WO2018048326A1 - Long-gauge distributed fibre optic sensor - Google Patents

Long-gauge distributed fibre optic sensor Download PDF

Info

Publication number
WO2018048326A1
WO2018048326A1 PCT/RU2017/000620 RU2017000620W WO2018048326A1 WO 2018048326 A1 WO2018048326 A1 WO 2018048326A1 RU 2017000620 W RU2017000620 W RU 2017000620W WO 2018048326 A1 WO2018048326 A1 WO 2018048326A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
optical
radiation
sensitive
optical fiber
source
Prior art date
Application number
PCT/RU2017/000620
Other languages
French (fr)
Russian (ru)
Inventor
Владимир Николаевич БУРОВ
Вячеслав Владимирович СЕМЕНЮГА
Яна Владимировна ЗЕНКИНА
Дмитрий Борисович ЗАХАРОВ
Вячеслав Иванович ПЕРЕДЕРИЙ
Вадим Анатольевич ЯКОВЛЕВ
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ТСТ Инжиниринг"
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 Общество с ограниченной ответственностью "ТСТ Инжиниринг" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ТСТ Инжиниринг"
Priority to DE212017000210.7U priority Critical patent/DE212017000210U1/en
Publication of WO2018048326A1 publication Critical patent/WO2018048326A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
    • G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
    • G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
    • G01B11/18—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge using photoelastic elements
    • 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
    • G01D5/35364—Sensor working in reflection using backscattering to detect the measured quantity using inelastic backscattering to detect the measured quantity, e.g. using Brillouin or Raman backscattering

