Распределённый волоконно-оптический датчик акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Гриценко Татьяна Васильевна

• Гриценко Татьяна Васильевна
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Гриценко Татьяна Васильевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ НА ОСНОВЕ ДВОЙНОГО ВСТРЕЧНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА САНЬЯКА

1.1. Анализ обобщённой схемы распределённого волоконно-оптического датчика акустических воздействий

1.1.1 Рефлектометрический метод построения распределённых волоконно-оптических датчиков акустических воздействий

1.1.2 Интерферометрический метод построения распределённых волоконно-оптических датчиков акустических воздействий

1.2 Распределённые волоконно-оптические датчики акустических воздействий на основе интерферометра Маха-Цендера

1.2.1 Анализ характеристик интерферометра Маха-Цендера

1.2.2 Анализ схем сенсорной части распределённых акустических ВОД

на основе интерферометра Маха-Цендера

1.3 Распределённые волоконно-оптические датчики акустических воздействий на основе интерферометра Майкельсона

1.3.1 Анализ характеристик интерферометра Майкельсона

1.3.2 Анализ схем сенсорной части распределённых волоконно-оптических датчиков акустических воздействий на основе интерферометра Майкельсона

1.4 Распределённые волоконно-оптические датчики акустических воздействий на основе интерферометра Саньяка

1.4.1 Анализ характеристик интерферометра Саньяка

1.4.2 Анализ схем сенсорной части распределённых волоконно-оптических датчиков акустических воздействий на основе интерферометра Саньяка

1.5 Обоснование обобщённой структурно-функциональной схемы волоконно-оптического датчика акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов

1.6 Выводы по первой главе

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ РАСПРЕДЕЛЁННОГО ДАТЧИКА АКУСТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ НА ОСНОВЕ ДВОЙНОГО ВСТРЕЧНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА САНЬЯКА СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

2.1 Математическое описание процесса формирования сигнала в схеме двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов при наличии акустического воздействия

2.1.1 Анализ сигналов на выходе двухконтурного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов во временной области

при наличии акустического воздействия

2.1.2 Анализ спектрального состава сигнала на выходе интерферометра Саньяка при наличии акустического воздействия

2.2 Разработка методики определения координаты источника акустического воздействия с применением двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов

2.2.1 Анализ существующих алгоритмов обработки данных

распределённых интерферометрических волоконно-оптических

датчиков акустических воздействий

2.2.2 Разработка алгоритма обработки данных в распределённом волоконно-оптическом датчике акустических воздействий в виде двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов на основе общего порога

2.2.3 Разработка алгоритма обработки данных в распределённом волоконно-оптическом датчике акустических воздействий в виде двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов на основе адаптивного порога

2.3 Анализ составляющих погрешности определения координаты воздействий распределённым волоконно-оптическим датчиком акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов

2.3.1. Составляющая погрешности определения координаты воздействий, зависящая от частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя

2.3.2. Составляющая погрешности определения координаты воздействий, вызванная наличием шумов в системе

2.3.3. Составляющая погрешности определения координаты воздействий, вызванная неодинаковостью длины двух контуров

2.3.4. Составляющая погрешности определения координаты воздействий, вызванная дисперсией волокна

2.4 Проведение численного моделирования погрешности определения координаты акустического воздействия вдоль контура волоконно-оптического датчика акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением

каналов по пороговому алгоритму и алгоритму нулевых частот

2.4.1. Проведение численного моделирования погрешности определения координаты в зависимости от отношения сигнал-шум

2.4.2. Проведение численного моделирования погрешности определения

координаты в зависимости от частоты дискретизации аналого-цифрового преобразователя при обработке сигналов по пороговому алгоритму

2.5 Исследование механизма формирования мёртвых зон в волоконно-оптическом датчике акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением

каналов

2.6 Проведение численного моделирования процесса возникновения

мёртвых зон в распределённом волоконно-оптическом датчике на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов в зависимости от координаты и частоты воздействия

2.7 Разработка методов устранения мёртвых зон в распределённом волоконно-оптическом датчике на основе двойного встречного

интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов

2.8 Выводы по второй главе

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЁННОГО АВОД НА ОСНОВЕ ДВОЙНОГО ВСТРЕЧНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА САНЬЯКА СО СПЕКТРАЛЬНЫМ РАЗДЕЛЕНИЕМ КАНАЛОВ

3.1. Разработка макетного образца распределённого волоконно-оптического датчика акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов

3.1.1. Разработка методики измерения согласования спектров источников излучения и пропускания каналов мультиплексоров-демультиплексоров по длине волны

3.1.2. Разработка методики измерения требуемой мощности источников излучения экспериментального образца

3.2. Экспериментальные исследования положения и протяжённости

мёртвой зоны от координаты и частоты акустических воздействий

3.3. Экспериментальные исследования погрешности определения координаты акустического воздействия распределённым волоконно-оптическим датчиком акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением

каналов без мёртвых зон

3.4. Выводы по третьей главе

ОБЩИЕ ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ И УСЛОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

АВОД - волоконно-оптический датчик акустических воздействий

АП - адаптивный порог

АЦП - аналого-цифровой преобразователь

ВОД - волоконно-оптический датчик

ИМ - интерферометр Майкельсона

ИМЦ - интерферометр Маха-Цендера

ИС - интерферометр Саньяка

ПК - персональный компьютер

ОП - общий порог

ОСШ - отношение сигнал-шум

СКО - среднеквадратическое отклонение

DWDM - мультиплексор-демультиплексор по длине волны с плотным

спектральным уплотнением CW - направление распространения излучения по часовой стрелке CCW - направление распространения излучения против часовой стрелки CWDM - мультиплексор-демультиплексор по длине волны с разреженным

спектральным уплотнением c-OTDR - фазочувствительный оптический рефлектометр с когерентным приёмом

PIPS - фазовый набег излучения из-за изменения состояния поляризации PIF - снижение контраста выходного сигнала из-за изменения

состояния поляризации излучения ^-OTDR - фазочувствительный оптический рефлектометр

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Распределённый волоконно-оптический датчик акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Современные волоконно-оптические 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. [1 - 6]. 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 [7], локальных датчиков давления, акселерометров, инклинометров [8] 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 [9]. 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.

Особенно высокий интерес на сегодняшний день представляет третий тип таких систем - распределённые АВОД [10]. Они позволяют производить обнаружение и определять местоположение нежелательных воздействий на периметр: проникновение на территорию людей и транспорта, копка и др., а также применяются в качестве систем контроля состояния и охраны скважин, трубопроводов, железнодорожных путей, кабелей, в том числе подводных. В системах такого типа не требуется устанавливать массив точечных датчиков для анализа влияния воздействия на протяжённый периметр в различных его точках: сенсорным элементом выступает оптическое волокно, при воздействии на которое происходит изменение его параметров, что приводит к изменению параметров распространяющегося по нему излучения и формирует выходной сигнал, после обработки которого можно судить о местоположении и параметрах воздействия. На основе таких датчиков реализуют системы удалённого мониторинга и обеспечения безопасности объектов сложной формы, или имеющих протяжённый периметр.

