Распределенный оптоволоконный датчик

Распределенный оптоволоконный датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к распределенному оптоволоконному датчику, который использует в качестве датчика оптическое волокно и который способен к измерению деформации и температуры в его продольном направлении с высокой точностью.

УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ

Традиционно, в качестве технологии измерения деформации и температуры, есть способ, основанный на явлении рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, которое возникает в оптическом волокне. В этом способе оптическое волокно используется в качестве среды, из которой деформация и/или температура должны детектироваться в окружающей среде (объекте, который должен быть подвернут измерению), где должно быть установлено такое оптическое волокно.

Явление рассеяния Бриллюэна-Мандельштама относится к явлению, где мощность распространяется посредством акустического фонона в оптическом волокне, когда световой сигнал проникает в оптическое волокно, и есть явление вынужденного рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, которое возникает в результате двух световых сигналов с взаимно разными частотами, проникающих в оптическое волокно, и на основании взаимодействия двух световых сигналов и явления естественного рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, которое возникает в результате светового сигнала, проникающего в оптическое волокно, и на основании взаимодействия вышеупомянутого светового сигнала и акустического фонона, который вырабатывается тепловым шумом в оптическом волокне. Сдвиг частоты при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама, который наблюдается во время явления рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, пропорционален скорости звука в оптическом волокне, а скорость звука зависит от деформации и температуры оптического волокна. Таким образом, деформация и/или температура могут измеряться посредством измерения сдвига частоты при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама.

Показательными системами для измерения распределения деформации и температуры с использованием явления рассеяния Бриллюэна-Мандельштама являются BOTDA (Оптический анализ во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама) и BOTDR (Оптический рефлектометр во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама).

Прежде всего, при BOTDA используется явление вынужденного рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, два лазерных пучка с взаимно разными частотами проникают в оптическое волокно детектирования встречным образом в качестве светового сигнала накачки и зондового светового сигнала, и оптическая интенсивность светового сигнала, имеющего отношение к явлению вынужденного рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, выдаваемого с конца оптического волокна детектирования, в который проникал световой сигнал накачки, измеряется во временной области. При BOTDA акустический фонон возбуждается на основании взаимодействия светового сигнала накачки и зондового светового сигнала.

Между тем, при BOTDR, как только лазерный пучок проникает в качестве светового сигнала накачки с одного конца оптического волокна детектирования, световой сигнал, имеющий отношение к явлению естественного рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, выдаваемое с одного конца, детектируется оптическим полосовым фильтром, и оптическая интенсивность детектированного светового сигнала, имеющего отношение к явлению естественного рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, измеряется во временной области. При BOTDR используется акустический фонон, вырабатываемый тепловым шумом.

Впоследствии, с помощью BOTDA и BOTDR, описанных выше, эта разновидность измерения выполняется для каждой частоты наряду с последовательным изменением частоты светового сигнала накачки или, в случае BOTDA, частоты зондового светового сигнала, соответственно получаются спектры усиления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама (или спектры ослабления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама в BOTDA) соответственных участков вдоль продольного направления оптического волокна детектирования, и распределение деформации и/или распределение температуры по продольному направлению оптического волокна детектирования измеряется на основании вышеупомянутого результата измерения. В качестве вышеупомянутого светового сигнала накачки, при нормальных условиях, используется световой импульс с прямоугольной оптической интенсивностью, а в качестве зондового светового сигнала в BOTDA используется непрерывный световой сигнал (световой сигнал CW).

Здесь, при BOTDA, наряду с тем, что спектр усиления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама детектируется посредством побуждения частоты светового сигнала накачки быть большей, чем частота зондового светового сигнала, в качестве опорного сигнала с одной стороны, спектр ослабления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама детектируется побуждением частоты зондового светового сигнала быть выше, чем частота светового сигнала накачки. Более того, при BOTDR детектируется спектр усиления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама. При BOTDA деформация и/или температура могут получаться посредством использования спектра усиления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама или спектра ослабления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама. В этом описании изобретения спектр усиления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама и спектр ослабления при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама указываются ссылкой просто как «спектр рассеяния Бриллюэна-Мандельштама» в качестве присущего при указании ссылкой на BOTDA.

