tuzsutТруды учебных заведений связиProceedings of Telecommunication Universities1813-324X2712-8830СПбГУТtuzsut-236Research ArticleСтатьиЭкспериментальная апробация квази-интерферометрической схемы регистрации внешних механических воздействий на основе анализа отклика маломодового оптического сигналаExperimental Approbation of Quasi-Interferometric Scheme for Outer Mechanical Stress Detection Based on Few-Mode Optical Signal Response AnalysisБурдинА. В.BourdineA.

Бурдин Антон Владимирович, доктор технических наук, доцент, помощник ректора по инновациям, профессор кафедры линий связи и измерений в технике связи Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Самара, 443010, Российская Федерация

bourdine@yandex.ruМорозовО. Г.MorozovO.

Морозов Олег Геннадьевич, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой радиофотоники и микроволновых технологий Казанского национального исследовательского технического университета им. А.Н. Туполева – КАИ

Казань, 420111, Российская Федерация

microoil@mail.ruВасилецА. А.VasiletsA.

Василец Александр Александрович, аспирант кафедры радиофотоники и микроволновых технологий Казанского национального исследовательского технического университетаим. А.Н. Туполева – КАИ

Казань, 420111, Российская Федерация

a.vasilets@mail.ruКафароваА. М.KafarovaA.

Кафарова Анастасия Михайловна, магистрант кафедры линий связи и измерений в технике связи Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Самара, 443010, Российская Федерация

nastya59494@mail.ruМинаеваА. Ю.MinaevaA.

Минаева Алина Юрьевна, магистрант кафедры линий связи и измерений в технике связи Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Самара, 443010, Российская Федерация

minaeva1993@mail.ruСеврукН. Л.SevrukN.

Севрук Никита Львович, магистрант кафедры линий связи и измерений в технике связи Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики

Самара, 443010, Российская Федерация

nikasevruk@mail.ruПоволжский государственный университет телекоммуникаций и информатикиРоссияPovolzhskiy State University of Telecommunication & InformaticsRussian FederationКазанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИРоссияKazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAIRussian FederationКазанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИРоссияKazan National Research Technical University named after A.N. Tupolev - KAI, KazanRussian Federation201726042017323750Copyright © Бурдин А.В., Морозов О.Г., Василец А.А., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л., 20172017Бурдин А.В., Морозов О.Г., Василец А.А., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л.Bourdine A., Morozov O., Vasilets A., Kafarova A., Minaeva A., Sevruk N.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://tuzs.sut.ru/jour/article/view/236

В работе представлены результаты экспериментальной апробации квази-интерферометрической схемы регистрации внешних механических воздействий на распределенный сенсор, представляющий собой строительные длины кварцевых градиентных многомодовых оптических волокон 50/125 с центральным габаритным дефектом профиля показателя преломления, возбуждаемых когерентным источником оптического излучения. Приведены результаты измерения импульсных откликов соответствующих модификаций схемы, дополненной, в зависимости от конфигурации, прецизионными макроструктурными дефектами и/или волоконной решеткой Брэгга, для различной степени приложенной внешней механической нагрузки.

This work is concerned with experimental approbation of quasi-interferometric scheme for detection of outer mechanical stress via distributed fiber optic sensor. The sensor is excited by laser source silica graded-index multimode optical fiber with great defect of refractive index profile in the center core region. We present some results of pulse response measurements performed under various stress order and various scheme configurations differing by adding fiber Bragg gratings and macrostructure defects like tapers or up-tapers.

