Разработка и исследование распределенного волоконно-оптического датчика измерения температуры с повышенным пространственным разрешением

Распределенные волоконно-оптические датчики находят применение в различных областях науки и техники. Преимущества волоконно-оптических датчиков в сравнении с традиционными электрическими (полупроводниковыми) датчиками очевидны: малый вес, нечувствительность к электромагнитным помехам, энергонезависимость, возможность объединения больших массивов датчиков в одну волоконную линию, возможность прокладки волоконно-оптического кабеля в труднодоступных местах (в слоях композиционных материалов и т.д.).Промышленное производство распределенных волоконно-оптических датчиков ведется достаточно давно. В настоящее время наибольшее распространение получили распределенные волоконно-оптические датчики измерения температуры на основе анализа комбинационного рассеяния света. В качестве чувствительного элемента используется оптическое волокно в составе волоконного кабеля. Принцип временной рефлектометрии позволяет опрашивать участки волоконной линии и получать интегрально информацию о температуре соответствующего участка. Минимальной длиной участка опроса определяется пространственное разрешение волоконно-оптического датчика, одна из самых важных характеристик, определяющих область применения волоконного датчика температуры. В настоящее время типичное значение пространственного разрешения коммерчески реализуемых волоконно-оптических датчиков на основе анализа компонент комбинационного рассеяния составляет 1м, подобные датчики заняли нишу в контроле температуры геотермальных процессов при добыче нефтепродуктов, измерении температуры силовых кабелей большой протяженности, контроле процессов утечек в магистральных нефтепроводах и других геофизических измерениях. Задачей проекта является создание волоконно-оптического датчика измерения температуры с повышенным пространственным разрешением. Поставленная задача будет решена путем построения новой оптической схемы распределенного волоконно-оптического датчика, включающей волоконный лазер ультракоротких импульсов в качестве источника зондирующих импульсов. Малая длительность импульса (порядка 100 пс) в совокупности с большой энергией, содержащейся в этом оптическом импульсе, как предполагается, даст приемлемый сигнал, содержащий информацию о температуре при пространственном разрешении порядка десятка мм. Научная новизна исследования обусловлена применением лазера ультракоротких импульсов как источника излучения для построения распределенного волоконно-оптического датчика температуры, а также изучение процессов рассеяния высоких порядков комбинационного рассеяния в оптическом волокне при распространении импульсов с высокой пиковой мощностью. Увеличение пространственного разрешения распределенных волоконно-оптических датчиков позволит открыть новые области применения подобных измерительных систем, например, актуальной задачей является контроль протекающих термических процессов в витых трубках теплообменных аппаратов, где использование электрических датчиков измерения температуры невозможно, а пространственное разрешение традиционных волоконных датчиков в 1 метр слишком велико для контура теплообменного аппарата.