BG112316A - Acoustic fiber optic sensor device - Google Patents

Abstract

The invention relates to an acoustic fiber optic device in which the acoustic sensor can be located over long distances (10-20 km or more) from the transceiver unit, which along with the information processing and data interpretation unit form the acoustic monitoring system for marine and ground areas. The connection of the acoustic sensor to the transceiver unit is performed entirely (all optical) via an optic cable without the need to supply electrical energy to the remote acoustic sensor. High sensitivity is achieved with the use of coherent detection, and the required efficiency is ensured by accurate aligning of the optical paths in the reference and signal channels. These are prerequisites for the realization of remote monitoring systems with remote sensors. It is shown that the coherence length of the laser source may be smaller than the distance between the transceiver unit and the acoustic sensor. This allows, by appropriate choice of a laser with a certain length of coherence, to create unique multiplexed networks of a large number of remote independent acoustic sensors while maintaining the high quality of coherent detection. Various embodiments of the invention have been described which allow for the implementation of flexible approaches, both in the construction of the acoustic monitoring systems and in the choice of the sensor arrangement of the sensor elements depending on the particular environment. The marine aquatory monitoring systems based on the proposed invention can be applied to simultaneously monitor a large number of water surface and underwater moving objects via the acoustic noises they make. The latter can be directly controled by an operator combined with powerful computer signal processing, whereby maximum performance can be ensured in the functioning of the monitoring systems.

Description

(54) АКУСТИЧНО ВЛАКНЕСТО-ОПТИЧНО УСТРОЙСТВО (57) Изобретението се отнася до акустично влакнесто-оптично устройство, в което акустичният сензор може да бъде разположен на големи разстояния (10-20 km и повече) от приемо-предавателния блок, който заедно с информационния блок за обработка и интерпретация на данните формират системата за акустичен мониторинг на морски и наземни райони. Връзката на акустичния сензор с приемо-предавателния блок се осъществява изцяло (all optical) по оптичен кабел без необходимост от подаване на електрична енергия към отдалечения акустичен сензор. Високата чувствителност се постига с използването на кохерентно детектиране, като необходимата ефективност се осигурява чрез точно изравняване на оптичните пътища в опорния и сигналния канали.(54) The invention relates to an acoustic fiber-optic device in which the acoustic sensor can be located at great distances (10-20 km and more) from the transceiver unit, which together with the information block for processing and interpretation of data form the system for acoustic monitoring of marine and terrestrial areas. The connection of the acoustic sensor with the transceiver unit is made entirely (all optical) via an optical cable without the need to supply electricity to the remote acoustic sensor. High sensitivity is achieved with the use of coherent detection, and the required efficiency is ensured by accurate alignment of the optical paths in the reference and signal channels.

Това са необходими условия за реализацията именно на системи за мониторинг с отдалечени на големи разстояния сензори. Показано е, че дължината на кохерентност на лазерния източник може да бъде много по-малка от разстоянието между приемо-предавателния блок и акустичния сензор. Това позволява чрез подходящ избор на лазер с определена дължина на кохерентност да се създават уникални мултиплексирани мрежи от голям брой отдалечени независими акустични сензори при запазване на високото качество на кохеретното детектиране. Описани са различни варианти на изпълнение на изобретението позволяващи реализацията на гъвкави подходи, както при конструирането на системите за акустичен мониторинг, а също и при избор на схемата на разполагане на сензорните елементи в зависимост от конкретната обстановка. Системите за мониторинг на морски акватории, основани на предложеното изобретение могат да се използуват за едновременно наблюдение на голям брой надводни И подводни движещи се обекти по създаваните от тях акустични шумове. Последните могат да бъдат директно прослушвани от оператор в съчетание с мощна компютърна обработка на сигналите, при което може да се осигури максимална ефективност при функционирането на мониторинговите системи.These are necessary conditions for the implementation of monitoring systems with long-distance sensors. It has been shown that the coherence length of the laser source can be much smaller than the distance between the transceiver unit and the acoustic sensor. This allows, by appropriate selection of a laser with a certain coherence length, to create unique multiplexed networks from a large number of remote independent acoustic sensors while maintaining the high quality of coherent detection. Various embodiments of the invention are described, allowing the implementation of flexible approaches, both in the construction of the acoustic monitoring systems and also in the choice of the layout of the sensor elements depending on the specific situation. Marine water monitoring systems based on the present invention can be used to simultaneously monitor a large number of surface and underwater moving objects on the acoustic noise they create. The latter can be listened to directly by an operator in combination with powerful computer signal processing, which can ensure maximum efficiency in the operation of monitoring systems.

претенции; 7 фигуриclaims; 7 figures

АКУСТИЧНО ВЛАКНЕСТО-ОПТИЧНО СЕНЗОРНО УСТРОЙСТВОACOUSTIC FIBER-OPTICAL SENSOR DEVICE

Д.Стоянов, Т.Евтимов, А.Попов, С.ВоденичаровD. Stoyanov, T. Evtimov, A. Popov, S. Vodenicharov

Област на техникатаField of technology

Изобретението се отнася до акустично влакнесто-оптично устройство, намиращо приложение при развитието на модерни стационарни системи за комплексен акустичен мониторинг на отдалечени морски и наземни райони без електрозахранване към акустичния сензор с възможности за далечно откриване на нарушители при скритост на функционирането на системите за неоторизирани наблюдатели, нечувствителност към преднамерени елекромагнитни смущения и др.The invention relates to an acoustic fiber-optic device used in the development of modern stationary systems for complex acoustic monitoring of remote sea and land areas without power supply to the acoustic sensor with the ability to remotely detect intruders with covert operation of systems for unauthorized observers, insensitivity to intentional electromagnetic interference, etc.

Предшествуващо състояние на техникатаBACKGROUND OF THE INVENTION

Акустичните сензори, основани на използването на уникалните сензорни свойства на оптичните влакна бяха успешно усъвършенствани в последните години, като чувствителността им достигна чувствителността на най-широко прилаганите в акустиката сензори, основани за използуването на пиезоелектричния ефект, а в областта на ниските честоти показаха очевидни предимства. Необходимостта от електрозахранване към приемните усилватели в пиезоелектричните сензори води до съществени усложнения и ограничения при разработката на модерни акустични системи за комплексен мониторинг върху обширни и отдалечени морски и наземни райони.Acoustic sensors based on the use of the unique sensory properties of optical fibers have been successfully improved in recent years, reaching the sensitivity of the most widely used acoustic sensors based on the use of the piezoelectric effect, and in the low frequency field showed obvious advantages . The need for power supply to the receiving amplifiers in the piezoelectric sensors leads to significant complications and limitations in the development of modern acoustic systems for complex monitoring over large and remote sea and land areas.

Известно е влакнесто-оптично сензорно устройство [1], съдържащо широкоспектърен източник с деполяризатор, входен интерферометрър на Майкелсон, Yразклонител и сензорен Фабри-Перо резонатор, което е предназначено за детекция на сеизмични вълни. При мултиплексирана мрежа от сензорни Фабри-Перо резонатори устройството позволява да се определя и епицентъра. Устройството работи по следния начин: светлината от широкоспектърния източник се деполяризира и преминава през входния интерферометър на Майкелсон и през първия полюс на Y-разклонителя попада върху сензорния Фабри-Перо интерферометър, а отразеният полезен сигнал се приема на втория полюс на интерферометьра, сигналът от който се анализира. Недостатък на устройството е използуването на широкоспектърен източник и съответно с няколко сантиметра сензорна дължина, което силно ограничава възможността за ефективно кохерентно детектиране, особено при разработката на системи за мониторинг с отдалечени на големи разстояния акустични сензори.A fiber-optic sensor device [1] is known, comprising a broad-spectrum source with a depolarizer, a Michelson input interferometer, a coupler and a Fabry-Perot sensor resonator, which is intended for the detection of seismic waves. In the case of a multiplexed network of sensor Fabry-Perot resonators, the device allows the epicenter to be determined. The device works as follows: the light from the broad-spectrum source is depolarized and passes through the Michelson input interferometer and through the first pole of the Y-coupler falls on the sensor Fabry-Perot interferometer, and the reflected useful signal is received at the second pole of the interferometer. is analyzed. A disadvantage of the device is the use of a wide-spectrum source and a few centimeters of sensor length, which greatly limits the possibility of effective coherent detection, especially in the development of monitoring systems with long-distance acoustic sensors.

Известно е влакнесто-оптично сензорно устройство [2], състоящо се от кохерентен източник, влакнесто-оптичен изолатор, делител, подвеждащо оптично влакно, капсула с влакнесто-оптичен Фабри-Перо резонатор подложен чрез чувствителна на външни въздействия мембрана на надлъжно механично напрежение и фотодетекторен блок в обратна посока. Устройството работи по следния начин. Светлината от едночестотния лазер преминава през оптичен изолатор и от единия вход на Х-делителя попада във Фабри-Перо сензор, отразеният сигнал от който се детектира на втория вход на Xделителя. Недостатъци на устройството са ограничената чувствителност при детектиране на слаби акустични сигнали, произтичаща от наличието на механични компоненти, като мембрана, звукопровод и др., както и изискването оптичното влакно да бъде под механично напрежение, при което се намалява надежността на сензора при продължителна експлоатация. Друг голям недостатък е невъзможността да се създават мрежи от последователно свързани сензори.A fiber-optic sensor device [2] is known, consisting of a coherent source, a fiber-optic insulator, a divider, a misleading optical fiber, a capsule with a fiber-optic Fabry-Perot resonator subjected to an externally sensitive longitudinal mechanical membrane and a photodetector. block in the opposite direction. The device works as follows. The light from the single-frequency laser passes through an optical insulator and from one input of the X-divider enters a Fabry-Perot sensor, the reflected signal from which is detected at the second input of the X-divider. Disadvantages of the device are the limited sensitivity in detecting weak acoustic signals resulting from the presence of mechanical components such as membrane, sound conductor, etc., as well as the requirement for the optical fiber to be under mechanical voltage, which reduces the reliability of the sensor during prolonged use. Another major drawback is the inability to create networks of series-connected sensors.

Известно е влакнесто-оптично сензорно устройство [3,4], предназначено за измерване на температура, състоящо се от лазерен диод, влакнесто-оптичен Х-делител и отражателен [3], или серия отражателни [4] влакнесто-оптични Фабри Перо интерферометри и диференциален детектор за всеки от влакнесто-оптичните сензори. Лъчението от едночестотния лазер преминава през оптичен изолатор и от единия вход на Х-делителя попада във Фабри-Перо сензор, отразеният сигнал от който се детектира на втория вход на Х-делителя. Недостатъци на устройството са: а) ограничена чувствителност, поради това, че фотодетектирането са извършва на склона на линията на пропускане на Фабри -Перо интерферометьра; б) малката допустима дължина на подвеждащото влакно; в) трудности с мултиплексирането в многосензорни системи.A fiber-optic sensor device [3,4] is known for measuring temperature, consisting of a laser diode, a fiber-optic X-divider and a reflective [3], or a series of reflective [4] fiber-optic Fabri Perot interferometers and differential detector for each of the fiber optic sensors. The radiation from the single-frequency laser passes through an optical insulator and from one input of the X-divider enters a Fabry-Perot sensor, the reflected signal from which is detected at the second input of the X-divider. Disadvantages of the device are: a) limited sensitivity, due to the fact that photodetection is performed on the slope of the transmission line of the Fabry-Perot interferometer; (b) the small permissible length of the misleading fiber; c) difficulties with multiplexing in multi-sensor systems.

