RU2701182C1 - Устройство опроса чувствительного элемента - Google Patents
Устройство опроса чувствительного элемента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2701182C1 RU2701182C1 RU2019107637A RU2019107637A RU2701182C1 RU 2701182 C1 RU2701182 C1 RU 2701182C1 RU 2019107637 A RU2019107637 A RU 2019107637A RU 2019107637 A RU2019107637 A RU 2019107637A RU 2701182 C1 RU2701182 C1 RU 2701182C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- sensitive element
- interrogating
- element according
- laser
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 85
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 35
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 27
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims abstract description 26
- 239000012212 insulator Substances 0.000 claims abstract description 15
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 11
- 238000005086 pumping Methods 0.000 claims abstract description 11
- 239000010409 thin film Substances 0.000 claims abstract description 10
- 229910052691 Erbium Inorganic materials 0.000 claims description 21
- UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N erbium Chemical compound [Er] UYAHIZSMUZPPFV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 20
- 229910052761 rare earth metal Inorganic materials 0.000 claims description 12
- 229910052769 Ytterbium Inorganic materials 0.000 claims description 7
- KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N erbium ytterbium Chemical compound [Er].[Yb] KWMNWMQPPKKDII-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- -1 rare-earth ions Chemical class 0.000 claims description 7
- NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N ytterbium Chemical compound [Yb] NAWDYIZEMPQZHO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 7
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 11
- 238000000034 method Methods 0.000 description 6
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 5
- 238000001069 Raman spectroscopy Methods 0.000 description 4
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 3
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 3
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 2
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 description 1
- 238000001311 chemical methods and process Methods 0.000 description 1
- 230000001419 dependent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 150000002500 ions Chemical class 0.000 description 1
- 239000003949 liquefied natural gas Substances 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000002844 melting Methods 0.000 description 1
- 230000008018 melting Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35338—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using other arrangements than interferometer arrangements
- G01D5/35354—Sensor working in reflection
- G01D5/35358—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/43—Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Lasers (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства опроса чувствительного элемента. Устройство включает в себя генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля и блок обработки сигнала. Спектральный фильтр компонентов рассеяния содержит по крайней мере два демультиплексора с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном. Волоконно-оптический усилитель содержит изолятор, активное волокно, мультиплексор и лазер накачки. Активное волокно расположено перед мультиплексором. Накачка в генераторе лазерного излучения осуществляется в направлении, противоположном направлению излучения импульсного лазера. Технический результат заключается в повышении технологичности и надежности устройства, улучшении точности измерений. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Область техники
Техническое решение относится к области измерительной техники и может быть использовано в средствах для распределенного измерения температуры, а также для измерения температурного распределения вдоль оптоволоконного кабеля в протяженных объектах, применяемых в сферах, связанных с безопасностью, например, системы пожарного оповещения в автомобильных, железнодорожных или сервисных туннелях; термический контроль силовых кабелей и воздушных линий передач для оптимизации производственных отношений; повышение эффективности нефтяных и газовых скважин; обеспечение безопасного рабочего состояния промышленных индукционных плавильных печей; контроль герметичности контейнеров с сжиженным природным газом на судах в разгрузочных терминалах; обнаружение утечек на плотинах и запрудах; контроль температуры при химических процессах; обнаружение утечек в трубопроводах.