Основными параметрами распределённых АВОД являются погрешность определения координаты источника воздействия, максимальная протяжённость контролируемой трассы, наличие мёртвых зон и их протяжённость, чувствительность сенсора к воздействиям, простота алгоритма обработки сигналов, доступность применяемых для реализации датчика компонентов, что определяет стоимость. Для достижения наиболее оптимального сочетания этих параметров, были разработаны различные схемы распределённых АВОД и алгоритмов обработки сигналов на их выходе, среди которых можно выделить две основные группы: на основе рефлектометров и на основе интерферометров (в частности, на основе интерферометра Саньяка (ИС)).

Распределённые АВОД на основе ИС начали своё развитие с работ группы учёных под руководством Э. Удда в начале 1980-х. Так, например, в работе [11] Э. Удд представил точечный акустический датчик на основе ИС как перспективный и обладающий такими существенными преимуществами для многих практических приложений, как высокая чувствительность и низкая стоимость, и в 2004 г. P.R. Hoffman, M.G. Kuzyk показали, что при обработке сигналов датчика, имеющего сенсорную часть в виде одного контура ИС, может быть в лабораторных условиях получена погрешность определения координаты кратковременного импульсного воздействия на контур порядка десятков метров при длине сенсора около 40 км [12]. На сегодняшний день работы по созданию распределённых АВОД ведутся как в РФ: в МГТУ им. Н. Э. Баумана (группа А. Б. Пнева), ИОФ РАН, ПФИЦ УрО РАН, ИАиЭ СО РАН, в компаниях ПетроФайбер, Т8, Инверсия-Сенсор, ИРЭ-Полюс и др., так и за рубежом. Большое количество работ представили исследователи из Университета Фудань в Китае (группа под руководством B. Jia), также публикуются работы из Хуачжунского университета науки и технологии (H. Wang, Q. Sun, X. Li, D. Liu и др.), Тяньцзиньского национального университета (T. Liu, X. Hu, D. Zhang и др.), Шанхайского университета (J. Lv, N. Fang, C. Wang, L. Wang). На текущий момент существуют научные группы, занимающиеся данной тематикой, в Японии (T. Omori, K. Hashimoto, M. Yamaguchi в университете

Тиба), Саудовской Аравии A. Esmail, S. Alshebeili и др. в университете Принца Султана), а также группа, объединяющая исследователей из Нови-Садского университета в Сербии (М. М. Vasiljevic-Toskic, J. S. BajiC, L. М. Мамулю) и Мариборского университета в Словении (D. Воп^ю). Основные направления указанных работ посвящены проблемам разработки новых схем и алгоритмов обработки данных [13] для обеспечения высокой точности определения координат акустических воздействий порядка десятков метров [14], увеличения протяжённости сенсора для обеспечения высокой дальности действия системы на протяжённых объектах [15] до 150 км без оптических усилителей сигнала на протяжении сенсорного волокна. Во многих исследованиях показано, что распределённые АВОД на основе ИС весьма перспективны по сравнению с другими типами АВОД, благодаря простоте оптической схемы без дорогостоящих оптических компонентов, в том числе, узкополосных лазеров. Однако, на данный момент не представлен распределённый АВОД на основе ИС, позволяющий определять координату акустических воздействий с малой погрешностью при большой длине контура без мёртвых зон. 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. Для достижения поставленной цели были решены следующие научно-технические задачи:

1. Проведен анализ существующих схем построения волоконно-

оптических датчиков акустических воздействий, в результате чего научно обоснована и разработана оригинальная схема распределённого АВОД на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов.

2. Создана математическая модель процесса формирования сигнала в АВОД на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов.

3. Разработан оригинальный алгоритм адаптивного порога для определения координаты источника акустического воздействия с применением двойного встречного интерферометра Саньяка.

4. Получены расчётные соотношения, позволяющие определять положение и протяжённость мёртвых зон в АВОД на основе ИС, предложены и экспериментально верифицированы методы их устранения вдоль сенсорного волокна.

5. Разработана методика расчёта погрешности определения координат в АВОД на основе ИС.

6. Создан макетный образец распределённого АВОД на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов и лабораторные установки для верификации его основных параметров.

7. Выполнено численное моделирование и экспериментальная верификация основных параметров разработанного распределённого АВОД.

Объектом исследования является распределённый акустический волоконно-оптический датчик на основе интерферометра Саньяка.

Предметом исследования является обоснование возможности применения интерферометра Саньяка для регистрации акустических воздействий с погрешностью не более 0,05 % от протяжённости сенсорного волокна без мёртвых зон.

Методы исследования. В диссертационной работе использованы общенаучные методы, такие как анализ, идеализация, формализация, эксперимент, а также специальные методы: математическое моделирование,

методы, основанные на теории распространения излучения в оптическом волокне, методы восстановления фазы сигнала, методы статистического анализа данных, цифровой обработки сигналов.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана оригинальная схема АВОД на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов (патент РФ 2752686 С1), обеспечивающая определение координат акустических воздействий с погрешностью не более 0,05 % от длины сенсора и устраняющая влияние мёртвых зон на точность измерений.

2. Создана математическая модель процесса формирования сигнала в распределённом АВОД на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов, и на её основе проведено численное моделирование основных параметров АВОД: положения и протяжённости мёртвой зоны и погрешности определения координаты воздействия на контур.

3. Исследован и представлен в научных публикациях механизм возникновения мёртвых зон в интерферометре Саньяка. Предложены и научно обоснованы принципы и схемные решения аппаратуры, обеспечивающие устранение их влияния на погрешность определения координат акустических воздействий.

4. Разработан и применён оригинальный алгоритм адаптивного порога для определения координат акустических воздействий в распределённых интерферометрических АВОД, позволяющий обеспечить погрешность определения координат источников акустических воздействий менее 0,05% от протяжённости сенсора.

Положения, выносимые на защиту:

1. Предложенная оригинальная схема распределённого волоконно-оптического датчика акустических воздействий на основе интерферометра Саньяка с двумя встречными контурами и спектральным разделением каналов

позволяет определять координаты акустических воздействий на волоконные контура протяжённостью до 150 км с погрешностью менее 0,05 % от длины контура.

2. Созданная математическая модель, описывающая процесс формирования сигнала в распределённом волоконно-оптическом датчике акустических воздействий на основе двойного встречного интерферометра Саньяка и механизм возникновения мёртвых зон позволяет провести проектирование высокоточного распределённого волоконно-оптического датчика акустических воздействий для мониторинга протяжённых объектов, включая описание влияния мёртвых зон.

3. Применение алгоритма адаптивного порога, предложенного в работе и реализованного для анализа сигналов на выходе распределённых волоконно-оптических датчиков акустических воздействий, позволяет достигнуть погрешность определения координат акустических воздействий на контур менее 0,05 % от его длины.

4. Предложенный оригинальный метод подавления влияния мёртвых зон, основанный на установке в середине контура компенсационных катушек длиной 1 км, позволяет полностью исключить их влияние на погрешность определения координат акустических воздействий с частотой выше 2 кГц вдоль всего сенсорного волокна распределённого волоконно-оптического датчика акустических воздействий.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в возможности применения полученных результатов при создании распределенных волоконно-оптических датчиков акустических воздействий на основе волоконных интерферометров для систем удалённого мониторинга протяжённых объектов, а также для улучшения характеристик существующих распределённых АВОД, в том числе, основанных на методе оптической рефлектометрии во временной области. Полученный в результате выполнения работы макет распределённого АВОД на основе ИС может применяться в качестве охранной системы на объектах длиной до 150 км.