маломодовый режиммаломодовые эффектымногомодовые оптические волокнаградиентный профиль показателя преломлениядифференциальная модовая задержкараспределенный сенсорволоконная решетка Брэггамакроструктурный дефектfew-mode regimefew-mode effectsmultimode optical fibersgraded index refractive index profiledifferential mode delaydistributed fiber optic sensorfiber Bragg gratingmacrostructure defecttaperup-taperРабота подготовлена при финансовой поддержке гранта Президента РФ в рамках научного проекта МД-9418.2016.8, а также грантов РФФИ в рамках научных проектов № 16-37-50087 мол_нр и № 16-37-50089 мол_нр.ReferencesGrattan L.S., Meggitt B.T. Optical Fiber Sensor Technology. Fundamentals. New York, NY, USA: Springer Science. 2000. 325 p.Grattan L.S., Meggitt B.T. Optical Fiber Sensor Technology. Fundamentals. New York, NY, USA: Springer Science. 2000. 325 p.Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы. М.: Физматлит. 2001. 272 с.Кульчин Ю.Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы. М.: Физматлит. 2001. 272 с.Куликов А., Игнатьев А. Обзор волоконно-оптических систем охраны периметра // Алгоритмы Безопасности. 2010. № 4. С. 56–61.Куликов А., Игнатьев А. Обзор волоконно-оптических систем охраны периметра // Алгоритмы Безопасности. 2010. № 4. С. 56–61.Krohn D., MacDougall T., Mendez Al. Fiber Optic Sensors. Bellingham: SPIE Press. 2014. 332 p.Krohn D., MacDougall T., Mendez Al. Fiber Optic Sensors. Bellingham: SPIE Press. 2014. 332 p.Rajan G. Optical Fiber Sensors: Advanced Techniques and Applications (Devices, Circuits, and Systems). Boca Raton, FL, USA: CRC Press / Taylor & Francis. 2015. 575 p.Rajan G. Optical Fiber Sensors: Advanced Techniques and Applications (Devices, Circuits, and Systems). Boca Raton, FL, USA: CRC Press / Taylor & Francis. 2015. 575 p.Бурдин А.В., Федоров А.А., Тынкован В.О., Баранов К.В., Чивильгин А.Л. Распределенный сенсор на многомодовых оптических волокнах, работающих в маломодовом режиме // Фотон-Экспресс. 2013. № 6 (110). С. 256–257.Бурдин А.В., Федоров А.А., Тынкован В.О., Баранов К.В., Чивильгин А.Л. Распределенный сенсор на многомодовых оптических волокнах, работающих в маломодовом режиме // Фотон-Экспресс. 2013. № 6 (110). С. 256–257.Бурдин А.В., Дмитриев Е.В., Прапорщиков Д.Е., Севрук Н.Л. Применение кварцевых многомодовых волоконных световодов с габаритным центральным дефектом профиля показателя преломления в распределенных сенсорах волоконно-оптических датчиков на базе маломодовых эффектов // Прикладная Фотоника. 2016. Т. 3. № 3. С. 252–279.Бурдин А.В., Дмитриев Е.В., Прапорщиков Д.Е., Севрук Н.Л. Применение кварцевых многомодовых волоконных световодов с габаритным центральным дефектом профиля показателя преломления в распределенных сенсорах волоконно-оптических датчиков на базе маломодовых эффектов // Прикладная Фотоника. 2016. Т. 3. № 3. С. 252–279.Бурдин А.В., Василец А.А., Бурдин В.А., Морозов О.Г. Распределенный сенсор на многомодовых оптических волокнах, дополненных волоконной решеткой Брэгга, функционирующих в маломодовом режиме передачи сигнала // Фотон-Экспресс. 2016. № 6 (134). С. 12–13.Бурдин А.В., Василец А.А., Бурдин В.А., Морозов О.Г. Распределенный сенсор на многомодовых оптических волокнах, дополненных волоконной решеткой Брэгга, функционирующих в маломодовом режиме передачи сигнала // Фотон-Экспресс. 2016. № 6 (134). С. 12–13.Liu Yu, Wei Li. Low-cost High-Sensitivity Strain and Temperature Sensing Using GradedIndex Multimode Fibers // Applied Optics. 