Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования.
Резидент Технопарка ИТМО
+7 (812) 612-99-82
Санкт-Петербург
+7 (964) 442-90-01
Новосибирск
+7 (964) 442-90-01
Владивосток
8 (800) 551-57-49
Звонок бесплатный по РФ
Перезвоните мне
Оставьте заявку
Ru En
0
Каталог

Проектирование распределенного датчика деформации и температуры (DSTS)

Описание
Схема
Компоненты

Распределенный датчик деформации и температуры (DSTS) - На сегодняшний день наиболее передовой технологией распределенного измерения деформации и температуры является технология, основанная на бриллюэновском рассеянии. 

Когда излучение распространяется по оптическому волокну, в каждом месте волокна возникает небольшое рассеяние. Рассеяние подразделяется на три типа: рэлеевское, бриллюэновское и комбинационное рассеяние. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна возникает из-за столкновений фотонов с акустическими фононами при распространении лазерного излучения в оптическом волокне и сопровождается частотным сдвигом - бриллюэновский сдвиг частоты (BFS). Когда излучение с длиной волны 1550 нм попадает в одномодовое оптическое волокно, частота рассеянного света составляет примерно 11 ГГц. Эта разница частот и есть BFS. Известно, что BFS изменяется по линейной зависимости, соответствующей деформации в осевом направлении волокна.

рассеяние мандельштама бриллюэна.png

Для определения BFS требуется измерение спектра бриллюэновского усиления (BGS). Типичным методом измерения распределения BFS вдоль продольного направления волокна является метод временной области.

В методе временной области световые импульсы запускаются в оптическое волокно и наблюдаются временные изменения бриллюэновского обратного рассеяния, которое генерируется в каждом месте вдоль оптического волокна во время распространения световых импульсов. Результаты наблюдения определяют, где и сколько рассеянного света генерируется в волокне, т. е. идентифицируются измеренные положения.

метод временной области.png

Бриллюэновское рассеяние подразделяется на:

  • Спонтанное бриллюэновское рассеяние, вызванное естественной акустической волной в волокне;
  • Вынужденное бриллюэновское рассеяние, вызванное взаимодействием света и индуцированной акустической волны в волокне, которое возникает, когда два света, распространяющихся в противоположных направлениях в волокне, встречаются.

Устройства, использующие спонтанное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна (СРМБ), называют бриллюэновскими рефлектометрами (Brilloin Optical Time Domain Reflectometr - BOTDR). Устройства на вынужденном рассеянии Мандельштама-Бриллюэна (ВРМБ) - бриллюэновские анализаторы (Brilloin Optical Time Domain Analyzer - BOTDA). BOTDA выгодны с точки зрения достижимых характеристик измерения, включая диапазон расстояний детектирования напряжения и температуры в оптическом волокне, но их довольно высокая сложность и необходимость доступа к обоим концам тестируемого волокна (петлевая архитектура) ограничивают применение таких датчиков в некоторых областях, например, таких как мониторинг состояния инженерных конструкций. Между тем, отсутствие петлевой архитектуры делает рефлектометры, особенно BOTDR, более привлекательными для многих инженерных приложений.

применения.png

Стоит отметить, что распределенные датчики на рассеянии Мандельштама-Бриллюэна являются наиболее универсальными решениями среди прочих волоконно-оптических систем мониторинга на рынке. Области применения DSTS могут быть следующими:

  • Мониторинг состояния высоковольтных кабельных линий;
  • Мониторинг утечек трубопроводов;
  • Мониторинг температуры и давления в нефте-газовых скважинах;
  • Мониторинг целостности гидротехнических сооружений;
  • Мониторинг состояния инженерных конструкций;
  • Мониторинг состояния дорожного полотна.
Волоконно-оптические распределенные датчики деформации и температуры производят измерения на очень больших расстояниях и являются отличным инструментом для контроля за состоянием протяженных объектов. Эти датчики позволяют получать огромную экономическую выгоду за счет эффекта большой масштабируемости с высокой разрешающей способностью на километр оптического волокна, которые не могут быть сопоставлены с любой другой технологией мониторинга.

Задающий диод и диод накачки
Волоконный эрбиевый усилитель
Фотоприемники
Акустооптические и электрооптические модуляторы
Прочие необходимые компоненты
+ Еще 2

Задающий диод и диод накачки

Для реализации распределенного датчика напряжения и температуры в качестве источника излучения подойдут лазерные диоды с обратной связью, которая реализована за счет внутренней брэгговской структуры. Данные диоды обладают высокой выходной мощностью и низким уровнем шума.

Подходящие решения
 Лазерный DFB диод.png Лазерный DFB диод
Выходная мощность 25-40 мВт Ширина линии излучения 1 МГц RIN -160 дБ/Гц

Волоконный эрбиевый усилитель

Эрбиевый усилитель используется для увеличения амплитуды сигнала в распределенных датчиках, что может позволить производить многоканальные приборы с большой длиной волоконных линий.

Подходящие решения
 Волоконный эрбиевый усилитель таблица (2).png Волоконный эрбиевый усилитель  Выходная мощность до 10 Вт
Ширина линии входного сигнала 0,01 кГц

Фотоприемники

Фотоприемник – одна из наиболее важных частей системы, от которой напрямую зависит точность результатов измерения распределенного акустического датчика.

На что обращать внимание при выборе фотоприемников? В первую очередь это:

  • Спектральный диапазон
  • Темновой уровень шума
  • Полоса пропускания 
  • Коэффициент усиления

Подходящие решения
 балансный фотоприемник.png Балансный фотоприемник Спектральный диапазон 950-1650 нм Коэффициент усиления 2х10^6 Полоса пропускания 3 dB 0-200 МГц
лавинный фотоприемник.png
Лавинный фотоприемник
Спектральный диапазон 950-1650 нм
Коэффициент усиления 2,5х10^4 Полоса пропускания 3 dB 5-1000 МГц

Акустооптические и электрооптические модуляторы

Акустооптический модулятор используется для модуляции частоты оптического сигнала, поступающего от источника излучения. Электрооптический модулятор необходим в схеме распределенного датчика деформации и температуры для модулирования амплитуды излучения накачки.

Подходящие решения
Акустооптический модулятор (2).png
Акустооптический модулятор Частота модуляции 100 МГц Рабочая длина волны 1550 нм 
Электрооптический модулятор (2).png
Электрооптический модулятор Электрооптическая полоса пропускания 33 ГГц
Вносимые потери 2,5 дБ

Прочие необходимые компоненты

Подходящие решения
 трехпортовый оптический циркулятор.png Трехпортовый оптический циркулятор 1550 нм Максимальная мощность 300/500 мВт Изоляция 23-45 дБ
Стандартный одномодовый сплиттер.png
Стандартный одномодовый сплиттер
Полоса пропускания +/-15 нм
Вносимые потери <3,5 дБ
 Вращатель поляризации Фарадея.png Вращатель поляризации Фарадея
Полоса пропускания ±15 нм 
Угол поворота поляризации 45° 

Связаться с инженером Бесплатный звонок