RU2566603C1 - Distributed sensor of acoustic and vibration impacts - Google Patents
Distributed sensor of acoustic and vibration impacts Download PDFInfo
- Publication number
- RU2566603C1 RU2566603C1 RU2014124343/28A RU2014124343A RU2566603C1 RU 2566603 C1 RU2566603 C1 RU 2566603C1 RU 2014124343/28 A RU2014124343/28 A RU 2014124343/28A RU 2014124343 A RU2014124343 A RU 2014124343A RU 2566603 C1 RU2566603 C1 RU 2566603C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- raman amplification
- pump radiation
- fiber
- source
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействийDistributed Acoustic and Vibration Sensor
Изобретение относится к области распределенных измерений, а именно к распределенным датчикам акустических и вибрационных воздействий.The invention relates to the field of distributed measurements, namely to distributed sensors of acoustic and vibration effects.
Заявленное устройство может быть использовано для мониторинга и охраны протяженных объектов, например периметров и коммуникаций, в частности для мониторинга состояния транспортных трубопроводов, магистральных волоконных кабелей от повреждений при проведении работ вблизи кабеля, защиты периметров специальных объектов и т.п.The claimed device can be used to monitor and protect extended objects, such as perimeters and communications, in particular, to monitor the condition of transport pipelines, trunk fiber cables from damage when working near the cable, protect the perimeters of special objects, etc.
Известен анализатор виброакустических сигналов, предназначенный для анализа спектра сигналов и содержащий оптически связанные источник когерентного излучения, светоделительное средство, фотоприемник, усилитель (SU, А.с. №1589069, 1990). Известное устройство не предназначено для мониторинга протяженных объектов.A known analyzer of vibroacoustic signals designed to analyze the spectrum of signals and containing optically coupled coherent radiation source, beam splitter, photodetector, amplifier (SU, A.S. No. 1589069, 1990). The known device is not intended for monitoring extended objects.
Известна диагностическая система, предназначенная для отслеживания изменения статических деформаций и измерения динамических деформаций. Система включает перестраиваемый узкополосный источник светового излучения, светопроводящее волокно, отражательные датчики, например, типа решеток Брегга, расположенные по длине волокна, и контур обработки сигнала. Система может применяться также по схеме Фабри-Перо (патент РФ №2141102). Система обеспечивает высокую чувствительность к деформациям, но является очень сложной и обладает малой пространственной разрешающей способностью.A known diagnostic system designed to track changes in static strains and measure dynamic strains. The system includes a tunable narrow-band light source, a light guide fiber, reflective sensors, such as Bragg gratings located along the length of the fiber, and a signal processing loop. The system can also be used according to the Fabry-Perot scheme (RF patent No. 2141102). The system provides high sensitivity to deformations, but it is very complex and has a low spatial resolution.
Известно устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта, содержащее узкополосный импульсный источник оптического излучения в виде волоконного лазера с модуляцией добротности, чувствительный элемент в виде оптического волокна, расположенного продольно внутри или снаружи протяженного объекта, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент, фотоприемник и узел обработки сигнала с процессором (патент РФ №2271446). Недостатком известного устройства является наличие случайных вариаций несущей частоты тестирующих оптических импульсов, вводимых в волокно, связанных с импульсным режимом работы лазера и чувствительностью волоконного лазера к техническим шумам. Это ограничивает дальность действия, чувствительность и разрешающую способность устройства, а также затрудняет его использование в полевых условиях.A device is known for monitoring the vibro-acoustic characteristics of an extended object, comprising a narrow-band pulsed optical radiation source in the form of a Q-switched fiber laser, a sensitive element in the form of an optical fiber located longitudinally inside or outside an extended object, an optical radiation input unit into the sensitive element, a photodetector, and a processing unit signal with a processor (RF patent No. 2271446). A disadvantage of the known device is the presence of random variations in the carrier frequency of the testing optical pulses injected into the fiber, associated with the pulsed laser mode and the sensitivity of the fiber laser to technical noise. This limits the range, sensitivity and resolution of the device, and also complicates its use in the field.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбрано устройство - распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий, - содержащее чувствительный элемент в виде оптического волокна, помещенного в волоконно-оптический кабель, и оптически соединенный с волокном через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических импульсов и приемник рассеянного излучения, преобразующий рассеянное оптическое излучение в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, причем источник периодической последовательности оптических импульсов и блок обработки электрически соединены с блоком управления и синхронизации (патент США №5194847).As the closest analogue (prototype), a device was selected — a distributed sensor of acoustic and vibration effects — containing a sensing element in the form of an optical fiber placed in a fiber optic cable and optically connected to the fiber through an optical interface with a coherent phase-sensitive optical reflectometer containing optically connected to interface source of a periodic sequence of optical pulses and a scattered radiation receiver that converts the scattered optical and radiation during electrical signal supplied to the processing unit, wherein the source of a periodic sequence of optical pulses and a processing unit electrically connected with the control unit and synchronization (US Patent №5194847).