Известно е влакнесто-оптично сензорно устройство [5], състоящо се от последователо свързани времево мултиплесирани Мах-Цендер интерферометри, използващи 1%-ни X-делители. При него лъчението от лазерния източник попада през Xделители в поредица от времево мултиплексирани влакнесто-оптични сензорни интерферометри на Мах-Цендер, след които преминава през модулиран интерферометър на Мах-Цендер и от него на детектиращата система. Недостатъците на устройството са в сложната и оскъпена конструкция с наличието на голям брой делители, които налагат съществени ограничения при реализирането на системи с отдалечени (20km и повече) системи за мониторинг върху големи акватории и територии.A fiber optic sensor device [5] is known, consisting of sequentially coupled time-multiplexed Mach-Zender interferometers using 1% X-dividers. In it, the radiation from the laser source enters through X-dividers in a series of time-multiplexed fiber-optic sensor interferometers of Mach-Zender, after which it passes through a modulated interferometer of Mach-Zender and from it to the detection system. The disadvantages of the device are the complex and expensive construction with the presence of a large number of dividers, which impose significant limitations in the implementation of systems with remote (20km and more) monitoring systems on large areas and territories.

Техническа същностTechnical nature

Същността на изобретението е акустично влакнесто-оптично устройство, в което акустичният сензор може да бъде разположен на големи разстояния (10-20 km и повече) от приемо-предавателния блок, които, заедно с информационния блок за обработка и интерпретация на данните формират системата за акустичен мониторинг на морски и наземни райони. Връзката на акустичния сензор с приемо-предавателния блок се осъществява изцяло (all optical) по оптичен кабел без необходимост от подаване на електрична енергия към отдалечения акустичен сензор. Чрез приложението на това изобретение става възможно създаването на модерни пасивни стационарни системи за дълговременен комплексен акустичен мониторинг на отдалечени на големи разстояния морски и наземни райони.The essence of the invention is an acoustic fiber-optic device in which the acoustic sensor can be located at great distances (10-20 km and more) from the transceiver unit, which, together with the information unit for data processing and interpretation form the system for acoustic monitoring of marine and terrestrial areas. The connection of the acoustic sensor with the transceiver unit is made entirely (all optical) via an optical cable without the need to supply electricity to the remote acoustic sensor. Through the application of this invention, it is possible to create modern passive stationary systems for long-term complex acoustic monitoring of long-distance marine and terrestrial areas.

Системите за акустичен мониторинг, използващи оптични сензори се основават като правило на кохерентни методи на детектиране, за което е необходимо да бъде изпълнено условието (I) В типичния случай опорният сигнал се формира в основния блок на кохерентната система, откъдето като правило l_ref «l_coh. Настоящият патент се отнася към системи с отдалечени на разстояние от основния блок сензори, за които l_sig ~ 2£^и »l_ref, п_ор е коефициентът на пречупване на влакното. За висока ефективност на кохерентното детектиране на цялата система, е необходимо да бъде изпълнено съответно условието K_coh = Qcohlhig) > 1> откъдето може да се оцени минимално необходимата дължина на кохерентност Z_Coh,tnin > 2Z_sysn_op. При отдалеченост на акустичния сензор на разстояние L_sys = 20 кт и п ~\.5, дължината на кохерентност на лазера трябва да превишава l_coh > 60 кт. Това прави изискванията към параметрите и цената на лазерите недопусимо високи, усложняват се като цяло системите за акустичен мониторинг на тяхна основа и др., а от тук и реализацията и поддържането на подобни системи.Acoustic monitoring systems using optical sensors are based as a rule on coherent detection methods, for which condition (I) must be met. Typically, the reference signal is formed in the main block of the coherent system, where as a rule l _ref «l _coh . The present patent relates to systems with sensors at a distance from the main block, for which l _sig ~ 2 £ ^ and »l _ref , p _or is the refractive index of the fiber. For high efficiency of the coherent detection of the whole system, it is necessary to fulfill the condition K _coh = Qcohlhig)>1> from where the minimum required length of coherence Z _C oh, tnin> 2Z _sys n _op can be estimated. At a distance of the acoustic sensor at a distance L _sys = 20 kt and n ~ \ .5, the length of coherence of the laser must exceed l _coh > 60 kt. This makes the requirements to the parameters and the price of the lasers unacceptably high, the systems for acoustic monitoring on their basis are complicated in general, etc., and hence the realization and maintenance of such systems.

Цел на настоящето изобретение е да се преодолеят указаните по-горе недостатъци, като се създаде ново акустично влакнесто-оптично устройство, в което да бъде минимизирана разликата = (2) между оптичните пътища l_sjg и l_ref съответно в сигналния (сензорния) и в опорния канали и се осигурят условия оптичните пътища в двата канала да съвпадат точно във всички части на системата за акустични мониторинг извън самия акустичен сензор, т.е да бъде изпълнено условието l_sjg « l_ref + l_sens , където l_sens е оптичният път в акустичния сензор. Тогава може да се изпълни и условието Δ/ ~ l_sens и за отношението K_coh получаваме:The aim of the present invention is to overcome the above disadvantages by creating a new acoustic fiber-optic device in which to minimize the difference = (2) between the optical paths l _sjg and l _ref respectively in the signal (sensor) and in the reference channels and provide conditions for the optical paths in the two channels to coincide exactly in all parts of the acoustic monitoring system outside the acoustic sensor itself, ie to fulfill the condition l _sjg «l _ref + l _sens , where l _sens is the optical path in the acoustic sensor. Then the condition Δ / ~ l _sens can be fulfilled and for the relation K _{coh we} get:

^. =(%/%)>! (3)^. = (% /%)>! (3)

При една приемлива стойност на оптичния път в сензора l_sens < 20т, за допустимата минимална оптична дължина на кохерентност на лазера се получава оценката l_coh > 20т, откъдето допустимата честотна стабилност е в границите <(3-5)MHzпри което условието в (3) е изпълнено. Тези стойността са характерни за масово използваните и достъпни едночестотни телекомуникационни лазерни диоди.At an acceptable value of the optical path in the sensor l _sens <20t, for the allowable minimum optical length of the coherence of the laser the estimate l _coh > 20t is obtained, where the allowable frequency stability is in the range <(3-5) MHz where the condition in ) is fulfilled. These values are typical of the widely used and available single-frequency telecommunication laser diodes.

Важно следствие от изпълнението на условието (3) е възможноста с предложеното устройство чрез подходящ избор на лазер с определена дължина на кохерентност да се създават уникални мултиплексирани мрежи от голям брой отдалечени независими акустични сензори при запазване на високата ефективност на кохеретното детектаране.An important consequence of fulfilling condition (3) is the possibility with the proposed device by appropriate selection of a laser with a certain length of coherence to create unique multiplexed networks of a large number of remote independent acoustic sensors while maintaining high efficiency of coherent detection.

Предмет на изобретението е именно практическата реализация на нови, ефективни системи за акустичен мониторинг при голямо отдалечение на акустичния сензор, основани на описаните по-горе условия. Възможни са различни технически реализации на акустични влакнесто-оптични устройства на тази основа, чрез които се разширяват областите на приложения на системите за отдалечен акустичен мониторинг, като сигурност, морски и геофизически мониторинг и др. Важно предимство на изобретението е, че високата чувствителност и ефективност на системата се осигурява без подаване на елекрозахранване към акустичния сензор (all optical systems), което е свързано с възможността разстоянията между приемопредавателния блок и акустичния сензор да се избират много големи. Ще укажем също и други предимства на изобретението като простота на оптичната схема, използуването на лазери с ниска кохерентност и цена, възможност за развитие на многосензорни системи и мрежи, описани по-долу.The subject of the invention is precisely the practical implementation of new, efficient systems for acoustic monitoring at a great distance of the acoustic sensor, based on the conditions described above. Various technical implementations of acoustic fiber-optic devices on this basis are possible, through which the areas of application of remote acoustic monitoring systems are expanded, such as security, marine and geophysical monitoring, etc. An important advantage of the invention is that the high sensitivity and efficiency of the system is ensured without supplying power to the acoustic sensor (all optical systems), which is associated with the possibility of choosing the distances between the transceiver and the acoustic sensor very large. We will also point out other advantages of the invention such as the simplicity of the optical circuit, the use of lasers with low coherence and cost, the possibility of developing multi-sensor systems and networks, described below.

Описание на приложените фигуриDescription of the attached figures

Фигура 1 представлява блок-схема на акустично влакнесто-оптично сензорно устройство с единичен акустичен сензор и с частично пропускливо огледало.Figure 1 is a block diagram of an acoustic fiber-optic sensor device with a single acoustic sensor and a partially permeable mirror.

Фигура 2 представлява блок-схема на акустично влакнесто-оптично сензорно устройство с единичен акустичен сензор, в който частично пропускливото огледало е заменено с въздушна междина, образувана от двата близко разположени срещуположни краища на свързващите оптични влакна.Figure 2 is a block diagram of an acoustic fiber-optic sensor device with a single acoustic sensor, in which the partially permeable mirror is replaced by an air gap formed by the two closely spaced opposite ends of the connecting optical fibers.

Фигура 3 представлява блок-схема на акустична влакнесто-оптично многосензорна система от независими акустични сензорни устройства, съгласно Фиг.1 и Фиг.2.Figure 3 is a block diagram of an acoustic fiber-optic multi-sensor system of independent acoustic sensor devices according to Figures 1 and 2.

Фигура 4 представлява блок-схема на акустична влакнесто-оптична многосензорна система с времево мултиплексиране на последователно свързвани акустични сензорни устройства.Figure 4 is a block diagram of an acoustic fiber-optic multi-sensor system with time multiplexing of series-connected acoustic sensor devices.

Фигура 5 представлява блок-схема на Акустична влакнесто-оптична многосензорна система с времево мултиплексиране на паралелно свързани акустични сензорни устройства.Figure 5 is a block diagram of an Acoustic Fiber Optic Multi-Sensor System with time multiplexing of parallel-connected acoustic sensor devices.

Фигура 6 представлява блок-схема на спектрално мултиплексирана многосензорна система от независими последователно свързани единични акустични сензорни устройства.Figure 6 is a block diagram of a spectrally multiplexed multi-sensor system of independent series-connected single acoustic sensor devices.

Фигура 7 представлява блок-схема на комбинирана паралелно-спектрално и серийно-времево мултиплексирана сензорна мрежа от акустични сензорни устройства.Figure 7 is a block diagram of a combined parallel-spectral and serial-time multiplexed sensor network of acoustic sensor devices.

