М.А. Таранов – соискатель, инженер, 

ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Моск. обл.)

E-mail: tarma@petrofibre.ru

Б.Г. Горшков – д.т.н., вед. науч. сотрудник,

Институт общей физики им. А.М. Прохорова РАН (Москва)

А.Э. Алексеев – к.ф.-м.н., ст. науч. сотрудник, 

ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Моск. обл.)

В.Т. Потапов – д.т.н., зав. Лабораторией,

ФИРЭ им. В.А. Котельникова РАН (г. Фрязино, Моск. обл.)

Постановка проблемы. Распределенные датчики натяжения и температуры оптического волокна на основе регистрации спектров рассеяния Рэлея представляются перспективным решением для мониторинга состояния объектов инфраструктуры. Предложенные ранее устройства такого типа с высококогерентным источником излучения имеют очень узкий диапазон измеряемых величин и, таким образом, не удовлетворяют требованиям мониторинга, что побуждает исследовать возможности альтернативного решения – рефлектометра с низкокогерентным источником излучения.

Цель. Рассмотреть принцип распределенных измерений натяжения и температуры оптического волокна на основе регистрации спектров рассеяния Рэлея, изучить влияние спектральных свойств излучения на контраст рефлектограмм, из которых формируются спектры, а также выяснить преимущества использования низкокогерентного излучения. Результаты. Разработана экспериментальная установка рефлектометра с низкокогерентным источником излучения для распределенных измерений натяжения и температуры в широком диапазоне. Показано, что основным механизмом измерений в предлагаемой схеме рефлектометра является регистрация спектров рассеяния Рэлея и последующий их корреляционный анализ. С помощью рефлектометра экспериментально получены значения натяжения и температуры, которые находятся в хорошем соответствии с реальными значениями этих величин.

Практическая значимость. Устройства, построенные в соответствии с разработанной схемой, могут быть использованы для мониторинга состояния объектов инфраструктуры.

1. Горбатов И.Е., Горшков Б.Г. Исследование Мандельштам−Бриллюэновского рассеяния в плавленом кварце при нагревании и механической деформации // Физика твердого тела. 1988. Т. 30. № 7. С. 2226–2227.
2. Schenato L.A. Review of Distributed Fibre Optic Sensors for Geo-Hydrological Applications // Appl. Sci. 2017. V. 7. № 9. P. 896.
3. Froggatt M., Moore J. High-spatial-resolution distributed strain measurement in optical fiber with Rayleigh scatter // Appl. Opt. 1998. V. 37. № 10. P. 1735–1740.
4. Kreger S.T., Gifford D.K., Froggatt M.E., Soller B.J., Wolfe M.S. High Resolution Distributed Strain or Temperature Measurements in Single-and Multi-mode Fiber Using Swept-Wavelength Interferometry // Optical Fiber Sensors, OSA Technical Digest (CD) (Optical Society of America). 2006. Paper ThE42.
5. Koyamada Y., Imahama M., Kubota K., Hogari K. Fiber-Optic Distributed Strain and Temperature Sensing With Very High Measurand Resolution Over Long Range Using Coherent OTDR // J. Lightw. Technol. 2009. V. 27. № 9. P. 1142–1146.
6. Gorshkov B.G., Taranov M.A., Alekseev A.E. Distributed stress and temperature sensing based on Rayleigh scattering of low-coherence light // Laser Phys. 2017. V. 27. № 8. P. 085105