2007. Vol. 46 (13). PP. 2516–2519.Liu Yu, Wei Li. Low-cost High-Sensitivity Strain and Temperature Sensing Using GradedIndex Multimode Fibers // Applied Optics. 2007. Vol. 46 (13). PP. 2516–2519.Xue H., Meng H., Wang W., Xiong R., Yao Q., Huang B. Single-Mode-Multimode Fiber Structure Based Sensor for Simultaneous Measurement of Refractive Index and Temperature // IEEE Sensors Journal. 2013. Vol. 13(11). PP. 4220–4223.Xue H., Meng H., Wang W., Xiong R., Yao Q., Huang B. Single-Mode-Multimode Fiber Structure Based Sensor for Simultaneous Measurement of Refractive Index and Temperature // IEEE Sensors Journal. 2013. Vol. 13(11). PP. 4220–4223.Li A., Wang Yi., Hu Q., Shieh W. Few-Mode Fiber Based Optical Sensors // Optics Express. 2015. Vol. 23 (2). PP. 1139–1150.Li A., Wang Yi., Hu Q., Shieh W. Few-Mode Fiber Based Optical Sensors // Optics Express. 2015. Vol. 23 (2). PP. 1139–1150.Li D., Gong Yu., Wu Yu. Tilted Fiber Bragg Grating in Graded-Index Multimode Fiber and its Sensing Characteristics // Photonic Sensors. 2013. Vol. 3 (2). PP. 112–117.Li D., Gong Yu., Wu Yu. Tilted Fiber Bragg Grating in Graded-Index Multimode Fiber and its Sensing Characteristics // Photonic Sensors. 2013. Vol. 3 (2). PP. 112–117.Fang Sh., Li B., Song D., Zhang J., Sun W., Yuan L. A Smart Graded-Index Multimode Fiber Based Sensor Unit for Multi-Parameter Sensing Applications // Optics and Photonics Journal. 2013. Iss. 3. PP. 265–267.Fang Sh., Li B., Song D., Zhang J., Sun W., Yuan L. A Smart Graded-Index Multimode Fiber Based Sensor Unit for Multi-Parameter Sensing Applications // Optics and Photonics Journal. 2013. Iss. 3. PP. 265–267.Schmid M.J., Muller M.S. Measuring Bragg Gratings in Multimode Optical Fibers // Optics Express. 2015. Vol. 23. Iss. 6. PP. 8087–8094.Schmid M.J., Muller M.S. Measuring Bragg Gratings in Multimode Optical Fibers // Optics Express. 2015. Vol. 23. Iss. 6. PP. 8087–8094.Bottacchi S. Multi-Gigabit Transmission Over Multimode Optical Fibre. Theory and Design Methods for 10GbE Systems. West Sussex: John Wiley & Sons Ltd. 2006. 654 p.Bottacchi S. Multi-Gigabit Transmission Over Multimode Optical Fibre. Theory and Design Methods for 10GbE Systems. West Sussex: John Wiley & Sons Ltd. 2006. 654 p.Liokumovich L.B., Ushakov N.A., Kotov O.I., Bisyarin M.A., Hartog A.H. Fundamentals of Optical Fiber Sensing Schemes Based on Coherent Optical Time Domain Reflectometry: Signal Model under Static Fiber Conditions // IEEE Journal of Lightwave Technology. 2015. Vol. 33 (17). PP. 3660–3671.Liokumovich L.B., Ushakov N.A., Kotov O.I., Bisyarin M.A., Hartog A.H. Fundamentals of Optical Fiber Sensing Schemes Based on Coherent Optical Time Domain Reflectometry: Signal Model under Static Fiber Conditions // IEEE Journal of Lightwave Technology. 2015. Vol. 33 (17). PP. 3660–3671.Горбачев О. Интерференционные исследования спекл-структур в оптическом кабеле // Фотоника. 2012. № 6 (36). С. 20–24.Горбачев О. Интерференционные исследования спекл-структур в оптическом кабеле // Фотоника. 2012. № 6 (36). С. 20–24.Lujo I., Klokoc P., Komljenovic T., Bosiljevac M., Sipus Z. Fiber-Optic Vibration Sensor Based on Multimode Fiber // Radioengineering. 2008. Vol. 17(2). PP. 93–97.Lujo I., Klokoc P., Komljenovic T., Bosiljevac M., Sipus Z. Fiber-Optic Vibration Sensor Based on Multimode Fiber // Radioengineering. 2008. Vol. 17(2). PP. 93–97.Rodriguez-Cobo L., Lomer M., Galindez C., Lopez-Higuera J.M. Speckle Characterization in Multimode Fibers for Sensing Applications // Proceedings of SPIE. 2012. Vol. 8413. PP. 84131R-1–84131R-6.Rodriguez-Cobo L., Lomer M., Galindez C., Lopez-Higuera J.M. Speckle Characterization in Multimode Fibers for Sensing Applications // Proceedings of SPIE. 2012. Vol. 8413. PP. 84131R-1–84131R-6.