Уровень техники
Известно волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения (патент RU 2413188 C2, МПК G01K 11/32, G02B 6/43, опубл. 27.02.2011) содержащее импульсный источник зондирующего излучения, направленный оптический ответвитель, чувствительный элемент, систему регистрации и узел обработки сигналов. Чувствительный элемент выполнен в виде одномодового оптического волокна. Направленный оптический ответвитель отделяет рэлеевскую компоненту и подключен последовательно к одному или более дополнительному направленному оптическому ответвителю, также отделяющему рэлеевскую компоненту. Дополнительный направленный оптический ответвитель соединен последовательно с одним или более направленным оптическим ответвителем, разделяющим стоксовую и антистоксовую компоненты рассеянного излучения. Компоненты излучения направляются на фотоприемные модули системы регистрации. Между направленными ответвителями встроена волоконная брэгговская решетка. Импульсным источником зондирующего излучения служит импульсный волоконный лазер или импульсный полупроводниковый лазер. Для увеличения мощности импульсного источника зондирующего излучения последовательно ему введен волоконно-оптический усилитель или полупроводниковый усилитель с волоконными выходами. Вариантом является устройство, в которое дополнительно введен коммутатор, соединенный с входом одного из фотоприемных модулей. При этом импульсный полупроводниковый лазер работает на длине волны антистоксовой компоненты и соединен с одним из входов циркулятора.
Недостатком известного устройства является то, что волоконный фильтр на брегговской решетке является нестабильным элементом, на который оказывают влияние температурные факторы, что ведет к снижению надежности работы устройства. При этом при использовании фильтра на брегговской решетке спектр работы лазера должен подходить к рабочему спектру (брегговские решетки должны иметь ту же длину волны, что и импульсный лазер). Спектры импульсных лазеров, а также спектры решеток определяются при производстве и порой могут немного отходить от ожидаемых значений. Это ухудшает технологичность прибора, так как необходимо проводить измерения спектров лазеров, спектров решеток и подбирать пары «лазер-фильтр». Спектры решеток зависят от натяжения волокна, которое в процессе сборки трудно контролировать, что также ухудшает технологичность прибора. Использование брегговских решеток не позволяет использовать различные типы лазеров.
Известно волоконно-оптическое устройство для измерения распределения температуры (патент RU 2434208, МПК G01K 11/32, опубл. 20.11.2011), содержащее импульсный источник оптического излучения, оптическое волокно, являющееся чувствительным элементом, направленный ответвитель, блок спектрального разделения, два фотоприемных модуля, фотоприемный модуль синхронизации и блок обработки. Направленный ответвитель соединен с импульсным источником оптического излучения, со входом блока спектрального разделения, со входом фотоприемного модуля синхронизации и с чувствительным элементом. Блок спектрального разделения соединен с фотоприемными модулями, которые в свою очередь соединены с блоком обработки. Чувствительный элемент выполнен в виде одномодового волокна, блок спектрального разделения содержит волоконный фильтр на брегговской решетке и волоконный мультиплексор на два канала, настроенных на пропускание стоксовой и антистоксовой компоненты. Вариантом является устройство, в котором вместо направленного ответвителя используется циркулятор.
К недостаткам известного устройства можно отнести расположение компонентов импульсного источника оптического излучения, которое создает сонаправленную накачку, вследствие которой в результате работы устройства усиливаются как шумы импульсного лазера, так и полезный сигнал, что в свою очередь снижает точность измерения и надежность работы лазера накачки. Блок спектрального разделения на брегговской решетке является нестабильным элементом, на который оказывают влияние температурные факторы, что ведет к снижению надежности работы устройства. При этом при использовании фильтра на брегговской решетке спектр работы лазера должен подходить к рабочему спектру (брегговские решетки должны иметь ту же длину волны, что и импульсный лазер). Спектры импульсных лазеров, а также спектры решеток определяются при производстве и порой могут немного отходить от ожидаемых значений. Это ухудшает технологичность прибора, так как необходимо проводить измерения спектра лазеров, спектра решеток и подбирать пары «лазер-фильтр». Спектры решеток зависят от натяжения волокна, которое в процессе сборки трудно контролировать, что также ухудшает технологичность прибора. Использование брегговских решеток не позволяет использовать различные типы лазеров с разными спектрами. Термины и определения, применяемые в настоящей заявке.
Чувствительный элемент – опрашиваемая линия в виде оптического волокна, которое может быть включено в состав различных кабельных конструкций и выполнено как одномодовым, так и многомодовым, в том числе стандартное телекоммуникационное оптическое волокно.
