RU2650620C1 - Распределенный датчик - Google Patents
Распределенный датчик Download PDFInfo
- Publication number
- RU2650620C1 RU2650620C1 RU2017113719A RU2017113719A RU2650620C1 RU 2650620 C1 RU2650620 C1 RU 2650620C1 RU 2017113719 A RU2017113719 A RU 2017113719A RU 2017113719 A RU2017113719 A RU 2017113719A RU 2650620 C1 RU2650620 C1 RU 2650620C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- test signals
- frequency
- distributed sensor
- source
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 48
- 238000012360 testing method Methods 0.000 claims abstract description 36
- 230000000737 periodic effect Effects 0.000 claims abstract description 27
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 24
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 21
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 12
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 claims abstract description 6
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 claims abstract description 5
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 claims abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 4
- 238000001208 nuclear magnetic resonance pulse sequence Methods 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 13
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 5
- 239000000523 sample Substances 0.000 description 5
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 4
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000009825 accumulation Methods 0.000 description 2
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 2
- 230000001934 delay Effects 0.000 description 2
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 2
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 2
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 2
- 238000012805 post-processing Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 244000144725 Amygdalus communis Species 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 230000001151 other effect Effects 0.000 description 1
- 238000007781 pre-processing Methods 0.000 description 1
- 230000000644 propagated effect Effects 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 description 1
- 239000002689 soil Substances 0.000 description 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 1
- 230000002269 spontaneous effect Effects 0.000 description 1
- 230000001629 suppression Effects 0.000 description 1
- 230000002195 synergetic effect Effects 0.000 description 1
- 230000036962 time dependent Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H9/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by using radiation-sensitive means, e.g. optical means
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике. В распределенном датчике, предназначенном для измерения переменного параметра среды, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде заключенного в оболочку оптического волокна и предназначенный для помещения в упомянутую среду, и оптически соединенный с волокном через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических тестирующих сигналов, выполненный в виде последовательно оптически соединенных непрерывного лазера и модулятора, формирующего периодическую последовательность импульсных тестирующих сигналов, и приемник рассеянного излучения, преобразующий рассеянное оптическое излучение в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, соединенный с блоком управления и синхронизации, соединенным с источником периодической последовательности оптических импульсов, блок обработки содержит частотный фильтр с полосой пропускания индуцируемых средой в чувствительном элементе колебаний в частотном диапазоне измеряемого параметра, при этом частотный фильтр может быть выполнен в виде набора сменных частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для измерения разных переменных параметров среды, или в виде набора частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для формирования набора полос пропускания в частотных диапазонах, характерных исключительно для измеряемого переменного параметра среды, в частности, для измерения температуры фильтр выполнен с диапазоном пропускания от 0 до 25 Гц, для измерения виброаккустических характеристик фильтр выполнен с диапазоном пропускания от 25 Гц до 1 кГц. Технический результат - расширение технологических возможностей распределенного датчика за счет регистрации различных параметров. 11 з.п. ф-лы, 1 табл., 4 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения амплитудно-фазовых характеристик светового излучения, рассеянного от различных участков волоконно-оптического чувствительного элемента, и позволяет реализовать распределенный датчик различных переменных параметров среды, таких как, например, температура или механические деформации с высокой чувствительностью. В свою очередь распределенные оптоволоконные датчики имеют широкую область применения (контроль состояния протяженных объектов, таких, например, как трубопроводы, мосты, дороги, электрические и оптические кабели и иные ответственные конструкции).
Известно техническое решение бриллюэновского рефлектометра, который содержит импульсный лазер, направленный ответвитель, чувствительный элемент в виде протяженного оптического волокна, коллимирующую оптику, сканируемый интерферометр Фабри-Перо, фотоприемник и электронный блок управления и обработки информации. Лазер соединен с направленным ответвителем посредством отрезка оптического волокна, чувствительный элемент соединен с выходом того же направленного ответвителя непосредственно, второй выход ответвителя через отрезок волокна через коллимирующую оптику и сканируемый интерферометр связан с фотоприемником. Электронный блок управления и обработки информации связан с фотоприемником и управляет базой интерферометра. Лазерный импульс от лазера через направленный ответвитель поступает в чувствительный элемент. При распространении по волокну вследствие спонтанного мандельштам-бриллюэновского рассеяния (далее - МБР) в направлении назад возникают, наряду с несмещенной (рэлеевской) компонентой, две компоненты неупругого рассеяния, смещенные относительно частоты возбуждающего излучения на бриллюэновскую частоту вверх (антистокс) и вниз (стоке). Этот частотный сдвиг несет информацию об измеряемой механической деформации оптического волокна. Записав спектр рассеянного излучения путем сканирования базы интерферометра Фабри-Перо или иного спектрального прибора, можно однозначно определить бриллюэновский сдвиг частоты и связанный с ним измеряемый параметр - деформацию оптического волокна, обусловленную как наличием неоднородностей в последнем, так и различными внешними факторами: изменением температуры, изменением виброаккустического фона и т.п. (SU №1534304 А1, опубл. 07.01.1990).
