ВЛИЯНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ШУМЫ СИГНАЛА В РАСПРЕДЕЛЁННОМ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОМ СЕНСОРЕ НА ОСНОВЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРА САНЬЯКА Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

DOI 10.24412/2308-6920-2021-6-260-261

ВЛИЯНИЕ ИСТОЧНИКОВ ИЗЛУЧЕНИЯ НА ШУМЫ СИГНАЛА В РАСПРЕДЕЛЁННОМ

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОМ СЕНСОРЕ НА ОСНОВЕ ИНТЕРФЕРОМЕТРА САНЬЯКА

Чобан Т.В.1*, Жирнов А.А.1,2, Степанов К.В.1, Чернуцкий А.О.1, Хан Р.И.1, Кошелев К.И.1, Пнев А.Б.1, Карасик В.Е.1

1МГТУ им. Н.Э. Баумана, г. Москва 2Институт радиотехники и электроники им. В.А.Котельникова РАН, г. Москва

E-mail: chobantv@yandex.ru

Распределённые волоконно-оптические сенсорные системы являются сейчас одной из наиболее динамично развивающихся областей. Их преимущества: невосприимчивость к электромагнитным помехам, большая протяжённость и автономность сенсора - делают их крайне привлекательными для мониторинга протяжённых объектов: периметров, трубопроводов и других. Наиболее популярной системой такого типа на данный момент является фазочувствительный рефлектометр [1-3], который, однако, довольно сложен в реализации и обработке данных. В качестве альтернативы для объектов с малым уровнем фонового шума можно рассмотреть систему на основе распределённого интерферометра Саньяка [4-5]. Датчики такого типа имеют существенное ограничение -невозможность регистрации одновременно нескольких тревог, но могут быть созданы на основе существенно более простой схемы (рисунок 1).

акустическое рсзпеистсие

Рис. 1. Схема акустического датчика на основе двух петель РИС с мультиплексированием длин волн

Благодаря работе на основе анализа интерференции проходящего, а не обратнорассеянного света, данные системы имеют также большой запас по энергетике и в простейшем случае не требуют применения эрбиевых усилителей, а при их применении могут работать на более чем 1000 км [6]. На данный момент является недостаточно исследованным вопрос критериев выбора источника излучения для таких систем. В отличие от фазочувствительного рефлектометра в данной схеме нет необходимости применения узкополосного источника, однако это только увеличивает перечень возможных компонентов: можно также использовать лазеры с резонатором Фабри-Перо, суперлюминисцентные диоды, волоконные источники усиленного спонтанного излучения.

Основными сложностями, которых надо избежать при применении различных источников являются:

1. Для узкополосных - возникновение ВРМБ [7], которое генерирует рефлектограммы, своим уровнем мощности заглушающее полезное проходящее излучение в интерферометре.

2. Для широкополосных - недостаточный уровень спектральной плотности в диапазонах пропускания используемых компонентов или его значительная неравномерность, как показано на рисунке 2.

J L

Рис. 2. Схема измерения спектральной мощности в полосах работы компонентов

при усилении общим EDFA

В ходе экспериментальных исследований были получены результаты преобразования мощностей в схеме с мультиплексированием длин волн. Среди источников: узкополосного лазера, лазера с резонатором Фабри-Перо, суперлюминисцентного диода и спонтанного шума EDFA-бустера в качестве оптимального выбрана пара диодов Фабри-Перо с длинами волн, соответствующим полосам пропускания CWDM-мультиплексоров в схеме.

Литература

1. Choban T.V. et al. Ф-OTDR based on tunable Yb-Er: phosphate-glass laser, Journal of Physics: Conference Series, Т. 1410, №. 1, С. 012108 (2019)

2. Бенгальский Д.М. и др. Работа когерентного рефлектометра в условиях сильного локального воздействия на волокно, Квантовая электроника, Т. 51, №. 2, С. 175-183 (2021)

3. Konstantin V.Stepanov, Andrey A.Zhirnov, Anton O.Chernutsky, Kirill I.Koshelev, Alexey B.Pnev, Alexey I. Lopunov, Oleg V.Butov, «The Sensitivity Improvement Characterization of Distributed Strain Sensors Due to Weak Fiber Bragg Gratings» Sensors 2020, 20 (22), 6431

4. Teng F. et al. Optimized localization algorithm of dual-Sagnac structure-based fiber optic distributed vibration sensing system, Optics Express, Т. 29, №. 9, С. 13696-13705 (2021)

5. Чобан Т.В. и др. Распределённый волоконно-оптический датчик вибрации на основе интерферометра Саньяка, Лазеры в науке, технике, медицине: Сборник научных трудов XXXI Международной конференции, Москва, 28-30 октября 2020 года, С. 99-103 (2020)

6. Yan Y. et al. Forward Transmission Based Ultra-long Distributed Vibration Sensing with Wide Frequency Response, Journal of Lightwave Technology, Т. 36, №. 7, С. 2241-2249 (2020)

7. He X. et al. Influence of stimulated Brillouin scattering on positioning accuracy of long-range dual Mach-Zehnder interferometric vibration sensors, Optical Engineering, Т. 55, №. 11, С. 116111 (2016)