Спектральный фильтр компонентов рассеяния – спектральный фильтр, разделяющий компоненты, например, спектральный фильтр комбинационного рассеяния, разделяющий рэлеевскую, стоксовую и антистоксовую компоненты рассеяния, основанный на эффекте Рамана, в том числе с демультиплексорами с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном.
Волоконно-оптический усилитель – волоконно-оптический усилитель на основе редкоземельного элемента или редкоземельных элементов, в состав усилителя входит активное оптическое волокно с примесью редкоземельного элемента, например, эрбиевое волокно, иттербиевое волокно, эрбий-иттербиевое волокно и др.
Активное волокно – отрезок волокна, сердцевина которого легирована ионами редкоземельного элемента или ионами редкоземельных элементов, например, эрбием, иттербием, эрбий-иттербием и др.
Краткое описание изобретения.
Задачей настоящего изобретения является создание высоко технологичного и более простого и надежного устройства опроса чувствительного элемента.
Техническим результатом является повышение технологичности, надежности устройства опроса чувствительного элемента, повышение точности измерений температурного распределения вдоль оптического волокна устройством опроса чувствительного элемента.
Технический результат достигается тем, что устройство опроса чувствительного элемента включает генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля, блок обработки сигнала, волоконно-оптический усилитель включает активное волокно, лазер накачки, мультиплексор и изолятор.
Спектральный фильтр компонентов рассеяния при этом содержит демультиплексоры с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном, использование которых позволяет повысить:
- технологичность устройства опроса чувствительного элемента за счет того, что такой фильтр стабилен по характеристикам в процессе сборки всего прибора, а также становится возможным использование лазеров разного типа, так как рабочий спектр спектрального фильтра компонентов рассеяния на основе тонкопленочного фильтра позволяет работать с лазерами без согласования спектра, соответственно не требуется подбирать пары «лазер-фильтр», упрощая процесс сборки устройства;
- надежность работы устройства опроса чувствительного элемента за счет того, что характеристики такого фильтра мало зависят от температурных факторов и не оказывают влияние на рабочие температуры всего устройства.
С другой стороны, генератор лазерного излучения имеет противоположно направленную накачку импульсному лазеру. Для противоположно направленной накачки импульсному лазеру по его оптическому пути распространения излучения в волоконно-оптическом усилителе активное волокно расположено перед мультиплексором. При этом сердцевина активного волокна легирована ионами редкоземельного элемента, в качестве которого может использоваться эрбий или иттербий, или эрбий-иттербий. Противоположно направленная накачка повышает эффективность работы волоконно-оптического усилителя, меньше требуется активного волокна, повышается технологичность и точность измерений. При этом лазер накачки работает при меньших токах, что повышает его долговечность и надежность работы устройства опроса чувствительного элемента. Волоконно-оптический усилитель содержит дополнительно изолятор. Использование изоляторов повышает стабильность и надежность работы устройства опроса чувствительного элемента. Устройство опроса чувствительного элемента может содержать термостат. В термостате расположены калибровочный отрезок оптического волокна, термодатчик. Отрезок оптического волокна необходим для корректного расчета температуры в термостате, а его температура измеряется термодатчиком, в результате повышается точность измерений.
Описание чертежей.
На фиг. 1 представлена схема устройства опроса чувствительного элемента.
Позиции на чертежах:
1 – токовый драйвер лазерных диодов,
2 – первый волоконно-оптический изолятор,
3 – активное волокно,
4 – мультиплексор,
5 – второй волоконно-оптический изолятор,
6 – спектральный фильтр компонентов рассеяния,
7 – термостат,
8 – калибровочный отрезок оптического волокна,
9 – термодатчик
10 – волоконно-оптический переключатель,
11 – чувствительный элемент,
12 – импульсный лазер,
13 – лазер накачки,
14 – второй фотоприемный модуль,
15 – первым фотоприемный модуль,
16 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП),
17 – микроконтроллер,
18 – первый демультиплексор,
19 – второй демультиплексор.