Недостатком описанного устройства является низкая точность измерений, обусловленная малостью сигналов МБР (они на 20 дБ меньше, чем сигналы рэлеевского рассеяния). Кроме того, ввиду наличия оптических потерь в оптическом волокне невозможно проводить измерения на больших расстояниях (десятки км). Чувствительность может быть повышена за счет увеличения времени накопления информации. Однако накопление информации в течение десятков минут или часов является в большинстве случаев неприемлемым.
Известен распределенный оптоволоконный датчик температуры, использующий отражение света от интегрированых в волокно решеток Брэгга, предназначенный для мониторинга температуры протяженных объектов (S.J. Mihailov, Sensors 12, 1898-1918 (2012).
К недостаткам известного устройства, помимо сложности изготовления его чувствительного элемента, следует отнести узость его технологических возможностей, обусловленную способностью измерять лишь один параметр - температуру среды, в которую помещен датчик.
В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран 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 тестирующих сигналов 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, источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен в виде последовательно оптически соединенных непрерывного полупроводникового лазера, акустооптического модулятора на бегущей акустической волне, формирующего периодическую последовательность импульсных тестирующих сигналов (RU №2516346 С1, опубл. 20.05.2014).
К недостаткам прототипа следует отнести узость его технологических возможностей, обусловленную способностью измерять лишь один параметр - виброаккустические характеристики среды, в которую помещен датчик.
Задача изобретения - формирование способности распределенного датчика регистрировать различные параметры среды, в которую он помещен, такие как виброакустические, температура и, возможно, иные.
Технический результат - расширение технологических возможностей распределенного датчика за счет регистрации различных параметров.
Поставленная задача решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в распределенном датчике, предназначенном для измерения переменного параметра среды, содержащем чувствительный элемент, выполненный в виде заключенного в оболочку оптического волокна и предназначенный для помещения в упомянутую среду, и оптически соединенный с волокном через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических тестирующих сигналов, выполненный в виде последовательно оптически соединенных непрерывного лазера и модулятора, формирующего периодическую последовательность импульсных тестирующих сигналов, и приемник рассеянного излучения, преобразующий рассеянное оптическое излучение в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, соединенный с блоком управления и синхронизации, соединенным с источником периодической последовательности оптических импульсов, блок обработки содержит частотный фильтр с полосой пропускания индуцируемых средой в чувствительном элементе колебаний в частотном диапазоне измеряемого параметра, при этом частотный фильтр может быть выполнен в виде набора сменных частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для измерения разных переменных параметров среды, или в виде набора частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для формирования набора полос пропускания в частотных диапазонах, характерных исключительно для измеряемого переменного параметра среды, в частности, для измерения температуры фильтр выполнен с диапазоном пропускания от 0 до 25 Гц, для измерения виброаккустических характеристик фильтр выполнен с диапазоном пропускания от 25 Гц до 1 кГц, кроме того, целесообразно, чтобы источник периодической последовательности тестирующих сигналов был выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде пары импульсов равной длительности с задержкой второго импульса относительно первого и периодически изменяемой задержкой фазы оптической несущей волны второго импульса относительно фазы оптической несущей волны первого импульса, в частности источник периодической последовательности тестирующих сигналов может быть выполнен с возможностью последовательной периодической задержки фазы несущей волны второго импульса относительно фазы одинаковой по частоте несущей волны первого импульса на 0, 1/2π, π и 3/2π, или источник периодической последовательности тестирующих сигналов может быть выполнен с возможностью последовательной периодической задержки фазы несущей волны второго импульса относительно фазы одинаковой по частоте несущей волны первого импульса на 0, 2/3π и 4/3π, при этом рекомендовано, чтобы источник периодической последовательности тестирующих сигналов был выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов длительностью от 50 нс до 500 нс, и/или источник периодической последовательности тестирующих сигналов был выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов с различной несущей частотой, в дополнение рекомендовано, чтобы источник периодической последовательности тестирующих сигналов был выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов с длительностью фронтов и спадов менее 20 нс, оптимально, чтобы источник периодической последовательности тестирующих сигналов был выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов с задержкой второго импульса относительно первого на величину от 100 до 1000 нс. Изобретение иллюстрируется изображениями, где:
- на фиг. 1 схематически изображено предлагаемое устройство;
- на фиг. 2 показана амплитуда оптического поля для типичной последовательность двойных импульсов, сформированная акусто-оптическим модулятором в частом случае тестирующей последовательности со сдвигом фаз на 0, 
π, π и 3/2π;
- на фиг. 3 показана пространственно-временная диаграмма изменения фазового набега в тестируемом волокне;
- на фиг. 4 показан фазовый набег, измеренный когерентным рефлектометром (линия), и показания термометра, пересчитанные в изменение оптической фазы.