Достоверность полученных результатов диссертационной работы основана на основана на использовании ранее разработанных методов проведения численного моделирования и экспериментов, представленных в отечественных и зарубежных источниках, и подтверждается согласованностью результатов экспериментальных исследований с теоретическими положениями и расчётными соотношениями, полученными в работе, а также с результатами численного моделирования.

Реализация и внедрение результатов исследований. Результаты диссертационной работы внедрены в рабочий процесс ПАО «МГТС» при выполнении пилотных тестирований распределённых волоконно-оптических датчиков для мониторинга дорожной обстановки и охраны критической инфраструктуры, что подтверждается соответствующим актом внедрения. Научные исследования в рамках диссертационной работы поддержаны грантом РНФ № 22-29-01577 «Создание комбинированной волоконно-оптической сенсорной системы с протяжённостью сенсорного участка более 100 км», а также проводились в рамках выполнения Государственного задания № FSFN-2029-0009 «Исследование и разработка прецизионных волоконно-оптических сенсорных систем для измерения абсолютных и относительных де-формаций, а также сейсмических и акустических полей, с использованием неселективных спектральных отражателей и фемтосекундных лазерных источников излучения». Основные результаты диссертационной работы использованы в учебном процессе кафедры лазерных и оптико-электронных систем МГТУ им.

H. Э. Баумана для актуализации лекционных занятий, домашних заданий и лабораторных работ в рамках дисциплины «Лазерные оптико-электронные приборы специального назначения» по направлению подготовки специалистов 12.05.01 «Оптико-электронные приборы и системы специального назначения».

Апробация работы. Основные результаты работы были представлены на 13 научно-технических конференциях:

I. VI международная школа-конференция по оптоэлектронике, фотонике и нанобиоструктурам «Saint Petersburg OPEN - 2019», г. Санкт-Петербург, 2019.

2. Международная конференция по фотонике, оптоэлектронике и электронным материалам «Saint Petersburg OPEN - 2019», г. Санкт-Петербург, 2019.

3. XIX международная конференция «International Conference Laser Optics (ICLO 2020)», г. Санкт-Петербург, 2020.

4. XXXI Международная конференция «Лазеры в науке, технике, медицине - 2020», г. Москва, 2020.

5. XXXII Международная конференция «Лазеры в науке, технике, медицине - 2021», г. Москва, 2021.

6. Всероссийская конференция по волоконной оптике «ВКВО - 2021», г. Пермь, 2021.

7. Международная конференция "Photonics and Electromagnetics Research Symposium (PIERS) 2021", Китай, г. Ханчжоу, 2021.

8. Всероссийская молодёжная конференция «Студенческая научная весна 2022», г. Москва, 2022.

9. XX международная конференция «International Conference Laser Optics (ICLO 2022)», г. Санкт-Петербург, 2022.

10. Международная конференция "Optical reflectometry, metrology and sensing (0RMS-2023)", г. Пермь, 2023.

11. Всероссийская конференция по волоконной оптике «ВКВО - 2023», г. Пермь, 2023.

12. Всероссийский форум «Наука будущего - наука молодых 2023», г. Орел, 2023.

13. XXI международная конференция «International Conference Laser Optics (ICLO 2024)», г. Санкт-Петербург, 2024.

Публикации. Основные результаты работы опубликованы в 15 научных работах, в том числе, 6 трудах, входящих в перечень ВАК РФ или международные базы цитирования Scopus и Web of Science: 3 статьи и 3 патента на изобретение.

Личный вклад автора заключается в разработке оригинальной схемы распределённого АВОД на основе двойного встречного ИС со спектральным разделением каналов, создании математических моделей протекающих в нём процессов и методик расчёта погрешности определения координат и измерения требуемой мощности источников и согласования их спектров, создании оригинального алгоритма обработки сигналов и новых способов устранения мёртвых зон, разработке лабораторных установок и проведении экспериментальных исследований основных параметров распределённого АВОД на основе двойного встречного ИС со спектральным разделением каналов. Содержание диссертационной работы и основные положения, выносимые на защиту, отражают персональный вклад автора в опубликованные работы. Во всех работах, выполненных в соавторстве, соискатель непосредственно участвовал в постановке задач, разработке методов их решения, получении, обработке и анализе результатов исследований. Все экспериментальные результаты, вошедшие в диссертационную работу, получены совместно с соавторами работ, опубликованных по теме диссертационной работы.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трёх глав, заключения, списка сокращений и условных обозначений, списка использованных источников из 160 библиографических описаний. Материал изложен на 220 страницах машинописного текста и содержит 93 рисунка, 29 таблиц, 138 формул.

В первой главе проведён анализ характеристик распределённых волоконно-оптических датчиков акустических воздействий на основе интерферометров: представлена классификация и научно обоснована наиболее перспективная схема на основе двойного встречного интерферометра Саньяка со спектральным разделением каналов.

Вторая глава посвящена разработке математической модели процесса формирования сигнала в распределённом АВОД на основе двойного встречного интерферометра Саньяка, и на её основе предложены эффективные способы

компенсации влияния мёртвых зон и оригинальный высокоточный алгоритм обработки данных, а также создана методика расчёта погрешности определения координат акустических воздействий на контур.

В третьей главе представлены результаты экспериментальных исследований разработанного макетного образца распределённого АВОД на основе двойного встречного интерферометра Саньяка. Представлено соответствие результатов численного моделирования и экспериментальных исследований характеристик разработанного распределённого АВОД.

В общих выводах и заключении сформулированы основные результаты, полученные в ходе проведения работы.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК РАСПРЕДЕЛЁННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ И ОБОСНОВАНИЕ СХЕМЫ НА ОСНОВЕ ДВОЙНОГО ВСТРЕЧНОГО ИНТЕРФЕРОМЕТРА САНЬЯКА

Современное состояние науки и техники обеспечивает интенсивное развитие АВОД. Они могут быть реализованы с применением разных принципов формирования оптического сигнала, но наиболее перспективными представляются распределённые АВОД на основе рефлектометров и интерферометров. За последние годы было предложено множество вариантов схем построения сенсорной части таких систем и алгоритмов обработки их сигналов, которые позволяют определять координату акустического воздействия с погрешностью до 10 м [16] и контролировать объекты протяжённостью до 150 км [15]. В связи с этим, возникает необходимость классификации распределённых АВОД по схеме построения сенсорной части и проведения анализа предложенных схем. Сравнение характеристик интерференционных АВОД с широко распространёнными распределёнными АВОД на основе рефлектометров позволит продемонстрировать преимущества интерферометрических датчиков и обосновать структурно-функциональную схему распределённого АВОД с требуемыми характеристиками.

1.1. Анализ обобщённой схемы распределённого волоконно-оптического датчика акустических воздействий

На сегодняшний день разработано большое количество схем построения распределённых АВОД на основе рефлектометров и интерферометров, причём принципы формирования сигнала и определения координаты различных типов таких датчиков отличаются и во многом зависят от характера решаемой задачи. Несмотря на многие уникальные особенности, различные распределённые АВОД можно представить в виде обобщённой структурно-функциональной схемы, что позволит выделить наиболее значимые их части и характеристики. Обобщённая

структурно-функциональная схема распределённого АВОД представлена на Рисунке 1.1. Распределённые АВОД состоят из компонентов, которые можно подразделить на несколько ключевых узлов: блок источников излучения, сенсорная часть на основе оптического волокна, по которому излучение распространяется и изменяет свои параметры под влиянием акустических воздействий, блок приёмников излучения, регистрирующих сигнал на выходе сенсорной части, устройство сбора данных, которое осуществляет преобразование электрических сигналов на выходе приёмников излучения для их последующей обработки на компьютере (ПК) в соответствии с заданным алгоритмом.

