игнал. Чутливий елемент такого датчика не містить електронних компонент і тому він є повністю пасивним, що означає можливість використовувати його в зоні підвищеної вибухонебезпечності, агресивності, сильних електромагнітних перешкод. На одне волокно може бути встановлено безліч брегговскіх решіток, кожна з яких дає відгук на власній довжині хвилі. У цьому випадку замість точкового датчика ми отримуємо розподілену систему реєстрації з мультиплексуванням по довжині хвилі. Використання довжини хвилі світла в якості інформаційного параметра робить датчик нечутливим до довготривалих дрейфу параметрів джерела і приймача випромінювання, а також випадковим Згасання оптичного потужності у волокні [6].
Датчики на основі рамановских розсіювання.
Ефект вимушеного комбінаційного розсіювання (ВКР) обумовлений присутністю в середовищі термічних молекулярних коливань. Відповідно, відбитий (рамановских) сигнал містить інформацію про температуру в точці розсіювання. Раманівське випромінювання складається з двох спектральних компонент, зміщених по частоті щодо вихідного сигналу. Амплітуда антистоксової компоненти сильно залежить від температури волокна, в той час як амплітуда стоксовой компоненти практично не залежить від температури. Ці дві частоти виділяються з відбитого сигналу за допомогою фільтрації, після цього знаходиться відношення їх спектральних інтенсивностей, яке і дозволяє визначити температуру в точці розсіювання. Оскільки потужність рамановских випромінювання дуже мала, як чутливий елемент використовуються багатомодові волокна з великою апертурою. Такі волокна володіють високим коефіцієнтом загасання, і довжина ВОК, таким чином, обмежена величиною 10 км.
На малюнку 3.3 схематично представлений спектр розсіяного випромінювання при проходженні по световоду вузькосмугового оптичного сигналу. Зміна температури волокна впливає на спектральні компоненти як рамановских, так і Бріллюеновского розсіювання в ньому.
Датчики на основі розсіювання Мандельштама-Брілюена.
Бріллюеновское розсіювання в световодах виникає в результаті взаємодії випромінювання з акустичними хвилями (звуковими хвилями) гигагерцового діапазону. Цей ефект можна розглядати як дифракцію світла на рухомій решітці, створеної акустичної хвилею. Таким чином, відбитий сигнал відчуває доплеровский зсув по частоті, оскільки решітка рухається зі швидкістю звуку. Швидкість звуку безпосередньо пов'язана з щільністю матеріалу і залежить як від його температури, так і від внутрішнього механічного напруги. У результаті величина частотного Бріллюеновского зсуву несе інформацію про температуру і напрузі в точці розсіювання.
Таким чином, в датчиках на основі РМБ вимірюється частота, в датчиках на основі ВКР - інтенсивність відбитого сигналу. Частотні вимірювання можна здійснити з високою точністю, в той час як інтенсивність розсіяного випромінювання схильна випадковим флуктуацій. Тому ВОДТ, що використовують ефект РМБ, володіють кращою точністю і стабільністю в часі.
Малюнок 3.3 - Вплив температури на спектр розсіяного випромінювання при проходженні по световоду вузькосмугового оптичного сигналу
Ефект РМБ може значно посилюватиметься, якщо в світловод поряд з основним сигналом (сигналом накачування) ввести так званий пробний сигнал. При виконанні умови резонансу, коли різниця частот випромінювання накачування і пробного сигналу в точності дорівнює Бріллюеновскому зсуву частоти, потужність розсіяного випромінювання істотно посилюється (ефект вимушеного розсіювання Мандельштама-Брілюена (ВРМБ)). Частота пробного сигналу, при якій виконується умова резонансу, залежить від температури і внутрішнього механічного напруги в оптичному волокні. За рахунок збільшення потужності розсіяного сигналу покращується ставлення сигнал-шум у вихідних даних. Це, у свою чергу, значно знижує час вимірювання температури в точці розсіювання.
У датчиках, заснованих на ефекті РМБ, застосовні тільки одномодові світловоди. Визначення місця, в якому вимірюється температура, відбувається на основі технологією, схожою з вживаною в радарних установках (рефлектометрія). У световод запускаються лазерні імпульси, і характеристики розсіяного випромінювання записуються як функції часу. При відомому значенні швидкості світла можна обчислити температуру волокна в залежності від відстані (температурний профіль). Просторовий дозвіл таких вимірів визначається тривалістю імпульсу (наприклад, імпульси тривалістю 10 нс задають точність вимірювання відстані, рівну 1 м). Завдяки високому значенню швидкості світла, протягом 1 секунди можна виміряти розподіл температури в кабелі довжиною кілька кілометрів.
рамановских датчики, як уже було сказано раніше, добре працюють з багатомодовими волокнами, але довжина контрольов...