Примери на изпълнениеExamples of implementation

Съгласно едно изпълнение, представено на Фиг. 1, акустичното влакнесто-оптично сензорно устройство се състои от приемопредавателен блок 1, който съдържа непрекъснат едночестотен лазер 2, влакнесто-оптичен циркулатор 3 с вход За, вход-изход ЗЬ и изход Зс, както и кохерентен оптичен детектор 4 с изход 4а към информационния блок на системата за акустичен мониторинг. Чрез вход-изхода ЗЬ на оптичния циркулатор 3, приемопредавателят 1 се свързва оптически посредством приемо-предавателно влакно със зададена дължина 5 с акустичния сензор 6, състоящ се от последователно оптически свързани частично пропускливо огледало 7 със зададен коефициент на пропускане, влакнесто-оптичен сензорен елемент 8, поляризационен контролер 9 и отражател 10 със зададен коефициент на отражение.According to one embodiment shown in FIG. 1, the acoustic fiber optic sensor device consists of a transceiver unit 1 which comprises a continuous single frequency laser 2, a fiber optic circulator 3 with input 3a, input-output 3b and output 3c, and a coherent optical detector 4 with output 4a to the information block of the acoustic monitoring system. Through the input-output 3b of the optical circulator 3, the transceiver 1 is optically connected by means of a transceiver fiber of a predetermined length 5 to the acoustic sensor 6, consisting of a partially transmittance mirror 7 with a predetermined transmittance, a fiber-optic sensor element. 8, a polarizing controller 9 and a reflector 10 with a set reflection coefficient.

Устройството работи по следния начин. Лазерът 2 излъчва непрекъснато оптично лъчение на една единствена честота (o_las = 2rf_las, електричното поле E_las(t) на което може да бъде представено във вида E_las(t)~ Е_о ехр[- /(о>_/ау + ^(0)] > където Е_о е амплитудата на полето, a <p_las(t) са бавните флуктуации на оптичната фаза. Предполага се, че честотатаThe device works as follows. Laser 2 emits continuous optical radiation at a single frequency, o _las = 2rf _las , the electric field E _las (t) of which can be represented as E _las (t) ~ E _o exp [- / (o> _{/ a} y + ^ (0)]> where E _o is the amplitude of the field, and <p _las (t) are the slow fluctuations of the optical phase.

o)_tas на лазера флуктуира в зададени граници a>_las + ida_las/2, а дължината на кохерентност L_coh е избрана съгласно (3).o) the _tas of the laser fluctuates within the given limits a> _las + ida _las / 2, and the coherence length L _coh is chosen according to (3).

От входа За и вход-изхода ЗЬ на циркулатора 3 непрекъснатото лъчение от лазера 2 се подава през оптичното влакно 5 към акустичния сензор 6. При достигане на частично пропускливо огледало 7 със зададено пропускане, част от лъчението се отразява в обратна посока и след достигане на вход-изхода ЗЬ на циркулатора 3 през изхода Зс се подава към фоточувствителната повърхност на кохерентния детектор 4 като опорен сигнал, амплитудата на който се дава с израза:From the input 3a and the input-output 3b of the circulator 3 the continuous radiation from the laser 2 is supplied through the optical fiber 5 to the acoustic sensor 6. Upon reaching a partially permeable mirror 7 with a set transmittance, part of the radiation is reflected in the opposite direction. the input-output 3b of the circulator 3 through the output 3c is fed to the photosensitive surface of the coherent detector 4 as a reference signal, the amplitude of which is given by the expression:

= ехр[~ ДбМ + ^Д0+^фгЖ/))1’ (⁴) където е k_mir коефициентът на пропускане по амплитуда на огледалото 7, е натрупаната фаза при разпространението на лъчението по целия оптичен път от лазера до кохерентния детектор, a a_ref са оптичните загуби в опорния канал. Очевидно е, че общият оптичен път l_ref на опорния сигнал (с начало от изхода на лазера 2) ще бъде равен на 4е/ = hire + ^fib където l_circ е общият оптичен път в циркулатора 3 от входа За до изхода Зс заедно със свързващите влакна към лазера 2 и детектора 4, l_fib е оптичният път във влакното 5. В нашия случай е очевидно, че l_fib »l_circ и следователно, l_ref ~ 2l_fib.= exp [~ DbM + ^ D0 + ^f rJ /)) 1 '( ⁴ ) where k _mir is the transmittance of the amplitude of the mirror 7, is the accumulated phase in the propagation of radiation along the optical path from the laser to the coherent detector, aa _ref are the optical losses in the support channel. It is obvious that the total optical path l _ref of the reference signal (starting from the laser output 2) will be equal to 4e / = hire + ^ fib where l _circ is the common optical path in the circulator 3 from the input 3a to the output 3c together with the connecting fibers to the laser 2 and the detector 4, l _fib is the optical path in the fiber 5. In our case it is obvious that l _fib »l _circ and therefore, l _ref ~ 2l _fib .

Полезният оптичен сигнал, пренасящ информацията за акустичния сигнал се описва от електричното поле E_sig(t), което се формира от преминалото през влакното 5 лъчение от лазера 2, т.е. от същото лъчение и по същия оптичен път, по който е формиран и опорния сигнал. След двупосочния оптичен прозорец 7 полето има видаThe useful optical signal carrying the acoustic signal information is described by the electric field E _sig (t), which is formed by the radiation passing through the fiber 5 by the laser 2, i. from the same radiation and by the same optical path by which the reference signal is formed. After the bidirectional optical window 7, the field has the form

E'_sig(t) = k_mira'_sigE₀ exp[-;0_/a/ + ^_to0+^gfc_g))l (⁵) където (l'_sjg) е натрупаната фаза при разпространението на лъчението по оптичния път от лазера до огледалото 7, където 1^ = (1^/2) + 1^-, a a'_sig са оптичните загуби на полезния сигнал по същия оптичен път в едната посока.E ' _sig (t) = k _mir a' _sig E ₀ exp [-; 0 _{/ a} / + ^ _to 0 + ^ gfc _g )) l ( ⁵ ) where (l ' _sjg ) is the accumulated phase in the propagation of radiation along the optical path from the laser to the mirror 7, where 1 ^ = (1 ^ / 2) + 1 ^ -, aa ' _sig are the optical losses of the useful signal along the same optical path in one direction.

След огледалото 7 оптичната вълна преминава последователно през влакното 8 на акустичния сензор 6 с обща оптична дължина l_sens и след преминаване през поляризационния контролер 9 се отразява от отражателя 10, който е със зададен коефициент на отражение r_{mir П}о амплитуда· Отразената от отражателя 10 вълна преминава обратно през сензора 8 по същия оптичен път l_sens и през оптичния прозорец 7 навлиза в оптичното влакно 5 точно през същата повърхност, от която се отразява опорния сигнал. По-нататък оптичните пътища на сензорния и опорния сигнали до кохерентния детектор съвпадат изцяло. Съответно, общият оптичен път l_sjg на сензорния сигнал, пренасящ информацията за акустичния сигнал U_ac(t) е l_sig = 1_С,_ГС + 2l_flb + 2l_sens, откъдето l_si ~ l_ref + 2l_sens, т.е. разликата в оптичните пътища на двата сигнала е точно равна на удвоената оптична дължина на акустичния сензор при произволни дължини на оптичното влакно 5 т.е. на отдалечеността на акустичния сензор от приемопредавателния блок 1. По такъв начин, в предложеното устройство съгласно изобретението се минимизират влиянията на различни неблагоприятни фактори върху разликата в оптичните пътища в опорния и сигналния канали, което е от най-съществено значение за осигуряването на висока фазова стабилност и ефективност, необходими за реализацията именно на системите за мониторинг с отдалечени на големи разстояния сензори. От горните изрази получаваме и израза за оптичното поле в сигналния канал върху фотодетектора:After the mirror 7 the optical wave passes successively through the fiber 8 of the acoustic sensor 6 with a total optical length l _sens and after passing through the polarization controller 9 is reflected by the reflector 10, which has a set reflection coefficient r _{mir P} o amplitude · Reflected by the reflector 10 a wave passes back through the sensor 8 along the same optical path l _sens and through the optical window 7 enters the optical fiber 5 exactly through the same surface from which the reference signal is reflected. Further, the optical paths of the sensor and reference signals to the coherent detector coincide completely. Accordingly, the total optical path l _sjg of the sensor signal carrying the information about the acoustic signal U _ac (t) is l _sig = 1 _C , _GS + 2l _flb + 2l _sens , whence l _si ~ l _ref + 2l _sens , i. the difference in the optical paths of the two signals is exactly equal to twice the optical length of the acoustic sensor at arbitrary lengths of the optical fiber 5, i.e. of the distance of the acoustic sensor from the transceiver unit 1. Thus, in the proposed device according to the invention, the influences of various adverse factors on the difference in optical paths in the reference and signal channels are minimized, which is essential to ensure high phase stability. and efficiency required for the implementation of monitoring systems with long-distance sensors. From the above expressions we get the expression for the optical field in the signal channel on the photodetector:

E_sig (0 = k² _mirr_mir.a_sigE. ехр[- j (v_last + φ_1αί (/)+<D_i/g (l_sig))], (6) където Q_sig{l_Sig) е пълната натрупаната фаза при разпространението на лъчението по оптичния път от лазера 2 до фотодетектора 4, a_si = a_ref + s_sem са пълните оптични загуби в сигналния канал, s_sens загубите в акустичния сензор (a_sens « a_ref поради малката дължина на влакното в акустичния сензор) и съответно a_sjg ~ a_ref.E _sig [0 = k ² _mir r _mir .a _sig E. exp [- j [(v _las t + φ _1αί (/) + <D _{i / g} (l _sig ))], (6) where Q _sig {l _S ig) is the complete accumulated phase in the propagation of radiation along the optical path from the laser 2 to the photodetector 4, a _si = a _ref + s _sem are the total optical losses in the signal channel, s _sens losses in the acoustic sensor (a _sens «a _ref due to the small length of the fiber in the acoustic sensor) and respectively a _sjg ~ a _ref .

Въвеждането на информацията за акустичния сигнал U_ac(t) се основава, както е известно на акусто-оптичния ефект [8], който се състои в това, че показателят на пречупване по линеен закон се влияе от механичните напрежения U_ac(t) във влакното, възбудени от акустичната вълна, т.е n_op{U_ac(^-п^й _ор+K_emU_ac{f} , където п°_ор е средната стойност на показателя на пречупване, а К_ет т.н. коефициент на електромеханична връзка. Измененията на показателя на пречупване водят до промяна на скоростта на светлината в тази част на сензорното влакно, която взаимодействува с акустичната вълна. Общият оптичен път l_sens в сензорното влакно в една посока е сума от две компонентиThe input of the acoustic signal information U _ac (t) is based, as is known, on the acousto-optical effect [8], which consists in the fact that the refractive index according to a linear law is influenced by the mechanical stresses U _ac (t) in the fiber excited by the acoustic wave, ie n _op {U _ac (^ -n ^j _op + K _em U _ac {f}, where p ° _op is the average value of the refractive index and K _{et is the} so-called coefficient Changes in the refractive index lead to a change in the speed of light in that part of the sensor fiber that interacts with the acoustic wave.The common optical path l _sens in the sensor fiber in one direction is the sum of two components

I =1° ₊l^actv(u (/)) (7) където е общата оптична дължина на сензорното влакно, а ZX(i/_ac(/)) е добавка различна от нула само в областа на взаимодействие с акустичната вълна, която е с дължина l^a _sZ(U_ac{3)) = l_actvK_emU_ac[t) ,т.е. l_actv <l_sens.I = 1 ° ₊ l ^actv (u (/)) (7) where is the total optical length of the sensor fiber, and ZX (i / _ac (/)) is a non-zero additive only in the area of interaction with the acoustic wave, which is of length l ^a _s Z (U _ac {3)) = l _actv K _em U _ac (t), i.e. l _actv <l _sens .