Недостатком известного устройства является быстрое уменьшение чувствительности с увеличением расстояния из-за уменьшения сигнала обратного рассеяния. Уменьшение мощности сигнала обратного рассеяния связано с двумя обстоятельствами: во первых, из-за затухания в волокне уменьшается мощность тестирующего сигнала при распространении вперед вдоль волокна; во-вторых, из-за затухания сигнала обратного рассеяния при распространении назад от тестируемой области волокна к его началу. Уменьшение мощности сигнала обратного рассеяния снижает гарантированную чувствительность и дальность действия устройства.A disadvantage of the known device is the rapid decrease in sensitivity with increasing distance due to a decrease in the backscatter signal. The decrease in the power of the backscattering signal is associated with two circumstances: firstly, due to attenuation in the fiber, the power of the test signal decreases as it propagates along the fiber; secondly, due to the attenuation of the backscattering signal during propagation back from the test region of the fiber to its beginning. Reducing the power of the backscatter signal reduces the guaranteed sensitivity and range of the device.
Предлагаемое изобретение направлено на решение задачи повышения надежности датчика акустических и вибрационных воздействий.The present invention is aimed at solving the problem of improving the reliability of the sensor of acoustic and vibration effects.
Техническим результатом изобретения является повышение гарантированной чувствительности и дальности действия распределенного датчика акустических и вибрационных воздействий.The technical result of the invention is to increase the guaranteed sensitivity and range of a distributed sensor of acoustic and vibration effects.
Технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий, содержащий чувствительный элемент в виде оптического волокна, помещенного в волоконно-оптический кабель, и оптически соединенный с волокном через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических импульсов и приемник рассеянного излучения, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал для блока обработки, причем источник периодической последовательности оптических импульсов и блок обработки электрически соединены с блоком управления и синхронизации, снабжен предназначенным для объединения спектральных каналов оптическим мультиплексором, содержащим не менее одного выхода и двух входов, и источником излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала, причем оптический мультиплексор установлен между оптическим интерфейсом и чувствительным элементом, выход оптического мультиплексора соединен с чувствительным элементом, первый вход мультиплексора соединен с оптическим интерфейсом, а второй вход мультиплексора соединен с источником излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала, при этом источник излучения накачки для рамановского усиления выполнен с возможностью периодического изменения мощности накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала во времени от Pp(t)=Pmin в момент времени Т0 до Pp(t)=Pmax в момент времени Tmax, при этом источник излучения накачки для рамановского усиления выполнен с возможностью изменения мощности Pp(t) излучения накачки во времени 0≤t≤Tmax по линейному закону , или источник излучения накачки для рамановского усиления выполнен с возможностью изменения мощности Pp(t) излучения накачки во времени 0≤t≤Tmax по корневому закону или источник излучения накачки для рамановского усиления выполнен с возможностью изменения мощности Pp(t) излучения накачки во времени 0≤t≤Tmax по закону Pp(t)=(Pmin+Spt), или источник излучения накачки для рамановского усиления выполнен с возможностью изменения мощности излучения накачки Pp(t) по закону ,The technical result in the implementation of the invention is achieved in that a distributed sensor of acoustic and vibration effects, containing a sensing element in the form of an optical fiber placed in a fiber optic cable, and optically connected to the fiber through an optical interface, a coherent phase-sensitive optical reflectometer containing a source optically connected to the interface periodic sequence of optical pulses and a scattered radiation receiver designed to convert generating scattered optical radiation into an electrical signal for the processing unit, the source of the periodic sequence of optical pulses and the processing unit being electrically connected to the control and synchronization unit, equipped with an optical multiplexer containing at least one output and two inputs and a pump radiation source for combining the spectral channels for Raman amplification of the scattered signal, with an optical multiplexer installed between the optical interface and With the first element, the output of the optical multiplexer is connected to the sensitive element, the first input of the multiplexer is connected to the optical interface, and the second input of the multiplexer is connected to the pump radiation source for Raman amplification of the scattered signal, while the pump radiation source for Raman amplification is configured to periodically change the pump power for Raman amplification of the scattered signal in time from P p (t) = P min at time T 0 to P p (t) = P max at time T max , while the radiation source For pumping Raman amplification, it is possible to change the power P p (t) of the pump radiation in
