Source: http://opticjourn.ru/vipuski/1728-opticheskij-zhurnal-tom-85-07-2018.html
Timestamp: 2019-04-23 11:01:33+00:00

Document:
A novel vibration sensing system based on the distributed weak fiber Bragg gratings has been demonstrated which can solve the drawbacks of the conventional methods used in optical fiber sensing networking, such as the insufficient quantity of multiplexed fiber Bragg gratings in the wavelength-division multiplexing systems, low signal intensity in the conventional time-division multiplexing systems. By mixing wavelength-division multiplexing technology and the time-division multiplexing technology, the physical parameters of the fiber Bragg grating locations can be measured but the distributed measurement along the whole optical fiber cannot be realized. The proposed novel sensing system detects the vibration events along the optical fiber link according to the signal’s intensity interference variation caused by the reflected signals with the adjacent weak fiber Bragg gratings. The position of the vibration events can be accurately determined by using time-division multiplexing technology. The experimental results verify that this novel system is more convenient to realize vibration detection and demodulation along the whole optical fiber than before, and the system locating accuracy can be up to 20.5 m, with the capability of detecting various signals with the 0.2 V of the driven signals bottom limit voltage and the frequency range from 3 to 1000 Hz.
Keywords: novel distributed vibration sensing, weak fiber Bragg grating.
Предложена новая структура системы волоконных датчиков вибраций, использующая волоконные брэгговские решетки с малой дифракционной эффективностью, позволяющая преодолеть обычные недостатки сетей волоконных датчиков. Этими недостатками являются в обычно применяемых технологиях временного мультиплексирования (TDM) низкий уровень сигнала, при использовании технологии спектрального уплотнения каналов (WDM) — недостаточное количество брэгговских решеток, а в смешанных WDM/TDM технологиях – то, что здесь возможно только измерение физических параметров в местах расположения брэгговских решеток, но отсутствует возможность получения распределенных данных о волокне в целом. В предлагаемой системе вибрации в оптоволоконной линии они определяются на основе измерений интенсивности интерференции сигналов от дополнительных слабых брэгговских решеток, а аккуратная локализация областей вибрации проводится с использованием техники TDM. В предлагаемой системе определение и демодуляция сигналов вибраций осуществляется с большей точностью, чем в традиционных системах. Возможно проведение распределенных по всему волокну измерений с точностью локализации источника вибраций лучшей, чем 20 м. Минимальный уровень детектируемого сигнала составлял 0,2 В в частотном диапазоне 3–900 Гц. Предложенная система обеспечивает улучшение эффективности работы систем охраны периметра объектов.
Ключевые слова: волоконные брэгговские решетки, волоконно-оптические датчики, сети, комбинаторные сети.
1. Kersey A.D., Berkoff T., Morey W. Multiplexed fiber Bragg grating strain-sensor system with a fiber Fabry-Perot wavelength filter // Opt. Lett. 1993. V. 18. № 16. P. 1370–1372.
2. Davis M.A., Kersey A.D., Sirkis J., Friebele E.J. Shape and vibration mode sensing using a fiber optic Bragg grating array // Smart Materials and Structures. 1996. V. 5. № 6. P. 759–765.
3. Yu Y., Lui L., Tam H., Chung W. Fiber-laser-based wavelength-division multiplexed fiber Bragg grating sensor system // IEEE Photon. Technol. Lett. 2001. V. 13. № 7. P. 702–704.
4. Choi K.N., Taylor H.F. Spectrally stable Er-fiber laser for application in phase-sensitive optical time-domain reflectometry // IEEE Photon. Technol. Lett. 2003. V. 15. № 3. P. 386–389.
5. Juarez J.C., Taylor H.F. Distributed fiber-optic intrusion sensor system // J. Lightwave Technol. 2005. V. 23. № 10. P. 2081–2087.
6. Yang B., Gao W. Key technologies for based distributed fiber-optic sensing systems // Study Opt. Commun. 2012. V. 17. № 2. P. 19–22.
7. Shang J., Yang D.W. Wavelet threshold denoising method used in disturbance sensing system // Modern Electronic Technol. 2012. V. 35. № 17. P. 51–53.
8. Valente L.C.G., Braga A.M.B., Ribeiro A.S., Regazzi R.D., Ecke W. Time and wavelength multiplexing of fiber Bragg grating sensors using a commercial OTDR // Optical Fiber Sensors Conf. Technical Digest, 15th IEEEOfs. 2002.
9. Chung W.H., Tam Y., Wai P.K.A., Khandelwal A. Time-and-wavelength-division multiplexing of FBG sensors using a semiconductor optical amplifier in ring cavity configuration // IEEE Photon. Technol. Lett. 2005. V. 17. № 12. P. 2709.
10. Dong B., He S., Hu S., Tian D. Time-division multiplexing fiber grating sensor with a tunable pulsed laser // IEEE Photon. Technol. Lett. 2006. V. 18. № 24. P. 2620–2622.
11. Dai Y., Liu Y., Leng J., Deng G., Asundi A. A novel time-division multiplexing fiber Bragg grating sensor interrogator for structural health monitoring // Opt. and Lasers Eng. 2009. V. 47. № 10. P. 1028–1033.
12. Wang Y., Gong J., Wang D.Y., Dong B. A quasi-distributed sensing network with time division multiplexing fiber Bragg gratings // IEEE Photon. Technol. Lett. 2011. V. 23. № 1. P. 70–72.
13. Zhang M., Sun Q., Wang Z., Li X., Liu H. A large capacity sensing network with identical weak fiber Bragg gratings multiplexing // Opt. Commun. 2012. V. 285. № 13. P. 3082–3087.

References: V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V. 
 V.