Definitions

  • the utility model relates to distributed fiber-optic sensors based on the Brillouin light scattering phenomenon, using optical fiber as a sensitive element and can be used to measure the distribution of mechanical stresses and / or temperature with high accuracy and high spatial resolution.
  • Fiber optic sensors are known for measuring the distribution of physical quantities, such as temperature, strain and hydrostatic pressure along a sensitive optical fiber, which use methods based on recording the distribution of the fine structure parameters of scattered radiation, namely Brillouin scattering, also called Mandelstam-Brillouin scattering.
  • the location at which the physical parameter is measured is based on recalculating the delay time from sensing to recording the scattering signal to a distance that corresponds to the path of light radiation along the optical fiber from the analyzer to the scattering point and vice versa.
  • the delay time can be measured directly, as, for example, in the well-known fiber-optic Brillouin analyzer (RF patent for utility model 140707, published on 05.20.2014).
  • the well-known analyzer uses the Brillouin optical analysis method in the time representation (BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis), which uses the principles of optical reflectometry in the time representation (OTDR, Optical Time Domain Reflectometry).
  • BOTDA Brillouin Optical Time Domain Analysis
  • OTDR Optical Time Domain Reflectometry
  • the delay time is measured between the optical radiation pulse participating in Brillouin scattering and the signal detected by the photodetector, attributed to the Brillouin scattering phenomenon, which propagates in the optical fiber in the opposite direction to the pulse.
  • Brillouin scattering in an optical fiber can be considered as diffraction of light by a moving refractive index grating created by an acoustic wave.
  • the signal reflected from the grating experiences a Doppler frequency shift, since the grating moves with the speed of sound.
  • the speed of sound is directly related to the density of the material and depends both on its temperature and on internal mechanical stress (deformation).
  • the magnitude of the Brillouin frequency shift carries information about the temperature and strain at the scattering point.
  • Accurate determination of the strain requires temperature measurement and subtraction of the temperature contribution to the Brillouin frequency shift, i.e., thermal compensation.
  • the Brillouin shift depends solely on temperature.
  • the measurement of the Brillouin frequency shift allows the measurement of temperature and strain.
  • the closest technical solution is a well-known distributed fiber optic sensor for measuring strain and / or temperature (see RF Patent N ° 2346235, published July 27, 2008), which uses a method based on the Brillouin scattering phenomenon.
  • the known sensor comprises a source of stepwise optical light (optical) radiation for generating an optical pulse having a stepwise distribution of light intensity increasing toward the center, and a source of continuous light radiation for generating continuous light radiation.
  • the sensor also contains a sensitive optical fiber onto which an optical pulse is incident as the sounding light of the sensing, and the continuous light is incident as the light of the pump, so as to cause the Brillouin scattering between the light of the sounding and the light of the pump, and a Brillouin scattering detector in the time domain for determining the Brillouin attenuation spectrum or the Brillouin gain spectrum from light radiation, the output arising from a sensitive optical fiber and the attributed phenomenon of Brillouin scattering.
  • the measurement of the strain caused inside the sensitive optical fiber and / or the temperature of the sensitive optical fiber is made on the basis of a certain Brillouin attenuation spectrum or Brillouin gain spectrum.
  • a disadvantage of the known sensor is that it does not allow to limit the portion of the optical fiber where the Brillouin scattering phenomenon occurs, so that a signal attributed to the Brillouin scattering phenomenon that occurs throughout the sensitive optical fiber, which leads to an increase in the measurement time, is incident on the detector. signal-to-noise ratio and limits the distance from light sources and the detector to the most remote portion of the sensitive optical wave window.
  • the problem solved by the claimed sensor is the improvement of technical and operational characteristics and the provision of the possibility of measurements at a sufficiently large distance from demanding conditions placement of sensor components - optical radiation sources and detector.
  • the technical result that was obtained by performing the claimed sensor was an increase in the distance from the sources of optical radiation and the detector to the most remote portion of the sensitive optical fiber, a decrease in the measurement duration, and an increase in the signal-to-noise ratio.
  • the distributed fiber-optic sensor for measuring strain and / or temperature using the Brillouin scattering phenomenon comprising a source of first optical radiation, a source of second optical radiation, a sensitive optical fiber and an optical radiation detector, the first end of the sensitive the optical fiber is connected to the source of the first optical radiation, the second end of the sensitive optical fiber is connected to the source the eyelid of the second optical radiation, in order to thereby cause the Brillouin scattering phenomenon between the first and second optical radiations, and the detector is connected to the first end of the sensitive optical fiber for detecting radiation coming out of the sensitive optical fiber and attributed to the Brillouin scattering phenomenon, it is equipped with a linear path of the optical fiber line transmission, through which the source of the second optical radiation is connected to a sensitive optical fiber, eynogo tract is at least half the length of the sensing optical fiber line path and is equipped with a device to prevent it from entering the optical radiation from sensitive optical fiber.
  • a device that prevents optical radiation from entering a sensitive optical fiber into the linear path can be made in the form of an optical insulator.
  • connection of the sensitive optical fiber to the source of the first optical radiation and the detector can be performed by means of an optical circulator.
  • Deformation and / or temperature can be measured based on a specific Brillouin attenuation spectrum.
  • the strain and / or temperature can be measured based on a specific Brillouin gain spectrum.
  • the source of the first optical radiation, the source of the second optical radiation and the detector of optical radiation can be located in a common housing.
  • FIG. 1 depicts a generalized functional diagram of the claimed distributed fiber optic sensor for measuring strain and / or temperature using the Brillouin scattering phenomenon.
  • the distributed fiber-optic sensor (Fig. 1) for measuring strain and / or temperature using the Brillouin scattering phenomenon comprises a first optical radiation source 1, a second optical radiation source 2, a sensitive optical fiber 3 and an optical radiation detector 4.
  • the first end of the sensitive optical fiber 3 is connected to a source 1 of the first optical radiation and an optical radiation detector 4.
  • the connection can be made using an optical circulator 5.
  • the second optical radiation source 2 is connected to the second end of the sensitive optical fiber 3 through a linear path 6 of the optical fiber transmission line, the length of which is at least half the length of the sensitive optical fiber.
  • the linear path 6 is equipped with a device 7 that prevents optical radiation from entering into it from a sensitive optical fiber 3.
  • a device 7 that prevents optical radiation from entering a linear path from a sensitive optical fiber can be made in the form of an optical insulator.
  • the source 1 of the first optical radiation, the source 2 of the second optical radiation and the detector 4 of the optical radiation can be located in a common housing 8, for example, in the same way as in the prior art distributed fiber optic sensors.
  • the distributed fiber optic sensor (Fig. 1) operates as follows.
  • the source 1 emits a first optical radiation that enters and propagates into the sensitive optical fiber 3.
  • the source 2 emits a second optical radiation, which through the linear path 6 of the fiber optic transmission line and the insulator 7 will fall into the sensitive optical fiber 3 and propagates in it towards the first optical radiation.
  • the linear path 6 provides the transmission of the second optical radiation with the desired characteristics without distortion.
  • Source 1 and source 2 have characteristics that ensure their applicability to the corresponding Brillouin optical analysis method.
  • a Brillouin scattering phenomenon occurs between the first and second optical radiations, which generates a signal attributed to the Brillouin scattering phenomenon, which propagates through the sensitive optical fiber 3 and enters the detector 4.
  • Connecting the sensitive optical fiber 3 to the source 1 of the first optical radiation and the detector 4 can be performed by means of an optical circulator 5.
  • the circulator 5 directs the first optical radiation from and point 1 into the sensitive optical fiber 3, and the radiation from the sensitive optical fiber 3 to the detector 4.
  • the use of the circulator 5 prevents the first optical radiation from parasitically entering the detector 4, and also prevents the radiation from the sensitive optical fiber 3 from reaching the source 1.
  • Using the circulator 5 also provides the transmission of radiation from a sensitive optical fiber 3 to the detector 4 with low loss.
  • Optical circulators are standard components and are commercially available (see, for example, URL: https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm7obiectgroup id— 373, accessed 05/13/2016).
  • Detector 4 measures the Brillouin attenuation spectrum or the Brillouin gain spectrum from optical radiation emerging from the sensitive optical fiber 3 and attributed to the Brillouin scattering phenomenon, and determines the deformation and / or temperature of the sensitive optical fiber 3 based on a specific Brillouin attenuation spectrum or the Brillouin amplification spectrum.
  • the spatial distribution of the measured value along the sensitive optical fiber is determined by methods known from the prior art.
  • the Brillouin optical analysis method in time representation BOTDA
  • the optical radiation detector detects radiation emerging from the sensitive optical fiber and attributed to the Brillouin scattering phenomenon depending on the delay time relative to the pulse of the first optical radiation .
  • the distance to the measurement point is calculated based on the conversion of the corresponding delay time.
  • sources 1, 2 and detector 4 can be performed in the same way as in the closest technical solution (prototype).
  • the inventive sensor can also use the Brillouin optical analysis method in the frequency representation (BOFDA), when the first optical radiation is harmonically modulated in amplitude and the optical radiation detector detects the phase and amplitude of the radiation emerging from the sensitive optical fiber and attributed to the Brillouin scattering phenomenon, depending on the frequency modulation of the first optical radiation.
  • sources 1, 2 and detector 4 can be performed in the same way as in the commercially available system based on the Brillouin light scattering phenomenon (see URL: http://www.fibristerre.de/products-and -services /, accessed 05/13/2016).
  • Fiber optic transmission lines are widely used to transmit and receive an optical signal.
  • Fiber-optic transmission line is a combination of linear paths of fiber-optic transmission systems having a common optical cable, linear structures and devices for their maintenance within the limits of action service devices.
  • Mandatory channel-forming elements of a fiber optic transmission line are optical fibers.
  • Optical fibers are characterized by the attenuation parameter of the optical signal and dispersion characteristics. Typical attenuation of radiation with a wavelength of 1550 nm in a single-mode coupled optical fiber is 0.19-0.22 dB / km and the chromatic dispersion is about 20 ps / (nm km).
  • the amplitude of the optical signal decreases due to attenuation, and the temporal shape of the signal may be distorted due to the contribution of chromatic dispersion.
  • optical amplifiers widely used in the communications industry can be used, for example, Erbium or Raman amplifiers, which are installed at a certain distance so that the gain compensates for the total attenuation and loss of optical power in the previous section.
  • a typical length of a linear path section without amplifiers is 50 km, which corresponds to a 10 dB loss in optical signal power.
  • spectral optical filters can be used in the linear path 6, which filter the optical useful signal from the spectral noise of optical amplifiers, for example, from spontaneous emission of an Erbium amplifier, by the wavelength spectrum.
  • dispersion compensators fiber or semiconductor
  • the use of optical fibers supporting the state of polarization of the signal allows one to get rid of the polarization-mode dispersion and reduce distortion in the transmission line.
  • the combination of an optical amplifier with a dispersion compensator sequentially installed behind it in the linear path is a repeater, the use of which allows you to restore the shape of the signal transmitted along the linear path 6 to the original state, that is, repeat the signal.
  • the device 7 can be made in the form of an optical isolator.
  • Optical isolators are standard components and commercially available (see, for example, URL: https://www.go4fiber.com/laboratorv-and- component / isolator, accessed 05/13/2016).
  • the device 7 prevents the first optical radiation from entering the linear path 6 of the fiber-optic transmission line, preventing unwanted non-linear interactions (in particular, the Brillouin scattering phenomenon) of the first optical radiation and the second optical radiation, which can lead to a change in the amplitude and phase of the first optical radiation in linear tract 6 of a fiber optic transmission line.
  • the device 7 limits the region where the Brillouin scattering phenomenon occurs to the sensitive optical fiber 3.
  • the length of the linear path 6 of the optical fiber transmission line is chosen to be at least half the length of the sensitive optical fiber 3. Denote the length of the sensitive optical fiber 3 by L.
  • L / 2 half the length of the sensitive optical fiber 3
  • a reduction in the measurement duration is achieved for sensors when it is necessary to make measurements at a distance from the optical radiation sources 1, 2 and detector 4 due to the fact that the Brillouin scattering phenomenon does not occur in the linear path 6, so that the fiber section analyzed by optical reflectometry is reduced to sensitive optical fiber 3, which reduces the measurement time in accordance with a decrease in the propagation time of optical radiation from source 1 through a sensitive optical fiber Well, 3 to device 7 and back to detector 4.
  • the typical maximum permissible length of the sensitive optical fiber does not exceed 50 km, so that the length of the linear path 6 of the optical fiber transmission line is not less than half the length of the sensitive optical fiber 3 is easily implemented using standard solutions in the communications industry.