Устройство включает в себя узкополосный непрерывный лазер 1, акустооптический модулятор 2, формирующий импульсы с требуемыми фазовыми сдвигами и временными задержками, оптический усилитель мощности 3, узел 4 ввода оптического излучения в чувствительный элемент 5 и вывода рассеянного излучения, оптический усилитель 6, оптический фильтр 7, фотоприемник 8, блок обработки сигналов 9, фильтр частот 10, блок постобработки, управления и синхронизации 11.
В основе изобретения лежит утверждение, что различным физическим явлениям, таким как тепловой нагрев, виброаккустическое воздействие и прочие, свойственен свой частотный диапазон, а информация об изменении распределения интенсивности воздействия (например, распределение изменения температуры) заключена в пределах характерного для этого вида воздействия частотного диапазона. Поэтому оснащение блока обработки 9 фильтром частот 10 с полосой пропускания индуцируемых средой в чувствительном элементе колебаний в частотном диапазоне измеряемого параметра позволит измерять изменения исключительно этого параметра.
Ниже продемонстрируем работу устройства применительно к измерению изменения температуры, например, среды - почвы вблизи газопровода, в которую помещен чувствительный элемент распределенного датчика (в этом случае осуществляется мониторинг техногенного события - возгорания в или вблизи газопровода).
От лазера 1 непрерывное узкополосное излучение поступает на акустооптический модулятор 2, в соответствии с программой управления, вырезающий из него зондирующие группы коротких импульсов и вносящий требуемый фазовые сдвиги между импульсами. Пример простейшей зондирующей группы импульсов в виде последовательности парных прямоугольных импульсов с переменным фазовым сдвигом приведен на Фиг. 2. Для работы устройства требуется, чтобы длина оптической когерентности лазера существенно превышала расстояние между импульсами в зондирующей группе. Акустооптический модулятор помимо фазовых сдвигов может так же изменять величину оптической несущей и в более широком смысле, динамически манипулировать оптическим спектром зондирующих импульсов, что позволяет перераспределять зоны интерференционной нечувствительности вдоль длины волокна.
Длина волны излучения, в частности, может составлять 1550 нм, что соответствует технически хорошо освоенному диапазону телекоммуникационной техники. Группы импульсов усиливаются в оптическом усилителе мощности 3 и через узел 4 поступают в чувствительный элемент 5 - оптическое волокно в кабеле, расположенном внутри или рядом с контролируемым объектом.
В оптическом волокне 5 излучение рассеивается на неподвижных неоднородностях волокна без изменения частоты (рассеяние Рэлея). Часть излучения рассеивается назад и распространяется по волокну обратно, затем через узел 4 поступает на оптический предварительный усилитель 6 и после усиления и фильтрации узкополосным оптическим фильтром 7 излучение поступает на фотоприемник 8, где преобразуется в электрический сигнал и поступает в блок обработки 9 для предварительной обработки и вычисления распределения дифференциального фазового набега вдоль волокна, затем сигналы, пропорциональные дифференциальному фазовому набегу в разных точках волокна поступают на фильтр низких частот 10, после которого подаются на блок постобработки, управления и синхронизации 11.