Пространственное разрешение BOTDA и BOTDR ограничено длительностью импульса у светового импульса светового сигнала накачки, которое используется для измерения. Хотя скорость света в оптическом волокне будет слегка отличаться в зависимости от материала оптического волокна, при стандартном оптическом волокне, которое используется обычно, она отнимает приблизительно 28 нс для полного нарастания акустического фонона. Таким образом, спектр рассеяния Бриллюэна-Мандельштама является кривой Лоренца вплоть до того, где длительность импульса у светового импульса имеет значение приблизительно 28 нс или более, и, если длительность светового импульса делается короче, чем вышеприведенная, он становится широкополосной кривой и приобретает плавную форму, которая теряет свою крутизну поблизости от центральной частоты. Таким образом, становится трудно отыскивать центральную частоту, и ее пространственное разрешение обычно упоминается являющимся приблизительно от 2 до 3 м.

Таким образом, изобретатели настоящего изобретения предложили в международной публикации № 2006/001071 способ измерения распределения деформации и/или температуры с высокой точностью (например, 200 με или меньше) и высоким пространственным разрешением (например, 1 м или меньше) посредством конфигурирования вышеупомянутого светового импульса из двух составляющих. Изобретатели настоящего изобретения указывают ссылкой эту систему как PPP-BOTDA/BOTDR (Импульсный предварительно накачанный BOTDA/BOTDR). Отметим, что 100 με соответствуют 0,01% (100 με=0,01%). Более того, сдвиг частоты при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама имеет значение приблизительно 500 МГц/% относительно деформации.

Тем не менее, поскольку величина сдвига частоты при рассеяние Бриллюэна-Мандельштама, которая измеряется с использованием явления рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, изменяется в зависимости от двух параметров деформации и температуры оптического волокна, параметр, который может измеряться с использованием явления рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, в своей основе, является одним из деформации или температуры, и невозможно отдельно и одновременно измерять деформацию и температуру.

[Патентный документ 1] Брошюра международной публикации под № 2006-001071.

СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Цель этого изобретения состоит в том, чтобы предложить распределенный оптоволоконный датчик, способный к измерению деформации и температуры объекта, который должен подвергаться измерению, одновременно и независимо с высоким пространственным разрешением.

Для того чтобы добиться вышеизложенной цели, распределенный оптоволоконный датчик согласно настоящему изобретению является распределенным оптоволоконным датчиком, который использует оптическое волокно в качестве датчика, содержащим блок измерения рассеяния Бриллюэна-Мандельштама для измерения величины сдвига частоты при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама, вызванной деформацией и температурой, сформированными в оптическом волокне, посредством использования явления рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, блок измерения рэлеевского рассеяния для измерения величины сдвига частоты при рэлеевском рассеянии, вызванной деформацией и температурой, сформированными в оптическом волокне, посредством использования явления рэлеевского рассеяния, и блок вычисления для расчета деформации и температуры, сформированных в оптическом волокне, на основании величины сдвига частоты при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама, измеренной блоком измерения рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, и величины сдвига частоты при рэлеевском рассеянии, измеренной блоком измерения рэлеевского рассеяния.

Согласно этому распределенному оптоволоконному датчику, поскольку величина сдвига частоты при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама, вызванная деформацией и температурой, сформированными в оптическом волокне, измеряется посредством использования явления рассеяния Бриллюэна-Мандельштама, а величина сдвига частоты при рэлеевском рассеянии, вызванная деформацией и температурой, сформированными в оптическом волокне, измеряется посредством использования явления рэлеевском рассеяния, деформация и температура, сформированные в оптическом волокне, могут рассчитываться одновременно и независимо посредством использования двух сдвигов частоты, а деформация и температура объекта, который должен быть подвергнут измерению с помощью присоединенного оптического волокна, могут измеряться одновременно и независимо с высоким пространственным разрешением.

