CC BY
283
б декабря 2011 г. 0:04
ТЕХНОЛОГИИ ИНФОРМАЦИОННОГО ОБЩЕСТВА
Когерентный оптический рефлектометр. Концепция создания прибора
Рассматриваются концепции экономичного и удобного для работы в полевых условиях прибора, удовлетворяющею по своим характеристикам требованиям большинства приложений когерентной рефлектометрии. Проводится обзор литературных источников, посвященных исследованиям в этой области. Численное моделирование и исследование работы экспериментального макета проведено для проверки возможности использовать ОРВ-лазеры в качестве источника излучения в когерентном рефлектометре.
Е.Т. Нестеров, М.А. Слепцов, В.Н. Трещиков,
ООО Тв"
О.Е. Наний, АА Сусьян,
МГУ им. М.В. Ломоносова
Релеевсххе центр».
<0 С "Ч»
OTDR \ / Седыеввв
Рассеянные назад импульсы света
Введение
Одним из наиболее перспективных типов распределенных волоконно-оптических датчиков является когерентный оптический рефлектометр COTDR, который также называют фазочувствительным или интерференционным рефлектометром [1-6]. Несмотря на то, что первая статья, посвященная COTDR, была опубликована в 1992 г. [ 1 ], а первый патент на такой датчик получен в 1993 г [2J, в последние несколько лет исследования когерентных рефлектометров и датчиков на их основе значительно активизировались [5-10]. Такой всплеск интереса к COTDR обусловлен его высокой востребованностью в таких приложениях как мониторинг вибраций сооружений повышенной ответственности, системы пожаробезопасности и системы защиты от несанкционированного доступа.
Чтобы сделать распределенные датчики экономически эффективными, актуально использовать стандартные оптические волокна и кабели, проложенные в мире многими миллионами километров. Метод когерентной оптической рефлектометрии (COTDR) [1] использует стандартное оптическое волокно как систему распределенных датчиков и позволяет получать данные, собранные вдоль десятков километров кабеля. Этим объясняется активизация исследований COTDR и датчиков на их основе в последние годы [2-8].
Несмотря на то, что методу когерентной рефлектометрии посвящено большое число работ, ряд практически важных вопросов остается не исследованным, среди них:
• Оптимальные длительности и формы оптических импульсов
• Допустимая величина частотной модуляции (чирпа) оптических импульсов
• Допустимая вел кмина девиации несущей частоты оптических импульсов
• Оптимальная ширина полосы фотоприемника и электрического усилителя
• Влияние параметров оптических импульсов на дальность, чувствительность и разрешающую способность COTDR.
Обзор экспериментальных исследований
и теоретичеких моделей
Принцип действия OTDR (Optical Time Domain Refledometer) схож с принципом действия радара: в тестируемую линию вводится мощный зондирующий импульс и анализируются характеристики отраженного (рассеянного назад) излучения.
FW. 1. Обратное рассеяние импульса на релеевских центрах [10]
Если в линии имеются дискретные неоднородности (например, оптические разъемные соединения), то отраженные от них сигналы регистрируются в виде одиночных импульсов. По временной задержке этих импульсов определяется расстояние до неоднородности, а по амплитуде сигнала можно судить о коэффициенте отражения.
Кроме того, имеет место рассеяние света на флуктуациях показателя преломления кварцевого стекла. Размер этих неоднородностей (релеевских центров) мал по сравнению с длиной волны и свет на них рассеивается во все стороны, в том числе и назад в моду волокна (рисі).
Релеевские центры распределены случайно, но в среднем од нородно вдоль волокна, поэтому в обычных рефлектометрах с некогерентными источниками излучения регистрируется экспоненциально затухающий во времени (по мощности) рассеянный сигнал. Пример типичной рефлектограммы представлен на рис2.
При сужении спектра излучения и стабилизации чостоты генерации лазера обеспечивается когерентный режим сложения рассеянных на неоднородностях импульсов. При этом характер рефлекто-гролмы существенно изменяется. Она становится изрезанной, что говорит о проявлении интерференции световых импульсов, отраженных от разных участков волокна. Типичная рефлектограмма когерентного рефлектометра приведена на рис.3.
Дб
20
15 -
. Начало линии Оптический р
I I
Трещина в волокне Отражающая неоднородность
Конец линии Торец волокна Сварное соединение волокон / -
Неотражающая неоднородность /
О 5 10 15 20
fac. 2. Тигмчная рефлектограмма линии передо*! [ 10]
T-Comm, #8-2010
51
