Интенсивность обратного рассеяния в системе OTDR

Интенсивность обратного рассеяния в системе OTDR, описываемая уравнением, пропорциональна коэффициенту обратного рассеяния r(z). Если r(z) зависит от измеряемой величины, то появляется возможность выполнять распределенные измерения. Как правило, величина r(z) одинакова по всей длине волокна и в незначительной степени зависит от внешних возмущений, таких как изгибы под воздействием бокового давления и пр. Однако коэффициент обратного рассеяния зависит от температуры: в волокнах с твердой сердцевиной этот эффект проявляется чрезвычайно слабо, поскольку микроскопические изменения показателя преломления сердцевины, которые вызывают эффект, по существу, зафиксированы на месте. Но вот в жидкостях коэффициент рэлеевского рассеяния и показатель преломления, как правило, в существенно большей степени зависят от температуры. Измерение температуры, основанное на использовании тепловой зависимости рассеяния в волокнах с жидкой сердцевиной, было продемонстрировано разработчиками Саутгемптонского университета (Англия) еще в самом начале исследований, связанных с распределенными измерениями. Хотя было показано, что эта система имеет разрешение по температуре, равное ~ ±0,5 °С, и пространственное разрешение 1 м, существует несколько причин, препятствующих использованию волокон с жидкой сердцевиной. Из-за теплового расширения жидкости, ограничивающего рабочий диапазон температуры, и зависимости числовой апертуры волокна от температуры такие волокна не пригодны для использования в большинстве практических приложений.

Для таких приложений, как оптические усилители и волоконные лазеры, были разработаны специальные волокна, активированные редкоземельными элементами; также были продемонстрированы распределенные датчики температуры, основанные на зависимости поглощения в таких волокнах от температуры. В частности, оказалось, что волокна, активированные неодимом и гольмием, пригодны для использования в распределенных системах измерения температуры. В этих волокнах полосы сильного поглощения, связанные с активирующими примесями, при увеличении температуры расширяются и слегка сдвигаются в сторону длинных волн, что демонстрирует показанный спектр оптических потерь волокна, активированного гольмием.

См. также:  Магнитострикционные датчики

Таким образом, для распределенного измерения температуры можно использовать измерение методом OTDR пространственных колебаний потерь в волокне при длинах волн, близких к границе полосы поглощения. В продемонстрированной системе, основанной на низком уровне активации Nd3″1″ (5 промилле), при распределенном измерении температуры была достигнута точность 2 °С и пространственное разрешение ~ 15 м.