU2650853C1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017105275A RU2650853C1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2650853C1 true RU2650853C1 (en) 2018-04-17

Family

ID=61976490

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017105275A RU2650853C1 (en) 2017-02-17 2017-02-17 Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2650853C1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU5030U1 (en) * 1996-04-25 1997-09-16 Российский научно-исследовательский институт "Электронстандарт" OPTICAL ABSORPTION GAS ANALYZER
RU2437063C1 (en) * 2010-06-08 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Fibre-optic sensor system
US8120775B2 (en) * 2004-07-30 2012-02-21 Hartmut Hillmer Sensor device and for determining a physical value
RU2498226C1 (en) * 2012-06-01 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) Fiber-optic sensor system
RU2503879C1 (en) * 2012-08-07 2014-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") Control device of object movement in pipeline

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU5030U1 (en) * 1996-04-25 1997-09-16 Российский научно-исследовательский институт "Электронстандарт" OPTICAL ABSORPTION GAS ANALYZER
US8120775B2 (en) * 2004-07-30 2012-02-21 Hartmut Hillmer Sensor device and for determining a physical value
RU2437063C1 (en) * 2010-06-08 2011-12-20 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Тульский государственный университет" (ТулГУ) Fibre-optic sensor system
RU2498226C1 (en) * 2012-06-01 2013-11-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) Fiber-optic sensor system
RU2503879C1 (en) * 2012-08-07 2014-01-10 Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") Control device of object movement in pipeline

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10935398B2 (en) Distributed acoustic sensing
EP1747445B1 (en) Evaluating the position of a time-varying disturbance
US9146151B2 (en) Pulse labeling for high-bandwidth fiber-optic distributed acoustic sensing with reduced cross-talk
EP2435796B1 (en) Optical sensor and method of use
EP1867072B1 (en) Communicating information
EP2976603B1 (en) Brillouin optical distributed sensing device and method with improved tolerance to sensor failure
CN103842782A (en) Distributed optical fiber sound wave detection device
CN110470376B (en) Interference distributed optical fiber acoustic sensing device and sensing method thereof
CN102612639A (en) Phase based sensing
JP2016191659A (en) Optical fiber distortion measuring apparatus and optical fiber distortion measuring method
KR101817295B1 (en) Fiber-Optic Distributed Acoustic Sensor
JP6814180B2 (en) Distributed optical fiber vibration measuring device and distributed optical fiber vibration measuring method
CN106768277B (en) A kind of demodulation method of distributed optical fiber vibration sensing device
JP7435160B2 (en) Optical fiber vibration detection device and vibration detection method
Iida et al. High-frequency distributed acoustic sensing faster than repetition limit with frequency-multiplexed phase-OTDR
JP2019203859A (en) Device and method for measuring brillouin frequency shift
JP5148420B2 (en) Optical fiber testing equipment
KR101889351B1 (en) Spatially-selective brillouin distributed optical fiber sensor with increased effective sensing points and sensing method using brillouin scattering
US10816368B2 (en) Method and system for high sensitivity in distributed fiber sensing applications
JP5849056B2 (en) Optical pulse test apparatus and optical pulse test method
JP6085573B2 (en) Branch optical line characteristic analysis apparatus and branch optical line characteristic analysis method
RU2650853C1 (en) Fiber-optical distribution vibroacoustic sensor based on phase-sensitive reflectometer and method of improving its characteristics of sensitivity
CN116576897A (en) Multi-parameter optical fiber distributed sensing system and method thereof
Li et al. A high-performance DAS system using point-backscattering-enhanced fiber and study of its noise characteristics
RU2695058C1 (en) Multichannel fiber-optic device for recording vibration effects with one receiving registration module

Legal Events

Date Code Title Description
QB4A Licence on use of patent

Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20190620

Effective date: 20190620

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20200218

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20220121