где Pmin - минимальная мощность излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала, диапазон изменения которой от 0 до 2αs/gR;where P min is the minimum pump radiation power for Raman amplification of the scattered signal, the variation range of which is from 0 to 2α s / g R ;
αs - коэффициент затухания тестирующего сигнала;α s is the attenuation coefficient of the test signal;
gR - показатель рамановского усиления волокна;g R is an indicator of Raman fiber gain;
Pmax - максимальная мощность излучения, которая равна либо мощности излучения накачки для рамановского усиления, обеспечивающей полную компенсацию затухания сигнала, рассеянного от самой удаленной точки чувствительного элемента, либо равна пороговой мощности возникновения нелинейных эффектов, либо равна максимальной технически доступной мощности накачки;P max is the maximum radiation power that is either equal to the pump radiation power for Raman amplification, which provides full compensation for the attenuation of the signal scattered from the farthest point of the sensing element, or equal to the threshold power for the occurrence of nonlinear effects, or equal to the maximum technically available pump power;
Т0 - момент времени сразу за вводом тестирующего импульса в волокно;T 0 - point in time immediately after the input of the test pulse into the fiber;
Tmax=(2Ln)/c - длительность рефлектограммы;T max = (2Ln) / c is the duration of the trace;
Ln - длина чувствительного элемента;L n is the length of the sensing element;
с - скорость распространения света в оптическом волокне;c is the speed of light propagation in the optical fiber;
αр - коэффициент затухания излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала;α p - attenuation coefficient of the pump radiation for Raman amplification of the scattered signal;
νg - групповая скорость импульса в волокне.ν g is the group velocity of the pulse in the fiber.
Изобретение поясняется графическими материалами, где представлены:The invention is illustrated by graphic materials, which show:
на Фиг. 1 - блок-схема распределенного датчика акустических и вибрационных воздействий;in FIG. 1 is a block diagram of a distributed sensor of acoustic and vibration effects;
на Фиг. 2 - форма импульса накачки;in FIG. 2 - pump pulse shape;
на Фиг. 3 - механизм вынужденного комбинационного рассеяния: накачка на длине волны 1480 нм создает виртуальное возбужденное состояние, под действием излучения сигнала на длине волны 1550 нм происходит вынужденное неупругое рассеяние накачки из возбужденного состояния; на Фиг. 4 - схема компенсации затухания рефлектограммы.in FIG. 3 - stimulated Raman scattering mechanism: pumping at a wavelength of 1480 nm creates a virtual excited state, under the influence of radiation from a signal at a wavelength of 1550 nm, stimulated inelastic scattering of the pump from the excited state occurs; in FIG. 4 is a trace compensation circuit.
Согласно изобретению распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий содержит:According to the invention, a distributed acoustic and vibration sensor comprises:
источник периодической последовательности оптических импульсов 1;source of a periodic sequence of optical pulses 1;
оптический усилитель 2;optical amplifier 2;
оптический интерфейс 3;optical interface 3;
источник 4 излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала; a pump radiation source 4 for Raman amplification of the scattered signal;
оптический мультиплексор (оптический объединитель спектральных каналов) 5;optical multiplexer (optical combiner of spectral channels) 5;
чувствительный элемент 6 в виде оптического волокна, помещенного в волоконно-оптический кабель;a sensing element 6 in the form of an optical fiber placed in a fiber optic cable;
предусилитель 7;preamplifier 7;
приемник 8 рассеянного излучения, преобразующий рассеянное оптическое излучение в электрический сигнал;a scattered radiation receiver 8 converting scattered optical radiation into an electrical signal;
блок 9 обработки, управления и синхронизации (объединенный блок, включающий блок 10 обработки, электрически соединенный с блоком 11 управления и синхронизации).a processing, control and synchronization unit 9 (a combined unit including a processing unit 10 electrically connected to the control and synchronization unit 11).