При импульсном возбуждении временная зависимость средней мощности сигнала обратного рассеяния и соответственно фототока фотоприемника 8 (рефлектограмма) имеет вид, близкий к экспоненте. Однако благодаря высокой когерентности исходного излучения эта рефлектограмма оказывается изрезанной случайным образом благодаря случайному характеру интерференции рассеянного излучения. Типичный вид когерентной рефлектограммы, соответствующий одной зондирующей группе импульсов, показан на Фиг. 3.
В отсутствии изменений, например, температуры (или иного параметра) волокна, отличия между рефлектограммами от разных групп зондирующих импульсов, вызванные оптической интерференцией, зависят от набега оптической фазы в волокне. Поскольку фазовые и частотные характеристики каждой из групп известны, а набег оптической фазы одинаков для всех зондирующих групп, то этот фазовый набег вычисляется в результате анализа набора рефлектограмм. В частности, обработку рефлектограмм с целью восстановления оптической фазы, можно осуществлять аналогично восстановлению фазы в широко используемом на практике методе оптического гетеродинирования.
При наличии изменения температуры волокна 5 фазовый набег в области воздействия изменяется во времени пропорционально воздействию. Величина изменения набега фазы пропорциональна величине изменения температуры, а временная задержка сигнала относительно момента запуска тестирующих импульсов в волокно однозначно определяет координату воздействия.
Фильтр частот с частотой пропускания от 0 до 25 Гц в блоке обработки сигнала обеспечивает подавление вариаций фазы, вызванных виброакустическими и иными воздействиями.
Оптический фазовый сдвиг, обусловленный внешним воздействием на волокно и координату воздействия, определяет блок 9 путем обработки последовательности рефлектограмм. Фиг. 4 показывает пример результата такой обработки рефлектограмм, полученных в эксперименте. В этом примере зависящий от времени набег оптической фазы создавался пъезомодулятором, воздействующим на волокно с частотой 30 Гц и расположенным на участке волокна вблизи отметки 200 м. В данном случае использовалась последовательность парных импульсов, схожая с показанной на Фиг. 2, при длительности импульсов 200 нс, задержке между ними 300 нс и задержке между группами импульсов равной 0,5 мсек.
Далее приведем ряд сравнений с прототипом для пояснения физического смысла заявленного технического результата.
Предложенное устройство отличается от прототипа тем, что оснащение блока обработки 9 фильтром частот 10 с полосой пропускания индуцируемых средой в чувствительном элементе колебаний в частотном диапазоне измеряемого параметра позволит измерять изменения исключительно этого параметра.
Предложенное устройство отличается от прототипа тем, что выполнение фильтра 10 возможно в виде набора сменных частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для измерения разных переменных параметров среды.
Предложенное устройство отличается от прототипа тем, что выполнение фильтра 10 возможно в виде набора частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для формирования набора полос пропускания в частотных диапазонах, характерных исключительно для измеряемого переменного параметра среды - в этом случае рассматривается возможность измерения сложного параметра, например, целостности трубопровода, разгерметизация которого сопровождается одновременным изменением ряда связанных параметров, таких как температура и виброаккустические вибрации.
К наиболее распространенным параметрам, измеряемым распределенными датчиками, относятся температура и виброаккустические характеристики.
Так, тепловое воздействие характеризуется диапазоном частот от 0 до 25 Гц. Следовательно, оснастив блок обработки 9 фильтром частот 10 с диапазоном пропускания от 0 до 25 Гц, будем измерять преимущественно изменения температуры.
Предложенное устройство отличается от прототипа также тем, что оснастив блок обработки 9 фильтром частот 10 с диапазоном пропускания от 25 Гц до 1 кГц, будем измерять преимущественно изменения виброаккустической характеристики (свойственной движению различных живых и механизированных объектов, механическому воздействию на среду и т.п.).
Предложенное устройство отличается от прототипа тем, что блок управления 9 с помощью акусто-оптического модулятора формирует группы зондирующих импульсов с индивидуальными фазо-частотными характеристиками.
Предложенное устройство отличается от прототипа также тем, что сортировка и обработка рефлектограмм производится с учетом индивидуальных фазо-частотных характеристик зондирующих групп, что позволяет однозначно восстановить набег оптической фазы в волокне, а так же зафиксировать его изменение при возникновении внешнего воздействия.
Измерение оптической фазы рефлектограммы вместо интенсивности, как было реализовано в прототипе, позволяет добиться линейной и однородной чувствительности к внешнему воздействию вдоль всей длины волокна (датчика), что существенно упрощает обработку и интерпретацию данных о внешнем воздействии.
