Распределённый волоконно-оптический датчик акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов

Современные волоконнооптические датчики (ВОД) применяются во многих областях науки и техники, для измерения физических параметров и наблюдения явлений, мониторинга состояния протяжённых объектов и решения ряда других задач. К основным преимуществам ВОД по сравнению с другими типами сенсорных систем относятся: пассивность (датчики полностью диэлектрические), малогабаритность, невосприимчивость к электромагнитной интерференции, способность работать в пожароопасных условиях и при повышенных температурах, высокая чувствительность, возможность уплотнения электрических и оптических сигналов, низкая стоимость компонентов за счёт высокого уровня развития рынка телекоммуникационных и оптоэлектронных компонентов. В число возможных измеряемых ВОД величин входят давление, температура, акустические и вибрационные колебания, скорость вращения, скорость линейного перемещения, ускорение, колебание, масса, уровень жидкости, деформация, показатель преломления, электрическое, магнитное и электромагнитное поля, концентрация газа, доза радиационного излучения и т.д. Среди устройств для охранных систем широкое распространение получили ВОД акустических воздействий (АВОД), и на данный момент они активно развиваются. АВОД можно условно разделить на три типа: точечные, распределенные и квазираспределенные. Точечные АВОД позволяют проводить измерения и контролировать параметры в определенной точке объекта, как и большинство других типов неволоконных датчиков. Они позволяют устанавливать факт наличия акустического воздействия, но не позволяют определять его координату вдоль сенсора. Как правило, такие датчики могут быть использованы в качестве тензодатчиков , локальных датчиков давления, акселерометров, инклинометров и т.д. Квазираспределенный ВОД акустических воздействий представляет собой массив точечных сенсорных элементов, как правило, на основе внутриволоконных Брэгговских решеток, объединенных одним общим световодом. Каждая из решёток нанесена таким образом, что отражает излучение с определённой длиной волны, причём спектральный диапазон для каждого элемента чувствителен к изменению температуры и деформации объекта. Таким образом, состояние каждого элемента может быть проанализировано независимо от соседних, и периметр или объект, на котором установлен сенсор, подвергается мониторингу с разрешением, определяемым расстоянием между нанесёнными внутриволоконными Брэгговскими решетками . Погрешность измерения параметров воздействий на объект такими системами определяется погрешностью отдельных датчиков, а массив может объединять до 100 и более элементов. Сенсорные массивы позволяют проводить мониторинг инженерных сооружений, мостов, тоннелей, корпусов кораблей и летательных аппаратов, нефтяных скважин и т.д., анализировать градиент распределения нагрузок, давления. Существующие датчики на основе как рефлектометров, так и интерферометров характеризуются либо высокой точностью определения координаты, либо большой протяжённостью контура, что не отвечает современным требованиям. Кроме того, для распределённых АВОД на основе ИС существует проблема наличия мёртвых зон вдоль контура, которая, ввиду недостаточной изученности процесса их формирования, остаётся нерешённой, в связи с чем применение таких датчиков ограничено на практике. Таким образом, целью работы является создание высокоточного распределённого АВОД на основе ИС для определения координат источников акустических воздействий с погрешностью не более 0,05% от длины контура протяжённостью до 150 км с компенсацией негативного влияния мёртвых зон на точность определения координат.