Блок Сенсорная часть Блок Устройство Устройство

источников приёмников —► сбора —> обработки

излучения излучения данных (АЦП) данных (ПК)

А

Акустическое воздействие

■> Оптический сигнал -*- Электрический сигнал

Рисунок 1.1. Структурно-функциональная схема распределённого АВОД.

Качество распределённого АВОД определяется его характеристиками. Для успешного решения задач высокоточного мониторинга протяжённых объектов необходимо обеспечить следующие основные технические характеристики: малую погрешность определения координаты источника акустического воздействия вдоль сенсорного волокна, наибольшую допустимую протяжённость контролируемой трассы (что определяется протяжённостью сенсорного оптического волокна), отсутствие мёртвых зон - участков сенсорного волокна, в пределах которых воздействие не может быть зарегистрировано. Помимо технических характеристик, определяемых, во многом, схемой АВОД, необходимо также выбрать или разработать алгоритм обработки сигналов датчика - методику обработки сигналов на выходе АВОД, позволяющую определять координату акустического воздействия на сенсор, или имеющую более широкий функционал, например, позволяющую производить распознавание типов акустических воздействий. Алгоритм обработки сигналов и схема АВОД взаимосвязаны: схема определяет вид сигналов, которые формируются на выходе, и от этого зависят основные этапы их

обработки для успешной регистрации воздействий. Помимо результативности алгоритма, важно обеспечить его быстродействие и возможность использования наименьших вычислительных ресурсов. Немаловажными характеристиками распределённого АВОД являются, также, доступность и невысокая стоимость оптических и оптико-электронных компонентов системы, и его невысокая стоимость в целом.

Можно выделить два основных метода формирования сенсорной части распределённых АВОД: рефлектометрический и интерферометрический. Рефлектометрический метод основан на анализе изменений параметров обратного рассеяния в сенсорном волокне. При интерферометрическом методе интерференция возникает между двумя когерентными пучками излучения, проходящими в сенсорном волокне в прямом направлении. Классификация распределённых АВОД по методу формирования сенсорной части представлена на Рисунке 1.2.

Схемы построения

сенсорной

части акустических

распределенных

ВОД

] 1

На основе рефлектометров

На основе интерферометров

£

На основе оптического когерентного рефлектометра

1

На основе фазочувствительного оптического рефлектометра

На основе На основе 1 )а основе

им ИМЦ ИС

Рисунок 1.2. Классификация распределённых АВОД по схеме построения сенсорной части.

Рассмотрим рефлектометрический и интерферометрический методы формирования сенсорной части распределённых АВОД для проведения анализа основных характеристик систем на их основе.

1.1.1 Рефлектометрический метод построения распределённых волоконно-оптических датчиков акустических воздействий

Для удалённого мониторинга протяжённых объектов широко применяются фазочувствительный оптический рефлектометр (^-OTDR) и фазочувствительный оптический рефлектометр с когерентным приёмом (c-OTDR). Принципиальные схемы этих двух рефлектометров представлены на Рисунках 1.3, 1.4.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Гриценко Татьяна Васильевна, 2025 год

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Удд Э. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников. М.: Техносфера. 2008. 520 с.

2. Zhirnov A. A. et al. Study of intra-chamber processes in solid rocket motors by liber optic sensors // Sensors. 2021. Vol. 21. № 23.Р. 7836.

3. Choban T. V. et al. Gas Tubine Vibration Monitoring via Fiber Optic Sensor // IEEE Xplore Proc. 2022 International Conference Laser Optics (ICLO). 2022. P. 1 - 1.

4. Гриценко Т. В. и др. Применение системы волоконно-оптических микрофонов для мониторинга режимов работы ракетных двигателей // Фотон-экспресс. 2023. T. 6. № 190. С. 310-311.

5. Чернуцкий А. О. Оптико-электронная система измерения температуры на основе распределённых волоконно-оптических датчиков: дис. ... канд. тех. наук.: 05.11.07. М. 2022. 155 с.

6. Таранов М. А. Волоконно-оптический низкокогерентный релеевский рефлектометр для распределённых измерений относительной деформации и температуры: дис. ... канд. физ.-мат. наук.: 01.04.03. Фрязино. 2021. 153 с.

7. Ягодников Д. А. и др. Применение волоконно-оптических датчиков на основе Брэгговских решеток при исследовании напряженнодеформированного состояния кольцевых, трубчатых образцов и баллонов давления из органопластика» // Конструкции из композиционных материалов. 2024. Т. 2. № 174. С. 47-57.

8. Kozii R. R. et al. Cryothermal Setup for Arctic Fiber Bragg Grating Tilt Sensors Investigation // IEEE Xplore Proc.of2024 International Conference Laser Optics (ICLO). 2024. P. 1-1.

9. Gritsenko T. V. et al. Application of Fiber Bragg Gratings for Composite Rocket Engine Housings Monitoring. // IEEE Xplore Proc. of2024 International Conference Laser Optics (ICLO). 2024. P. 1-1.

10. Gritsenko T. V. et al. Distributed Strain Sensor Based on Double-Wavelength phi-OTDR // IEEE Xplore Proc. of 2024 International Conference Laser Optics (ICLO). 2024. P. 1 - 1.

11. Udd E. Fiber-optic acoustic sensor based on the Sagnac interferometer // Proc. SPIE 0425: Single Mode Optical Fibers. 1983. Vol. 0425.

12. Hoffman P.R., Kuzyk M.G. Position determination of an acoustic burst along a Sagnac interferometer // J. Lightwave Technol. 2004. Vol. 22. №2. Р. 494-498.

13. Esmail M. A. et al. Sagnac loop based sensing system for intrusion localization using machine learning // Photonics. 2022. Vol. 9. № 5. P. 275.

14. Hu Y. et al. An asymmetrical dual Sagnac distributed fiber sensor for high precision localization based on time delay estimation // J. Lightw. Technol. 2021. Vol. 39. № 21. P. 6928 - 6933.

15. Huang J. et al. A 150 km distributed fiber-optic disturbance location sensor with no relay based on the dual-Sagnac interferometer employing time delay estimation // Opt. Commun. 2021. Vol. 57. № 2. P. 027104.

16. Wang Y. et al. A comprehensive study of optical fiber acoustic sensing // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 85821-85837.

17. Hartog A. An introduction to distributed optical fibre sensors. Boca Raton: CRC Press. 2017. 470 p.

18. Тимофеев А. В. Сравнение различных подходов к мультиклассовому слиянию информации в C-OTDR системах для удаленного мониторинга протяженных объектов // Научно-тех. вестник инф. технол., механ. и опт. 2015. Т. 15, №2 1. С. 121 - 129.

19. Lalam N. et al. Pilot-scale testing of natural gas pipeline monitoring based on phase-OTDR and enhanced scatter optical fiber cable // Sci. Rep. 2023. Vol. 13. P. 14037.

20. Meng H. et al. Research on Recognition Method of Railway Perimeter Intrusions Based on Ф-OTDR Optical Fiber Sensing Technology // IEEE Sensors Journal. 2021. Vol. 21. № 8. P. 9852-9859.