Другие отличия в свете заявленного технического результата: манипуляция временными задержками между импульсами, а так же их фазо-частотными характеристиками позволяет уменьшить вероятность возникновения зон нечувствительности в волокне-датчике, что дополнительно повышает надежность устройства по сравнению с прототипом и ближайшими аналогами.
Наличие причинно-следственной связи между совокупностью существенных признаков заявляемого устройства и достигаемым техническим результатом наглядно показано в Таблице 1.
Проведенные опыты подтвердили, что использование заявленного технического решения с применением фильтров с пропускной способностью в различных диапазонах частот позволяет оперативно выявлять как нагрев/охлаждение, так и вибро-аккустические и, возможно, иные воздействия на любых участках протяженного объекта, фиксировать какие-либо воздействия изнутри или извне на протяженный объект. При этом устройство позволяет определить координаты места изменения измеряемой характеристики.
С учетом изложенного можно сделать вывод о том, что поставленная задача - формирование способности распределенного датчика регистрировать различные параметры среды, в которую он помещен, решена, а заявленный технический результат - расширение технологических возможностей распределенного датчика за счет регистрации различных параметров - достигнут.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в формуле признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности, неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном распределенном датчике отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении относится к измерительной технике, предназначен для измерения амплитудно-фазовых характеристик светового излучения, рассеянного от различных участков волоконно-оптического чувствительного элемента, и позволяет реализовать распределенный датчик температуры или механических деформаций с высокой чувствительностью;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в формуле изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки и известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата.
Следовательно, заявленный объект соответствует условиям патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.
Claims (12)
1. Распределенный датчик, предназначенный для измерения переменного параметра среды, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде заключенного в оболочку оптического волокна и предназначенный для помещения в упомянутую среду, и оптически соединенный с волокном через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических тестирующих сигналов, выполненный в виде последовательно оптически соединенных непрерывного лазера и модулятора, формирующего периодическую последовательность импульсных тестирующих сигналов, и приемник рассеянного излучения, преобразующий рассеянное оптическое излучение в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, соединенный с блоком управления и синхронизации, соединенным с источником периодической последовательности оптических импульсов, отличающийся тем, что блок обработки содержит частотный фильтр с полосой пропускания индуцируемых средой в чувствительном элементе колебаний в частотном диапазоне измеряемого параметра.
2. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что частотный фильтр выполнен в виде набора сменных частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для измерения разных переменных параметров среды.
3. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что частотный фильтр выполнен в виде набора частотных фильтров с разными полосами пропускания, предназначенных для формирования набора полос пропускания в частотных диапазонах, характерных исключительно для измеряемого переменного параметра среды.
4. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что частотный фильтр выполнен с полосой пропускания от 0 Гц до 25 Гц.
5. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что частотный фильтр выполнен с полосой пропускания от 25 Гц до 1 кГц.
6. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде пары импульсов равной длительности с задержкой второго импульса относительно первого и периодически изменяемой задержкой фазы оптической несущей волны второго импульса относительно фазы оптической несущей волны первого импульса.
7. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен с возможностью последовательной периодической задержки фазы несущей волны второго импульса относительно фазы одинаковой по частоте несущей волны первого импульса на 0, 1/2π, π и 3/2π.
8. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен с возможностью последовательной периодической задержки фазы несущей волны второго импульса относительно фазы одинаковой по частоте несущей волны первого импульса на 0, 2/3π и 4/3π.
9. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов длительностью от 50 нс до 500 нс.
10. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов с различной несущей частотой.
11. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов с длительностью фронтов и спадов менее 20 нс.