Таким образом, распределенный оптоволоконный датчик согласно настоящему изобретению может одновременно и независимо измерять деформацию и температуру объекта тестирования с высоким пространственным разрешением.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Фиг. 1 - структурная схема, показывающая конфигурацию распределенного оптоволоконного датчика согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 2 - структурная схема, показывающая схематическую конфигурацию распределенного оптоволоконного датчика в случае эксплуатации распределенного оптоволоконного датчика, показанного на фиг. 1, на основании первого режима.

Фиг. 3 - структурная схема, показывающая схематическую конфигурацию распределенного оптоволоконного датчика в случае эксплуатации распределенного оптоволоконного датчика, показанного на фиг. 1, на основании второго режима.

Фиг. 4 - блок-схема последовательности операций способа, поясняющая операцию измерения деформации и температуры, выполняемую распределенным оптоволоконным датчиком, показанным на фиг. 1.

Фиг. 5 - схема, поясняющая конфигурацию и работу блока формирования световых импульсов, показанного на фиг. 1.

Фиг. 6 - схема, поясняющая конфигурацию светового сигнала накачки (вспомогательного светового импульса и основного светового импульса) и согласованного фильтра.

Фиг. 7 - схема, показывающая пример импульсного светового сигнала, который выдается из блока формирования световых импульсов, показанного на фиг. 1.

Фиг. 8 - схема, показывающая пример величины сдвига частоты при рэлеевском рассеянии, измеренной распределенным оптоволоконным датчиком, показанным на фиг. 1.

Фиг. 9 - схема, поясняющая соотношение фактического измеряемого положения и заданного положения измерения.

Фиг. 10 - блок-схема последовательности операций способа, поясняющая операцию измерения деформации и температуры, выполняемую распределенным оптоволоконным датчиком, согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения.

Фиг. 11 - схема, поясняющая способ выведения величины поправки.

Фиг. 12 - схема, показывающая пиковую частоту спектра рассеяния Бриллюэна-Мандельштама в соответственных положениях в продольном направлении оптического волокна детектирования, в котором разный тип волокна присоединен в его средней точке.

Фиг. 13 - схематическое представление, поясняющее соотношение опорного спектра рэлеевского рассеяния и измеренного спектра рэлеевского рассеяния.

Фиг. 14 - схема, показывающая опорный спектр рэлеевского рассеяния и измеренный спектр рэлеевского рассеяния.

Фиг. 15 - схема, показывающая соотношение порогового значения и коэффициента взаимной корреляции.

Фиг. 16 - схема, поясняющая способ определения диапазона сканирования для получения величины сдвига частоты при рэлеевском рассеянии из соотношения величины сдвига и коэффициента взаимной корреляции измеренного спектра рэлеевского рассеяния относительно опорного спектра рэлеевского рассеяния.

Фиг. 17 - схема, поясняющая эффект поправки на основании величины поправки.

Фиг. 18 - структурная схема, показывающая конфигурацию распределенного оптоволоконного датчика, когда распределенный оптоволоконный датчик, показанный на фиг. 1, сконфигурирован в качестве BOTDR.

Фиг. 19 - схема, поясняющая оптический полосовой фильтр с узкой шириной линии.

Фиг. 20 - схема, поясняющая способ получении сдвига частоты при рассеянии Бриллюэна-Мандельштама вычитанием составляющих элементов из полного спектра.

Фиг. 21 - схема, показывающая экспериментальный результат распределенного оптоволоконного датчика в случае светового сигнала накачки, имеющего конфигурацию, показанную на фиг. 6A.

Фиг. 22 - схема, поясняющая еще одну конфигурацию светового сигнала накачки (вспомогательного светового импульса и основного светового импульса).

