Распределенный волоконно-оптический акустический датчик на основе интерферометра Саньяка с регистрацией воздействия по пороговому уровню сигнала

Авторы: Чобан Т.В.
Опубликовано в выпуске: #9(62)/2021
DOI: 10.18698/2541-8009-2021-9-732
Раздел: Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы | Рубрика: Лазерные и оптико-электронные системы
Ключевые слова: оптическое волокно, акустический датчик, система охраны, интерферометр Саньяка, волоконно-оптический кабель, мультиплексирование по длинам волн, алгоритм опроса
Опубликовано: 06.09.2021

Описан принцип работы распределенного волоконно-оптического акустического датчика на основе интерферометра Саньяка и продемонстрирована перспективность его применения для решения задач охраны протяженных объектов. Предложена схема такого датчика на основе двух петель, созданных с использованием мультиплексирования длин волн, позволяющая реализовать сенсорную систему на основе четырех волокон кабеля, что обеспечивает компактность и упрощает ее установку вдоль охраняемого периметра. Также представлен алгоритм обработки получаемых с датчика данных, обеспечивающий высокую точность определения местоположения воздействия: по результатам лабораторных экспериментов при общей протяженности сенсорного волокна 50 км погрешность составила 13 м.

Литература

[1] Szustakowski M., Ciurapinski W., Palka N. et al. Recent development of fiber optic sensor for perimeter security. Proc. IEEE 35th Annual 2001 Int. Carnahan Conf. on Security Technology, 2001, pp. 142–148. DOI: https://doi.org/10.1109/CCST.2001.962826

[2] Stepanov K.V., Zhirnov A.A., Chernutsky A.O. et al. The sensitivity improvement characterization of distributed strain sensors due to weak fiber Bragg gratings. Sensors, 2020, vol. 20, no. 22, art. 6431. DOI: https://doi.org/10.3390/s20226431

[3] Huang Y., Wang Q., Shi L. et al. Underwater gas pipeline leakage source localization by distributed fiber optic sensing based on particle swarm optimization tuning of the support vector machine. Appl. Opt., 2016, vol. 55, no. 2, pp. 242–247. DOI: https://doi.org/10.1364/ao.55.000242

[4] Choban T.V., Zhirnov A.A., Chernutsky A.O. et al. Φ-OTDR based on tunable Yb-Er: phosphate glass laser. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1410, no. 1, art. 012108. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1410/1/012108

[5] Чобан Т.В., Жирнов А.А., Степанов К.В. и др. Распределенный датчик акустических воздействий на основе интерферометра Саньяка с опросом по методу "нулевых частот". Фотон-Экспресс, 2021, № 2, с. 14–17.

[6] Huang J., Chen Y., Peng H. et al. A 150 km distributed fiber optic disturbance location sensor with no relay based on the dual-Sagnac interferometer employing time delay estimation. Opt. Commun., 2021, vol. 479, art. 126420. DOI: https://doi.org/10.1016/j.optcom.2020.126420

[7] Song Q., Zhou P., Peng H. et al. Improved localization algorithm for distributed fiber optic sensor based on merged Michelson-Sagnac interferometer. Opt. Express, 2020, vol. 28, no. 5, pp. 7207–7220. DOI: https://doi.org/10.1364/OE.384728

[8] Чобан Т.В., Кошелев К.И., Хан Р.И. и др. Распределенный волоконно-оптический датчик вибрации на основе интерферометра Саньяка. Сб. науч. тр. XXXI Межд. конф. Лазеры в науке, технике, медицине. М., РНТОРЭС им. А.С. Попова, 2020, с. 99–103.

[9] McAulay A.D., Wang J. A Sagnac interferometer sensor system for intrusion detection and localization. Proc. SPIE, 2004, vol. 5435. DOI: https://doi.org/10.1117/12.542834

[10] Удд Э., ред. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников. М., Техносфера, 2008.

[11] Wang Y., Yuan H., Liu X. et. al. A comprehensive study of optical fiber acoustic sensing. IEEE Access, 2019, vol. 7, pp. 85821–85837. DOI: https://doi.org/10.1109/ACCESS.2019.2924736