Предложенное устройство существенно отличается от прототипа тем, что датчик снабжен предназначенным для объединения спектральных каналов оптическим мультиплексором, содержащим не менее одного выхода и двух входов, и источником излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала, причем оптический мультиплексор установлен между оптическим интерфейсом и чувствительным элементом, выход оптического мультиплексора соединен с чувствительным элементом, первый вход мультиплексора соединен с оптическим интерфейсом, а второй вход мультиплексора соединен с источником излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала, при этом источник излучения накачки для рамановского усиления выполнен с возможностью периодического изменения мощности накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала во времени от Pp(t)=Pmin в момент времени Т0 до Pp(t)=Pmax в момент времени Tmax. Данный признак обеспечивает ослабление степени уменьшения величины среднего значения мощности сигнала обратного рассеяния при увеличении расстояния z (Фиг. 4). В прототипе среднее значение мощности сигнала обратного рассеяния экспоненциально уменьшается с увеличением расстояния z до области рассеяния (тестируемой области). Это приводит к быстрому уменьшению мощности полезного сигнала и, следовательно, к уменьшению дальности работы прибора. Использование распределенного рамановского усиления обеспечивает компенсацию ослабления сигнала обратного рассеяния при увеличении расстояния z. Периодическое увеличение мощности от минимального значения непосредственно после ввода тестирующего импульса в волокно до максимального значения в момент времени 2Lopt/c обеспечивает увеличение коэффициента усиления полезного сигнала обратного рассеяния от удаленных областей. Коэффициент усиления увеличивается для сигнала рассеяния с увеличением координаты z.The proposed device differs significantly from the prototype in that the sensor is equipped with an optical multiplexer for combining the spectral channels, containing at least one output and two inputs, and a pump radiation source for Raman amplification of the scattered signal, the optical multiplexer being installed between the optical interface and the sensing element, the output the optical multiplexer is connected to the sensing element, the first input of the multiplexer is connected to the optical interface, and the second stroke multiplexer coupled to the pump light source for Raman amplification of the scattered signal, wherein the source of pump light for the Raman amplification is configured to periodically change the pump power for Raman amplification of the scattered signal in time from P p (t) = P min at the time T 0 to P p (t) = P max at time T max . This feature provides a weakening of the degree of decrease in the average power of the backscatter signal with increasing distance z (Fig. 4). In the prototype, the average power of the backscatter signal decreases exponentially with increasing distance z to the scattering region (test region). This leads to a rapid decrease in the power of the useful signal and, consequently, to a decrease in the range of the device. The use of distributed Raman amplification provides compensation for the attenuation of the backscattering signal with increasing distance z. A periodic increase in power from the minimum value immediately after the input of the test pulse into the fiber to the maximum value at time 2Lopt / c provides an increase in the gain of the useful backscattering signal from remote areas. The gain increases for the scattering signal with increasing z coordinate.
Предложенное устройство существенно отличается от прототипа также тем, что источник излучения для рамановского усиления выполнен с возможностью изменения мощности Pp(t) излучения накачки во времени 0≤t≤Tmax по линейному закону . Данный признак обеспечивает упрощение конструкции источника излучения для рамановской накачки.The proposed device differs significantly from the prototype in that the radiation source for Raman amplification is configured to change the pump radiation power P p (t) in
Предложенное устройство существенно отличается от прототипа также тем, что источник излучения для рамановского усиления выполнен с возможностью изменения мощности Pp(t) излучения накачки во времени 0≤t≤Tmax по корневому закону . Данный признак при незначительном усложнении конструкции источника излучения для рамановской накачки обеспечивает более равномерную компенсацию ослабления сигнала обратного рассеяния.The proposed device differs significantly from the prototype also in that the radiation source for Raman amplification is configured to change the pump radiation power P p (t) in
Предложенное устройство существенно отличается от прототипа также тем, что источник излучения для рамановского усиления выполнен с возможностью изменения мощности Pp(t) излучения накачки во времени 0≤t≤Tmax по закону Рр (t)=(Pmin+Spt) или (значения получены расчетным путем). Данные признаки обеспечивают уменьшение расхода энергии, увеличение ресурса работы блока рамановской накачки и всего устройства в целом, повышение надежности работы прибора и снижение эксплуатационных затрат за счет уменьшения необходимой для компенсации ослабления сигнала максимальной и средней мощности рамановской накачки.The proposed device differs significantly from the prototype also in that the radiation source for Raman amplification is configured to change the pump radiation power P p (t) in