21. Zhirnov A. A. et al. Fiber-optic telecommunication network wells monitoring by phase-sensitive optical time-domain reflectometer with disturbance recognition // 2023. Sensors. Vol. 23. №10. P. 4978.

22. Gritsenko T. V. et al. Optical Fiber Sensor for Real-Time Monitoring of Industrial Structures and Application to Urban Telecommunication Networks // Proc. 2023 IEEE International Conference on Metrology for eXtended Reality, Artificial Intelligence and Neural Engineering (MetroXRAINE). 2023. P. 383-388.

23. Степанов К. В. и др. Высокоскоростной измеритель длины волны для повышения качества измерения сигнала фазочувствительного рефлектометра // Тез. докл. XXXI Междун. конф. «Лазеры в науке, технике, медицине». Москва. 2019. С. 99-101.

24. Choban T. V. et al. Compensation of Wavelength Instability in Ф -OTDR with Weak Fiber Bragg Gratings // IEEE Xplore Proc. of2022 International Conference Laser Optics (ICLO). 2022. Р. 1-1.

25. Гриценко Т. В. и др. Измеритель длины волны лазерных источников на основе фазочувствительного рефлектометра со слабоотражающими волоконными брэгговскими решётками // Фотон-экспресс. 2023. Т. 6. № 190. С. 286-287.

26. Gritsenko T. V. et al. Experimental tests of a wavemeter based on phi- OTDR with thermally stabilized weak FBGs // IEEE Xplore Proc. of 2024 International Conference Laser Optics (ICLO). 2024. Р. 1-1.

27. Патент № 2730887 C1 Российская Федерация, G01H 9/00 (2006.01). Волоконно-оптическое устройство регистрации вибрационных воздействий с восстановлением фазы с уменьшением влияния нестабильностей регистрирующего интерферометра: № 2019142777 заявл. 19.12.2019: опубл. 26.08.2020 / Пнев А. Б., Степанов К. В., Жирнов А. А., Чернуцкий А. О., Шелестов Д. А. Кошелев К. И., Чобан Т. В., Карасик В. Е., заявитель Степанов К. В.

28. Жирнов А. А. Фазочувствительный рефлектометр на основе перестраиваемого по частоте излучения твердотельного иттербий-эрбиевого лазера: дис. ... канд. тех. наук.: 05.11.07. М. 2019. 151 с.

29. Степанов К. В. Волоконно-оптическая сенсорная система с повышенной акустической чувствительностью на основе фазочувствительного рефлектометра: дис. . канд. тех. наук.: 05.11.07. М. 2021. 130 с.

30. Choban T.V. et al. Ф-OTDR based on tunable Yb-Er:phosphate glass laser // J. Phys. Conf. Ser. 2019. Vol. 1410. №1. p. 012108.

31. Сверчков С. Е. 1.5 мкм иттербий-эрбиевые лазеры с диодной накачкой -элементная база и генерационные возможности: дис. ... док. физ-мат. наук.: 01.04.21. М. 2005. 238 с.

32. Svelto C. et al. Uncertainty Evaluation in Knife-Edge Laser Spot-Size Measurements for Industrial Applications // Proc. 2023 IEEE International Conference on Metrology for extended Reality, Artificial Intelligence and Neural Engineering (MetroXRAINE). 2023, P. 335-340.

33. Патент № 2824433 C1 Российская Федерация, G01D 5/353 (2006.01). Волоконно-оптическое устройство регистрации вибрационных воздействий с основанной на внутриволоконных интерферометрах компенсацией нестабильности длины волны: № 2023127054: заявл. 18.10.2023: опубл. 07.08.2024 / Гриценко Т. В., Жирнов А. А., Степанов К. В., Чернуцкий А. О., Хан Р. И., Кошелев К. И., Карасик В. Е., Пнев А. Б., Бутов О. В., Лопунов А. И., заявитель Гриценко Т. В.

34. Peng F. et al. Ultra-long high-sensitivity Ф-OTDR for high spatial resolution intrusion detection of pipelines // Opt. Express. 2014. Vol. 22. №11. P. 13804.

35. Stepanov K.V. et al. Spatial resolution improvement for phi-OTDR sensors via weak fiber Bragg gratings // IEEE Xplore Proc. XIX International Conf. Laser Opt. St. Petersburg. 2020. P. 148.

36. Кошелев К. И. и др. Установка для измерения акустической чувствительности волоконно-оптических кабелей на основе слабоотражающих волоконных брэгговских решёток // Фотон-Экспресс-Наука. 2021. Т. 6. С. 227-228.

37. Zhirnov A. A. et al. Setup for Acoustic Sensitivity Measurements of Fiber Optic Cables Based on Weak FBGs // IEEE Xplore Proc. of2022 International Conference Laser Optics (ICLO). 2022. P. 1-1.

38. Song M. et al. 151-km single end phase-sensitive optical time-domain reflectometer assisted by optical repeater // Opt. Eng. 2018. Vol. 57. №2. P. 027104.

39. Wang Z. et al. 175 km phase-sensitive OTDR with hybrid distributed amplification // Proc. SPIE. 2014. Vol. 9157. P. 1562-1565.

40. Liu K. et al. Interferometer-based distributed optical fiber sensors in long-distance vibration detection: a review // IEEE Sensors Journal. 2022. Vol. 22. № 22. P. 21428-21444.

41. Choban T.V. et al. Vibration Influence on Wavelength Stability of Solid-State Yb,Er:phosphate Glass Laser // IEEE Xplore Proc. XIX International Conf Laser Opt. St. Petersburg. 2020. P. R1-39.

42. Xie S. et. al. Positioning error prediction theory for dual Mach-Zehnder interferometric vibration sensor // J. Lightw. Technol. 2011. Vol. 29. № 3. P. 362-368.

43. Liang S. et al. Influences of semiconductor laser on fibre-optic distributed disturbance sensor based on Mach-Zehnder interferometer // Chin. Phys. B. 2010. Vol. 19. №2 12. P. 124217.

44. Zhang Z. et al. Enlarging the frequency dynamic range of DMZI sensors based on the switching control feedback system // Appl. Opt. 2022. Vol. 61. № 9. P. 8792 - 8798.

45. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика: Пер. с англ. М.: Мир. 1996. 323 с.

46. Shimizu T. Evaluation methods and requirements for the stimulated Brillouin scattering threshold in a single-mode fiber // Optical Fiber Technology. 2008. Vol. 14. P. 10 - 15.

47. Скляров О. К. Современные волоконно-оптические системы передачи. Аппаратура и элементы. М.: Солон-Р. 2001. 237 с.

48. Pan L. et al. An improved polarization compensation method for interferometric fiber-optic intrusion sensors // IEEE Photon. Technol. Lett. 2017. Vol. 29. № 10. P. 834-837.

49. Ding Z. et al. Polarization errors suppression in distributed perturbation sensor based on dual Mach-Zehnder interferometer // Proc. SPIE. 2011. Vol. 8201. P. 153-159.

50. Feng H. et al. Phase distortion analysis and passive demodulation for pipeline safety system based on Jones matrix modeling // Measurement. 2011. Vol. 44. № 9. P. 1531 - 1538.