Фиг. 23 - схема, показывающая экспериментальный результат распределенного оптоволоконного датчика в случае светового сигнала накачки, имеющего конфигурацию, показанную на фиг. 22B.

Фиг. 24 - схема, поясняющая еще одну другую конфигурацию светового сигнала накачки (вспомогательного светового импульса и основного светового импульса) и согласованного фильтра.

Фиг. 25 - схема, поясняющая конфигурацию и работу блока формирования световых импульсов для формирования светового сигнала накачки, имеющего конфигурацию, показанную на фиг. 24A.

Фиг. 26 - схема, показывающая форму сигнала вспомогательного светового импульса и основного светового импульса по еще одному примеру.

Фиг. 27 - схема, показывающая форму сигнала вспомогательного светового импульса и основного светового импульса по еще одному примеру.

Фиг. 28 - схема, показывающая форму сигнала вспомогательного светового импульса и основного светового импульса по еще одному примеру.

Фиг. 29 - схема, показывающая форму сигнала вспомогательного светового импульса и основного светового импульса по еще одному примеру.

ОПИСАНИЕ ВАРИАНТОВ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Первый вариант осуществления распределенного оптоволоконного датчика согласно настоящему изобретению далее пояснен со ссылкой на прилагаемые чертежи. Отметим, что конфигурация, наделенная одинаковым номером ссылочной позиции на соответственных чертежах, показывает, что она является идентичной конфигурацией, и ее пояснение пропускается. Фиг. 1 - структурная схема, показывающая конфигурацию распределенного оптоволоконного датчика в первом варианте осуществления.

Распределенный оптоволоконный датчик FS, показанный на фиг. 1, включает в себя первый источник 1 света, оптические ответвители 2, 5, 8, 21, 23, 30, блок 3 формирования световых импульсов, оптические переключатели 4, 22, блок 6 настройки оптической интенсивности/поляризации, оптические циркуляторы 7, 12, оптические разъемы 9, 26, 27, 28, первый блок 10 автоматического регулирования температуры (в дальнейшем указываемый ссылкой как «первый ATC»), первый блок 11 автоматического регулирования частоты (в дальнейшем указываемый ссылкой как «первый AFC»), управляющий блок 13 обработки, детектор 14 деформации и температуры, оптическое волокно 15 детектирования, блок 16 детектирования температуры, опорное оптическое волокно 17, второй блок 18 автоматического регулирования температуры (в дальнейшем указываемый ссылкой как «второй ATC»), второй блок 19 автоматического регулирования частоты (в дальнейшем указываемый ссылкой как «второй AFC»), второй источник 20 света, блок 24 настройки оптической интенсивности и 1×2 оптические переключатели 25, 29, 31.

Первый и второй источники 1, 20 света соответственно являются устройствами источника света, которые вырабатывают и выдают непрерывный свет (световой сигнал) предопределенной частоты, посредством поддержания приблизительно постоянным при предопределенной температуре, которая заблаговременно установлена первым и вторым ATC 10, 18, и посредством поддержания приблизительно постоянным при предопределенной частоте, которая заблаговременно установлена первым и вторым AFC 11, 19. Выходной терминал (терминал вывода) первого источника 1 света оптически связан с входным терминалом (терминалом ввода) оптического ответвителя 2. Выходной терминал (терминал вывода) второго источника 20 света оптически связан с входным терминалом (терминалом ввода) оптического ответвителя 21.

Первый и второй источники 1, 20 света соответственно сконфигурированы, например, включением в состав светоизлучающего элемента, элемента детектирования температуры (например, терморезистора, или тому подобного), расположенного поблизости от светоизлучающего элемента, и который детектирует температуру светоизлучающего элемента, первого светопринимающего элемента, который принимает один из световых сигналов, ответвленных оптическим ответвителем (например, полузеркалом, или тому подобным), который разветвляет обратный световой сигнал, выдаваемый сзади светоизлучающего элемента, надвое, через эталонный фильтр Фабри-Перо в качестве периодического фильтра, второго светопринимающего элемента, который принимает другой световой сигнал, ответвленный оптическим ответвителем, элемента настройки температуры и подложки, на которой расположены вышеупомянутые светоизлучающий элемент, элемент детектирования температуры, оптический ответвитель, первый и второй светопринимающие элементы, эталонный фильтр Фабри-Перо и элемент настройки температуры.