12. Распределенный датчик по п. 1, отличающийся тем, что источник периодической последовательности тестирующих сигналов выполнен с возможностью формирования тестирующих сигналов в виде импульсов с задержкой второго импульса относительно первого на величину от 100 до 1000 нс.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113719A RU2650620C1 (ru) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Распределенный датчик |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113719A RU2650620C1 (ru) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Распределенный датчик |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2650620C1 true RU2650620C1 (ru) | 2018-04-16 |
Family
ID=61977042
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113719A RU2650620C1 (ru) | 2017-04-20 | 2017-04-20 | Распределенный датчик |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2650620C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2794712C1 (ru) * | 2022-11-11 | 2023-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8 Сенсор" (ООО "Т8 Сенсор") | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики скважин |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008098380A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Hifi Engineering Inc. | Method and apparatus for fluid migration profiling |
| CN101852655A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-10-06 | 中国计量学院 | 分布式光纤拉曼、布里渊散射传感器 |
| RU123518U1 (ru) * | 2012-07-13 | 2012-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы" | Волоконно-оптическое устройство акустического мониторинга протяженных объектов |
| RU2562689C1 (ru) * | 2014-06-02 | 2015-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Т8" (ООО "Т8 НТЦ") | Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий |
-
2017
- 2017-04-20 RU RU2017113719A patent/RU2650620C1/ru active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008098380A1 (en) * | 2007-02-15 | 2008-08-21 | Hifi Engineering Inc. | Method and apparatus for fluid migration profiling |
| RU2009133943A (ru) * | 2007-02-15 | 2011-03-20 | ХайФай ИНЖИНИРИНГ ИНК. (CA) | Способ и устройство для профилирования миграции флюида |
| CN101852655A (zh) * | 2010-04-13 | 2010-10-06 | 中国计量学院 | 分布式光纤拉曼、布里渊散射传感器 |
| RU123518U1 (ru) * | 2012-07-13 | 2012-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Уникальные волоконные приборы" | Волоконно-оптическое устройство акустического мониторинга протяженных объектов |
| RU2562689C1 (ru) * | 2014-06-02 | 2015-09-10 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-технический центр Т8" (ООО "Т8 НТЦ") | Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2794712C1 (ru) * | 2022-11-11 | 2023-04-24 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8 Сенсор" (ООО "Т8 Сенсор") | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики скважин |
| RU2797773C1 (ru) * | 2022-11-11 | 2023-06-08 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8 Сенсор" (ООО "Т8 Сенсор") | Многоканальный распределенный волоконно-оптический датчик для мониторинга и охраны протяженных объектов |
| RU2801071C1 (ru) * | 2023-03-30 | 2023-08-01 | Общество с ограниченной ответственностью "Т8 Сенсор" (ООО "Т8 Сенсор") | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта с системой распознавания на основе машинного обучения и нейронных сетей |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA2915971C (en) | Improvements in fibre optic distributed sensing | |
| CN103196584B (zh) | 测量光纤中温度和应力的方法、以及布里渊光时域反射仪 | |
| EP3137735B1 (en) | Distributed acoustic sensing using low pulse repetition rates | |
| KR101130344B1 (ko) | 브릴루앙 동적 격자의 시간 영역 분석을 이용한 분포형 광섬유 센서 장치 및 그 센싱 방법 | |
| US20150146759A1 (en) | Temperature sensing using distributed acoustic sensing | |
| US9410903B2 (en) | Incoherent reflectometry utilizing chaotic excitation of light sources | |
| AU2012321271B2 (en) | Distance measurement using incoherent optical reflectometry | |
| CA2787828C (en) | Combined swept-carrier and swept-modulation frequency optical frequency domain reflectometry | |
| CA3198345A1 (en) | Methods and systems using optical fiber interferometry | |
| CN106338308A (zh) | 一种基于超短光纤光栅阵列的分布式多参数传感*** | |
| WO2015122985A1 (en) | Optical fiber distributed sensors with improved dynamic range | |
| JP6868246B2 (ja) | ブリルアン周波数シフトを測定する装置及び方法 | |
| WO2018193440A1 (en) | Distributed fiber optic sensing using guided acoustic modes | |
| Liehr | Fibre optic sensing techniques based on incoherent optical frequency domain reflectometry | |
| RU2532562C1 (ru) | Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий | |
| RU2650620C1 (ru) | Распределенный датчик | |
| Bengalskii et al. | Effect of strong local stretching of sensing fibre on the operation of a phase-sensitive optical time-domain reflectometer | |
| RU2562689C1 (ru) | Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий | |
| RU138620U1 (ru) | Бриллюэновский оптический рефлектометр | |
| RU186231U1 (ru) | Оптический бриллюэновский рефлектометр | |
| RU2672794C1 (ru) | Способ и устройство для распределенного контроля физических воздействий | |
| Urakseev et al. | Monitoring the Characteristics of Extended Objects Using Acousto-Optical Systems | |
| WO2021245826A1 (ja) | 光ファイバ試験方法および光ファイバ試験装置 | |
| RU2794712C1 (ru) | Устройство для мониторинга виброакустической характеристики скважин | |
| WO2023188247A1 (ja) | 信号処理装置、信号処理方法及び非一時的なコンピュータ可読媒体 |