51. Q. Chen et al. An elimination method of polarization-induced phase shift and fading in dual Mach-Zehnder interferometry disturbance sensing system // J. Lightw. Technol. 2013. Vol. 31. № 19. Р. 3135-3141.

52. Tu D. et al. Ultra long distance distributed fiber-optic system for intrusion detection // Proc. SPIE Advanced Sensor Systems and Applications V. 2012. Vol. 8561. P. 354 - 359.

53. Huang Y. et al. A modulated positioning scheme for asymmetric vibration sensor using high-frequency carrier // Optics and Lasers in Engineering. 2023. Vol. 160. P. 107302.

54. Sun Q. et al. Distributed disturbance sensor based on a novel Mach-Zehnder interferometer with a fliberloop // Proc. SPIE Advanced Laser Technologies. 2005. Vol. 6344. P. 114-120.

55. Shan S. et al. Leakage detection of oil pipeline using distributed fiber optic sensor // Proc. SPIE International Conference on Smart Materials and Nanotechnology in Engineering. 2007. Vol. 6423. P. 451-456.

56. Song Q. et al. A novel weak-scattering Michelson interferometer based on PBS for long-distance disturbance localization // J. Lightwave Technol. 2020. Vol. 38, .№6. P. 1543 - 1548.

57. Huang J. et al. Distributed fiber-optic sensor for location based on polarization-stabilized dual-Mach-Zehnder interferometer // Opt. Express. 2020. Vol. 28, №17. P. 24820 - 24832.

58. Sun Q. et al. Distributed fiber-optic vibration sensor using a ring Mach-Zehnder interferometer // Opt. Commun. 2008. Vol. 281. P. 1538-1544.

59. Huang T. et al. Event discrimination of fiber disturbance based on filter bank in DMZI sensing system // IEEE Photon. J. 2016. Vol. 8, №3. P. 7100814.

60. Ma C. et al. Long range distributed fiber vibration sensor using an asymmetric dual Mach-Zehnder interferometers // J. Lightwave Technol. 2015. Vol. 34, №9. P. 1-5.

61. Xie S. et al. Positioning Error Prediction Theory for Dual Mach-Zehnder Interferometric Vibration Sensor // J. Lightwave Technol. 2001. Vol. 29, №3. P. 362-368.

62. S. Liang et al. Influences of semiconductor laser on fibre-optic distributed disturbance sensor based on Mach-Zehnder interferometer // Chin. Phys. B. 2010. vol. 19. №2 12. P. 124217.

63. Tu D. et al. Ultra long distance distributed fiber-optic system for intrusion detection // Proc. SPIE Advanced Sensor Systems and Applications V. 2012. Vol. 8561. P. 354-359.

64. Morosi J. et al. Coherent fiber-optic sensor for vibration localization // Proc. Fotonica AEIT Italian Conf. Photon. Technol. 2014. P. 1-14.

65. Q. Chen et al. An improved positioning algorithm with high precision for dual Mach-Zehnder interferometry disturbance sensing system // J. Lightw. Technol. 2015. Vol. 33. № 10. P. 1954-1960.

66. Huang X. et al. Highefficiency endpoint detection in optical fiber perimeter security // J. Lightw. Technol. 2016. Vol. 34. № 21. P. 5049-5055.

67. Ma C. et al. A continuous wavelet transform based time delay estimation method for long range fiber interferometric vibration sensor // J. Lightw. Technol. 2016. Vol. 34. № 16. P. 3785-3789.

68. Jiang J. et al. A fast positioning algorithm for the asymmetric dual Mach-Zehnder interferometric infrared fiber vibration sensor // Infr. Phys. Technol. 2017. Vol. 85. P. 359-363.

69. Liu K. et al. An S-transform-based positioning method for asymmetric interferometer disturbance sensors // J. Lightw. Technol. 2019. Vol. 37. № 13. P. 3201-3207.

70. Wu H. et al. Feature extraction and identification in distributed optical-fiber vibration sensing system for oil pipeline safety monitoring // Photon. Sensors. 2017. Vol. 7. № 4. P. 305-310.

71. Sun Z. et al. Variational mode decomposition-based event recognition in perimeter security monitoring with fiber optic vibration sensor // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 182580 - 182587.

72. Zhang W. et al. Intrusion location method of distributed fiber optic for oil and gas gathering pipelines // Proc. 5th Symp. Novel Optoelectron. Detection Technol. Appl. 2019. P. 322-327.

73. Gao F. et al. Research on online monitoring system of submarine cable based on bidirectional Mach-Zehnder interferometer // Proc. Int. Conf. Optoelectron. Microelectron. Technol. Appl. 2020. P. 584-589.

74. Ho H.-R. et al. Modified dual Mach-Zehnder interferometers with new locating algorithm for intrusion detection // Opt. Exp. 2021. Vol. 29. № 21. P. 34341-34359.

75. Sun Z. et al. High accuracy and real-time positioning using MODWT for long range asymmetric interferometer vibration sensors // J. Lightw. Technol. 2021. Vol. 39. № 7. P. 2205 - 2214.

76. Meng X. et al. Distributed optical fiber sensing system based on bidirectional sensing structure and filtering effect of unbalanced Mach-Zehnder interferometer // Opt. Commun. 2022. Vol. 506. P. 127542.

77. Stepanov K.V. et al. Instability Compensation of Recording Interferometer in Phase-Sensitive OTDR // Sensors. 2024. Vol. 24. P. 3338.

78. Yan Y. et al. Unidirectional ultra-long distributed optical fiber sensor // IEEE Photon. J. 2021. Vol. 13. № 4. P. 1-7.

79. Yan Y. et al. Forward transmission based ultra-long distributed vibration sensing with wide frequency response // J. Lightw. Technol. 2021. Vol. 39. № 7. P. 2241 - 2249.

80. Chen Q. et al. A distributed fiber vibration sensor utilizing dispersion induced walkoff effect in a unidirectional Mach-Zehnder interferometer // Opt. Express. 2014. Vol. 22. №3. P. 2173.

81. Ma Y. et al. MI-SI based distributed optical fiber sensor for no-blind zone location and pattern recognition // J. Lightwave Technol. 2022. Vol. 40. №9. P. 3022-3030.

82. Spammer J., Swart L., Chtcherbakov A. Merged Sagnac-Michelson Interferometer for Distributed Disturbance Detection // J. Lightwave Technol. 1997. Vol. 15. №6. P. 972-976.

83. Kondrat M. et al. A Sagnac-Michelson fiber optic interferometer: Signal processing for disturbance localization // Opto-Electron. Rev. 2007. Vol. 15, №3. P. 127 - 132.

84. Song Q. et al. Improved localization algorithm for distributed fiber-optic sensor based on merged Michelson-Sagnac interferometer // Opt. Express. 2020. Vol. 28, №5. P. 7207 - 7220.

85. Hong X. et al. Dual Michelson interferometers for distributed vibration detection // Appl. Opt. 2011. Vol. 50. № 22. P. 4333 - 4338.

86. Wang G. et al. Dual-wavelength Michelson interferometer employing time delay estimation for distributed disturbance location // Optical Fiber Technology. 2020. Vol. 56. P. 102181.

87. Kizlik B., Nichoga V., Dub P. Group velocity and dispersion coefficient in the distributed sensor of vibration in fibre optic Michelson's interferometer configuration // Proc. Int. Workshop Intell. Data Acquisition Adv. Comput. Syst. Technol. Appl. 2001. P. 242-245.