Детектираният кохерентен сигнал ^(t) от изхода 4а на детектора 4 се описва с известния израз: (E_slg(t)* E_re/(t)\ , където E_ref(t) комплексно спретнатия опорен сигнал, a r_acms е времеконстантата на интегриране на акустичния сигнал. В резултат, за детектирания сигнал се получава изразаThe detected coherent signal ^ (t) from the output 4a of the detector 4 is described by the known expression: (E _slg (t) * E _{re /} (t) \, where E _ref (t) is the complex neat reference signal, ar _acms is the time constant of integration of the acoustic signal As a result, the expression is obtained for the detected signal

V_out V ~ klSnur(¹ - ^kmirKig^arefE²0 exp[<D_i(g (l_sig) - Ф(/_ге/)] (8)V _out V ~ klSnur ( ¹ - ^k mirKig ^a refE ² 0 exp [<D _{i (g} (l _sig ) - Ф (/ _{ге /} )]) (8)

За разликата във фазите в (8) получавамеFor the phase difference in (8) we obtain

Ф.Х)- (9) ^lasF.H) - (9) ^ las

т.е. детектираният сигнал на изхода 4 ще зависи само от оптичната дължина на сензорната част на влакното на акустичния сензор 6, независимо от отдалечеността му от блока 1. Използувайки по-нататък изразите за l_sens получавамеi.e. the detected signal at the output 4 will depend only on the optical length of the sensor part of the fiber of the acoustic sensor 6, regardless of its distance from the block 1. Further using the expressions for l _{sens we} obtain

ф.Х)-ф„Х/)= <р°_т (Ю)ф.Х) -ф „Х /) = <р ° _т (Ю)

Ада където (p°_sens = 4^/“„_s/2_te . Окончателно изразът за полезния изходен сигнал добива вида:Hell where (p ° _sens = 4 ^ / “„ _s / 2 _te . Finally, the expression for the useful output signal takes the form:

~ Κ^α^α_κ/Ε² ₀Ζ_φ exp~ Κ ^ α ^ α _{κ /} Ε ² ₀ Ζ _φ exp

Λ _ас (ί) . Ада .Λ _as (ί). Hell.

^kmir^rmir^ ^kmir} (11) ^k mir ^r mir ^ ^k mir} (11)

Поради ниските стойности на коефициента на електромеханична връзка К_ет и на амплитудите на акустичния сигнал U_ac(t) се ограничаваме с втория член в разложението на експонентата в (11), като в резултат получаваме оценката за променливата компонента на изходния сигнал, пропорционална на амплитудата на акустичния сигнал:Due to the low values of the electromechanical coupling coefficient K _et and the amplitudes of the acoustic signal U _ac (t) we limit ourselves to the second term in the decomposition of the exponent in (11), as a result we get the estimate for the variable component of the output signal proportional to the amplitude of the acoustic signal:

(12)(12)

Тук може да приемем = &χρ(φ^_ηί) = const, изхождайки от съображенията, че елементите на акустичния сензор 6 (огледало 7, сензорно влакно 8, поляризационен контролер 9 и отражател 10 са монтирани в затворен метален корпус и се влияят главно от външната температура, която е бавно изменящ се параметър в сравнение с времето на реакция на системата за мониторинг. Чрез настройка на поляризационен контролер 9 може да се постигне (p°_sens = Ίπτη, т = 1,2,3...и съответно Z^=l. В този случай за вътрешния обходен контур 7-8-9-10-9-8-7 резултатната матрица на Джоне е единична матрица и възпроизвежда входната поляризация преди огледало 7. В този случай полезният и опорният сигнали на изхода на огледалото 7 ще бъдат с еднакви фази. Поради пълната идентичност на оптичните пътища на двата сигнала до детектора, последните ще достигат с еднакви фази на фоточувствителната повърхност, при което детектираният сигнал ще бъде максимален. Коефициентите к_т1г и r_mir могат да се оптимизират така, че коефициентът K_eff в (11) да бъде максимален, при което изходният сигнал V_oul(f) също ще бъде максимален при зададена мощност на излъчването на лазера. По-нататък изходният електричен сигнал V_ac(t), съдържащ точната информация за акустичния сигнал U_ac(t) се подава към информационния блок на системата за мониторинг за обработка и вземане на решение за присъствие на обект, излъчващ акустичната вълна U_ac(t).Here we can assume = & χρ (φ ^ _ηί ) = const, based on the considerations that the elements of the acoustic sensor 6 (mirror 7, sensor fiber 8, polarization controller 9 and reflector 10) are mounted in a closed metal housing and are influenced mainly by the external temperature, which is a slowly changing parameter compared to the reaction time of the monitoring system By setting the polarization controller 9 can be achieved (p ° _sens = Ίπτη, t = 1,2,3 ... and respectively Z ^ = l In this case for the inner bypass loop 7-8-9-10-9-8-7 the resultant Jone matrix is a single matrix and reproduces the input polarization in front of mirror 7. In this case the useful and reference signals at the output of mirror 7 Due to the complete identity of the optical paths of the two signals to the detector, the latter will reach the same phases on the photosensitive surface, whereby the detected signal will be _maximum.The coefficients k m1d and r _mir can be optimized so that the coefficient K _eff in (11) should be maximum, where the output signal V _oul (f) will also be maximum at a given laser radiation power. Further, the output electrical signal V _ac (t) containing the exact information about the acoustic signal U _ac (t) is fed to the information block of the monitoring system for processing and deciding on the presence of an object emitting the acoustic wave U _ac (t ).

Предимствата на изобретението съгласно това изпълнение на Фиг. 1 могат да бъдат систематизирани както следва: 1) Осигурява се точно съвпадение на оптическите пътища на полезния и опорния оптични сигнали извън акустичния сензор, което позволява свързващото оптично влакно между преимопредавателния блок и акустичният сензор в устройството да бъде с много голяма дължина (10-20) км и повече, като едновременно се намаляват и с няколко порядъка изискванията към честотната стабилност на лазера и по този начин става възможно създаването на високоефективни кохерентни системи за акустичен мониторинг с отдалечени сензори, покриващи обширни морски и наземни райони; 2) Простота на цялата оптична схема, включително на отдалечения акустичен сензор, който работи без електрозахранване, а така също и на приемопредавателния блок, който може да бъде изпълнен като част от информационния блок на системата и да се намира на голямо разстояние от акустичния сензор.The advantages of the invention according to this embodiment of FIG. 1 can be systematized as follows: 1) Exact coincidence of the optical paths of the useful and reference optical signals outside the acoustic sensor is provided, which allows the connecting optical fiber between the transceiver unit and the acoustic sensor in the device to be very long ) km and more, while reducing the frequency stability requirements of the laser by several orders of magnitude and thus making it possible to create highly efficient coherent acoustic monitoring systems with remote sensors covering large marine and terrestrial areas; 2) Simplicity of the whole optical circuit, including the remote acoustic sensor, which works without power supply, as well as the transceiver unit, which can be implemented as part of the information unit of the system and be located at a great distance from the acoustic sensor.

Едно друго изпълнение на акустичния сензор 6 на акустичното влакнесто-оптично сензорно устройство от Фиг.1 е представено на Фиг.2, където частично пропускащото огледало 7 е заменено с частично пропускаща въздушна междина 11, образувана от двата близко разположени срещуположни краища на свързващите оптични влакна. Достигналото до края на влакното 5 кохерентно лъчение от лазера 1 се отразява от свободния му край, образуващ едната страна на въздушната междина 11 и се разпространява обратно като опорен сигнал. Към него се добавя и част от преминалото и отразено обратно лъчение от срещуположния край на сензорното влакно 8. Коефициентът на пропускане k_mr на въздушната междината 11 зависи от разстоянието между двете срещуположни влакна, което може да се променя и настройва. Принципът на действие на устройството остава същото, както е описано по-горе за случая на полупропускащо огледало 7.Another embodiment of the acoustic sensor 6 of the acoustic fiber-optic sensor device of Fig. 1 is shown in Fig. 2, where the partially permeable mirror 7 is replaced by a partially permeable air gap 11 formed by the two closely spaced opposite ends of the connecting optical fibers. . The coherent radiation from the laser 1, which has reached the end of the fiber 5, is reflected from its free end, forming one side of the air gap 11, and is propagated back as a reference signal. To this is added a portion of the transmitted and reflected back radiation from the opposite end of the sensor fiber 8. The transmittance k _mr of the air gap 11 depends on the distance between the two opposite fibers, which can be changed and adjusted. The principle of operation of the device remains the same as described above for the case of a semi-permeable mirror 7.

Допълнителните предимства на това изпълнение на изобретението в сравнение с устройството от Фиг.1 се заключават в неговата простота и стабилност, възможност за многократна и прецизна пренастройка на коефициента на пропускане в много широки граници чрез промяна на широчината на междината 11 без промени в конструкцията на сензора 6, което позволява то да бъде успешно прилагано и в системи за акустичен мониторинг с голям брой отдалечени акустични сензори.Additional advantages of this embodiment of the invention compared to the device of Fig. 1 are its simplicity and stability, the possibility of multiple and precise readjustment of the transmittance in a very wide range by changing the width of the gap 11 without changing the design of the sensor 6, which allows it to be successfully applied in acoustic monitoring systems with a large number of remote acoustic sensors.

Едно друго изпълнение на изобретението във вид на многосензорна система от тброя независими единични акустични сензорни устройства, съгласно Фиг.1 и Фиг.2 за акустичен мониторинг на отдалечени морски и наземни райони е представено на Фиг.З. Устройството се състои от приемопредавателен блок 1, който съдържа непрекъснат едночестотен лазер 2, делител на оптична мощност 12 от типа 1хт с т изхода, /и-броя кохерентни оптични детектори (КОД) от КОД-1 до КОД-/И, а също така ш-броя влакнесто-оптични циркулатори от 3.1 до З.т, всеки от които има съответно вход а, входизход b и изход с съгласно Фиг.1 както и ш-броя приемопредавателни оптични влакна от 5.1 до 5.т и ш-броя акустични сензори 6.1 до б.т. Всеки акустичен сензор съгласно Фиг.1 се състои от съответни входни 7.1 до 7.т и изходни 10.1 до 10.т отражатели, влакнестооптични сензорни намотки 8.1 до 8.ш и поляризационни контролери 9.1 до 9.ш. Лазерът 2 е свързан към общия вход на 1хш делителя 12, изходите на който са съответно свързани с а-входовете на циркулаторите 3.1 до З.т, като съответните им b-вход-изходи са оптично свързани през съответните приемопредавателни влакна със съответните акустични сензори 6.1 до 6.ш, а съответните им с-изходи са свързани към съответните кохерентни детектори КОД-1 до КОД-ш.Another embodiment of the invention in the form of a multi-sensor system of the three independent single acoustic sensor devices according to Fig. 1 and Fig. 2 for acoustic monitoring of remote sea and land areas is shown in Fig. 3. The device consists of a transceiver unit 1, which contains a continuous single-frequency laser 2, an optical power divider 12 of the type 1ht with t output, and the number of coherent optical detectors (COD) from CODE-1 to CODE / I, and also w-number of fiber-optic circulators from 3.1 to H.t, each of which has respectively input a, input-output b and output c according to Fig.1 as well as w-number of transceiver optical fibers from 5.1 to 5.t and w-number of acoustic sensors 6.1 to b.t. Each acoustic sensor according to Fig. 1 consists of corresponding input 7.1 to 7.t and output 10.1 to 10.t reflectors, fiber optic sensor windings 8.1 to 8.sh and polarization controllers 9.1 to 9.sh. The laser 2 is connected to the common input of the 1xx divider 12, the outputs of which are respectively connected to the α-inputs of the circulators 3.1 to 3 m, as their respective b-input-outputs are optically connected via the respective transceiver fibers to the respective acoustic sensors 6.1. to 6.sh, and their respective c-outputs are connected to the respective coherent detectors KOD-1 to KOD-sh.

