Чувствительные отражательные элементы

Основным ограничением для такого типа систем, зависящих от потерь, основанных на обратном рассеянии, является то, что затухание накапливается; таким образом, уровни излучения на наиболее удаленных датчиках зависят от измеряемой величины на каждом из датчиков вдоль волокна. Это формирует повышенные требования к динамическому диапазону системы регистрации OTDR и ограничивает количество датчиков, которое может использоваться в практических системах.

Частично эту проблему можно разрешить, используя в квазираспределенных измерительных системах чувствительные отражательные элементы. Чувствительные отражательные элементы напрямую обеспечивают обратный сигнал, пропорциональный измеряемой величине в месте расположения каждого чувствительного элемента; и этот сигнал намного сильнее сигналов, создаваемых фундаментальным рэлеевским обратным рассеянием в волокне, соединяющем чувствительные фрагменты, используемые в схеме, описанной выше. Для таких приложений, как измерение положения (смещения), разработаны световозвращающие чувствительные отражательные элементы, которые могут быть введены в непрерывное волокно путем изгиба волокна в каждом местоположении датчика. Схематически показан такой тип чувствительных элементов. Излучение, которое покидает волокно на крутом изгибе, снова запускается в волокно при помощи отражающего в обратном направлении материала и распространяется обратно. Поскольку эффективное отражение каждого элемента чувствительно к смещению отражающей в обратном направлении поверхности, при соответствующем подборе средств преобразования таким способом могут быть измерены температура, давление сила и т. д. Показан другой подход к построению отражательного датчика, основанный на изменении отражательной способности Френеля от перпендикулярной границы между волокном и внешней средой с переменным (т. е. температурно-зависимым) показателем преломления. При такой схеме принимающее волокно располагают под таким углом, чтобы воспрепятствовать нежелательным многократным отражениям между двумя торцевыми поверхностями волокна.

Сравнение с датчиками, основанными на потерях/обратном рассеянии, показывает, что при использовании чувствительных отражательных элементов допустимо включение большего количества измерительных узлов в квазираспределенную систему датчиков. Это обусловлено изначально обособленной сущностью сигнала, возвращаемого из каждого местоположения датчика в выход OTDR. Для примера рассмотрим квазираспределенную систему, состоящую из 40 отражательных чувствительных элементов с максимальным коэффициентом отражения 0,5% (в диапазоне от 0 до 0,5%) и односторонними избыточными потерями 0,1 дБ.

См. также:  Феноменологическое описание поляризации и запаздывания