5.2.2 Схема экспериментальной установки.

Для подтверждения работоспособности системы было проведено ее макетирование в радиодиапазоне электромагнитных волн и исследования на экспериментальном стенде. Целью обоих исследований было подтверждение возможности получения стабильной составляющей на разностной частоте и выделение бриллюэновского сигнала . На рис.5.2 представлена структурная схема радиочастотного макета системы. Буквами на рис.5.2 обозначены контрольные точки, спектрограммы в которых представлены на рис.5.3. Далее был реализован оптический макет, представленный экспериментальным стендом (рис.5.4).

Полученные экспериментально радио и оптические сигналограммы, а затем и спектрограммы в точках, указанных на рис.5.2, убедительно подтвердили принципы работы системы: сдвигу бриллюэновской частоты соответствовало смещение промежуточной частоты _пр4=_пр1–_пр2=0_пр3.

Рис.5.2. Структурная схема радиочастотного макета системы с двухчастотным гетеродином

Рис.5.3. Спектрограммы в контрольных точках радиочастотного макета

5.2.3 Выводы по разделу.

Предложена схема симметричного двухчастотного рефлектометра бриллюэновского рассеяния, который обладает следующими отличительными особенностями:

1. В отличие от случая использования одночастотного гетеродина в НРС при использовании двухчастотного гетеродина в СРС не требуется использование серии измерений с перестройкой частоты;

2. Бриллюэновскому сдвигу частоты зондирующего сигнала соответствовало смещение промежуточной частоты _пр4=_пр1–_пр2=0_пр3. Определение интенсивности бриллюэновского сигнала осуществлялось по независимому от частотного каналу на постоянной частоте _{пр3 =} _пр1 + _пр2 = const.

Вопросы применения симметричного двухчастотного рефлектометра бриллюэновского рассеяния будут рассмотрены в следующем разделе.

5.3 Вопросы применения бриллюэновского рефлектометра

5.3.1 Бриллюэновский датчик механического напряжения вс.

Соответствие между приложенным к ВС механическим напряжением и бриллюэновским частотным сдвигом определяется с помощью калибровочного устройства, приведенного на рис.5.5.

В [34] было показано, что калибровочная характеристика устройства носит линейный характер для ВС, встроенного в волокнит.

Таким образом, предложенный в разделе 5.2 симметричный двухчастотный рефлектометр бриллюэновского рассеяния позволяет реализовать простую сенсорную систему механического натяжения как ВС, так и волоконных датчиков для контроля состояния и целостности инженерных и других сооружений.

Рис.5.5. Устройство для калибровки ВОД механического напряжения на основе бриллюэновского рассеяния

3.3.2 Бриллюэновский датчик температуры.

Как и в случае бриллюэновских датчиков механического напряжения, для создания распределенных датчиков температуры на основе бриллюэновского рассеяния применяются различные подходы. В настоящее время хорошо проработана методика, основанная на бриллюэновском взаимодействии между оптическим импульсом и непрерывным излучением, которые распространяются во встречных направлениях в одномодовом световоде [35], [36].

П ри этом измеряется усиление стоксовой компоненты при изменении расстройки частоты. Было показано, что кривая усиления достаточно узка (30 – 10 МГц) и достигает своего максимального значения при расстройке частоты 10 – 12 ГГц, которая зависит как от длины волны зондирующего излучения, так и от свойств самого ВС, а именно от распространения скорости звука. На рис. 5.6 представлены три спектра бриллюэновского усиления в зависимости от температуры.

Из рис.5.6 видно, что с повышением температуры максимум смещается в область более коротких волн. На основе данного механизма можно создать датчик контроля распределения температуры вдоль ВС.

Данная методика, основанная на эффекте бриллюэновского усиления позволила увеличить рабочую длину оптического волокна до 22 км, благодаря высокому соотношению сигнал/шум по сравнению с датчиками мониторин-га температурного распределения на основе рамановского рассеяния [37]. В работе [38] применение механизма бриллюэновских потерь позволило увеличить рабочую длину датчика до 32 км, получить пространственное разрешение 5 м, разрешающую способность по температуре 1 °C.

Это делает температурные датчики на основе бриллюэновского рассеяния более привлекательными, чем датчики на основе рамановского рассеяния, но в настоящее время их внедрение сдерживается сложностью и высокой стоимостью измерительной аппаратуры. Так же остается не полностью исследован ряд вопросов, касающийся возможности применения таких систем.

Рассмотренный в разд.5.2 бриллюэновский рефлектометр с симметричным двухчастотным гетеродинированием позволяет зарегистрировать смещение максимума спектра бриллюэновского усиления, обусловленного влиянием температуры, и получить, таким образом, распределенную систему мониторинга.

ГЛАВА 6

ИСТОЧНИКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИГНАЛОВ

Существует значительное количество работ, в которых излагаются принципы действия, свойства, характеристики, конструкции и сферы применения полупроводниковых лазеров, лазерных диодов (ЛД) [39, 40]. В данной главе рассматриваются только те особенности ЛД, которые связаны с их использованием в современных рефлектометрических системах.