Подробное описание изобретения.
В приведенном ниже подробном описании реализации изобретения приведены многочисленные детали реализации, призванные обеспечить отчетливое понимание настоящего изобретения. Однако, квалифицированному в предметной области специалисту, будет очевидно каким образом можно использовать настоящее изобретение, как с данными деталями реализации, так и без них. В других случаях хорошо известные методы, процедуры и компоненты не были описаны подробно, чтобы не затруднять излишне понимание особенностей настоящего изобретения.
Кроме того, из приведенного изложения будет ясно, что изобретение не ограничивается приведенной реализацией. Многочисленные возможные модификации, изменения, вариации и замены, сохраняющие суть и форму настоящего изобретения, будут очевидными для квалифицированных в предметной области специалистов.
Устройство опроса чувствительного элемента для распределенных волоконно-оптических датчиков температуры, которое позволяет получать профиль температурного распределения вдоль оптического волокна. В корпусе устройства опроса чувствительного элемента в виде оптического волокна (фиг. 1) расположены генератор лазерного излучения, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля, блок обработки сигнала, термостат, волоконно-оптический переключатель.
Генератор лазерного излучения содержит токовый драйвер лазерных диодов 1, пигтелированный оптическим волокном, импульсный лазер 12, волоконно-оптический усилитель, в котором последовательно расположены первый волоконно-оптический изолятор 2, активное волокно 3, мультиплексор 4 и второй волоконно-оптический изолятор 5, а лазер накачки 13 соединен по крайней мере с одним выходом мультиплексора 4. Токовый драйвер лазерных диодов 1 соединен с блоком обработки сигнала высокочастотным кабелем.
В качестве импульсного лазера 12 могут быть использованы, например, лазерные диоды, волоконные лазеры, светодиоды без дополнительного согласования схемы усиления.
Первый волоконно-оптический изолятор 2 позволяет защитить лазер от спонтанного излучения из активного волокна 3, он работает с минимальным затуханием в прямом направлении и максимальным затуханием в обратном. Второй волоконно-оптический изолятор 5 дополнительно защищает импульсный лазер. Использование изоляторов повышает стабильность и надежность работы устройства опроса чувствительного элемента.
Описанное выше расположение компонентов генератора лазерного излучения, при котором относительно оптического пути распространения излучения импульсного лазера активное волокно 3 расположено перед мультиплексором 4, позволяет создать противоположно направленную накачку импульсному лазеру 12. Сердцевина активного волокна легирована ионами редкоземельного элемента или редкоземельных элементов, в качестве которого может использоваться эрбий или иттербий, или эрбий-иттербий и др. Таким образом, активное волокно может быть представлено в виде эрбиевого волокна или иттербиевого волокна, или эрбий-иттербиевого волокна и др.
Наиболее часто используют волоконно-оптические усилители с активным волокном в виде эрбиевого волокна. Один из важнейших параметров активного волокна, в частности, эрбиевого волокна - коэффициент поглощения излучения накачки и, как правило, это значение велико. Ниже приведен принцип действия противоположно направленной накачки и активного волокна, в качестве примера выбрано эрбиевое волокно. В начале пути излучения от импульсного лазера по эрбиевому волокну наблюдается наименьший коэффициент усиления, к концу эрбиевого волокна наибольшая интенсивность импульсного излучения и наибольший коэффициент усиления. За счет чего более эффективно снимается инверсия населенности эрбиевого волокна импульсным излучением, а не шумами импульсного лазера. В результате чего меньше шумов и, следовательно, выше точность измерений. К тому же, интенсивность импульсного излучения растет по мере прохождения по эрбиевому волокну, у которого в тот же момент растет коэффициент усиления, что повышает эффективность работы усилителя, меньше требуется эрбиевого волокна, повышается технологичность. Также такое расположение влияет на то, что лазер накачки работает при меньших токах через лазер, что повышает его долговечность и надежность работы устройства опроса чувствительного элемента.