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Optical Transform (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)

Abstract

The present sensor relates to distributed fibre optic sensors based on the phenomenon of Brillouin light scattering, which use an optical fibre as a sensing element, and can be used for measuring the distribution of mechanical stresses and/or temperature with a high degree of accuracy and a high spatial resolution. A distributed fibre optic sensor for measuring deformation and/or temperature using the phenomenon of Brillouin scattering contains two sources of optical radiation, a sensitive optical fibre, and an optical radiation detector, wherein a first end of the sensitive optical fibre is connected to the first source, and a second end is connected to the second source. The detector is connected to the first end of the sensitive optical fibre to register a signal. The second source is connected to the sensitive optical fibre by a line link of a fibre optic transmission line, the length of which is not less than half of the length of the sensitive optical fibre, wherein the line link is equipped with a device which prevents optical radiation from the sensitive optical fibre from entering the line link. The technical result is an increase in the distance to remote measuring regions, a reduction in measuring time, and an increase in signal-to-noise ratio.

Description

Протяженный распределенный волоконно-оптический датчик  Extended Distributed Fiber Optic Sensor
Полезная модель относится к распределенным волоконно-оптическим датчикам на основе явления бриллюэновского рассеяния света, использующим в качестве чувствительного элемента оптическое волокно и может быть использовано для измерения распределения механических напряжений и/или, температуры с высокой точностью и высоким пространственным разрешением. The utility model relates to distributed fiber-optic sensors based on the Brillouin light scattering phenomenon, using optical fiber as a sensitive element and can be used to measure the distribution of mechanical stresses and / or temperature with high accuracy and high spatial resolution.
Известны волоконно-оптические датчики измерения распределения физических величин, таких как температура, деформация и гидростатическое давление вдоль чувствительного оптического волокна, которые используют методы на основе регистрации распределения параметров тонкой структуры рассеянного излучения, а именно бриллюэновского рассеяния, также называемого рассеянием Мандельштама-Бриллюэна. Определение места, в котором измеряется физический параметр (давление, деформация, температура), происходит на основе пересчета времени задержки от зондирования до регистрации сигнала рассеяния в расстояние, которое соответствует пути светового излучения по оптическому волокну от анализатора до места рассеяния и обратно.  Fiber optic sensors are known for measuring the distribution of physical quantities, such as temperature, strain and hydrostatic pressure along a sensitive optical fiber, which use methods based on recording the distribution of the fine structure parameters of scattered radiation, namely Brillouin scattering, also called Mandelstam-Brillouin scattering. The location at which the physical parameter is measured (pressure, deformation, temperature) is based on recalculating the delay time from sensing to recording the scattering signal to a distance that corresponds to the path of light radiation along the optical fiber from the analyzer to the scattering point and vice versa.
Измерение времени задержки может производиться напрямую, как, например, в известном волоконно-оптическом бриллюэновском анализаторе (патент РФ на полезную модель 140707, опубликованный 20.05.2014). В известном анализаторе используется метод бриллюэновского оптического анализа во временном представлении (BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis), который использует принципы оптической рефлектометрии во временном представлении (OTDR, Optical Time Domain Reflectometry). В известном анализаторе измеряется время задержки между импульсом оптического излучения, участвующем в бриллюэновском рассеянии, и регистрируемым фотоприемником сигналом, приписываемым явлению бриллюэновского рассеяния, который распространяется в оптическом волокне в противоположном импульсу направлении.  The delay time can be measured directly, as, for example, in the well-known fiber-optic Brillouin analyzer (RF patent for utility model 140707, published on 05.20.2014). The well-known analyzer uses the Brillouin optical analysis method in the time representation (BOTDA, Brillouin Optical Time Domain Analysis), which uses the principles of optical reflectometry in the time representation (OTDR, Optical Time Domain Reflectometry). In the known analyzer, the delay time is measured between the optical radiation pulse participating in Brillouin scattering and the signal detected by the photodetector, attributed to the Brillouin scattering phenomenon, which propagates in the optical fiber in the opposite direction to the pulse.
Известен другой способ измерения времени задержки (см., например., заявку на Европейский патент ЕР 2110646 А2, опубликована 11.12.2013; Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, No. 4, pp. 654-662 1997, опубликована 04.1997). В известном способе используется метод бриллюэновского оптического анализа в частотном представлении (BOFDA, Brillouin Optical Frequency Domain Analysis), который использует принципы, оптической рефлектометрии в частотном представлении (OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry). В известных устройствах измеряется зависимость амплитуды и фазы оптического сигнала, приписываемого явлению бриллюэновского рассеяния, от частоты модуляции одной из оптических волн. Затем, путем преобразования Фурье частотной зависимости, рассчитывается временная зависимость сигнала, аналогичная зависимости получаемой оптической рефлектометрией во временном представлении. There is another method for measuring the delay time (see, for example, European patent application EP 2110646 A2, published December 11, 2013; Journal of Lightwave Technology, Vol. 15, No. 4, pp. 654-662 1997, published 04.1997). The known method uses the method of Brillouin optical analysis in the frequency representation (BOFDA, Brillouin Optical Frequency Domain Analysis), which uses the principles of optical reflectometry in the frequency representation (OFDR, Optical Frequency Domain Reflectometry). Known devices measure the dependence of the amplitude and phase of an optical signal attributed to the Brillouin scattering phenomenon on the modulation frequency of one of the optical waves. Then, by the Fourier transform of the frequency dependence, the time dependence of the signal is calculated, similar to the dependence obtained by optical reflectometry in a time representation.
Бриллюэновское рассеяние в оптическом волокне можно рассматривать как дифракцию света на движущейся решетке показателя преломления, созданной акустической волной. Таким образом, отраженный от решетки сигнал испытывает доплеровский сдвиг по частоте, поскольку решетка движется со скоростью звука. Скорость звука напрямую связана с плотностью материала и зависит как от его температуры, так и от внутреннего механического напряжения (деформации). В результате величина частотного Бриллюэновского сдвига несет информацию о температуре и деформации в точке рассеяния. Для точного определения деформации требуется измерение температуры и вычитание температурного вклада в Бриллюэновский сдвиг частоты, то есть термокомпенсация. При защите оптического волокна от внешних механических воздействий, Бриллюэновский сдвиг зависит исключительно от температуры. Таким образом, измерение частотного Бриллюэновского сдвига позволяет измерять температуру и деформацию.  Brillouin scattering in an optical fiber can be considered as diffraction of light by a moving refractive index grating created by an acoustic wave. Thus, the signal reflected from the grating experiences a Doppler frequency shift, since the grating moves with the speed of sound. The speed of sound is directly related to the density of the material and depends both on its temperature and on internal mechanical stress (deformation). As a result, the magnitude of the Brillouin frequency shift carries information about the temperature and strain at the scattering point. Accurate determination of the strain requires temperature measurement and subtraction of the temperature contribution to the Brillouin frequency shift, i.e., thermal compensation. When protecting an optical fiber from external mechanical influences, the Brillouin shift depends solely on temperature. Thus, the measurement of the Brillouin frequency shift allows the measurement of temperature and strain.