Светоизлучающий элемент является элементом, способным к испусканию светового сигнала предопределенной частоты с узкой шириной линии и изменению длины волны генерации (частоты генерации) посредством изменения температуры элемента или тока возбуждения, и, например, является полупроводниковым лазером с переменной длиной волны (полупроводниковым лазером с переменной частотой), таким как (с распределенной обратной связью, DFB) РОС-лазер с многоквантовой карманной структурой или лазер с брэгговскими зеркалами и переменным распределением длин волн. Соответственно, первый источник 1 света также функционирует в качестве источника света с переменной частотой.

Соответственные элементы детектирования температуры в первом и втором источниках 1, 20 света соответственно выдают соответственные детектированные температуры в первый и второй ATC 10, 18. Первый и второй светопринимающие элементы в первом и втором источниках 1, 20 света, например, включают в себя элемент фотоэлектрического преобразования, такой как фотодиод, и соответственно выдают соответственные выходные сигналы приема светового сигнала согласно оптическим интенсивностям приема света в первый и второй AFC 11, 19. Элемент настройки температуры является компонентом для настройки температуры подложки посредством выработки тепла или поглощения тепла и, например, сконфигурирован включением в состав элемента термоэлектрического преобразования, такого как элемент Пельтье или элемент Зеебека.

Первый и второй ATC 10, 18 соответственно являются схемами, которые автоматически поддерживают температуру соответственных подложек приблизительно постоянной при предопределенной температуре, управляя соответственными элементами настройки температуры на основании соответственных детектированных температур соответственных элементов детектирования температуры в первом и втором источниках 1, 20 света согласно управлению управляющего блока 13 обработки. Температура соответственных светоизлучающих элементов в первом и втором источниках 1, 20 света, в силу этого, поддерживается приблизительно постоянной при предопределенной температуре. Таким образом, если частота света, испускаемого светоизлучающим элементом, имеет температурную зависимость, такая температурная зависимость подавляется.

Первый и второй AFC 11, 19 соответственно являются схемами, которые автоматически поддерживают частоту светового сигнала, испускаемого соответственными светоизлучающими элементами, приблизительно постоянной при предопределенной частоте и качают частоту светового сигнала в предопределенном диапазоне частот, управляя соответственными светоизлучающими элементами на основании соответственных выходных сигналов приема светового сигнала первого и второго светопринимающих элементов в первом и втором источниках 1, 20 света согласно управлению управляющего блока 13 обработки.

Оптический ответвитель, эталонный фильтр Фабри-Перо и первый и второй светопринимающий элемент в первом и втором источниках 1, 20 света, и первый и второй AFC 11, 19 соответственно конфигурируют так называемый локер длины волны, который приблизительно фиксирует длину волны (частоту) светового сигнала, испускаемого светоизлучающим элементом в первом и втором источниках 1, 20 света.

Оптические ответвители 2, 5, 21, 23 являются оптическими элементами, которые соответственно распределяют падающий световой сигнал, который проникал с одного входного терминала, на два световых сигнала и соответственно выводят такие два световых сигнала в два выходных терминала. Оптический ответвитель 8 является оптическим компонентом, который выводит падающий свет, который проник с одного входного терминала из двух входных терминалов, в один выходной терминал и выводит падающий свет, который проник из другого входного терминала в вышеупомянутый выходной терминал. Оптический ответвитель 30 является оптическим компонентом, который соединяет два падающих световых сигнала, которые проникали с двух входных терминалов, и выдает соединенный световой сигнал из двух выходных терминалов. В качестве оптических ответвителей 2, 5, 21, 23, 8, 30, например, может использоваться оптический шлейфный ответвитель типа микрооптического элемента, такой как полузеркало или оптический шлейфный ответвитель оптоволоконного типа, либо оптический шлейфный ответвитель типа оптического волновода из сплавленного волокна.