Спектральный фильтр компонентов рассеяния 6 содержит два демультиплексора 18 и 19 с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном. Вход первого демультиплексора 18 соединен с выходом второго волоконно-оптический изолятора 5. Один из выходов первого демультиплексора 18 соединен со входом второго демультиплексора 19, а другой выход соединен с первым фотоприемным модулем 15, на который попадает антистоксовая компонента. Один из выходов второго демультиплексора 19 соединен с термостатом 7, а другой выход соединен со вторым фотоприемным модулем 14, на который попадает стоксовая компонента. Для упрощения процедуры калибровки показаний температуры используется одновременно стоксовая и антистоксовая компоненты комбинационного рассеяния.
Блок обработки сигнала включает аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 16 и ЭВМ (микроконтроллер) 17. АЦП оцифровывает сигналы с фотоприемников. Микроконтроллер производит математический расчет оцифрованных сигналов в температурные показания. Фотоприемные модули 14, 15 соединены с АЦП 16. Термостат 7 соединен с микроконтроллером 17 и содержит калибровочный отрезок оптического волокна 8, термодатчик 9.
Волоконно-оптический переключатель 10 содержит один вход и множество выходов, позволяющих используя электрический сигнал управления, соединять чувствительные элементы 11. Волоконно-оптический переключатель 10 позволяет последовательно измерять температуру в N чувствительных элементах 11, опрашивать больше линий (чувствительных элементов) одним устройством.
Принцип работы устройство опроса чувствительного элемента.
Излучение из импульсного лазера 12, например, в виде импульсного лазерного диода, распространяется на вход первого волоконно-оптического изолятора 2. После изолятора расположено эрбиевое волокно 3 в виде отрезка волокна, сердцевина которого легирована ионами эрбия, благодаря чему волокно способно поглощать энергию, переносимую светом на длине волны 980 нм и переизлучать его на 1550 нм. Эрбиевое волокно 3 с другой стороны подключено к спектральному мультиплексору 4, у которого на входе один порт, на выходе два порта. С той стороны, где у него один порт, в волокне распространяется две длины волны, а на выходе из мультиплексора 4 каждая из длин волн распространяется по своему отдельному порту. Спектральный мультиплексор 4 на выходе подключен одним портом к лазеру накачки на длине волны 980 нм 13, излучение которого накачивает эрбиевое волокно 3, а вторым портом он подключен к первому демультиплексору с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном, при этом между мультиплексором 4 и спектральным фильтром компонентов рассеяния 6 расположен второй волоконно-оптический изолятор 5. Демультиплексоры разбивают обратное рассеяние по компонентам: стокс, антистокс и рэлеей. Стокс и антистокс направляются на фотоприемные модули 14, 15. Из линии оптического волокна (чувствительного элемента 11) на вход первого демультиплексора 18 с тонкопленочными фильтрами, пигтелированного оптическим волокном, попадают три компоненты рассеяния: стоксовая компонента раманавского рассеяния, рэлеевская компонента и антистоксовая компонента рассеяния. Демультиплексор делит спектр на две части и все что ниже длины волны отсечки попадает в один канал, все, что больше длины волны отсечки, попадает в другой. Таким образом, первый демультиплексор 18 делит спектр так, что в один канал попадает только антистоксовая компонента, а в другой попадает стоксовая и рэлеевская компоненты. Антистоксовая компонента подается на первый фотоприемник 15. По другому порту распространяется стоксовая и рэлеевская компоненты рассеяния, которые попадают во второй демультиплексор 19, только с другой длиной волны отсечки, который делит спектр на две части, разделяя стоксовую компоненту и рэлеевскую компоненту. Стоксовая компонента подается на второй фотоприемник 14.
После спектрального фильтра компонентов рассеяния расположен термостат 7 с калибровочным отрезком оптического волокна 8, температура в котором измеряется термодатчиком 9. Рефлектограммы от отрезка в термостате 7 позволяют произвести расчеты калибровочных коэффициентов.