В устройството на Фиг.З всички /и-броя единични акустични сензорни устройства работят независимо и по идентичен начин с устройствата на Фиг.1 и Фиг.2. Максималната достижима далечина на разположение на акустичните сензори е същата, както и в устройствата по Фиг.1 и Фиг.2. Теоретичното описание на настоящото многосензорно устройство от Фиг.З не се отличава от това, описано по-горе за устройствата на Фиг.1 и Фиг.2. Съответно прослушваната площ може да бъде многократно увеличена, особено поради голямото отдалечение на независимите сензори от общата система за мониторинг. При голям брой канали може да бъде включен един общ влакнестооптичен усилвател между лазера 2 и входа на делителя 12 с цел увеличаване на общата изходна мощност. Важно е да се отбележи също, че с излизането от строя на един или няколко канала не се нарушава работоспособността на устройството с работещите канали.In the device of Fig. 3, all single acoustic sensor devices operate independently and in an identical manner to the devices of Fig. 1 and Fig. 2. The maximum available range of the acoustic sensors is the same as in the devices of Fig. 1 and Fig. 2. The theoretical description of the present multi-sensor device of Fig. 3 does not differ from that described above for the devices of Fig. 1 and Fig. 2. Accordingly, the listening area can be multiplied, especially due to the large distance of the independent sensors from the general monitoring system. With a large number of channels, a common fiber optic amplifier can be connected between the laser 2 and the input of the divider 12 in order to increase the total output power. It is also important to note that the failure of one or more channels does not impair the performance of the device with working channels.

Предимствата на този вариант на изобретението са следните: 1) Многократно увеличаване на общата прослушвана площ при използване на обща информационна система и запазване на максималното отдалечение на акустичните сензори; 2) Информацията от всеки канал може да бъде анализирана едновременно и независимо, без да се използуват известните методи на времево или честотно мултиплексиране, което води до съществено опростяване на цялата информационна система в режим на работа с много сензори, като се осигурява много висока надеждност на системата като цяло; 3) На тази база могат да бъдат създавани мрежи от независими акустични сензори, разположени на големи разстояния от информационната система, без необходимост от подаване на електрозахранване към сензорните блокове, като едновременно се осъществява мониторинг върху много по-големи площи.The advantages of this variant of the invention are the following: 1) Multiple increase of the total listening area using a common information system and maintaining the maximum distance of the acoustic sensors; 2) The information from each channel can be analyzed simultaneously and independently, without using the known methods of time or frequency multiplexing, which leads to a significant simplification of the entire information system in multi-sensor mode, ensuring very high reliability of the system as a whole; 3) On this basis, networks of independent acoustic sensors can be created, located at great distances from the information system, without the need to supply power to the sensor units, while monitoring over much larger areas.

Едно друго изпълнение на изобретението във вид на времево мултиплексирана многосензорна система от m-броя последователно оптично свързани единични акустични сензорни устройства, съгласно Фиг.1 и Фиг.2 за акустичен мониторинг на отдалечени морски и наземни райони е представено на Фиг. 4.Another embodiment of the invention in the form of a time-multiplexed multi-sensor system of the m-number of optically connected single acoustic sensor devices according to Fig. 1 and Fig. 2 for acoustic monitoring of remote sea and land areas is shown in Figs. 4.

Устройството се състои от приемопредавателен блок 1, състоящ се от едночестотен лазер с модулатор 2.0, оптичен циркулатор 3 и общ кохерентен оптически детектор (КОД) с времево демултиплексиране 4 и приемо-предавателно влакно 5 и поредица от последователно оптически свързани ш-броя акустични сензори 6.1 до 6.ш . Всеки акустичен сензор се състои от съответни входни 7.1 до 7.ш и изходни 10.1 до Ю.т отражатели, влакнесто-оптични сензорни намотки 8.1 до 8.ш и поляризационни контролери 9.1 до 9.ш. При това изходът на i-ия сензор 10./ е свързан с входа 7.(/+1) на /+1 - тия сензор. При това за правилното фунциониране на сензора е необходимо да бъде изпълнено условието 2/_sens < /_еоь < 2fo , където ф е минималното разстояние между два последователни сензора. Освен това ширината St на лазерния импулс са избира от условието St < r_coh ~ 2/_sens /с.The device consists of a transceiver unit 1 consisting of a single-frequency laser with modulator 2.0, an optical circulator 3 and a common coherent optical detector (COD) with time demultiplexing 4 and transceiver fiber 5 and a series of series-connected acoustic sensors 6.1 до 6.ш. Each acoustic sensor consists of corresponding input 7.1 to 7th and output 10.1 to 10th reflectors, fiber-optic sensor windings 8.1 to 8th and polarization controllers 9.1 to 9th. The output of the i-th sensor 10./ is connected to the input 7. (/ + 1) of the / + 1-th sensor. However, for the correct functioning of the sensor is required to satisfy the condition 2 / _sens </ _ec L <2fo, where u is the minimum distance between two consecutive sensor. In addition, the width St of the laser pulse is selected from the condition St <r _co h ~ 2 / _sens / s.

Устройството работи по следния начин. Импулсът от модулирания едночестотен лазер 2.0, излъчен в момента to след отражение от последователните сензори се детектира от КОД съответно в моменти Ц, /₂, -tj.., t_m, където Δί = t_M-t_t »St i = При изпълнение на последните условия интерференцията във всеки сензор е независима от интерференцията в останалите сензори.The device works as follows. The pulse from the modulated single-frequency laser 2.0, emitted at the moment to after reflection by the serial sensors is detected by the CODE respectively at moments C, / ₂ , -tj .., t _m , where Δί = t _M -t _t »St i = under the latter conditions, the interference in each sensor is independent of the interference in the other sensors.

За оценка на допустимия брой независими акустични сензори ще приемем модела на влакнесто-оптичен Фабри-Перо резонатор, образуван от френеловите отражения на входа и изхода на всеки акустичен сензорен елемент (Фиг.1 и Фиг.2). За целта ще намерим резултантния коефициент на отражение R на z-ти последователен времево мултиплексиран съставен Фабри-Перо резонатор. Разглеждаме сензорно оптично влакно с дължина Ц и показател на пречупване на сърцевината n_s, съединено с входно и изходно влакно с въздушни междини или със слоеве с показател на пречупване на сърцевината по. На границата на две среди коефициентите на отражение и пропускане съответно са:To estimate the allowable number of independent acoustic sensors, we will accept the model of a fiber-optic Fabry-Perot resonator formed by the Fresnel reflections at the input and output of each acoustic sensor element (Fig. 1 and Fig. 2). For this purpose, we will find the resulting reflection coefficient R of the z-th consecutive time-multiplexed composite Fabry-Perot resonator. We consider a sensory optical fiber with length C and a refractive index of the core n _s , connected with an input and output fiber with air gaps or with layers with a refractive index of the core. At the boundary of two media, the reflection and transmission coefficients are respectively:

/₀=1-г₀ (13)/ ₀ = 1-d ₀ (13)

Тъй като преминалата през първия преход светлина достига до втория преход, то отново претърпява френелово отражение и пълният коефициент на отражение обратно във входното влакно е:As the light passing through the first transition reaches the second transition, it again undergoes Fresnel reflection and the total reflection coefficient back into the input fiber is:

=г₀ + ^4 =^го [1 + (1-г₀)²] (14)= r ₀ + ^ 4 = ^r o [1 + (1-r ₀ ) ² ] (14)

Може да се покаже, че при междина от порядъка на 5-10 pm загубите от разширение на гаусовия сноп са c^.c-0.002 dB и са напълно пренебрежими.It can be shown that at an interval of the order of 5-10 pm the losses from Gaussian beam expansion are c ^ .c-0.002 dB and are completely negligible.

За 7?i, Т?2 « 1 пълното отражение R е пропорционално на натрупаната фазова разлика δ = 2kl_s, к. е вълновото число, видимостта (контрастът) за интерференчните ивици при еднакви коефициенти на отражние R\ = Ry= Ro« 1 изразът се упростява до т/ _ (1 ~ *о) _< 1 (151 ⁽¹⁵⁾ и за Rq< 0,15For 7? I, T? 2 «1 the total reflection R is proportional to the accumulated phase difference δ = 2kl _s , k. is the wave number, the visibility (contrast) for the interference fringes at the same reflection coefficients R \ = Ry = Ro «1 the expression is simplified to m / _ (1 ~ * o) _< 1 (151 ⁽¹⁵⁾ and for Rq <0, 15

Γ_Λ®1-27?₀<1 (16) _{Λ Λ} ®1-27? ₀ <1 (16)

Уравнение (16) означава, че при Ro~ 0,07 контрастът е Vr ~ 0.86 и следователно при нисък коефициент на финес, е удобно да се използва отражателен режим на влакнестооптичния Фабри-Перо резонатор.Equation (16) means that at Ro ~ 0.07 the contrast is Vr ~ 0.86 and therefore at low fineness coefficient, it is convenient to use the reflective mode of the fiber-optic Fabry-Perot resonator.

За спектрална ширина на типичен комуникационен едночестотен лазер Δν~ 10 MHz дължината на кохерентност във влакното е (17) което означава, че l_sens = l_C0h/2 = 10 m. Продължителността на импулса в сензора е около Δ/ ~ 2l_sens/c, т.е. около 100 ns. Приетите оптични импулси след КОД 4 се селектират и демодулират в съответствие с метода на TDM, като изходните сигнали от всеки сензор излизат на отделни изходи за всеки сензорен канал с честотата лента на приемания акустичен сигнал.For the spectral width of a typical communication single-frequency laser Δν ~ 10 MHz, the length of coherence in the fiber is (17), which means that l _sens = l _C0 h / 2 = 10 m. The pulse duration in the sensor is about Δ / ~ 2l _sens / c, ie. about 100 ns. The received optical pulses after CODE 4 are selected and demodulated according to the TDM method, as the output signals from each sensor are output at separate outputs for each sensor channel with the frequency band of the received acoustic signal.