Существуют коммерчески доступные волоконно-оптические датчики температуры и деформации на основе явления бриллюэновского рассеяния света (см. например, URL: http://www.fibristerre.de/products-and-services/, дата обращения 13/05/2016; URL: http://www.neubrex.com/htm products.htm, дата обращения 13/05/2016; URL: http://omnisens.ch/ditest/3511-ditest-aim.php, дата обращения 13/05/2016), которые предназначены для использования в системах обнаружения утечек транспортируемого по трубопроводу продукта, системах мониторинга подвижек грунта, системах мониторинга состояния зданий и сооружений, системах мониторинга линий электропередачи и др. Наиболее близким техническим решением (прототипом) является известный распределенный оптоволоконный датчик для измерения деформации и/или температуры (см. Патент РФ N°2346235, опубликованный 27.07.2008), в котором используется способ, основанный на явлении бриллюэновского рассеяния. Известный датчик содержит источник ступенчатого оптического светового (оптического) излучения для формирования оптического импульса, обладающего ступенчатым распределением интенсивности света, увеличивающейся по направлению к центру, и источник непрерывного светового излучения для формирования непрерывного светового излучения. Также датчик содержит чувствительное оптическое волокно, на которое падает оптический импульс в качестве светового излучения зондирования, а непрерывное световое излучение является падающим в качестве светового излучения накачки, чтобы тем самым вызывать явление бриллюэновского рассеяния между световым излучением зондирования и световым излучением накачки, и детектор бриллюэновского рассеяния во временной области для определения спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния. В известном датчике измерение деформации, вызванной внутри чувствительного оптического волокна, и/или температуры чувствительного оптического волокна, производится на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления. There are commercially available fiber-optic temperature and strain gauges based on the Brillouin light scattering phenomenon (see, for example, URL: http://www.fibristerre.de/products-and-services/, accessed 05/13/2016; URL: http://www.neubrex.com/htm products.htm, accessed 05/13/2016; URL: http://omnisens.ch/ditest/3511-ditest-aim.php, accessed 05/13/2016 ), which are intended for use in leak detection systems of the product transported through the pipeline, monitoring systems for soil movement, monitoring systems for the condition of buildings and structures, monitoring systems for electric transmissions, etc. The closest technical solution (prototype) is a well-known distributed fiber optic sensor for measuring strain and / or temperature (see RF Patent N ° 2346235, published July 27, 2008), which uses a method based on the Brillouin scattering phenomenon. The known sensor comprises a source of stepwise optical light (optical) radiation for generating an optical pulse having a stepwise distribution of light intensity increasing toward the center, and a source of continuous light radiation for generating continuous light radiation. The sensor also contains a sensitive optical fiber onto which an optical pulse is incident as the sounding light of the sensing, and the continuous light is incident as the light of the pump, so as to cause the Brillouin scattering between the light of the sounding and the light of the pump, and a Brillouin scattering detector in the time domain for determining the Brillouin attenuation spectrum or the Brillouin gain spectrum from light radiation, the output arising from a sensitive optical fiber and the attributed phenomenon of Brillouin scattering. In the known sensor, the measurement of the strain caused inside the sensitive optical fiber and / or the temperature of the sensitive optical fiber is made on the basis of a certain Brillouin attenuation spectrum or Brillouin gain spectrum.
Недостатком известного датчика является то, что он не позволяет ограничить участок оптического волокна, где происходит явление бриллюэновского рассеяния, так что на детектор попадает сигнал, приписываемый явлению бриллюэновского рассеяния, которое происходит на всем протяжении чувствительного оптического волокна, что приводит к увеличению продолжительности измерения, уменьшает отношение сигнал/шум и ограничивает расстояние от источников световых излучений и детектора до наиболее удаленного участка чувствительного оптического волокна.  A disadvantage of the known sensor is that it does not allow to limit the portion of the optical fiber where the Brillouin scattering phenomenon occurs, so that a signal attributed to the Brillouin scattering phenomenon that occurs throughout the sensitive optical fiber, which leads to an increase in the measurement time, is incident on the detector. signal-to-noise ratio and limits the distance from light sources and the detector to the most remote portion of the sensitive optical wave window.
Решаемая заявленным датчиком задача - улучшение технико- эксплуатационных характеристик и обеспечение возможности проведения измерений на достаточно большом удалении от требовательных к условиям размещения составных частей датчика - источников оптических излучений и детектора. The problem solved by the claimed sensor is the improvement of technical and operational characteristics and the provision of the possibility of measurements at a sufficiently large distance from demanding conditions placement of sensor components - optical radiation sources and detector.
Технический результат, который получен при выполнении заявленного датчика - увеличение расстояния от источников оптических излучений и детектора до наиболее удаленного участка чувствительного оптического волокна, уменьшение продолжительности измерения, увеличение отношения сигнал/шум.  The technical result that was obtained by performing the claimed sensor was an increase in the distance from the sources of optical radiation and the detector to the most remote portion of the sensitive optical fiber, a decrease in the measurement duration, and an increase in the signal-to-noise ratio.
Указанный технический результат достигается за счет того, что распределенный волоконно-оптической датчик для измерения деформации и/или температуры с использованием явления бриллюэновского рассеяния, содержащий источник первого оптического излучения, источник второго оптического излучения, чувствительное оптическое волокно и детектор оптического излучения, причем первый конец чувствительного оптического волокна подключен к источнику первого оптического излучения, второй конец чувствительного оптического волокна подключен к источнику второго оптического излучения, чтобы тем самым вызывать явление бриллюэновского рассеяния между первым и вторым оптическими излучениями, а детектор подключен к первому концу чувствительного оптического волокна для регистрации излучения, выходящего из чувствительного оптического волокна и приписываемого явлению бриллюэновского рассеяния, снабжен линейным трактом волоконно-оптической линии передачи, посредством которого источник второго оптического излучения подключен к чувствительному оптическому волокну, причем длина линейного тракта составляет не менее половины длины чувствительного оптического волокна и линейный тракт оборудован устройством, предотвращающем попадание в него оптического излучения из чувствительного оптического волокна.  The specified technical result is achieved due to the fact that the distributed fiber-optic sensor for measuring strain and / or temperature using the Brillouin scattering phenomenon, comprising a source of first optical radiation, a source of second optical radiation, a sensitive optical fiber and an optical radiation detector, the first end of the sensitive the optical fiber is connected to the source of the first optical radiation, the second end of the sensitive optical fiber is connected to the source the eyelid of the second optical radiation, in order to thereby cause the Brillouin scattering phenomenon between the first and second optical radiations, and the detector is connected to the first end of the sensitive optical fiber for detecting radiation coming out of the sensitive optical fiber and attributed to the Brillouin scattering phenomenon, it is equipped with a linear path of the optical fiber line transmission, through which the source of the second optical radiation is connected to a sensitive optical fiber, eynogo tract is at least half the length of the sensing optical fiber line path and is equipped with a device to prevent it from entering the optical radiation from sensitive optical fiber.