На фотоприемных модулях 14, 15 происходит преобразование оптического сигнала рефлектограмм в электрический. Также, в фотоприемных модулях производится усиление сигнала. Затем усиленный сигнал по высокочастотным кабелям попадает на вход АЦП 16. АЦП передает данные микроконтроллеру 17, туда же передается информация от термодатчика 9. ЭВМ производит пересчет рефлектограмм рассеяния в температурное распределение вдоль оптического волокна.
В настоящих материалах заявки было представлено предпочтительное раскрытие осуществление заявленного технического решения, которое не должно использоваться как ограничивающее иные, частные воплощения его реализации, которые не выходят за рамки испрашиваемого объема правовой охраны и являются очевидными для специалистов в соответствующей области техники.
Claims (28)
1. Устройство опроса чувствительного элемента, включающее генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля, блок обработки сигнала, при этом:
- волоконно-оптический усилитель содержит изолятор, активное волокно, мультиплексор, лазер накачки;
- спектральный фильтр компонентов рассеяния содержит по крайней мере два демультиплексора с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном.
2. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 1, отличающееся тем, что генератор лазерного излучения имеет противоположно направленную накачку импульсному лазеру.
3. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 1, отличающееся тем, что в волоконно-оптическом усилителе генератора лазерного излучения активное волокно расположено перед мультиплексором.
4. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 1, отличающееся тем, что сердцевина активного волокна легирована ионами редкоземельного элемента.
5. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 4, отличающееся тем, что в качестве редкоземельного элемента используется эрбий или иттербий, или эрбий-иттербий.
6. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 1, отличающееся тем, что в качестве активного волокна в волоконно-оптическом усилителе используется эрбиевое волокно.
7. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 1, отличающееся тем, что волоконно-оптический усилитель генератора лазерного излучения содержит дополнительно изолятор.
8. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 1, отличающееся тем, что содержит термостат.
9. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 8, отличающееся тем, что в термостате расположен калибровочный отрезок оптического волокна.
10. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 8, отличающееся тем, что в термостате расположен термодатчик.
11. Устройство опроса чувствительного элемента, включающее генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля, блок обработки сигнала, при этом:
- волоконно-оптический усилитель содержит изолятор, активное волокно, мультиплексор, лазер накачки,
- генератор лазерного излучения имеет противоположно направленную накачку импульсному лазеру, а в волоконно-оптическом усилителе генератора лазерного излучения активное волокно расположено перед мультиплексором.
12. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 11, отличающееся тем, что сердцевина активного волокна легирована ионами редкоземельного элемента.
13. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 12, отличающееся тем, что в качестве редкоземельного элемента используется эрбий или иттербий, или эрбий-иттербий.
14. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 11, отличающееся тем, что в качестве активного волокна в волоконно-оптическом усилителе используется эрбиевое волокно.
15. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 11, отличающееся тем, что спектральный фильтр компонентов рассеяния содержит демультиплексоры с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном.
16. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 11, отличающееся тем, что волоконно-оптический усилитель генератора лазерного излучения содержит дополнительно изолятор.
17. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 11, отличающееся тем, что содержит термостат.
18. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 17, отличающееся тем, что в термостате расположен калибровочный отрезок оптического волокна.
19. Устройство опроса чувствительного элемента по п. 17, отличающееся тем, что в термостате расположен термодатчик.
