CC BY
4ВОССТАНОВЛЕНИЕ ПОЛОЖЕНИЕ ОТРАЖАТЕЛЕЙ С ПОМОЩЬЮ СКАНИРУЮЩЕГО КОГЕРЕНТНОГО
РЕФЛЕКТОМЕТРА
Яцеев В.А.*, Бутов О.В.
Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова РАН, г. Москва * E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-271-272
Оптические распределенные датчики, основанные на использовании оптоволокна, применяются для измерения различных воздействий на контролируемых объектах c определения места воздействия. Их работа основана на принципах рефлектометрии, использующей обратное рассеяние импульсного сигнала, проходящего по волокну. Одним из таких методов является когерентная, или фазочувствительная рефлектометрия, позволяющая повысить чувствительность системы за счет интерференционных эффектов, при этом измеряемые физические параметры определяются путем измерения расстояния между центрами отражения. Существует два основных метода для определения расстояния между отражающими центрами - OTDR (оптическая рефлектометрия во временной области) и OFDR (оптическая рефлектометрия в частотной области), которые обеспечивают высокую точность и возможность многоканальных измерений. Путем комбинирования этих двух методов можно получить информацию о вибрации, деформации, температуре и других параметрах в полном частотном диапазоне, включая статический случай на многокилометровых длинах измерения. Также для увеличения чувствительности таких методов ранее было предложено использовать сенсорное волокно с искусственными отражателями [1].
Одной из важных задач является определение местоположения каждого отражателя вдоль волокна для правильного восстановления сигнала, основанного на нелинейном отклике рефлектограммы на воздействие. Таким образом, целью нашей работы является определение положения каждого искусственного отражателя относительно друг друга с помощью сканирующего рефлектометра (рис.1), совмещающего достоинства OTDRh OFDR методов [2, 3].
Рис. 1. Схема сканирующего рефлектометра
В работе рассматривается случай, когда в одном импульсе подсвечивается до десятка отражателей, расположенных хаотически, как это имеет место быть в реальном волокне и предлагается метод восстановление положения отражателей на основе комбинаторных алгоритмов и методов машинного обучения.
Прохождение импульса вдоль волокна показано на рис. 2.
Рис. 2. Прохождение импульса излучения относительно отражателей в три последовательных момента
отсчета времени со сдвигом импульса на 1 м
При передвижении импульса по волокну со временем некоторые отражатели остаются подсвеченными, некоторые выходят из зоны освещения, а новые отражатели появляются в области видимости (см. рис.2). Сканирование по длине волны дает спектр для каждого положения импульса, в
котором отдельные пики соответствуют относительным расстояниям между парами отражателей.
Рис. 3. Пример спектра, полученного для импульса, просвечивающего четыре отражателя, показывающего наличие шести частотных пиков ,
соответствующих парам отражателей г, ]
При переходе от одной секции волокна к другой в соответствующих спектрах появляются и исчезают пики (рис. 3), в зависимости от того, освещены ли эти пары отражателей или нет. Анализируя массивы частот биений излучения от этих пар отражателей, всех отражателей относительно друг друга, а зная взаимное
Частота, Гц
можно восстановить положение расположение для смежных секций волокна, можно восстановить положение цепочки отражателей методами комбинаторики и машинного обучения.
Литература
1. Strength properties of femtosecond-induced defects and weak Bragg gratings for distributed optical fiber sensors, Oleg V.Butov, Dmitrii V.Przhiialkovskii, Alexey I.Lopunov, Alexey B.Pnev, Optics & Laser Technology, Volume 162, (July 2023), 109271
2. Combined frequency and phase domain time-gated reflectometry based on a fiber with reflection points for absolute measurements, Yatseev V., Zotov A., Butov O., Results in Physics, v.19, December, 2020
3. Phase-frequency time-gated reflectometry for absolute measurements, Yatseev V., Zotov A., Butov O., Proc. SPIE 11772, Optical Sensors 2021, 1177215