Предимствата на изобретението съгласно това изпълнение на Фиг.4 могат да бъдат систематизирани както следва. Ако дължината на двойния обход на влакното в сензорната глава е I = 2.l_sens, то интерференция ще се наблюдава при дължина на кохрентност на източника l_Coh > (1.5-^2) I. Това означава, че за спектрална ширина на източника Δν, е в сила изискванетоThe advantages of the invention according to this embodiment of Fig. 4 can be systematized as follows. If the length of the double bypass of the fiber in the sensor head is I = 2.l _sens , then interference will be observed at the coherence length of the source l _C oh> (1.5- ^ 2) I. This means that for the spectral width of the source Δν, the requirement is in force

I ^ — = — >21 ^coh _А л * ^senI ^ - = -> 21 ^ coh _А л * ^ sen

Δλ Δν (18)Δλ Δν (18)

При стандартни едночестотни лазери, използвани в телекомуникациите Δν = 3 MHz ч- 30 MHz. За Δν = 3 MHz, L ~ 100m, т.е. L_s ~ 50 m, а за Δν = 30 MHz, L ~ 10m, т.е. Ц ~ 5 m. Съответната дължина на импулсите е St = nL/c и следвателно за L = 10 m -е 100 m, St = 50 ns - 500 ns.For standard single-frequency lasers used in telecommunications Δν = 3 MHz h- 30 MHz. For Δν = 3 MHz, L ~ 100m, i.e. L _s ~ 50 m, and for Δν = 30 MHz, L ~ 10m, i.e. C ~ 5 m. The corresponding pulse length is St = nL / c and consequently for L = 10 m - is 100 m, St = 50 ns - 500 ns.

За да е налице добра видимост на сигнала (V > 0.8 ) е необходимо L./l_coh < 0.7. От друга страна, за да няма въздействие върху отклика на последователно свързан съседен сензор е необходимо разстоянието между два съседни сензора Tint да е такова, че видимостта на интерференчната картина на това разстояние да е под определена минимална стойност K_min. Може да се покаже, че за r_min < 1%, Z_int> 5.5 l_coh·, за K_min < 0.1%, Zint> 7.8 l_coh·, за F_min < 0.01%, i_int> 10 l_coh. По този начин за l_coh = 10 m, L_s= 7 m и съответно Zj_nt>55m; Zj_nt>78m и £j_nt>100m.In order to have good visibility of the signal (V> 0.8) L./l _co h <0.7 is needed. On the other hand, in order not to affect the response of a series-connected adjacent sensor, the distance between two adjacent Tint sensors must be such that the visibility of the interference pattern at this distance is below a certain minimum value K _min . It can be shown that for r _min <1%, Z _int > 5.5 l _coh ·, for K _min <0.1%, Zint> 7.8 l _coh ·, for F _min <0.01%, i _in t> 10 l _coh . Thus for l _coh = 10 m, L _s = 7 m and respectively Zj _nt >55m; Zj _nt > 78m and £ j _nt > 100m.

Импулсният режим на работа позволява да се мултиплексират времево т на брой сензора, като резултантният коефициент на отражение от m-тия сензор е R_m ⁼ А)(1^_-^о)^2(т1) · При използване на Фабри-Перо резонатор с въздушна междина и френелово отражение Ro ~ 0.07 (7%) за броя времево мултиплексирани сензори се получава т < 10 в случай на допустимо минимално пълно отражение R_min ~ 2% и т < 14 за Rmin ~ 1%· Съответно, при използване на отражателни покрития с R_o ~ 0.025 (2.5%), т < 20 получаваме за R_min ~ 1%.The pulse mode allows to time multiplex the number of sensors, as the resulting reflection coefficient of the m-th sensor is R _m ⁼ A) (1 ^_ - ^ o) ^{2 (m1)} · When using a Fabry-Perot resonator with air gap and Fresnel reflection Ro ~ 0.07 (7%) for the number of time multiplexed sensors t <10 is obtained in case of permissible minimum full reflection R _min ~ 2% and t <14 for Rmin ~ 1% · Respectively, when using reflective coatings with R _o ~ 0.025 (2.5%), m <20 are obtained for R _min ~ 1%.

Основното предимството на тази схема е възможността да се покрие по-голям по дължина като цяло отдалечен охраняван участък с произволна форма, като се осигури акустична чувствителност по цялото продължение на свързващото влакно между приемопредавателната система и крайния сензорен елемент на Фиг.4.The main advantage of this scheme is the ability to cover a larger length of a generally remote guarded area of arbitrary shape, providing acoustic sensitivity along the entire length of the connecting fiber between the transceiver system and the final sensor element of Fig.4.

Едно друго изпълнение на изобретението във вид на времево мултиплексирана многосензорна система от ш-броя независими паралелно свързани единични акустични сензорни устройства, съгласно Фиг.1 и Фиг.2 за акустичен мониторинг на отдалечени морски и наземни райони е представено на Фиг.5. Устройството се състои от приемопредавателен блок 1, включващ едночестотен лазер с модулатор 2.0, оптичен циркулатор 3 и един кохерентен оптичен детектор КОД 4 с времево демултиплексиране, а също така общо приемопредавателно влакно 5, делител 1хт 12 с изходи 12.1 до 12.т към съответни вторични приемопредавателни влакна 5.1 до 5. tn с различна дължина и със съответни изходи към поредица от tn- броя акустични сензори 6.1 до б.ш с входни 7.1 до 7.ш, изходни 10.1 до Ю.ш отражатели, сензорни намотки 8.1 до 8.ш, поляризационни контролери 9.1 до 9.т.Another embodiment of the invention in the form of a time multiplexed multi-sensor system of the number of independent parallel connected single acoustic sensor devices according to Fig. 1 and Fig. 2 for acoustic monitoring of remote marine and terrestrial areas is shown in Fig. 5. The device consists of a transceiver unit 1, including a single-frequency laser with modulator 2.0, an optical circulator 3 and a coherent optical detector CODE 4 with time demultiplexing, as well as a common transceiver fiber 5, divider 1ht 12 with outputs 12.1 to 12.t to the corresponding secondary transceiver fibers 5.1 to 5. tn with different length and with corresponding outputs to a series of tn- number of acoustic sensors 6.1 to b.w with input 7.1 to 7.w, output 10.1 to S.w. reflectors, sensor windings 8.1 to 8.w , polarization controllers 9.1 to 9.t.

Действието на устройството е аналогично на това от Фиг.4. Тук опорният сигнал от лазера 2.0 , разпространяващ се по общото влакно 5 се разделя през делителя 12 и през съответните вторични приемопредавателни влакна 5.1 до 5.т към съответните акустични сензори 6.1 до б.ш. При подходящ подбор на дължините на вторичните влакна, сензорните и опорните импулсни сигнали от всеки сензор пристигат независимо на кохерентния детектор КОД 4 и се обработват разделно в информационната система.The operation of the device is analogous to that of Fig.4. Here, the reference signal from the laser 2.0 propagating along the common fiber 5 is split through the divider 12 and through the respective secondary transceiver fibers 5.1 to 5.t to the respective acoustic sensors 6.1 to bp. With appropriate selection of the lengths of the secondary fibers, the sensor and reference pulse signals from each sensor arrive independently of the coherent detector CODE 4 and are processed separately in the information system.

Предимствата на тази схема са следните: 1) Възможност да се покрие голям по площ охраняем участък, който като цяло е отдалечен на голямо разстояние от приемопредавателя; 2) Акустичните сензори след делителя могат да бъдат инсталирани по произволен начин в зависимост от предназначението на системата за мониторинг; 3) Използува се само едно приемопредавателно влакно с голяма дължина; 4) По-висока надеждност в случай, че някой от сензорите излезе от строя.The advantages of this scheme are the following: 1) Possibility to cover a large area of protected area, which is generally far away from the transceiver; 2) Acoustic sensors after the divider can be installed in any way depending on the purpose of the monitoring system; 3) Only one long transceiver fiber is used; 4) Higher reliability in case one of the sensors fails.

Едно друго изпълнение на изобретението във вид на спектрално мултиплексирана многосензорна система от ш-броя независими последователно свързани единични акустични сензорни устройства, съгласно Фиг.1, Фиг.2 и Фиг.4 за акустичен мониторинг на отдалечени морски и наземни райони е представено на Фиг.6. Устройството се състои от ш-броя независими непрекъснати едночестотни лазери 2.i (i = 1+т), излъчващи на шброя независими дължини на вълните A, (/ = Н т), спектрален мултиплексор 13, оптичен циркулатор 3, общо приемопредавателно влакно 5, ш-1 броя вторични приемопредавателни влакна от 5.1 до 5.т, /и-броя независими последователно свързани единични акустични сензорни 6.z (z-1-гщ) със спектрално селективни отражатели на дължини на вълните Λ (z-l-wn), спектрален демултиплексор 14 и /и-броя независими КОД 4.Z. Всеки сензор е съставен от входни 15./ и изходни 16.Z спектрално-селективни отражателя, сензорни намотки (8.z) и фазорегулатори 9.z (z = 1 -г т).Another embodiment of the invention in the form of a spectrally multiplexed multi-sensor system of a plurality of independent series-connected single acoustic sensor devices according to Fig. 1, Fig. 2 and Fig. 4 for acoustic monitoring of remote sea and land areas is shown in Figs. 6. The device consists of w-number of independent continuous single-frequency lasers 2.i (i = 1 + m), emitting to the number of independent wavelengths A, (/ = H m), spectral multiplexer 13, optical circulator 3, common transceiver fiber 5 , w-1 number of secondary transceiver fibers from 5.1 to 5.t, / and-number of independent series-connected single acoustic sensor 6.z (z-1-gn) with spectrally selective wavelength reflectors Λ (zl-wn), spectral demultiplexer 14 and / or independent CODE 4.Z. Each sensor is composed of input 15./ and output 16.Z spectral-selective reflectors, sensor windings (8.z) and phase regulators 9.z (z = 1 -m m).

Излъчването от всеки лазер със собствена дължина на вълната Λ (ζ =Н т), се мултиплексира по едно влакно и се отразява селективно от z-тия сензор и се връща през демултиплексора 11 в съответстващия й КОД 4.ζ* , като обратното лъчение носи информация само за въздействието върху всеки един отделен сензор. В останалата си част действието на устройството е аналогично на описаните по-горе.The radiation from each laser with its own wavelength Λ (ζ = Н т) is multiplexed by one fiber and is selectively reflected by the z-th sensor and is returned through the demultiplexer 11 in its corresponding CODE 4.ζ *, as the reverse radiation carries information only on the impact on each individual sensor. The rest of the operation of the device is analogous to those described above.

Предимството на това изпълнение на устройството е, че тъй като всеки сензор е на отделна дължина на вълната, то сигналите могат да бъдат с по-високи интензивности и съответно сензорите може да бъдат разпределени на още по-големи разстояния.The advantage of this embodiment of the device is that since each sensor is at a separate wavelength, the signals can be of higher intensities and, accordingly, the sensors can be distributed over even greater distances.

Подобно на времево мултиплексираната система, спектрално-мултиплексираната може да бъде осъществена и по паралелна схема, аналогична на тази от Фиг. 5 със същите предимства.Similar to the time-multiplexed system, the spectral-multiplexed system can also be implemented in a parallel scheme analogous to that of FIG. 5 with the same advantages.

Едно друго изпълнение на предлаганото изобретение във вид на комбинирана многосензорна система, съставена от п паралелно-спектрално мултиплексирани и т последователно-времево мултиплексирани сензорни устройства съгласно Фиг.1 и Фиг.2, Фиг.З и Фиг.6 за акустичен мониторинг на отдалечени морски и наземни райони е представено на Фиг.7.Another embodiment of the present invention in the form of a combined multi-sensor system consisting of n parallel-spectral multiplexed and sequentially time-multiplexed sensor devices according to Fig. 1 and Fig. 2, Fig. 3 and Fig. 6 for acoustic monitoring of remote marine and terrestrial areas is presented in Fig.7.