Один выходной терминал оптического ответвителя 2 оптически связан с входным терминалом блока 3 формирования световых импульсов, а другой выходной терминал оптически связан с входным терминалом оптического переключателя 31 1×2. Один выходной терминал оптического ответвителя 5 оптически связан с входным терминалом блока 6 настройки оптической интенсивности/поляризации, а другой выходной терминал оптически связан с входным терминалом детектора 14 деформации и температуры. Один выходной терминал оптического ответвителя 21 оптически связан с входным терминалом оптического переключателя 22, а другой выходной терминал оптически связан с другим концом опорного оптического волокна 17 через оптический разъем 28. Один выходной терминал оптического ответвителя 23 оптически связан с входным терминалом блока 24 настройки оптической интенсивности, а другой выходной терминал оптически связан с входным терминалом детектора 14 деформации и температуры. Один входной терминал оптического ответвителя 8 оптически связан со вторым терминалом оптического циркулятора 7, а другой входной терминал оптически связан с другим выходным терминалом оптического переключателя 25 1×2, а выходной терминал оптически связан с одним концом оптического волокна 15 детектирования через оптический разъем 9. Один входной терминал оптического ответвителя 30 оптически связан с другим выходным терминалом оптического переключателя 31 1×2, другой входной терминал оптически связан с одним выходным терминалом оптического переключателя 29 1×2, а два выходных терминала оптически связаны с входным терминалом детектора 14 деформации и температуры.

Блок 3 формирования световых импульсов является устройством, в которое входит непрерывный свет, выдаваемый из первого источника 1 света, и которое вырабатывает основной световой импульс и вспомогательный световой импульс в качестве светового сигнала накачки из вышеупомянутого непрерывного света. Основной световой импульс является световым импульсом, использующим систему с расширенным спектром. В качестве системы с расширенным спектром, например, может использоваться система внутриимпульсной линейной частотной модуляции, которая изменяет частоту с помощью системы фазовой модуляции, которая модулирует фазу, или с помощью гибридной системы, которая комбинирует вышеупомянутые систему внутриимпульсной линейной частотной модуляции и систему фазовой модуляции.

В качестве системы внутриимпульсной частотной модуляции, например, может использоваться система монотонного изменения частоты; например, изменяющая частоту линейно. В качестве системы фазовой модуляции, например, может использоваться система фазовой модуляции с использованием (псевдошумовой) PN-последовательности. PN-последовательность является псевдослучайной числовой последовательностью, и, в качестве PN-последовательности, например, может использоваться M-последовательность (последовательности максимальной длины), золотая последовательность, или тому подобное. M-последовательность может формироваться схемой, сконфигурированной включением в состав многоступенчатого сдвигового регистра и логической схемы, которая возвращает в сдвиговый регистр логическое соединение соответственных состояний на соответственных ступенях из таких многочисленных ступеней. Более того, если Mi представляет последовательность, в которой 0 M-последовательности, сформированной n-ми примитивными многочленами F1(x) и F2(x), приведен в соответствие -1, а Mj представляет последовательность, в которой 1 M-последовательности приведена в соответствие +1, золотая последовательность может формироваться на основании произведения Mi•Mj этих двух. Более того, кодовая последовательность Голэя может использоваться в качестве псевдослучайной числовой последовательности системы фазовой модуляции. Кодовая последовательность Голэя обладает превосходными характеристиками, где боковой лепесток автокорреляционной функции становится точно 0. Вспомогательный световой импульс является немодулированным световым импульсом, который не был модулирован, и его максимальная оптическая интенсивность ниже, чем оптическая интенсивность основного светового импульса, а длительность импульса существенно больше, чем продолжительность существования акустического фонона.