Устройство, предотвращающее попадание в линейный тракт оптического излучения из чувствительного оптического волокна может быть выполнено в виде оптического изолятора.  A device that prevents optical radiation from entering a sensitive optical fiber into the linear path can be made in the form of an optical insulator.
Подключение чувствительного оптического волокна к источнику первого оптического излучения и детектору может быть выполнено посредством оптического циркулятора. Деформация и/или температура может измеряться на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления. The connection of the sensitive optical fiber to the source of the first optical radiation and the detector can be performed by means of an optical circulator. Deformation and / or temperature can be measured based on a specific Brillouin attenuation spectrum.
Деформация и/или температура может измеряться на основании определенного спектра бриллюэновского усиления.  The strain and / or temperature can be measured based on a specific Brillouin gain spectrum.
Источник первого оптического излучения, источник второго оптического излучения и детектор оптического излучения могут быть расположены в общем корпусе.  The source of the first optical radiation, the source of the second optical radiation and the detector of optical radiation can be located in a common housing.
Указанные преимущества заявленного датчика, а также его особенности поясняются с помощью прилагаемого чертежа.  The indicated advantages of the claimed sensor, as well as its features are explained using the attached drawing.
Фиг. 1 изображает обобщенную функциональную схему заявленного распределенного волоконно-оптического датчика для измерения деформации и/или температуры с использованием явления бриллюэновского рассеяния. Распределенный волоконно-оптической датчик (фиг. 1) для измерения деформации и/или температуры с использованием явления бриллюэновского рассеяния, содержит источник 1 первого оптического излучения, источник 2 второго оптического излучения, чувствительное оптическое волокно 3 и детектор 4 оптического излучения. FIG. 1 depicts a generalized functional diagram of the claimed distributed fiber optic sensor for measuring strain and / or temperature using the Brillouin scattering phenomenon. The distributed fiber-optic sensor (Fig. 1) for measuring strain and / or temperature using the Brillouin scattering phenomenon comprises a first optical radiation source 1, a second optical radiation source 2, a sensitive optical fiber 3 and an optical radiation detector 4.
Первый конец чувствительного оптического волокна 3 подключен к источнику 1 первого оптического излучения и детектору 4 оптического излучения. Подключение может быть выполнено при помощи оптического циркулятора 5.  The first end of the sensitive optical fiber 3 is connected to a source 1 of the first optical radiation and an optical radiation detector 4. The connection can be made using an optical circulator 5.
Источник 2 второго оптического излучения подключен ко второму концу чувствительного оптического волокна 3 посредством линейного тракта 6 волоконно-оптической линии передачи, длина которого составляет не менее половины длины чувствительного оптического волокна. Линейный тракт 6 оборудован устройством 7, предотвращающем попадание в него оптического излучения из чувствительного оптического волокна 3. Устройство 7, предотвращающее попадание в линейный тракт оптического излучения из чувствительного оптического волокна может быть выполнено в виде оптического изолятора. Источник 1 первого оптического излучения, источник 2 второго оптического излучения и детектор 4 оптического излучения могут быть расположены в общем корпусе 8, например, аналогично как в известных из уровня техники распределенных волоконно-оптических датчиках. The second optical radiation source 2 is connected to the second end of the sensitive optical fiber 3 through a linear path 6 of the optical fiber transmission line, the length of which is at least half the length of the sensitive optical fiber. The linear path 6 is equipped with a device 7 that prevents optical radiation from entering into it from a sensitive optical fiber 3. A device 7 that prevents optical radiation from entering a linear path from a sensitive optical fiber can be made in the form of an optical insulator. The source 1 of the first optical radiation, the source 2 of the second optical radiation and the detector 4 of the optical radiation can be located in a common housing 8, for example, in the same way as in the prior art distributed fiber optic sensors.
Работает распределенный волоконно-оптической датчик (фиг. 1) следующим образом.  The distributed fiber optic sensor (Fig. 1) operates as follows.
Источник 1 излучает первого оптического излучения, которое попадет в чувствительное оптическое волокно 3 и распространяется в нем. Источник 2 излучает второе оптическое излучение, которое через линейный тракт 6 волоконно-оптической линии передачи и изолятор 7 попадет в чувствительное оптическое волокно 3 и распространяется в нем навстречу первого оптического излучения. При этом, линейный тракт 6 обеспечивает передачу второго оптического излучения с требуемыми характеристиками без искажений. Источник 1 и источник 2 имеют характеристики, обеспечивающие их применимость для соответствующего метода бриллюэновского оптического анализа. В чувствительном оптическом волокне 3 происходит явление бриллюэновского рассеяния между первым и вторым оптическими излучениями, в результате которого генерируется сигнал, приписываемый явлению бриллюэновского рассеяния, который распространяется по чувствительному оптическому волокну 3 и попадает на детектор 4. Подключение чувствительного оптического волокна 3 к источнику 1 первого оптического излучения и детектору 4 может быть выполнено посредством оптического циркулятора 5. Циркулятор 5 направляет первое оптическое излучение от источника 1 в чувствительное оптическое волокно 3, а излучение из чувствительного оптического волокна 3 на детектор 4. Использование циркулятора 5 предотвращает паразитное попадание первого оптического излучения на детектор 4, а также предотвращает попадание излучения из чувствительного оптического волокна 3 на источник 1. Использование циркулятора 5 также обеспечивает передачу излучения из чувствительного оптического волокна 3 на детектор 4 с низкими потерями. Оптические циркуляторы являются стандартными компонентами и коммерчески доступны (см. например, URL: https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm7obiectgroup id— 373, дата обращения 13/05/2016). Детектор 4 измеряет спектр бриллюэновского ослабления или спектр бриллюэновского усиления по оптическому излучению, выходящему из чувствительного оптического волокна 3 и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, и определяет деформацию и/или температуру чувствительного оптического волокна 3, на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления. The source 1 emits a first optical radiation that enters and propagates into the sensitive optical fiber 3. The source 2 emits a second optical radiation, which through the linear path 6 of the fiber optic transmission line and the insulator 7 will fall into the sensitive optical fiber 3 and propagates in it towards the first optical radiation. In this case, the linear path 6 provides the transmission of the second optical radiation with the desired characteristics without distortion. Source 1 and source 2 have characteristics that ensure their applicability to the corresponding Brillouin optical analysis method. In the sensitive optical fiber 3, a Brillouin scattering phenomenon occurs between the first and second optical radiations, which generates a signal attributed to