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Источник периодической последовательности оптических импульсов (1) формирует периодические последовательности оптических импульсов, которые после усиления в оптическом усилителе (2) через оптический интерфейс (3) вводятся в чувствительный элемент (6) в виде оптического волокна, помещенного в волоконно-оптический кабель. Одновременно в чувствительный элемент (6) при помощи оптического объединителя спектральных каналов (5) вводится излучение от источника (4) для рамановского усиления рассеянного сигнала. В оптическом волокне чувствительного элемента (6) оптические импульсы рассеиваются на неоднородностях волокна без изменения частоты (релевское рассеяние) и формируют оптический сигнал обратного рассеяния, распространяющийся от места рассеяния в оптическом волокне чувствительного элемента (6) в направлении оптического интерфейса (3). В процессе распространения по волокну рассеянное излучение ослабляется из-за нерезонансных потерь и рассеяния в волокне и усиливается за счет вынужденного рамановского (комбинационного) рассеяния под действием излучения рамановской накачки. Оптический интерфейс направляет оптический сигнал обратного рассеяния на предусилитель (7) и после усиления на приемник рассеянного излучения (8), преобразующий усиленное рассеянное оптическое излучение в электрический сигнал. Электрический сигнал с приемника рассеянного излучения (8) поступает в объединенный блок обработки, управления и синхронизации (9).A source of a periodic sequence of optical pulses (1) generates periodic sequences of optical pulses, which, after amplification in an optical amplifier (2), are introduced through an optical interface (3) into a sensitive element (6) in the form of an optical fiber placed in an optical fiber cable. At the same time, radiation from the source (4) is introduced into the sensitive element (6) using the optical combiner of the spectral channels (5) to Raman amplification of the scattered signal. In the optical fiber of the sensing element (6), optical pulses are scattered on the inhomogeneities of the fiber without changing the frequency (Rayleigh scattering) and form an optical backscattering signal propagating from the point of scattering in the optical fiber of the sensitive element (6) in the direction of the optical interface (3). During propagation through the fiber, the scattered radiation is attenuated due to non-resonant losses and scattering in the fiber and is amplified due to stimulated Raman (Raman) scattering under the influence of Raman pump radiation. The optical interface directs the optical backscattering signal to the preamplifier (7) and, after amplification, to the scattered radiation receiver (8), which converts the amplified scattered optical radiation into an electrical signal. The electric signal from the scattered radiation receiver (8) enters the combined processing, control and synchronization unit (9).
При импульсном возбуждении временная зависимость средней мощности сигнала обратного рассеяния и соответственно фототока фотоприемника 6 (рефлектограмма) в отсутствие рамановской накачки (прототип) имеет вид, близкий к затухающей экспоненте. При этом информационный сигнал (рассеянное излучение, преобразованное в электрический сигнал приемником (8), от удаленных областей чувствительного элемента существенно меньше сигнала от расположенных близко к оптическому интерфейсу областей чувствительного элемента. Именно это существенно ограничивает дальность работы прототипа. Для уменьшения неравенства информационных сигналов от разных областей чувствительного элемента в данном изобретении введен источник излучения для рамановского усиления рассеянного излучения. Мощность излучения источника излучения для рамановского усиления рассеянного сигнала периодически изменяется во времени, увеличиваясь от 0 непосредственно после ввода тестирующего импульса в волокно до максимального значения в момент времени 2Lopt/c. Такая временная зависимость накачки обеспечивает максимальное усиление сигнала, рассеянного от наиболее удаленных областей чувствительного элемента. Таким образом, коэффициент усиления сигналов от более удаленных областей больше, что уменьшает различие в амплитуде сигнала, формируемого приемником (8), выполненным, например, в виде фотоприемника.In the case of pulsed excitation, the time dependence of the average power of the backscattering signal and, accordingly, the photocurrent of the photodetector 6 (reflectogram) in the absence of Raman pumping (prototype) has a form close to the decaying exponent. In this case, the information signal (scattered radiation converted into an electrical signal by the receiver (8), from the remote areas of the sensitive element is significantly smaller than the signal from the areas of the sensitive element located close to the optical interface. This significantly limits the prototype range. To reduce the inequality of information signals from different areas of the sensing element in this invention introduced a radiation source for Raman amplification of scattered radiation. The study of the radiation source for the Raman amplification of the scattered signal periodically changes in time, increasing from 0 immediately after the test pulse is introduced into the fiber to the maximum value at time 2Lopt / s. This temporal dependence of the pump provides the maximum amplification of the signal scattered from the most distant regions of the sensitive element. Thus, the gain of signals from more distant regions is greater, which reduces the difference in the amplitude of the signal generated by the receiver (8 ), made, for example, in the form of a photodetector.