88. Ma P. et al. Distributed single fiber optic vibration sensing with high frequency response and multi-points accurate location // Opt. Lasers Eng. 2020. Vol. 129. P. 106060.

89. Krakenes K. Sagnac interferometer for underwater sound detection: noise properties // Opt. Lett. 1989. Vol. 14. №20. P. 1152-1154.

90. Franciscangelis C. et al. Real-time distributed fiber microphone based on phase-OTDR // J. Opt. Soc. Am. 2016. Vol. 24. P. 29597-29602.

91. Yin S. et al. Ultra-Low Frequency Vibration Sensing in Long-Distance PhaseSensitive OTDR Using CEEMDAN // J. of Lightwave Technol. 2024. Vol. 42. № 17. Р. 6124 - 6132.

92. Чобан Т.В. и др. Распределённый волоконно-оптический датчик вибрации на основе интерферометра Саньяка // Тез. докл. XXXI Междун. конф. «Лазеры в науке, технике, медицине». Москва. 2020. С. 99-104.

93. Чобан Т. В. и др. Влияние источников излучения на шумы сигнала в распределённом волоконно-оптическом сенсоре на основе интерферометра Саньяка // Фотон-Экспресс-Наука. 2021. Т. 6. С. 260-261.

94. Zhirnov A.A. et al. Distributed Acoustic Sensor Using a Double Sagnac Interferometer Based on Wavelength Division Multiplexing // Sensors. 2022. Vol. 22. P. 2772.

95. Yuan W. et al. Fiber Optic Line-Based Sensor Employing Time Delay Estimation for Disturbance Detection and Location // Journal of Lightwave Technology. 2014. Vol. 32. №2 5. P. 1032-1037.

96. Wang Y. et al. Distributed acoustic sensor based on improved minimum control recursive average algorithm // Optical Fiber Technology. 2019. Vol. 50. P. 125-131.

97. McAulay A. D., Wang J. A Sagnac interferometer sensor system for intrusion detection and localization // Proc. SPIE Enabling Photonic Technologies for Aerospace Applications VI. 2004. Vol. 5435.

98. Wu D.-F., Zhang T.-Z., Jia B. Modified Sagnac interferometer for distributed disturbance detection // Microw. Opt. Technol. Lett. 2008. Vol. 50. № 6. P. 1608-1610.

99. Guo J. et al. A vibration monitoring system based on Sagnac interferometer with a novel algorithm // Proc. SPIE. Advanced Sensor Systems and Applications X 2020. Vol. 11554. P. 126-133.

100. Lv J. et al. Location method of Sagnac distributed optical liber sensing system based on CNNs ensemble learning // Opt. Laser Technol. // 2021. Vol. 138. P. 106841.

101. Pi S. et al. A novel linear Sagnac interferometer in position determination of perturbations // Proc. SPIE Interferometry XVII. 2014. Vol. 9203. P. 264-269.

102. Fang N. et al. Walking intrusion signal recognition method for fiber fence system // Opt. Sensors and Biophotonics. 2009. Vol. 7634. P. 76341C-2.

103. Huang S.-C. et al. Fiber optic in-line distributed sensor for detection and localization of the pipeline leaks // Sens. Actuators Phys. 2007. Vol. 135. № 2. Р. 570-579.

104. Чобан Т.В. и др. Распределённый датчик акустических воздействий на основе интерферометра Саньяка с опросом по методу «нулевых частот» // Фотон-Экспресс. 2021. Т.2. №170. С. 14-17.

105. Wang H. et al. Improved location algorithm for multiple intrusions in distributed Sagnac fiber sensing system // Opt. Express. 2014. Vol. 22. Р. 7587-7597.

106. Wang H. et al. Multi-point location algorithm for distributed optical fiber disturbances detection system // Proc. SPIE The International Society for Optical Engineering. 2013. Vol. 8924. P. 173-176.

107. Wei P., Shan X., Sun X. Frequency response of distributed fiberoptic vibration sensor based on nonbalanced Mach-Zehnder interferometer // Opt. Fiber Technol. 2013. Vol. 19. № 1. P. 47-51.

108. Pi S.-H. et al. Multi-resolution intrusion localization algorithm through cepstrum in distributed fiber optic Sagnac interferometer // Acta Phys. Sinica. 2016. Vol. 65. № 4. P. 1-15.

109. Wu H., Wang J., Jia B. Parametric modeling in distributed optical fiber vibration sensing system for position determination // Opt. Eng. 2016. Vol. 55. № 4. P. 046104.

110. Lai M. et al. Ultra-long distance distributed intrusion detecting system assisted with in-line amplification // IEEE Photon. J. 2017. Vol. 9. № 2. P. 6801810.

111. Mi Q. et al. Study of compensation demodulation method for fold Sagnac interferometer used in distributed disturbance sensing // Opt. Eng. 2017. Vol. 56. №2 11. Р. 1.

112. Wang Y. et al. Optical fiber vibration sensor using chaotic laser // IEEE Photon. Technol. Lett. 2017. Vol. 29. №2 16. P. 1336-1339.

113. Ye Z., Li C., Wang C. Ultra-long-distance distributed optic fiber vibration sensing system without an in-line repeater // Appl. Opt. 2019. Vol. 58. № 13. P. 3426-3431.

114. Li P. et al. Sagnac vibration sensing system with nested pulse method // J. Lightw. Technol. 2021. Vol. 39. №2 5. P. 1550-1556.

115. Mi Q., Yu H., Xiao Q. A self-tracking phase retrieval algorithm used in distributed disturbance sensing // Microw. Opt. Technol. Lett. 2021. Vol. 63. № 5. P. 1382 - 1388.

116. Wu J. et al. Intrusion location technology of Sagnac distributed fiber optical sensing system based on deep learning // IEEE Sensors J. 2021. Vol. 21. № 12. P. 13327 - 13334.

117. Pi S. et al. Intrusion localization algorithm based on linear spectrum in distributed Sagnac optical fiber sensing system // Opt. Eng. 2015. Vol. 54. № 8. P. 085105.

118. Xie S. et al. Positioning error prediction theory for dual Mach-Zehnder interferometric vibration sensor // J. Lightw. Technol. 2011. Vol. 29. № 3. P. 362-368.

119. Omori T., Hashimoto K.-Y., Yamaguchi M. A position-detectable optical distributed vibration sensor using an additional sub-loop // IEEE Sensors. 2004. Vol. 2. P. 583 - 586.

120. Gregory L. et al. Stimulated Brillouin scattering of pulses in optical fibers. // Optics Express. 2014. Vol. 22. № 11. P. 13351-13365.

121. Yu Z. et al. Distributed optical fiber vibration sensors based on unbalanced Michelson interferometer and PGC demodulation // J. Opt. 2021. Vol. 50. № 1. P. 1-6.

122. Ma P. et al. Distributed single fiber optic vibration sensing with high frequency response and multi-points accurate location // Opt. Lasers Eng. Vol. 129. P. 106060.

123. Wang Y. et al. Distributed optical fiber vibration sensor using generalized cross-correlation algorithm // Measurement. 2019. Vol. 144. P. 58-66.

124. Wang Y. et al. Distributed acoustic sensor based on improved minimum control recursive average algorithm // Opt. Fiber Technol. 2019. Vol. 50. P. 125-131.