the Brillouin scattering phenomenon, which propagates through the sensitive optical fiber 3 and enters the detector 4. Connecting the sensitive optical fiber 3 to the source 1 of the first optical radiation and the detector 4 can be performed by means of an optical circulator 5. The circulator 5 directs the first optical radiation from and point 1 into the sensitive optical fiber 3, and the radiation from the sensitive optical fiber 3 to the detector 4. The use of the circulator 5 prevents the first optical radiation from parasitically entering the detector 4, and also prevents the radiation from the sensitive optical fiber 3 from reaching the source 1. Using the circulator 5 also provides the transmission of radiation from a sensitive optical fiber 3 to the detector 4 with low loss. Optical circulators are standard components and are commercially available (see, for example, URL: https://www.thorlabs.com/newgrouppage9.cfm7obiectgroup id— 373, accessed 05/13/2016). Detector 4 measures the Brillouin attenuation spectrum or the Brillouin gain spectrum from optical radiation emerging from the sensitive optical fiber 3 and attributed to the Brillouin scattering phenomenon, and determines the deformation and / or temperature of the sensitive optical fiber 3 based on a specific Brillouin attenuation spectrum or the Brillouin amplification spectrum.
Определение пространственного распределения измеряемой величины вдоль чувствительного оптического волокна производится известными из уровня техники методами. В заявленном датчике может использоваться метод бриллюэновского оптического анализа во временном представлении (BOTDA), когда первое оптическое излучение представляет собой импульс и детектор оптического излучения регистрирует излучение, выходящее из чувствительного оптического волокна и приписываемое явлению бриллюэновского рассеяния в зависимости от времени задержки относительно импульса первого оптического излучения. Расстояние до точки измерения рассчитывается на основе пересчета соответствующего времени задержки. В этом случае, источники 1, 2 и детектор 4 могут быть выполнены так же, как в наиболее близком техническом решении (прототипе).  The spatial distribution of the measured value along the sensitive optical fiber is determined by methods known from the prior art. In the inventive sensor, the Brillouin optical analysis method in time representation (BOTDA) can be used, when the first optical radiation is a pulse and the optical radiation detector detects radiation emerging from the sensitive optical fiber and attributed to the Brillouin scattering phenomenon depending on the delay time relative to the pulse of the first optical radiation . The distance to the measurement point is calculated based on the conversion of the corresponding delay time. In this case, sources 1, 2 and detector 4 can be performed in the same way as in the closest technical solution (prototype).
В заявленном датчике также может использоваться метод бриллюэновского оптического анализа в частотном представлении (BOFDA), когда первое оптическое излучение гармонически модулировано по амплитуде и детектор оптического излучения регистрирует фазу и амплитуду излучения, выходящего из чувствительного оптического волокна и приписываемого явлению бриллюэновскому рассеяния, в зависимости от частоты модуляции первого оптического излучения. В этом случае, источники 1, 2 и детектор 4 могут быть выполнены так же, как в известной из уровня техники коммерчески доступной системе на основе явления бриллюэновского рассеяния света (см. URL: http://www.fibristerre.de/products-and-services/, дата обращения 13/05/2016).  The inventive sensor can also use the Brillouin optical analysis method in the frequency representation (BOFDA), when the first optical radiation is harmonically modulated in amplitude and the optical radiation detector detects the phase and amplitude of the radiation emerging from the sensitive optical fiber and attributed to the Brillouin scattering phenomenon, depending on the frequency modulation of the first optical radiation. In this case, sources 1, 2 and detector 4 can be performed in the same way as in the commercially available system based on the Brillouin light scattering phenomenon (see URL: http://www.fibristerre.de/products-and -services /, accessed 05/13/2016).
В отрасли связи для передачи и приема оптического сигнала достаточно широко используются волоконно-оптические линии передачи. Волоконно- оптическая линия передачи представляет собой совокупность линейных трактов волоконно-оптических систем передачи, имеющих общий оптический кабель, линейные сооружения и устройства их обслуживания в пределах действия устройств обслуживания. Обязательными каналообразующими элементами волоконно-оптической линия передачи являются оптические волокна. Оптические волокна характеризуются параметром затухания оптического сигнала и дисперсионными характеристиками. Типичная величина затухания излучения с длиной волны 1550 нм в связных одномодовых оптических волокнах составляет 0,19-0,22 дБ/км и величина хроматической дисперсии составляет около 20 пс/(нм км). При передаче оптического излучения по линейному тракту 6 происходит падение амплитуды оптического сигнала вследствие затухания, и может искажаться временная форма сигнала вследствие вклада хроматической дисперсии. In the communications industry, fiber optic transmission lines are widely used to transmit and receive an optical signal. Fiber-optic transmission line is a combination of linear paths of fiber-optic transmission systems having a common optical cable, linear structures and devices for their maintenance within the limits of action service devices. Mandatory channel-forming elements of a fiber optic transmission line are optical fibers. Optical fibers are characterized by the attenuation parameter of the optical signal and dispersion characteristics. Typical attenuation of radiation with a wavelength of 1550 nm in a single-mode coupled optical fiber is 0.19-0.22 dB / km and the chromatic dispersion is about 20 ps / (nm km). When transmitting optical radiation along the linear path 6, the amplitude of the optical signal decreases due to attenuation, and the temporal shape of the signal may be distorted due to the contribution of chromatic dispersion.
Для восстановления амплитуды оптического сигнала в линейном тракте 6 могут применяются широко используемые в отрасли связи усилители оптические, например, Эрбиевые или Рамановские, которые устанавливаются через определенное расстояние так, чтобы величина усиления компенсировала общее затухание и потери оптической мощности на предыдущем участке. Типичное длина участка линейного тракта без усилителей составляет 50 км, что соответствует потере мощности оптического сигнала на 10 дБ.  To restore the amplitude of the optical signal in the linear path 6, optical amplifiers widely used in the communications industry can be used, for example, Erbium or Raman amplifiers, which are installed at a certain distance so that the gain compensates for the total attenuation and loss of optical power in the previous section. A typical length of a linear path section without amplifiers is 50 km, which corresponds to a 10 dB loss in optical signal power.
Кроме устройств обслуживания в виде усилителей оптических, в линейном тракте 6 могут использоваться спектральные оптические фильтры, которые отфильтровывают по спектру длин волн оптический полезный сигнал от спектральных шумов усилителей оптических, например, от спонтанного излучения Эрбиевого усилителя. Для восстановления временной формы сигнала могут применяться компенсаторы дисперсии (волоконные или полупроводниковые), компенсирующие накопленную на предыдущем отрезке линейного тракта дисперсию. Использование поддерживающих состояние поляризации сигнала оптических волокон позволяет избавиться от поляризационно-модовой дисперсии и уменьшить искажение в линии передачи. Объединение усилителя оптического с последовательно установленным за ним в линейном тракте компенсатором дисперсии является повторителем, использование которого позволяет восстанавливать форму передаваемого по линейному тракту 6 сигнала до состояния исходного, то есть повторять сигнал.  In addition to service devices in the form of optical amplifiers, spectral optical filters can be used in the linear path 6, which filter the optical useful signal from the spectral noise of optical amplifiers, for example, from spontaneous emission of an Erbium amplifier, by the wavelength spectrum. To restore the temporal waveform of the signal, dispersion compensators (fiber or semiconductor) can be used to compensate for the dispersion accumulated in the previous segment of the linear path. The use of optical fibers supporting the state of polarization of the signal allows one to get rid of the polarization-mode dispersion and reduce distortion in the transmission line. The combination of an optical amplifier with a dispersion compensator sequentially installed behind it in the linear path is a repeater, the use of which allows you to restore the shape of the signal transmitted along the linear path 6 to the original state, that is, repeat the signal.