Благодаря высокой когерентности исходного излучения от периодической последовательности оптических импульсов (1) рефлектограмма (т.е. амплитуда сигнала с приемника (8)) оказывается изрезанной случайным образом благодаря случайной фазе интерферирующего рассеянного излучения. В отсутствие виброакустических воздействий и изменений несущей частоты прямоугольного тестирующего импульса рефлектограммы от разных импульсов, полученные в разные моменты времени, совпадают. При наличии виброакустического воздействия на чувствительный элемент рефлектограммы от разных импульсов в области воздействия оказываются разными. Величина изменений определяет интенсивность воздействия, а временная задержка относительно тестирующего прямоугольного импульса однозначно определяет координату воздействия. Характер и координату воздействия определяет объединенный блок (9) обработки, управления и синхронизации в результате анализа и обработки множества рефлектограмм.Due to the high coherence of the initial radiation from the periodic sequence of optical pulses (1), the trace (i.e., the amplitude of the signal from the receiver (8)) is randomly cut due to the random phase of the interfering scattered radiation. In the absence of vibroacoustic effects and changes in the carrier frequency of the rectangular test pulse, the reflectograms from different pulses obtained at different points in time coincide. In the presence of a vibro-acoustic effect on the sensitive element, the reflectograms from different impulses in the impact area turn out to be different. The magnitude of the changes determines the intensity of the impact, and the time delay relative to the testing rectangular pulse uniquely determines the coordinate of the impact. The nature and coordinate of the impact are determined by the combined unit (9) of processing, control, and synchronization as a result of the analysis and processing of many reflectograms.
Недостатком известных устройств является то, что величина средней амплитуды рефлектограммы экспоненционально уменьшается с увеличением расстояния до тестируемой области: A(z)=A(0)exp(-2αez).A disadvantage of the known devices is that the average amplitude of the reflectogram decreases exponentially with increasing distance to the test area: A (z) = A (0) exp (-2α e z).
Применение рамановской накачки для усиления сигнала от удаленных областей позволит устранить сильное ослабление информационного сигнала, то есть обеспечить необходимый уровень чувствительности вдоль всего волокна.The use of Raman pumping to amplify the signal from remote areas will eliminate the strong attenuation of the information signal, that is, provide the necessary level of sensitivity along the entire fiber.
Для ослабления затухания сигнала можно использовать описанные выше функциональные зависимости мощности накачки от времени.To reduce the attenuation of the signal, the functional time dependences of the pump power described above can be used.
Использование изобретения позволяет оперативно выявлять нарушения целостности периметра протяженного объекта либо фиксировать какие-либо воздействия изнутри или извне на протяженный объект. При этом устройство позволяет определить координаты места дефекта или точки воздействия на объект надежно и с высокой степенью точности.The use of the invention allows you to quickly detect violations of the integrity of the perimeter of an extended object or to fix any effects from inside or outside on an extended object. Moreover, the device allows you to determine the coordinates of the location of the defect or point of impact on the object reliably and with a high degree of accuracy.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - повышение надежности датчика акустических и вибрационных воздействий - решена, а заявленный технический результат - повышение дальности действия, чувствительности и разрешающей способности устройства - достигнут.Based on the foregoing, we can conclude that the task - improving the reliability of the sensor of acoustic and vibration effects - is solved, and the claimed technical result - increasing the range, sensitivity and resolution of the device is achieved.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности необходимых признаков, достаточной для получения требуемого сверхсуммарного технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the features indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary features sufficient to obtain the required super-total technical result.
Свойства, регламентированные в заявленном техническом решении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.The properties regulated in the claimed technical solution by individual features are well known in the art and require no further explanation.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для мониторинга и охраны протяженных объектов, например периметров и коммуникаций, в частности для мониторинга состояния транспортных трубопроводов, магистральных волоконных кабелей от повреждений при проведении работ вблизи кабеля, защиты периметров специальных объектов и т.п.;- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, is designed to monitor and protect extended objects, such as perimeters and communications, in particular to monitor the condition of transport pipelines, trunk fiber cables from damage when working near the cable, protect the perimeters of special objects, etc. P.;
- для заявленного распределенного датчика акустических и вибрационных воздействий в том виде, в котором он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed distributed sensor of acoustic and vibration effects in the form in which it is described in the independent claim, the possibility of its implementation using the methods and methods described above and known from the prior art on the priority date is confirmed;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.- the object embodying the claimed technical solution, when implemented, is able to ensure the achievement of the technical result perceived by the applicant.
Следовательно, заявленный объект - распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий - соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «уровень техники» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed object - a distributed sensor of acoustic and vibration effects - meets the requirements of patentability conditions "novelty", "prior art" and "industrial applicability" under the current law.
