Распределенный оптоволоконный датчик
Распределенный оптоволоконный датчик для измерения деформации и/или температуры с использованием явления бриллюэновского рассеяния содержит источник ступенчатого оптического светового излучения для формирования оптического импульса, обладающего ступенчатым распределением интенсивности света, увеличивающейся по направлению к центру, и источник непрерывного светового излучения для формирования непрерывного светового излучения. Также датчик содержит чувствительное оптическое волокно, на которое падает оптический импульс в качестве светового излучения зондирования, а непрерывное световое излучение является падающим в качестве светового излучения накачки, чтобы тем самым вызывать явление бриллюэновского рассеяния между световым излучением зондирования и световым излучением накачки, и детектор бриллюэновского рассеяния во временной области для определения спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, и измерения деформации, вызванной внутри, и/или температуры чувствительного оптического волокна, на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления. Технический результат - предоставить распределенный оптоволоконный датчик, не требующий никакой ручной подстройки интенсивности света светового излучения рассеяния в соответствии с длиной чувствительного оптического волокна, а также допускающий восприятие минутных деформаций. 2 н. и 10 з.п. ф-лы, 25 ил.
Текст описания приведен в факсимильном виде.
1. Распределенный оптоволоконный датчик для измерения деформации и/или температуры с использованием явления бриллюэновского рассеяния, содержащий
источник ступенчатого оптического светового излучения для формирования оптического импульса, обладающего ступенчатым распределением интенсивности света, увеличивающейся по направлению к центру, источник непрерывного светового излучения для формирования непрерывного светового излучения, чувствительное оптическое волокно, на которое падает оптический импульс в качестве светового излучения зондирования, а непрерывное световое излучение является падающим в качестве светового излучения накачки, чтобы тем самым вызывать явление бриллюэновского рассеяния между световым излучением зондирования и световым излучением накачки, и детектор бриллюэновского рассеяния во временной области для определения спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, и измерения деформации, вызванной внутри, и/или температуры чувствительного оптического волокна, на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления.
2. Распределенный оптоволоконный датчик для измерения деформации и/или температуры с использованием явления бриллюэновского рассеяния, содержащий
источник ступенчатого оптического светового излучения для формирования светового излучения фронта оптического импульса, имеющего предварительно заданную длительность и предварительно заданную интенсивность света; и оптический импульс, имеющий предварительно заданную длительность и интенсивность света большую, чем предварительно заданная интенсивность светового излучения фронта оптического импульса, источник непрерывного светового излучения для формирования непрерывного светового излучения, чувствительное оптическое волокно, на которое падает световое излучение фронта оптического импульса и оптический импульс в качестве светового излучения зондирования, а непрерывное световое излучение является падающим в качестве светового излучения накачки, чтобы тем самым вызывать явление бриллюэновского рассеяния между световым излучением зондирования и световым излучением накачки, и детектор бриллюэновского рассеяния во временной области для определения спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, и измерения деформации, вызванной внутри, и/или температуры чувствительного оптического волокна, на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления.
3. Распределенный оптоволоконный датчик по п.1 или 2, в котором световое излучение зондирования является падающим на один конец чувствительного оптического волокна, световое излучение накачки является падающим на другой конец чувствительного оптического волокна, и детектор бриллюэновского рассеяния во временной области определяет спектр бриллюэновского ослабления или спектр бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из одного конца чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, и измеряет деформацию, вызванную внутри, и/или температуру чувствительного оптического волокна, на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления.
4. Распределенный оптоволоконный датчик по п.1 или 2, в котором
световое излучение зондирования является падающим на один конец чувствительного оптического волокна, световое излучение накачки является падающим на другой конец чувствительного оптического волокна, чувствительное оптическое волокно отражает световое излучение накачки, распространяющееся в нем, на другом его конце, и
детектор бриллюэновского рассеяния во временной области определяет спектр бриллюэновского ослабления или спектр бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из одного конца чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, и измеряет деформацию, вызванную внутри, и/или температуру чувствительного оптического волокна, на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления.
5. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1-4, в котором спектр бриллюэновского ослабления или спектр бриллюэновского усиления в каждой секции продольного участка, равной или меньшей чем 1 м чувствительного оптического волокна, определяемые по световому излучению, выходящему из одного конца чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, по существу, представлены кривой Лоренца.
6. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1-4, дополнительно содержащий регулятор интенсивности/поляризации света для стабилизации интенсивности света падающего светового излучения и произвольного изменения плоскости поляризации падающего светового излучения, и регулятор интенсивности света для стабилизации интенсивности света падающего светового излучения, при этом световое излучение зондирования является падающим на чувствительное оптическое волокно через регулятор интенсивности/поляризации света, а световое излучение накачки является падающим на чувствительное оптическое волокно через регулятор интенсивности света.
7. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1-4, в котором каждый из источника ступенчатого оптического излучения и источника непрерывного светового излучения включает в себя светоизлучающий элемент для непрерывного испускания светового излучения, имеющего узкую ширину спектральной линии, заданную частоту и, по существу, постоянную интенсивность света, термореле для удерживания температуры светоизлучающего элемента, по существу, на постоянной температуре, и регулятор частоты для удерживания частоты светового излучения, испускаемого из светоизлучающего элемента, по существу, на постоянной частоте.
8. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1, 3 или 4, в котором источник ступенчатого оптического светового излучения включает в себя
светоизлучающий элемент для непрерывного испускания светового излучения, имеющего узкую ширину спектральной линии, заданную частоту и, по существу, постоянную первую интенсивность света, первый и второй модуляторы интенсивности света для модуляции интенсивности света падающего светового излучения, первый узел возбуждения модулятора интенсивности света для возбуждения первого модулятора интенсивности света, чтобы модулировать интенсивность светового излучения, непрерывно испускаемого из светоизлучающего элемента, так что оптический импульс, имеющий первую интенсивность света, существует в непрерывном световом излучении, имеющем вторую интенсивность света, более низкую, чем первая интенсивность света, и второй узел возбуждения модулятора интенсивности света для возбуждения второго модулятора интенсивности света, чтобы модулировать интенсивность светового излучения, падающего из первого модулятора интенсивности света, так что остающееся световое излучение устраняется наряду с оставлением непрерывных световых излучений, имеющих вторую интенсивность света на протяжении заданных длительностей, до и после оптического импульса.
9. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1, 3 или 4, в котором источник ступенчатого оптического светового излучения формирует первый оптический импульс, имеющий ступенчатое распределение интенсивности света, увеличивающееся по направлению к центру, и второй оптический импульс, имеющий такую же временную длительность, как первый оптический импульс, и такую же интенсивность света, как самая низкая интенсивность света первого оптического импульса, и детектор бриллюэновского рассеяния во временной области инициирует источник ступенчатого оптического светового излучения для формирования второго оптического импульса и испускания его в качестве светового излучения зондирования в чувствительное оптическое волокно, и инициирует источник непрерывного светового излучения для формирования непрерывного светового излучения и испускания его в качестве светового излучения накачки в чувствительное оптическое волокно, посредством этого сохраняя первую интенсивность света светового излучения, выходящего из чувствительного оптического волокна и приписываемого явлению бриллюэновского рассеяния; инициирует источник ступенчатого оптического светового излучения для формирования первого оптического импульса и испускания его в качестве светового излучения зондирования в чувствительное оптическое волокно, и инициирует источник непрерывного светового излучения для формирования непрерывного светового излучения и испускания его в качестве светового излучения накачки в чувствительное оптическое волокно, посредством этого сохраняя вторую интенсивность света светового излучения, выходящего из чувствительного оптического волокна и приписываемого явлению бриллюэновского рассеяния; определяет спектр бриллюэновского ослабления или спектр бриллюэновского усиления на основании сохраненных первой и второй интенсивностей света; измеряет деформацию, вызванную внутри, и/или температуру чувствительного оптического волокна на основании определенного спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления.
10. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1, 3 или 4, дополнительно содержащий эталонное оптическое волокно, изготовленное из того же материала, как чувствительное оптическое волокно, имеющее длину, соответствующую пространственному разрешению, и имеющее деформацию, большую, чем деформация, выраженная обратной величиной временной длительности оптического импульса, при этом детектор бриллюэновского рассеяния во временной области инициирует источник ступенчатого оптического светового излучения для формирования оптического импульса и испускания его в качестве светового излучения зондирования в эталонное оптическое волокно, и инициирует источник непрерывного светового излучения для формирования непрерывного светового излучения и испускания его в качестве светового излучения накачки в эталонное оптическое волокно; определяет среднюю частоту спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из эталонного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния; сохраняет определенную среднюю частоту в качестве эталонного значения; определяет среднюю частоту спектра бриллюэновского ослабления или спектра бриллюэновского усиления по световому излучению, выходящему из чувствительного оптического волокна и приписываемому явлению бриллюэновского рассеяния, в качестве значения детектирования; рассчитывает значение поправки по эталонному значению, значению детектирования и спектру бриллюэновского ослабления или спектру бриллюэновского усиления в соответствии с уравнением преобразования значения поправки, предварительно сохраненного; измеряет деформацию, вызванную внутри, и/или температуру чувствительного оптического волокна по рассчитанному значению поправки.
11. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1-4, в котором чувствительное оптическое волокно является оптическим волокном, в котором величина бриллюэновского сдвига частоты изменяется циклически.
12. Распределенный оптоволоконный датчик по любому одному из пп.1-4, в котором чувствительное оптическое волокно закреплено на объекте измерения, у которого измеряются деформация и/или температура.