Устройство 7 может быть выполнено в виде оптического изолятора. Оптические изоляторы являются стандартными компонентами и коммерчески доступны (см. например, URL: https://www.go4fiber.com/laboratorv-and- component/isolator, дата обращения 13/05/2016). Устройство 7 предотвращает попадание первого оптического излучения в линейный тракт 6 волоконно- оптической линии передачи, предотвращая нежелательные нелинейные взаимодействия (в частности, явление бриллюэновского рассеяния) первого оптического излучения и второго оптического излучения, которые могут привести к изменению амплитуды и фазы первого оптического излучения в линейном тракте 6 волоконно-оптической линии передачи. Таким образом, устройство 7 ограничивает область, где происходит явление бриллюэновского рассеяния, чувствительным оптическим волокном 3. The device 7 can be made in the form of an optical isolator. Optical isolators are standard components and commercially available (see, for example, URL: https://www.go4fiber.com/laboratorv-and- component / isolator, accessed 05/13/2016). The device 7 prevents the first optical radiation from entering the linear path 6 of the fiber-optic transmission line, preventing unwanted non-linear interactions (in particular, the Brillouin scattering phenomenon) of the first optical radiation and the second optical radiation, which can lead to a change in the amplitude and phase of the first optical radiation in linear tract 6 of a fiber optic transmission line. Thus, the device 7 limits the region where the Brillouin scattering phenomenon occurs to the sensitive optical fiber 3.
Длина линейного тракта 6 волоконно-оптической линии передачи выбрана не меньше половины длины чувствительного оптического волокна 3. Обозначим длину чувствительного оптического волокна 3 величиной L. При длине линейного тракта 6 волоконно-оптической линии передачи L/2 (половина длины чувствительного оптического волокна 3) наибольшее возможное расстояние до наиболее удаленного участка чувствительного оптического волокна 3 от источников оптических излучений 1 , 2 и детектора 4 составит величину равную 3L/4. Например, в случае, когда источники оптических излучений 1, 2 и детектор 4 расположены в общем корпусе 8, такое расстояние достигается, когда линейный тракт 6 волоконно-оптической линии передачи и чувствительное оптическое волокно 3 расположены вдоль одной прямой, так что линейный тракт 6 подключается к чувствительному оптическому волокну на удалении L/2 от общего корпуса 8, которое удаляется дополнительно на L/4 и затем поворачивает обратно, так что его оставшейся длины 3L/4 хватает для подключения к расположенным в общем корпусе 8 источнику 1 и детектору 4. В случае отсутствия линейного тракта 6, очевидно, что наибольшее возможное расстояние до наиболее удаленного участка чувствительного оптического волокна 3 от источников оптических излучений 1 , 2 и детектора 4 составит величину равную L/2. Так что увеличение указанного выше расстояния при использовании тракта 6 составит величину L/4, то есть на 50% относительно L/2. Таким образом, такой выбор длины линейного тракта 6 позволяет существенно увеличить максимально достижимое расстояние от наиболее удаленного участка чувствительного оптического волокна 3 источников оптических излучений 1, 2 и детектора 4. Увеличение отношения сигнал/шум достигается для датчиков, когда требуется производить измерения на удалении от источников оптических излучений 1, 2 и детектора 4 за счет того, что линейный тракт 6 обеспечивает возможность передачи второго оптического излучения от источника 2 до чувствительного оптического волокна 3 без указанных выше искажений, которые бы происходили при распространении излучения в чувствительном оптическом волокне. The length of the linear path 6 of the optical fiber transmission line is chosen to be at least half the length of the sensitive optical fiber 3. Denote the length of the sensitive optical fiber 3 by L. When the length of the linear path 6 of the optical fiber transmission line L / 2 (half the length of the sensitive optical fiber 3) is greatest the possible distance to the most remote portion of the sensitive optical fiber 3 from the optical radiation sources 1, 2 and detector 4 will be a value equal to 3L / 4. For example, in the case where the optical radiation sources 1, 2 and the detector 4 are located in a common housing 8, such a distance is achieved when the linear path 6 of the optical fiber transmission line and the sensitive optical fiber 3 are located along one straight line, so that the linear path 6 is connected to a sensitive optical fiber at a distance L / 2 from the common housing 8, which is removed further by L / 4 and then turns back, so that its remaining 3L / 4 length is enough to connect to the source 1 and d located in the common housing 8 detector 4. If there is no linear path 6, it is evident that the largest possible distance to the outermost portion of the sensor optical fiber 3 by optical radiation sources 1, 2 and detector 4 will be equal to the value L / 2. So the increase in the above distance when using path 6 will amount to L / 4, that is, 50% relative to L / 2. Thus, this choice of the length of the linear path 6 allows you to significantly increase the maximum achievable distance from the most remote portion of the sensitive optical fiber 3 of the optical radiation sources 1, 2 and detector 4. An increase in the signal-to-noise ratio is achieved for sensors when measurements are required to be taken away from the optical radiation sources 1, 2 and detector 4 due to the fact that the linear path 6 provides the possibility of transmitting the second optical radiation from the source 2 to the sensitive optical fiber 3 without the above distortions that would occur during the propagation of radiation in a sensitive optical fiber.
Уменьшение продолжительности измерения, достигается для датчиков, когда требуется производить измерения на удалении от источников оптических излучений 1, 2 и детектора 4 за счет того, что в линейном тракте 6 не происходит явление бриллюэновского рассеяния, так что анализируемый методом оптической рефлектометрии участок волокна сокращается до чувствительного оптического волокна 3, что уменьшает время измерения в соответствии с уменьшением времени распространения оптического излучения от источника 1 по чувствительному оптическому волокну 3 до устройства 7 и обратно до детектора 4.  A reduction in the measurement duration is achieved for sensors when it is necessary to make measurements at a distance from the optical radiation sources 1, 2 and detector 4 due to the fact that the Brillouin scattering phenomenon does not occur in the linear path 6, so that the fiber section analyzed by optical reflectometry is reduced to sensitive optical fiber 3, which reduces the measurement time in accordance with a decrease in the propagation time of optical radiation from source 1 through a sensitive optical fiber Well, 3 to device 7 and back to detector 4.
Заметим также, что типичная максимально допустимая длина чувствительного оптического волокна не превышает 50 км, так что длина линейного тракта 6 волоконно-оптической линии передачи не меньше половины длины чувствительного оптического волокна 3 легко реализуема с использованием стандартных в отрасли связи решений.  We also note that the typical maximum permissible length of the sensitive optical fiber does not exceed 50 km, so that the length of the linear path 6 of the optical fiber transmission line is not less than half the length of the sensitive optical fiber 3 is easily implemented using standard solutions in the communications industry.