Claims (5)
Pmin - минимальная мощность излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала, диапазон изменения которой от 0 до 2αs/gR,
αs - коэффициент затухания тестирующего сигнала,
gR - показатель рамановского усиления волокна,
Pmax - максимальная мощность излучения,
T0 - момент времени сразу за вводом тестирующего импульса в волокно,
Tmax=(2Ln)/c - длительность рефлектограммы,
Ln - длина чувствительного элемента,
c - скорость распространения света в оптическом волокне.1. A distributed acoustic and vibration sensor containing a sensing element in the form of an optical fiber placed in a fiber optic cable and optically connected to the fiber via an optical interface with a coherent phase-sensitive optical reflectometer containing a source of a periodic sequence of optical test pulses and a receiver optically connected to the interface scattered radiation, converting scattered optical radiation into an electrical signal supplied to the unit processing for forming a trace, wherein the source of the periodic sequence of optical pulses and the processing unit are electrically connected to the control and synchronization unit, characterized in that the sensor is equipped with an optical multiplexer for combining the spectral channels containing at least one output and two inputs, and a pump radiation source for Raman amplification of the scattered signal, and an optical multiplexer is installed between the optical interface and the sensitive element ohm, the output of the optical multiplexer is connected to the sensing element, the first input of the multiplexer is connected to the optical interface, and the second input of the multiplexer is connected to the pump radiation source for Raman amplification of the scattered signal, while the pump radiation source for Raman amplification is configured to periodically change the pump power for Raman amplification of the scattered signal in time from P p (t) = P min at time T 0 to P p (t) = P max at time T max , where:
P min is the minimum pump radiation power for Raman amplification of the scattered signal, the range of which is from 0 to 2α s / g R ,
α s - attenuation coefficient of the test signal,
g R is an indicator of the Raman gain of the fiber,
P max - maximum radiation power,
T 0 - point in time immediately after the input of the test pulse into the fiber,
T max = (2L n ) / c is the duration of the trace,
L n is the length of the sensing element,
c is the speed of light propagation in the optical fiber.
2. The device according to p. 1, characterized in that the radiation source for Raman amplification is configured to change the pump radiation power P p (t) in time 0≤t≤T max according to the linear law:
3. The device according to claim 1, characterized in that the radiation source for Raman amplification is configured to change the pump radiation power P p (t) in time 0≤t≤T max according to the root law:
αр - коэффициент затухания излучения накачки для рамановского усиления рассеянного сигнала,
vg - групповая скорость импульса в волокне.4. The device according to claim 1, characterized in that the radiation source for Raman amplification is configured to change the pump radiation power P p (t) in time 0≤t≤T max according to the law:
α p - attenuation coefficient of the pump radiation for Raman amplification of the scattered signal,
v g is the group velocity of the pulse in the fiber.
5. The device according to claim 1, characterized in that the pump radiation source for Raman amplification is configured to change the pump radiation power P p (t) according to the law:
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014124343/28A RU2566603C1 (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Distributed sensor of acoustic and vibration impacts |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014124343/28A RU2566603C1 (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Distributed sensor of acoustic and vibration impacts |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2566603C1 true RU2566603C1 (en) | 2015-10-27 |
Family
ID=54362332
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014124343/28A RU2566603C1 (en) | 2014-06-17 | 2014-06-17 | Distributed sensor of acoustic and vibration impacts |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2566603C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2675411C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-12-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Design of high-strength sensors |
US11366243B2 (en) | 2016-07-22 | 2022-06-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | DRA DAS system |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5194847A (en) * | 1991-07-29 | 1993-03-16 | Texas A & M University System | Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing |
US6738184B2 (en) * | 2001-01-31 | 2004-05-18 | Fujitsu Limited | Optical amplifier for amplifying multi-wavelength light |
US7535629B2 (en) * | 2003-02-27 | 2009-05-19 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling multiple-wavelength-pumped Raman amplifier and computer product |