Блок 3 формирования световых импульсов вырабатывает вспомогательный световой импульс и основной световой импульс из условия, чтобы основной световой импульс не проникал в оптическое волокно 15 детектирования по времени раньше вспомогательного светового импульса в Оптическом анализе во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (BOTDA) по этому варианту осуществления согласно управлению управляющего блока 13 обработки. Вспомогательный световой импульс и основной световой импульс в качестве светового сигнала накачки, вырабатываемого блоком 3 формирования световых импульсов, описаны позже.

Оптические переключатели 4, 22 являются оптическими компонентами, которые включают/выключают световой сигнал между входным терминалом и выходным терминалом согласно управлению управляющего блока 13 обработки. Световой сигнал пропускается, когда он включен, и световой сигнал блокируется, когда он выключен. В качестве оптических переключателей 4, 22, в этом варианте осуществления, например, используется модулятор оптической интенсивности, такой как оптический модулятор MZ или полупроводниковый оптический модулятор типа с электропоглощением, который модулирует оптическую интенсивность падающего светового сигнала. Оптические переключатели 4, 22 включают в себя схему возбуждения, которая управляется управляющим блоком 13 обработки и которая возбуждает модулятор оптической интенсивности. Схема возбуждения сконфигурирована включением в состав источника питания DC (постоянного тока), который вырабатывает сигнал напряжения DC для выключения модулятора оптической интенсивности в нормальном состоянии, генератор импульсов, который вырабатывает импульс напряжения для включения модулятора оптической интенсивности, который нормально выключен, и тактовый генератор, который управляет привязкой по времени выработки импульса напряжения. Выходной терминал оптического переключателя 4 оптически связан с входным терминалом оптического ответвителя 5. Выходной терминал оптического переключателя 22 оптически связан с входным терминалом оптического ответвителя 23.

Блок 6 настройки оптической интенсивности/поляризации является компонентом, который управляется управляющим блоком 13 обработки, который настраивает оптическую интенсивность падающего светового сигнала и случайным образом изменяет и выдает плоскость поляризации падающего светового сигнала. Выходной терминал блока 6 настройки оптической интенсивности/поляризации оптически связан с первым терминалом оптического циркулятора 7. Блок 6 настройки оптической интенсивности/поляризации сконфигурирован, например, включением в состав переменного оптического аттенюатора, способного к ослаблению и выдаче оптической интенсивности падающего светового сигнала и изменению его величины ослабления, и контроллер поляризации, способный к произвольному изменению и выводу плоскости поляризации падающего светового сигнала. Блок 6 настройки оптической интенсивности/поляризации совместно используется при измерении подвергнутого вынужденному рассеянию Бриллюэна-Мандельштама светового сигнала и подвергнутого обратному рэлеевскому рассеянию светового сигнала, и произвольно изменяет плоскость поляризации светового сигнала.

Оптические циркуляторы 7, 12 являются необратимыми оптическими компонентами, в которых падающий световой сигнал и выходящий световой сигнал имеют рекуррентное соотношение по своим номерам терминалов. Более точно, световой сигнал, который проникает в первый терминал, выводится из второго терминала и не выводится из третьего терминала, световой сигнал, который проникает во второй терминал, выводится из третьего терминала и не выводится из первого терминала, а световой сигнал, который проникает в третий терминал, выводится из первого терминала и не выводится из второго терминала. Первый терминал оптического циркулятора 7 оптически связан с выходным терминалом блока 6 настройки оптической интенсивности/поляризации, второй терминал оптически связан с одним входным терминалом оптического ответвителя 8, а третий терминал оптически связан с входным терминалом оптического переключателя 29 1×2. Первый терминал оптического циркулятора 12 оптически связан с одним выходным терминалом оптического переключателя 31 1×2, второй терминал оптически связан с одним концом опорного оптического волокна 17 через оптический разъем 27, а третий терминал оптически связан с входным терминалом детектора 14 деформации и температуры.