Claims

Формула Formula
1. Распределенный волоконно-оптической датчик для измерения деформации и/или температуры с использованием явления бриллюэновского рассеяния, содержащий источник первого оптического излучения, источник второго оптического излучения, чувствительное оптическое волокно и детектор оптического излучения, причем первый конец чувствительного оптического волокна подключен к источнику первого оптического излучения, второй конец чувствительного оптического волокна подключен к источнику второго оптического излучения, чтобы тем самым вызывать явление бриллюэновского рассеяния между первым и вторым оптическими излучениями, а детектор подключен к первому концу чувствительного оптического волокна для регистрации излучения, выходящего из чувствительного оптического волокна и приписываемого явлению бриллюэновского рассеяния, отличающийся тем, что источник второго оптического излучения подключен к чувствительному оптическому волокну посредством линейного тракта волоконно-оптической линии передачи, длина которого составляет не менее половины длины чувствительного оптического волокна, причем линейный тракт оборудован устройством, предотвращающем попадание в него оптического излучения из чувствительного оптического волокна.  1. A distributed optical fiber sensor for measuring strain and / or temperature using the Brillouin scattering phenomenon, comprising a source of first optical radiation, a source of second optical radiation, a sensitive optical fiber and an optical radiation detector, the first end of the sensitive optical fiber being connected to the first optical source radiation, the second end of the sensitive optical fiber is connected to a second optical radiation source, thereby causing there is a Brillouin scattering phenomenon between the first and second optical radiation, and the detector is connected to the first end of the sensitive optical fiber to detect radiation emerging from the sensitive optical fiber and attributed to the Brillouin scattering phenomenon, characterized in that the second optical radiation source is connected to the sensitive optical fiber through a linear the path of the fiber optic transmission line, the length of which is at least half the length of the sensitive optical fiber, and the linear path is equipped with a device that prevents the ingress of optical radiation from a sensitive optical fiber.
2. Распределенный волоконно-оптической датчик по п.1 , в котором устройство, предотвращающее попадание в линейный тракт оптического излучения из чувствительного оптического волокна выполнено в виде оптического изолятора. 2. The distributed fiber optic sensor according to claim 1, in which the device that prevents optical radiation from entering the optical path from the sensitive optical fiber is made in the form of an optical insulator.
3. Распределенный волоконно-оптической датчик по п.1, в котором подключение чувствительного оптического волокна к источнику первого оптического излучения и детектору выполнено посредством оптического циркулятора. 3. The distributed fiber optic sensor according to claim 1, in which the connection of the sensitive optical fiber to the source of the first optical radiation and the detector is made by means of an optical circulator.
4. Распределенный волоконно-оптической датчик по п.1, в котором деформация и/или температура измеряется на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления. 4. The distributed fiber optic sensor according to claim 1, wherein the deformation and / or temperature is measured based on a specific Brillouin attenuation spectrum.
5. Распределенный волоконно-оптической датчик по п.1, в котором деформация и/или температура измеряется на основании определенного спектра бриллюэновского усиления. 5. The distributed fiber optic sensor according to claim 1, in which the deformation and / or temperature is measured based on a certain spectrum of Brillouin amplification.
6. Распределенный волоконно-оптической датчик по п.1, в котором источник первого оптического излучения, источник второго оптического излучения и детектор оптического излучения расположены в общем корпусе.  6. The distributed fiber optic sensor according to claim 1, in which the source of the first optical radiation, the source of the second optical radiation and the optical radiation detector are located in a common housing.
PCT/RU2017/000620 2016-09-06 2017-08-25 Long-gauge distributed fibre optic sensor WO2018048326A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE212017000210.7U DE212017000210U1 (en) 2016-09-06 2017-08-25 Distributed stretched fiber optic sensor

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2016135836 2016-09-06
RU2016135836 2016-09-06

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2018048326A1 true WO2018048326A1 (en) 2018-03-15

Family

ID=61562777

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/RU2017/000620 WO2018048326A1 (en) 2016-09-06 2017-08-25 Long-gauge distributed fibre optic sensor

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE212017000210U1 (en)
WO (1) WO2018048326A1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2735910C1 (en) * 2020-02-07 2020-11-10 Открытое акционерное общество Всероссийский научно-исследовательский, проектно-конструкторский и технологический институт кабельной промышленности (ВНИИ КП) Method of determining storage life of an optical cable

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2485454C2 (en) * 2011-06-24 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Distributed fibre-optic system of vibroacoustic signals registration
RU136660U1 (en) * 2013-07-18 2014-01-10 Андрей Андреевич Катанович OPTICAL REFLECTOMETER
US8699009B2 (en) * 2008-11-27 2014-04-15 Neubrex Co., Ltd. Distributed optical fiber sensor
WO2015170355A1 (en) * 2014-05-05 2015-11-12 Filippo Bastianini Apparatus for interrogating distributed optical fibre sensors using a stimulated brillouin scattering optical frequency-domain interferometer

Family Cites Families (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102008019150B4 (en) 2008-04-16 2010-07-08 BAM Bundesanstalt für Materialforschung und -prüfung Apparatus and method for Brillouin frequency domain analysis
RU140707U1 (en) 2012-02-02 2014-05-20 Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" FIBER OPTICAL BRILLUIN ANALYZER

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8699009B2 (en) * 2008-11-27 2014-04-15 Neubrex Co., Ltd. Distributed optical fiber sensor
RU2485454C2 (en) * 2011-06-24 2013-06-20 Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") Distributed fibre-optic system of vibroacoustic signals registration
RU136660U1 (en) * 2013-07-18 2014-01-10 Андрей Андреевич Катанович OPTICAL REFLECTOMETER
WO2015170355A1 (en) * 2014-05-05 2015-11-12 Filippo Bastianini Apparatus for interrogating distributed optical fibre sensors using a stimulated brillouin scattering optical frequency-domain interferometer

Also Published As

Publication number Publication date
DE212017000210U1 (en) 2019-04-15

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2183624B1 (en) Distributed optical fiber sensor system
AU2018343339B2 (en) Tailor distributed amplification for fiber sensing
US9599460B2 (en) Hybrid Raman and Brillouin scattering in few-mode fibers
CA2563597C (en) Direct measurement of brillouin frequency in distributed optical sensing systems
EP1338876A2 (en) Optical time domain reflectometry
CN102639966A (en) Optical sensor and method of use
KR101633954B1 (en) System for improving the dynamic range and reducing measurement uncertainty in fibre optic distributed sensors and fibre optic distributed measurement equipment
KR101310783B1 (en) Distributed optical fiber sensor and sensing method using simultaneous sensing of brillouin gain and loss
Uyar et al. A direct detection fiber optic distributed acoustic sensor with a mean SNR of 7.3 dB at 102.7 km
US7693358B2 (en) Fiber optic distributed sensor apparatus
WO2018048326A1 (en) Long-gauge distributed fibre optic sensor
WO2018048327A1 (en) Distributed fibre optic sensor
RU170925U1 (en) EXTENDED DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR
RU170943U1 (en) DISTRIBUTED FIBER OPTICAL SENSOR
CN113091783B (en) High-sensitivity sensing device and method based on two-stage Brillouin scattering
CN113670353B (en) Brillouin optical time domain analyzer based on few-mode optical fiber mode multiplexing
CN113092082B (en) OPGW optical cable life prediction system
CN113670354B (en) Brillouin optical time domain reflectometer based on few-mode optical fiber mode multiplexing
Sandah et al. Spectral Shadowing Compensation in Double-pulse FBG-assisted φ-OTDR
RU186277U1 (en) Optical Brillouin reflectometer for optical fiber monitoring systems
KR102644918B1 (en) sensitiveness improvement type distributed acostic sensor
Brown et al. Combined Raman and Brillouin scattering sensor for simultaneous high-resolution measurement of temperature and strain
RU2550768C1 (en) Device to monitor vibroacoustic characteristic of lengthy object
Sandah et al. Mitigation of spectral shadowing effect in direct detection double-pulse FBG-assisted phase-OTDR
van Putten et al. A Long Range Distributed Acoustic Sensor Based on Remotely Pumped Optical Amplifier

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 17849190

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 17849190

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1