Устройството се състои от /z-броя независими импулсно-модулирани едночестотни лазери 2.z‘ (z = Rn), излъчващи на и-броя независими дължини на вълните Λ (z = Rn), спектрален мултиплексор 13, оптичен циркулатор 3, общо приемопредавателно влакно 5, спектрален демултиплексор 17, /и-броя независими последователно свързани единични акустични сензорни 6.z/ (z = Пл j = 1 т ζζζ) със спектрално селективни отражатели на дължини на вълните Λ (ζ = Н и), спектрален демултиплексор 14 и и-броя независими КОД 4.ζ. Всеки сензор е съставен от входни 15.Ζ/ и изходни 16.// спектрално-селективни отражатели, сензорни намотки (8.//) и поляризационни контролери 9.// (ζ = Rn,/' = 1 4- т).The device consists of / z-number of independent pulsed-modulated single-frequency lasers 2.z '(z = Rn), emitting on the i-number of independent wavelengths Λ (z = Rn), spectral multiplexer 13, optical circulator 3, general transceiver fiber 5, spectral demultiplexer 17, / and-number of independent series-connected single acoustic sensors 6.z / (z = Pl j = 1 m ζζζ) with spectrally selective wavelength reflectors Λ (ζ = H i), spectral demultiplexer 14 and the number of independent CODE 4.ζ. Each sensor is composed of input 15.Ζ / and output 16.// spectral-selective reflectors, sensor windings (8.//) and polarization controllers 9.// (ζ = Rn, / '= 1 4- t).

Импулсите, излъчени от всеки лазер в момента Го на различна дължина на вълната след мултиплексиране и разпространение до сензорите в охраняваната зона, се демултиплексират от 17 и се разпределят по и различни независими канали (ζ = Ни) и след отражение от намиращите се на различни разстояния последователно свързани сензори се връщат през мултиплексора 17, циркулатора 3 и демултиплексора 14 към съответните кохерентни оптични детектори КОД 4.1.The pulses emitted by each laser at the moment Go at different wavelengths after multiplexing and propagation to the sensors in the guarded zone are demultiplexed by 17 and distributed on different independent channels (ζ = Ni) and after reflection from different distances the sensors connected in series are returned via the multiplexer 17, the circulator 3 and the demultiplexer 14 to the corresponding coherent optical detectors CODE 4.1.

Това изпълнение на изобретението комбинира предимствата на предишните изпълнения на изобретението, поради което то може да позволи една по-гъвкава организация на мониторинга на големи отдалечени райони с по-сложна структура и изисквания към системата като цяло.This embodiment of the invention combines the advantages of previous embodiments of the invention, so that it can allow a more flexible organization of the monitoring of large remote areas with a more complex structure and requirements for the system as a whole.

Приложение на изобретениетоApplication of the invention

Изобретението може да намери широко приложение при развитието на нови подходи за създаване на модерни стационарни системи за комплексен акустичен мониторинг на големи морски и наземни площи (над 100 кв.км) без подаване на електрозахранване към сензорните елементи, както и без предаване на информацията по радиоканали. Предложените различни варианти на изпълнение на изобретението позволяват реализацията на гъвкави подходи, както при конструирането на системите за акустичен мониторинг, а също и при избор на схемата на разполагане на сензорните елементи в зависимост от конкретната обстановка. Важно за приложенията на изобретението е решеният проблем за разделянето на сензорната част от останалата част на системата, включваща приемопредевателен и информационен блокове. Това позволява да се създават нов тип системи за мониторинг на големи площи, при които се осигурява скритост на работата на системата, както и минимизация на разходите по поддържане на отдалечените сензорни блокове на системата. Системите за мониторинг на морски акватории, основани на предложеното изобретение могат да се използуват за едновременно наблюдение на голям брой надводни и подводни движещи се обекти по създаваните от тях акустични шумове. Последните могат да бъдат директно прослушвани от оператор в съчетание с мощна компютърна обработка на сигналите, при което може да се осигури максимална ефективност при функционирането на мониторинговите системи.The invention can find wide application in the development of new approaches for the creation of modern stationary systems for complex acoustic monitoring of large sea and land areas (over 100 sq. Km) without supplying power to the sensor elements, as well as without transmitting information on radio channels. . The proposed various embodiments of the invention allow the implementation of flexible approaches, both in the design of acoustic monitoring systems, and also in the choice of the layout of the sensor elements depending on the specific situation. Important for the applications of the invention is the solved problem of separating the sensor part from the rest of the system, including transceiver and information blocks. This allows the creation of a new type of monitoring systems for large areas, which ensures secrecy of the system, as well as minimizing the cost of maintaining the remote sensor units of the system. Marine water monitoring systems based on the present invention can be used to simultaneously monitor a large number of surface and underwater moving objects on the acoustic noise they generate. The latter can be listened to directly by an operator in combination with powerful computer signal processing, which can ensure maximum efficiency in the operation of monitoring systems.

Действието на устройството (съгласно претенции 1 и 2) беше експериментално изследвано при различни разстояния на акустичния сензор от приемопредавателната и регистрираща система последователно на разстояния 1km, 3km, 5km и 10km в дължини на свързващото влакно 5. При всички разстояния се наблюдаваше устойчива работа на устройството и се регистрираха качествени акустични сигнали, възбудени в месторазположението на сензора. Не се наблюдаваше значимо намаляване на сигнала с увеличаване на дължината на влакното 5.The operation of the device (according to claims 1 and 2) was experimentally investigated at different distances of the acoustic sensor from the transceiver and recording system sequentially at distances of 1km, 3km, 5km and 10km in lengths of the connecting fiber 5. At all distances stable operation of the device was observed and quality acoustic signals excited at the sensor location were recorded. No significant decrease in signal with increasing fiber length was observed 5.

ЛитератураLiterature

1. Malcolm Paul Vamham; Erhard Lothar Edgar Kluth, Phillip Sam Bull, John Luscombe, Seismic Sensor With Interferometric Sensing Apparatus, US Patent No.: US 6,195,162 Bl Feb. 27, 20011. Malcolm Paul Vamham; Erhard Lothar Edgar Kluth, Phillip Sam Bull, John Luscombe, Seismic Sensor With Interferometric Sensing Apparatus, US Patent No .: US 6,195,162 Bl Feb. 27, 2001

2. Henry F. Taylor, Ta-Wei Kao, James Gardner, William N_ Gibler, Robert A_ Atkins, Chung E. Lee, Victor P‘ SWensOn; Matthew Spears’Robert X. Perez, Fiber Optic Fiber Fabry-Perot Interferometer Diaphragm Sensor And Method Of Measurement, US Patent No.: US 6,281,976 Bl Aug. 28, 20012. Henry F. Taylor, Ta-Wei Kao, James Gardner, William N_ Gibler, Robert A_ Atkins, Chung E. Lee, Victor P ‘SWensOn; Matthew Spears’Robert X. Perez, Fiber Optic Fiber Fabry-Perot Interferometer Diaphragm Sensor And Method Of Measurement, US Patent No .: US 6,281,976 Bl Aug. 28, 2001

3. Charles M. Davis, Fiber Optic Interferometric Thermometer With Serially Positioned Fiber Fiber Optic Probes US Patent No: 4,755,668, Jul. 5, 19883. Charles M. Davis, Fiber Optic Interferometric Thermometer With Serially Positioned Fiber Fiber Optic Probes US Patent No: 4,755,668, Jul. 5, 1988

4. Charles M- Davis, Fiber Optic Interferometric Thermometer, Patent Number: 4,868,381 Sep. 19, 19894. Charles M- Davis, Fiber Optic Interferometric Thermometer, Patent Number: 4,868,381 Sep. 19, 1989

5. Alan D. Kersey, Anthony Dandridge, Serial Interferometric Fiber-Optic Sensor Array, US Patent No: 4,889,986, Dec. 26, 19895. Alan D. Kersey, Anthony Dandridge, Serial Interferometric Fiber-Optic Sensor Array, U.S. Patent No. 4,889,986, Dec. 26, 1989

6. Erlend Ronnekleiv, Elimination Of Polarization Fading In Unbalanced Optical Measuring Interferometers, Patent NO.: US 6,856,401 Bl, Feb. 15,20056. Erlend Ronnekleiv, Elimination Of Polarization Fading In Unbalanced Optical Measuring Interferometers, Patent NO .: US 6,856,401 Bl, Feb. 15,2005

7. Byoung Y. Kim, Moshe Tur, Janet L.Brooks, Kenneth A. Fesler, Herbert J. Shaw, Distributed Sensor Array And Method Using A Pulsed Signal Source, Patent Number: 4,770,535, Sep. 13,19887. Byoung Y. Kim, Moshe Tur, Janet L. Brooks, Kenneth A. Fesler, Herbert J. Shaw, Distributed Sensor Array And Method Using A Pulsed Signal Source, Patent Number: 4,770,535, Sep. 13.1988

8. H. Alben and C.Guillemet, Photoelsticity of Glass, Ch.3 Basic Photoelasticity, SpringerVerlag, Berlin, 19938. H. Alben and C. Guillemet, Photoelsticity of Glass, Ch.3 Basic Photoelasticity, SpringerVerlag, Berlin, 1993

Claims (7)