125. Zhang G. et al. Dual-Sagnac Optical Fiber Sensor Used in Acoustic Emission Source Location // Proc. IEEE Xplore, Cross Strait Quad-Regional Radio Science and Wireless Technol. Conf. 2011. Vol. 2. P. 1598-1602.

126. Hang L. et al. Novel distributed optical fiber acoustic sensor array for leak detection // Opt. Eng. 2008. Vol. 47, №5. P. 054401.

127. Ruan L., He C., Wua B. Security monitoring system based on a line structure Sagnac interferometer with 3x3 coupler // Opt. Eng. 2016. Vol. 55. №6. P. 064108.

128. Yuan, W. et al. Fiber optic line-based sensor employing time delay estimation for disturbance detection and location. // J. Lightwave Technol. 2014. Vol. 32. P. 1032-1037.

129. Xu W. et al. Fiber-optic distributed sensor based on a sagnac interferometer with a time delay loop for detecting timevarying disturbance // Microw. Opt. Technol. Lett. 2009. Vol. 51. № 11. Р. 2564-2567.

130. Fang X. Fiber-optic distributed sensing by a two-loop Sagnac interferometer // Opt. Lett. 1996. Vol. 21. № 6. Р. 444-446.

131. Russell S., Brady K., Dakin J. Real-time location of multiple time-varying strain disturbances, acting over a 40-km fiber section, using a novel dual-Sagnac interferometer // J. Lightwave Technol. 2001. Vol. 19. № 2. Р. 205-213.

132. Hai-Qiang M., Jian-Ling Z., Ling-An W. A dual-loop Sagnac interferometer // Chinese Phys. B. 2009. Vol. 18. № 7. Р. 2801.

133. Teng F. et al. Optimized localization algorithm of dual-Sagnac structure-based fiber optic distributed vibration sensing system // Opt. Express. 2021. Vol. 9. № 26. Р. 13696 - 19705.

134. Teng F. et al. Distributed fiber optics disturbance sensor using a dual-Sagnac interferometer // Opt. Lett. 2019. Vol. 44, № 20. Р. 5101-5103.

135. Hu Y. et al. An asymmetrical dual Sagnac distributed fiber sensor for high precision localization based on time delay estimation // J. Lightwave Technol. 2021. Vol. 39, № 21. Р. 6928.

136. Трещиков В. Н. и др. Достижения и перспективы отечественных DWDM-систем связи // Photonics Russia. 2022. Vol. 16. P. 564-583.

137. Choban T. V. et al. A Distributed Acoustic Sensor Based on Dual-Sagnac Interferometer with Counter Loops // IEEE Xplore Proc. of Photonics and Electromagnetics Research Symposium (PIERS). 2021. P. 2922-2928.

138. Горбашова М. и др. Компенсация неравномерностей спектра DWDM-сигнала в много пролетных линиях связи // Last Mile Russia. 2022. Vol. 102. P. 58-62.

139. Патент № 2752686 C1 Российская Федерация, G01H 9/00 (2006.01), G01D 5/353 (2006.01). Основанный на интерферометре Саньяка распределённый датчик регистрации вибрационных воздействий с повышенной точностью определения координаты воздействия: № 2020144053: заявл. 29.12.2020: опубл. 29.07.2021 / Жирнов А. А., Чобан Т. В., Степанов К. В., Чернуцкий А. О., Хан Р. И., Кошелев К. И., Карасик В. Е., Пнев А. Б., заявитель Жирнов А. А.

140. Мосягин Г.М. Немтинов В.Б. Лебедев Е.Н. Теория оптико-электронных систем. - М.: Машиностроение. 1990. - 432 с.

141. Mangmeng C. et. al Performance analysis of distributed optical fiber acoustic sensors based on ф-OTDR // Optics express. 2019. Vol. 27. № 7. P. 34-46.

142. Чобан Т. В. Распределенный волоконно-оптический акустический датчик на основе интерферометра Саньяка с регистрацией воздействия по пороговому уровню сигнала // Политехнический Молодежный Журнал МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2021. Т. 9. № 62. С. 1-10.

143. Lyu C. et al. Distributed optical fiber sensing intrusion pattern recognition based on GAF and CNN // J. Lightw. Technol. 2020. Vol. 38. №№ 15. P. 4174-4182.

144. Lyu C. et al. Identification of Intrusion Events Based on Distributed Optical Fiber Sensing in Complex Environment // IEEE Internet of Things Journal. 2022. Vol. 9. № 23. P. 24212-24220.

145. Lv J. at al. Location method of Sagnac distributed optical fiber sensing system based on CNNs ensemble learning // Opt. Las.Technol. 2021. Vol. 138. P. 106842.

146. Wu H., Wang J., Jia B. Parametric modeling in distributed optical fiber vibration sensing system for position determination // Opt. Eng. 2016. Vol. 55. № 4. P. 046104.

147. Liu K. et al. A combined events recognition scheme using hybrid features in distributed optical fiber vibration sensing system // IEEE Access. 2019. Vol. 7. P. 105609 - 105616.

148. Wu J. et al. Intrusion location technology of Sagnac distributed fiber optical sensing system based on deep learning // IEEE Sensors J. 2021. Vol. 21. №2 12. P. 13327 - 13334.

149. Quazi A. An overview on the time delay estimate in active and passive systems for target localization // IEEE Transactions on acoustics, speech, and signal processing. 1981. Vol. 29. № 3. P. 527-533.

150. Woodward P. M. Probability and information theory, with applications to radar. Oxford: Pergamon Press. 1964.136 p.

151. Orlova M.V. et al. Investigation of the optimal parameters of the distributed fiber microphone circuit based on ф-OTDR for speech recognition // Instrum. Exp. Tech. 2023. Vol. 66. P. 832-836.

152. Берников Б.О., Карасик В.Е., Бокшанский В.Б. Метод повышения точности измерения фазовых лазерных дальномеров // Решетневские чтения. 2011. № 15.

153. Beiyi W. et. al Phase-unwrapping approach based on dual-frequency analog structured light // Opt. commun. 2017. Vol. 382. P. 272-280.

154. Choban T. V. et al. Sensitivity of Distributed Acoustic Sensor Based on Sagnac Interferometer // IEEE Xplore Proc. of2022 International Conference Laser Optics (ICLO). 2022. P. 01-01.

155. Gritsenko T.V. et al. Study of sensitivity distribution along the contour of a fiberoptic sensor based on a Sagnac interferometer // Instrum. Exp. Tech. 2023. Vol. 66. P. 788-794.

156. Гриценко Т. В. и др. Устранение мёртвых зон в распределённом волоконно-оптическом акустическом датчике на основе интерферометра Саньяка // Тез. докл. XXXI Междун. конф. «Лазеры в науке, технике, медицине». Москва. 2022. С. 197-200.

157. Игуменов А. и др. Оптическая стабилизация усилителей мощности для ВОЛС // Last Mile Russia. 2024. Vol. 118. P. 56-61.

158. Левитский Н. И. Теория механизмов и машин - М.: Главная редакция физико-математической литературы издательства «Наука». - 1979. - 576 с.

159. Григорьев А.Ю., Григорьев К.А., Малявко Д.П. Соударение тел: Учеб.-метод. пособие. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 43 с.

160. Gritsenko T.V. et al. Detection and recognition of voice commands by a distributed acoustic sensor based on phase-sensitive OTDR in the smart home concept // Sensors. 2024. Vol. 24. P. 2281.