20. Устройство опроса чувствительного элемента, включающее генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля, блок обработки сигнала, при этом:
- волоконно-оптический усилитель содержит изолятор, активное волокно, мультиплексор, лазер накачки,
- генератор лазерного излучения имеет противоположно направленную накачку импульсному лазеру,
- в волоконно-оптическом усилителе генератора лазерного излучения активное волокно расположено перед мультиплексором,
- спектральный фильтр компонентов рассеяния содержит по крайней мере два демультиплексора с тонкопленочными фильтрами, пигтелированными оптическим волокном.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107637A RU2701182C1 (ru) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Устройство опроса чувствительного элемента |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2019107637A RU2701182C1 (ru) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Устройство опроса чувствительного элемента |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2701182C1 true RU2701182C1 (ru) | 2019-09-25 |
Family
ID=68063525
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2019107637A RU2701182C1 (ru) | 2019-03-18 | 2019-03-18 | Устройство опроса чувствительного элемента |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2701182C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5217306A (en) * | 1991-03-02 | 1993-06-08 | Fujikura Ltd. | Temperature distribution analyzer using optical fiber |
| WO1998002898A1 (en) * | 1996-07-12 | 1998-01-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Amplified sensor arrays |
| RU65223U1 (ru) * | 2007-01-30 | 2007-07-27 | Курков Андрей Семенович | Волоконно-оптическое устройство для измерения распределения температуры (варианты) |
| RU2413188C2 (ru) * | 2009-04-09 | 2011-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" | Волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения (варианты) |
-
2019
- 2019-03-18 RU RU2019107637A patent/RU2701182C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5217306A (en) * | 1991-03-02 | 1993-06-08 | Fujikura Ltd. | Temperature distribution analyzer using optical fiber |
| WO1998002898A1 (en) * | 1996-07-12 | 1998-01-22 | The Board Of Trustees Of The Leland Stanford Junior University | Amplified sensor arrays |
| RU65223U1 (ru) * | 2007-01-30 | 2007-07-27 | Курков Андрей Семенович | Волоконно-оптическое устройство для измерения распределения температуры (варианты) |
| RU2413188C2 (ru) * | 2009-04-09 | 2011-02-27 | Общество с ограниченной ответственностью "СибСенсор" | Волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения (варианты) |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7628531B2 (en) | Methods and apparatus for dual source calibration for distributed temperature systems | |
| US8760639B2 (en) | Distributed optical fibre sensing | |
| CN105136178B (zh) | 混沌布里渊光相干域分析的分布式光纤传感装置及方法 | |
| RU2413188C2 (ru) | Волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения (варианты) | |
| US9964453B2 (en) | Device and method for high precision fiber-optic temperature profile measurements in long length areas | |
| CN104568829B (zh) | 采用参考腔主动反馈补偿的光纤激光器气体检测系统 | |
| WO2004094972A1 (en) | Distributed optical fibre measurements | |
| CN102840929B (zh) | 一种长距离的拉曼分布式温度传感系统 | |
| CA2646312C (en) | Dual source calibration for distributed temperature systems | |
| CN101556193A (zh) | 用于校准纤维光学温度测量系统的装置和方法 | |
| RU2552222C1 (ru) | Способ измерения температурного распределения и устройство для его осуществления | |
| CN104361707A (zh) | 光纤感温火灾探测器系统 | |
| ITMI961897A1 (it) | Amplificatore ottico con livello costante di luce di segnale amplificata con elevata precisione particolarmente per comunicazioni | |
| Kee et al. | 1.65 µm Raman based distributed temperature sensor | |
| JP2007240294A (ja) | 光ファイバ歪測定装置 | |
| RU2701182C1 (ru) | Устройство опроса чувствительного элемента | |
| RU192122U1 (ru) | Устройство опроса чувствительного элемента | |
| RU192121U1 (ru) | Устройство опроса чувствительного элемента | |
| US9244002B1 (en) | Optical method and system for measuring an environmental parameter | |
| CN202002751U (zh) | 一种分布式光纤测温装置 | |
| KR102508521B1 (ko) | 광학소재의 광투과 특성을 이용한 온도측정 방법 및 이를 이용한 온도센서 | |
| Renner et al. | A novel approach in raman temperature sensing in optical fiber based on broadband incident light | |
| JP2004361284A (ja) | 反射波長計測システム | |
| Kuznetsov et al. | Fibreoptic distributed temperature sensor with spectral filtration by directional fibre couplers | |
| EP2887044A1 (en) | Method and system for stimulated Brillouin scattering threshold power measurement |