Оптические разъемы 9, 26, 27, 28 являются оптическими компонентами для оптического соединения оптических волокон или оптического компонента и оптического волокна.

Блок 24 настройки оптической интенсивности является компонентом, который управляется управляющим блоком 13 обработки и который настраивает и выдает оптическую интенсивность падающего светового сигнала. Выходной терминал блока 24 настройки оптической интенсивности оптически связан с входным терминалом оптического переключателя 25. Блок 24 настройки оптической интенсивности сконфигурирован, например, включением в состав переменного оптического аттенюатора, который ослабляет и выдает оптическую интенсивность падающего светового сигнала, и оптического вентиля, который пропускает световой сигнал только в одном направлении с входного терминала на выходной терминал. Падающий световой сигнал, который проникает в блок 24 настройки оптической интенсивности, выдается через оптический вентиль при настройке его оптической интенсивности на предопределенную оптическую интенсивность переменным оптическим аттенюатором. Оптический вентиль играет роль предотвращения распространения отраженного светового сигнала, сформированного на соединениях и тому подобном, соответственных оптических компонентов в распределенном оптоволоконном датчике FS и распространения вспомогательного светового импульса и основного светового импульса во второй источник 20 света.

Оптические переключатели 25, 29, 31 1×2 являются оптическими переключателями с 1 входом и 2 выходами, которые выдают, с одного из двух выходных терминалов, световой сигнал, который проникает с входного терминала, посредством переключения оптического тракта и, например, может использоваться механический оптический переключатель или оптический волноводный переключатель.

Один выходной терминал оптического переключателя 25 1×2 оптически связан с другим входным терминалом оптического ответвителя 8, а другой выходной терминал оптически связан с другим концом оптического волокна 15 детектирования через оптический разъем 26. При выполнении операции с первым режимом (измерения с обоих концов) оптического анализа во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (BOTDA) согласно управлению (или ручной операции) управляющего блока 13 обработки оптический переключатель 25 1×2 переключается, так что световой сигнал, который проникал с входного терминала, проникает в другой конец оптического волокна 15 детектирования через оптический разъем 26, а при выполнении операции с вторым режимом (измерения на одном конце) оптического анализа во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (BOTDA) оптический переключатель 25 1×2 переключается, так что световой сигнал, который проникал с входного терминала, проникает в один конец оптического волокна 15 детектирования через оптический ответвитель 8 и оптический разъем 9.

Один выходной терминал оптического переключателя 29 1×2 оптически связан с другим входным терминалом оптического ответвителя 30, а другой выходной терминал оптически связан с детектором 14 деформации и температуры. При выполнении операции с первым режимом оптического анализа во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (BOTDA) или вторым режимом оптического анализа во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (BOTDA) согласно управлению (или ручной операции) управляющего блока 13 обработки оптический переключатель 29 1×2 переключается, так что световой сигнал, который проникал с входного терминала, проникает в детектор 14 деформации и температуры, а при выполнении операции в качестве когерентного оптического рефлектометра во временной области (COTDR) с использованием явления рэлеевского рассеяния оптический переключатель 29 1×2 переключается, так что световой сигнал, который проникал с входного терминала, проникает в другой входной терминал оптического ответвителя 30.

Один выходной терминал оптического переключателя 31 1×2 оптически связан с первым терминалом оптического циркулятора 12, а другой выходной терминал оптически связан одним выходным терминалом оптического ответвителя 30. При выполнении операции с первым режимом оптического анализа во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (BOTDA) или вторым режимом оптического анализа во временной области рассеяния Бриллюэна-Мандельштама (BOTDA) согласно управлению (или ручной операции) управляющего блока 13 обработки оптический переключатель 31 1×2 переключается, так что световой сигнал, который проникал с входного терминала, проникает в оптический циркулятор 12, а при выполнении операции в качестве когерентного оптиче