ПРИМЕНЕНИЕ РАСПРЕДЕЛЁННЫХ СЕНСОРНЫХ СИСТЕМ В
СФЕРЕ КОММУНИКАЦИИ
1
PhD Райимжонова О.С.,
2
Тажибаев Илхом Бахтиёрович
1
Научный руководитель,
2
Магистрант Ферганского филиала ТУИТ имени
Мухаммад ал-Харезмий
Существует два основных вида оптических сенсорных систем, которые
позволяют измерять пространственно-распределённые параметры, такие как
деформация и температура [1]:
• распределенные;
• квази-распределенные сенсорные системы.
В системах первого вида оптическое волокно является одновременно и
датчиком, и световодом. Такие системы используют эффекты
комбинационного, рэлеевского рассеяния или рассеяния Мандельштама-
Бриллюэна в оптическом волокне, чтобы определить распределение
необходимого параметра вдоль волокна. Измерение можно произвести в
любой точке с определённым пространственным разрешением. Второй тип –
это квази-распределённые системы, в которых множество точечных датчиков
объединены в различной топологии и схеме разделения каналов. Измерение
можно произвести только в месте расположения чувствительного элемента.
Основная роль оптического волокна в квази-распределённых сенсорных
системах – передача и сбор светового излучения с датчиков. В некоторых
квази-распределённых системах, в частности, в сенсорных системах на
основе массива ВБР, волокно также является чувствительным элементом.
На основе типа рассеяния полностью распределённые системы можно
разделить на три основных группы: системы, регистрирующие
рэлеевскоерассеяние,
комбинационное
рассеяние
и
рассеяние
Мандельштама-Бриллюэна. Обратное рассеяние регистрируется в OTDR или
OFDR системах. Рассеяние вперед можно использовать в системах с
вынужденным
комбинационным
рассеянием
или
с
рассеянием
Мандельштама-Бриллюэна. Такие эффекты, как эффект затухающей волны,
эффект Керра и др. также используются в распределённых системах
Рэлеевское обратное рассеяние широко используется в системах на
основе метода обратного рассеяния во временной области (OTDR) и метода
обратного рассеяния в частотной области (OFDR) для определения мест
обрывов, измерения потерь и распределённого измерения параметров.
Рэлеевское рассеяние – упругое рассеяние, при котором рассеянное
излучение имеет ту же длину волны, что и падающее. В системах на основе
обратного рассеяния Рэлея обычно измеряется интенсивность рассеянного
излучения, которая зависит от таких параметров среды как температура и
деформация. На интенсивность также влияют флуктуации источника,
оптические соединения между волоконными компонентами и изгибы
волоконной измерительной линии, поэтому системы на основе рэлеевского
205
рассеяния не всегда имеют достаточную точность и их применение в
сенсорике ограничено[2].
Комбинационное рассеяние представляет собой нелинейный пр оцесс в
оптическом волокне. При комбинационном рассеянии генерируются две
боковые линии относительно спектра падающего излучения, известные как
стоксова и антистоксова компоненты рассеяния. Эти боковые линии
используются для определения температурного профиля вдоль обычного
коммуникационного оптического волокна. Соотношение между амплитудами
стоксовой и антистоксовой компонент позволяет определить абсолютную
температуру волокна без влияния интенсивности падающего излучения,
потерь и состава волокна. Для выделения компонент комбинационного
рассеяния от компонент релеевского рассеяния и рассеяния Мандельштама -
Бриллюэна используются оптические фильтры. Возможно использование
метода как в OTDR, так и в OFDR схемах коммерчески доступны различные
системы
распределённого
измерения
температуры
на
основе
комбинационного рассеяния. В сравнении с рэлеевским рассеянием
интенсивность компонент комбинационного рассеяния мала, что пр иводит к
низкому отношению сигнал-шум, особенно при использовании коротких
импульсов для увеличения пространственного разрешения (рис.1.).
Рис.1. Схема на основе эффекта КР.
Низкое
отношение
сигнал-шум
ограничивает
точность
распределённого измерения температуры. Таким образом, в подобных
системах необходимо большое число усреднений (до нескольких сотен) или
большое время интегрирования (до десятков минут).
Распределённое измерение температуры и деформации на основе
рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (РМБ) является относительно новым
методом и вызывает большой исследовательский интерес в последние годы.
РМБ является нелинейным процессом, вызванным вариациями показателя
преломления вследствие акустических колебаний. Сдвиг длины волны
рассеянного света определяется скоростью звука в оптическом волокне,
которая является функцией температуры и деформации, таким образом,
можно измерять как температуру, так и деформацию.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
206
1. Inaudi D., Glisic B. Fiber optic sensing for innovative oil & gas production and
transport systems // 18th International Conference on Optical Fiber Sensors –
OFS – 2006.
2. Lee B. Review of the present status of optical fiber sensors // Optical Fiber
Technology. – 2003.
3. Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные
системы // Москва: Физматлит. – 2001.
Do'stlaringiz bilan baham: |