US8520196B2 (en) * | 2011-03-03 | 2013-08-27 | Hitachi, Ltd. | Optical communication module and optical fiber communication system |
CN103471701A (en) * | 2013-09-04 | 2013-12-25 | 华中科技大学 | Optical fiber acoustic sensor and optical fiber acoustic detection method |
RU2516346C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Apparatus for monitoring vibroacoustic characteristics of extended object |
-
2014
- 2014-06-17 RU RU2014124343/28A patent/RU2566603C1/en active
Patent Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5194847A (en) * | 1991-07-29 | 1993-03-16 | Texas A & M University System | Apparatus and method for fiber optic intrusion sensing |
US6738184B2 (en) * | 2001-01-31 | 2004-05-18 | Fujitsu Limited | Optical amplifier for amplifying multi-wavelength light |
US7535629B2 (en) * | 2003-02-27 | 2009-05-19 | The Furukawa Electric Co., Ltd. | Method and apparatus for controlling multiple-wavelength-pumped Raman amplifier and computer product |
US8520196B2 (en) * | 2011-03-03 | 2013-08-27 | Hitachi, Ltd. | Optical communication module and optical fiber communication system |
RU2516346C1 (en) * | 2012-12-11 | 2014-05-20 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8" (ООО "Т8") | Apparatus for monitoring vibroacoustic characteristics of extended object |
CN103471701A (en) * | 2013-09-04 | 2013-12-25 | 华中科技大学 | Optical fiber acoustic sensor and optical fiber acoustic detection method |
Non-Patent Citations (3)
Title |
---|
Е.Т. Нестеров Метод увеличения дальности работы когерентного оптического рефлектометра // Письма в ЖТФ, 2011, том 37, вып. 9, 12.05.2011. * |
Листвин A.B. Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон // Москва, 2005, стр. 47, ур. 3.1. * |
Нестеров Е.Т., Трещиков В. Н., Камынин В. А., Наний О. Е. Когерентный рефлектометр с полупроводниковым источником излучения // T-Comm. Телекоммуникации и транспорт, 2010. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US11366243B2 (en) | 2016-07-22 | 2022-06-21 | Halliburton Energy Services, Inc. | DRA DAS system |
RU2675411C1 (en) * | 2017-09-14 | 2018-12-19 | Российская Федерация, от имени которой выступает ФОНД ПЕРСПЕКТИВНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ | Design of high-strength sensors |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN108603773B (en) | Photoelectric distributed measuring device based on Brillouin scattering | |
Pastor-Graells et al. | Chirped-pulse phase-sensitive reflectometer assisted by first-order Raman amplification | |
Posey Jr et al. | Strain sensing based on coherent Rayleigh scattering in an optical fibre | |
US10429234B2 (en) | Distributed fiber optic acoustic detection device | |
KR100930342B1 (en) | Distribution fiber optic sensor system | |
EP2976603B1 (en) | Brillouin optical distributed sensing device and method with improved tolerance to sensor failure | |
EP3207340B1 (en) | Distributed brillouin sensing using correlation | |
US20210018343A1 (en) | Environmental Characteristic Measurement Device and Environmental Characteristic Measurement Method | |
US9726546B2 (en) | Distributed optical sensing with two-step evaluation | |
JP7286994B2 (en) | Optical fiber strain and temperature measuring device and optical fiber strain and temperature measuring method | |
US9806805B2 (en) | Distributed fiber optic sensing system and method based on stimulated brillouin scattering | |
RU2532562C1 (en) | Distributed sensor of acoustic and vibration actions | |
Zhou et al. | Distributed vibration and temperature simultaneous sensing using one optical fiber | |
RU2271446C1 (en) | Vibroacoustic elongated object characteristics monitoring device | |
Handerek et al. | Improved optical power budget in distributed acoustic sensing using enhanced scattering optical fibre | |
RU2566603C1 (en) | Distributed sensor of acoustic and vibration impacts | |
RU2516346C1 (en) | Apparatus for monitoring vibroacoustic characteristics of extended object | |
US11796419B2 (en) | Distributed Brillouin laser sensor | |
Peled et al. | Distributed and dynamic monitoring of 4km/sec waves using a Brillouin fiber optic strain sensor | |
RU123518U1 (en) | FIBER OPTICAL DEVICE OF ACOUSTIC MONITORING OF LONG PROJECTS | |
RU2589492C1 (en) | Fibre-optic device of long length with low-power source for detecting vibration action | |
RU2562689C1 (en) | Distributed sensor of acoustic and vibration action | |
Chen et al. | Dual-source distributed optical fiber sensor for simultaneous temperature and strain measurements | |
Galindez et al. | 30cm of spatial resolution using pre-excitation pulse BOTDA technique | |
US20040227931A1 (en) | Optic communication or transmission media sensing |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20160801 |
|
QB4A | Licence on use of patent |
Free format text: LICENCE Effective date: 20161201 |
|
QC41 | Official registration of the termination of the licence agreement or other agreements on the disposal of an exclusive right |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20161201 Effective date: 20190328 |
|
PC41 | Official registration of the transfer of exclusive right |
Effective date: 20200116 |