1. Акустично влакнесто-оптично сензорно устройство, състоящо се от приемопредавателен блок 1, съдържащ непрекъснат едночестотен лазер 2, влакнестооптичен циркулатор 3 с вход За, вход-изход ЗЬ и изход Зс, кохерентен оптичен детектор 4 с изход 4а към информационния блок на системата за акустичен мониторинг; приемопредавателно влакно 5 с голяма дължина, акустичен сензор 6, съдържащ частично пропускащо огледало 7, влакнесто-оптичен сензорен елемент 8, фазов компенсатор 9 и отражател 10, като изходът на непрекъснатия едночестотен лазер 2 е свързан към входа За на циркулатора 3, изходът Зс на който е свързан към входа на кохеренния оптичен детектор 4 , характеризиращо се с това, че вход-изходът ЗЬ е свързан с единия входизход на приемо-предавателно влакно с голяма дължина 5, което с другия си вход-изход е оптически последователно свързано през частично пропускащото огледало 7, влакнестооптичнния сензорен елемент 8 и поляризационен контролер 9 с отражателя 10 на акустичния сензор 6.An acoustic fiber optic sensor device comprising a transceiver unit 1 comprising a continuous single frequency laser 2, a fiber optic circulator 3 with input 3a, input-output 3b and output 3c, a coherent optical detector 4 with output 4a to the information unit of the system for acoustic monitoring; long-length transceiver 5, acoustic sensor 6 comprising a partially transmitting mirror 7, a fiber-optic sensor element 8, a phase compensator 9 and a reflector 10, the output of the continuous single-frequency laser 2 being connected to the input 3a of the circulator 3, the output 3c of which is connected to the input of the coherent optical detector 4, characterized in that the input-output 3b is connected to one input-output of a transceiver fiber of large length 5, which with its other input-output is optically connected in series through the partially transmitting a mirror 7, the fiber optic sensor element 8 and a polarization controller 9 with the reflector 10 of the acoustic sensor 6. 2. Акустично влакнесто-оптично сензорно устройство съгласно претенция 1, съдържащо частично пропускаща въздушна междина 11, характеризиращо се с това, че частично пропускащото огледало 7 е заменено с частично пропускащата въздушна междина 11.Acoustic fiber optic sensor device according to claim 1, comprising a partially permeable air gap 11, characterized in that the partially permeable mirror 7 is replaced by a partially permeable air gap 11. '' 3. Система от ш-броя независими единични акустични сензорни устройства съгласно претенции 1 и 2, приемопредавателният блок 1 на която съдържа непрекъснат едночестотен лазер 2, делител на оптична мощност 12 от типа IxN с N=w изхода, ш-броя кохерентни оптични детектори (КОД) от КОД-1 до КОД-ш, а също така ш-броя влакнесто-оптични циркулатори от 3.1 до З.ш, всеки от които има съответно вход а, входизход b и изход с, както и ш-броя съответни приемопредавателни оптични влакна 5.1 до 5.ш и ш-броя акустични сензори 6.1 до б.ш, всеки от които съдържа съответни частично пропускащи огледала 7.1 до 7.ш , влакнесто-оптичени сензорни елементи 8.1 до 8.ш, поляризационен контролери 9.1 до 9.ш и отражатели 10.1 до 7.ш, характеризиращо се с това, че лазерът 2 е свързан към общия вход на IxN делителя 12, съответните изходи на който са свързани към съответните а-входове на циркулаторите 3.1 до З.ш, като съответните им b-вход-изходи са оптично свързани през съответните ш-броя приемопредавателни оптични влакна 5.1 до 5.ш, които с другите си вход-изходи са съответно оптически последователно свързани през съответни частично пропускащи огледала 7.1 до l.m, влакнесто-оптичнни сензорните елементи 8.1 до 8.ш и поляризационен контролери 9.1 до 9.ш с отражателите 10.1 до 10.ш на съответните акустически сензори 6.1 до б.т.System of w-number of independent single acoustic sensor devices according to claims 1 and 2, the transceiver unit 1 of which contains a continuous single-frequency laser 2, optical power divider 12 of type IxN with N = w output, w-number of coherent optical detectors ( CODE) from CODE-1 to CODE-w, as well as w-number of fiber-optic circulators from 3.1 to W.w, each of which has respectively input a, input-output b and output c, as well as w-number of corresponding transceiver optical fibers 5.1 to 5.sh and w-number of acoustic sensors 6.1 to b.sh, each of which contains corresponding partially transmitting mirrors 7.1 to 7.sh, fiber-optic sensor elements 8.1 to 8.sh, polarization controllers 9.1 to 9.sh and reflectors 10.1 to 7.sh, characterized in that the laser 2 is connected to the common input of the IxN divider 12, the respective outputs of which are connected to the corresponding α-inputs of the circulators 3.1 to 3sh, as their respective b- input-outputs are optically connected through the respective number of transceiver optical inputs windows 5.1 to 5.sh, which with their other input-outputs are respectively optically connected in series through respective partially transmitting mirrors 7.1 to lm, fiber-optic sensor elements 8.1 to 8.sh and polarization controllers 9.1 to 9.sh with reflectors 10.1 to 10.sh of the respective acoustic sensors 6.1 to b.t. 4. Система от ш-броя независими единични акустични сензорни устройства съгласно претенции 1 и 2, състояща се от едночестотен лазер с модулатор 2.0, оптичен циркулатор 3 и общ кохерентен оптически детектор (КОД) с времево демултиплексиране 4 , приемо-предавателно влакно 5, т-\ броя, свързващи приемо-предавателни влакна от 5.1 до 5.т-1 и ш-броя акустични сензори 6.1 до 6.tn, всеки от които се състои от съответни последователно оптически свързани входни 7.1 до 7.т отражатели, влакнесто-оптични сензорни намотки 8.1 до 8.ш, поляризационни контролери 9.1 до 9.ш. и изходни 10.1 до Ю.т отражатели, като изходът и характеризиращи се с това, че изходът на z'-тия сензор 10./ е свързан оптически през свързващото приемо-предавателно влакно 5./ с входа 7.(/+1) на съответния сензор 6.(/+1).A system of w-n independent independent acoustic sensor devices according to claims 1 and 2, consisting of a single-frequency laser with modulator 2.0, an optical circulator 3 and a common coherent optical detector (COD) with time demultiplexing 4, transceiver fiber 5, - \ number connecting transceiver fibers from 5.1 to 5.t-1 and w-number of acoustic sensors 6.1 to 6.tn, each of which consists of corresponding series-optically connected input 7.1 to 7.t reflectors, fiber-optic sensor windings 8.1 to 8.sh, polarization controllers 9.1 to 9.sh. and output 10.1 to U.t reflectors, the output and characterized in that the output of the z'th sensor 10./ is optically connected through the connecting transceiver fiber 5. / with the input 7. (/ + 1) of the corresponding sensor 6. (/ + 1). 5. Система от ш-броя независими единични акустични сензорни устройства съгласно претенции 1 и 2, състояща се от едночестотен лазер с модулатор 2.0, оптичен циркулатор 3 и общ кохерентен оптически детектор (КОД) с времево демултиплексиране 4 , приемо-предавателно влакно 5, делител 1хш 12 , ш-броя вторични приемопредавателни влакна 5.1 до 5.ш, ш- броя акустични сензори 6.1 до 6.ш с входни 7.1 до 7.ш отражатели, сензорни намотки 8.1 до 8.ш, поляризационни контролери 9.1 до 9.ш и изходни 10.1 до Ю.ш отражатели и характеризиращо се с това, че изходът на приемопредавателното влакно 5 е свързан към общия вход на делителя 1хш 12, всеки от изходите на който е оптически съответно свързан през вторични приемо-предавателни влакна 5.1 до 5.ш със съответните входни 7.1 до 7.ш отражатели на акустичните сензори 6.1 до 6.ш.A system of w-number of independent single acoustic sensor devices according to claims 1 and 2, consisting of a single-frequency laser with modulator 2.0, an optical circulator 3 and a common coherent optical detector (COD) with time demultiplexing 4, transceiver fiber 5, divider 1xh 12, w-number of secondary transceiver fibers 5.1 to 5.sh, w-number of acoustic sensors 6.1 to 6.sh with input 7.1 to 7.sh reflectors, sensor windings 8.1 to 8.sh, polarization controllers 9.1 to 9.sh and output 10.1 to S3 reflectors and characterized in that the output of the transceiver fiber 5 is connected to the common input of the divider 1xx 12, each of the outputs of which is optically connected via secondary transceiver fibers 5.1 to 5.x with the corresponding input 7.1 to 7.sh reflectors of the acoustic sensors 6.1 to 6.sh. ' I'I 6. Спектрално мултиплексирана многосензорна система от ш-броя независими единични акустични сензорни устройства, съгласно претенции 1, 2, 4 и (Фиг.1), (Фиг.2) и (Фиг.4), състояща се от ш-броя независими непрекъснати едночестотни лазери 2./ (z = Ι-ί-ш) с различна дължина на вълната, спектрален мултиплексор 13, оптичен циркулатор 3, общо приемопредавателно влакно 5, ш-броя независими единични акустични сензори 6.1 до б.ш, както и ш-броя входни 15.1 до 15.ш и ш-броя изходни 16.1 до 16.ш 16.1 до 16.ш спектрално-селективни отражатели, а също така спектрален демултиплексор 14 и ш-броя независими кохерентни оптични детектори КОД 4 до 4.ш и харакеризиращо се с това, че частично пропускащите огледала 7.1 до 7.ш и 10.1 до 10.ш са заменени с съответни входни 15.1 до 15.ш и изходни 16.1 до 16.ш спектрално-селективни отражатели.Spectrally multiplexed multi-sensor system of n-number of independent single acoustic sensor devices according to claims 1, 2, 4 and (Fig. 1), (Fig. 2) and (Fig. 4), consisting of n-number of independent continuous single-frequency lasers 2. / (z = Ι-ί-ш) with different wavelengths, spectral multiplexer 13, optical circulator 3, common transceiver fiber 5, ш-number of independent single acoustic sensors 6.1 to б.ш, as well as ш- the number of input 15.1 to 15.sh and sh-number of output 16.1 to 16.sh 16.1 to 16.sh spectral-selective reflectors, as well as spectral demultiplexer 14 and sh-number of independent coherent optical detectors CODE 4 to 4.sh and characterizing provided that the partially transmitting mirrors 7.1 to 7.sh and 10.1 to 10.sh are replaced by corresponding input 15.1 to 15.sh and output 16.1 to 16.sh spectral-selective reflectors. -J-J 7. Комбинирана спектрално-паралелна и времево-серийна мултиплексирана многосензорна система от п х ш-броя независими единични акустични сензорни устройства 6.// (t-1-^n, j =1-ни), съгласно авторски претенции 1, 2, 4, 6, както и (Фиг.1), (Фиг.2), (Фиг.4), (Фиг.6) и състояща се от п-броя независими импулсно-модулирани едночестотни лазери на п-броя дължини на вълните, свързани през спектрален мултиплексор 13 с входа на оптичен циркулатор 3, изходът на който през общо приемопредавателно влакно 5 и спектрален демултиплексор 17 с п- броя изходи, както и вторични приемо-предавателни влакна 5.у (ι-1-^и, j =\+т-Г), спектрален демултиплексор 14 и п-броя независими КОД 4./, като всеки сензор е съставен от входни 15.ij и изходни 16.ij спектрално-селективни отражателя, сензорни намотки (8.zj) и поляризационни контролери 9.ij (i=\^n ,j=\+m) и характеризиращо се с това, че всеки i-ти (z-Rn) изход на спектралния демултиплексор 12 е серийно свързан оптически през съответни вторични приемо-предавателни влакна 5.ij със съответните входни 15.// (/=14-nz-7) и изходни 16.// (/-Rnz-j?) спектрално-селективни отражателя на съответните акустични сензорни устройства 6.ij (z*=l^-n, j-\-rni).Combined spectral-parallel and time-series multiplexed multi-sensor system of n x w-number of independent single acoustic sensor devices 6.// (t-1- ^ n, j = 1-ni), according to the author's claims 1, 2, 4, 6, as well as (Fig. 1), (Fig. 2), (Fig. 4), (Fig. 6) and consisting of the n-number of independent pulsed-modulated single-frequency lasers of the n-number of wavelengths, connected via a spectral multiplexer 13 to the input of an optical circulator 3, the output of which through a common transceiver fiber 5 and a spectral demultiplexer 17 with n-number of outputs, as well as secondary transceiver fibers 5.y (ι-1- ^ i, j = \ + m-D), spectral demultiplexer 14 and n-number of independent CODE 4. /, each sensor is composed of input 15.ij and output 16.ij spectral-selective reflectors, sensor windings (8.zj) and polarization controllers 9.ij (i = \ ^ n, j = \ + m) and characterized in that each i-th (z-Rn) output of the spectral demultiplexer 12 is serially connected optically via respective secondary transceivers 5.ij fibers with the corresponding input 15.// (/ = 14-nz-7) and output 16.// (/ -Rnz-j?) spectral-selective reflectors of the respective acoustic sensor devices 6.ij (z * = l ^ -n, j - \ - rni).