Бурдин А.В. Дифференциальная модовая задержка кварцевых многомодовых оптических волокон разных поколений // Фотон-Экспресс. 2008. № 5–6 (69–70). С. 20–22.Бурдин А.В. Дифференциальная модовая задержка кварцевых многомодовых оптических волокон разных поколений // Фотон-Экспресс. 2008. № 5–6 (69–70). С. 20–22.Бурдин А.В. О диагностике дифференциальной модовой задержки многомодовых оптических волокон // Инфокоммуникационные технологии. 2008. № 4. С. 33–38.Бурдин А.В. О диагностике дифференциальной модовой задержки многомодовых оптических волокон // Инфокоммуникационные технологии. 2008. № 4. С. 33–38.Bourdine A.V., Prokopyev V.I., Dmitriev E.V., Yablochkin K.A. Results of Conventional Field-Test Equipment Application for Identification of Multimode Optical Fibers With High DMD // Proceedings of SPIE. 2009. Vol. 7374. PP. 73740J-01–73740J-07.Bourdine A.V., Prokopyev V.I., Dmitriev E.V., Yablochkin K.A. Results of Conventional Field-Test Equipment Application for Identification of Multimode Optical Fibers With High DMD // Proceedings of SPIE. 2009. Vol. 7374. PP. 73740J-01–73740J-07.Ericsson FSU-975. Руководство пользователя: пер. с англ. Ericsson. 2001. 76 c.Ericsson FSU-975. Руководство пользователя: пер. с англ. Ericsson. 2001. 76 c.Бурдин А.В., Яблочкин К.А. Исследование дефектов профиля показателя преломления многомодовых оптических волокон кабелей связи // Инфокоммуникационные технологии. 2010. № 2. С. 22–27.Бурдин А.В., Яблочкин К.А. Исследование дефектов профиля показателя преломления многомодовых оптических волокон кабелей связи // Инфокоммуникационные технологии. 2010. № 2. С. 22–27.Bourdine A.V., Praporshchikov D.E., Yablochkin K.A. Investigation of Defects of Refractive Index Profile of Silica Graded-Index Multimode Fibers // Proceedings of SPIE. 2011. Vol. 7992. PP. 799206-1–799206-8.Bourdine A.V., Praporshchikov D.E., Yablochkin K.A. Investigation of Defects of Refractive Index Profile of Silica Graded-Index Multimode Fibers // Proceedings of SPIE. 2011. Vol. 7992. PP. 799206-1–799206-8.Бурдин А.В., Василец А.А., Бурдин В.А., Морозов О.Г., Кузнецов А.А., Нуреев И.И., Фасхутдинов Л.И., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л. Результаты экспериментальных исследований маломодовых режимов волоконных Брэгговских решёток на многомодовых световодах // Инфокоммуникационные технологии. 2016. № 1. С. 19–33.Бурдин А.В., Василец А.А., Бурдин В.А., Морозов О.Г., Кузнецов А.А., Нуреев И.И., Фасхутдинов Л.И., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л. Результаты экспериментальных исследований маломодовых режимов волоконных Брэгговских решёток на многомодовых световодах // Инфокоммуникационные технологии. 2016. № 1. С. 19–33.Бурдин А.В., Василец А.А., Бурдин В.А., Морозов О.Г., Кузнецов А.А., Нуреев И.И., Фасхутдинов Л.И., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л. Результаты записи волоконных Брэгговских решеток на кварцевых градиентных многомодовых оптических волокнах разных поколений // Инфокоммуникационные технологии. 2016. № 2. С. 129–137.Бурдин А.В., Василец А.А., Бурдин В.А., Морозов О.Г., Кузнецов А.А., Нуреев И.И., Фасхутдинов Л.И., Кафарова А.М., Минаева А.Ю., Севрук Н.Л. Результаты записи волоконных Брэгговских решеток на кварцевых градиентных многомодовых оптических волокнах разных поколений // Инфокоммуникационные технологии. 2016. № 2. С. 129–137.Bourdine A.V., Vasilets A.A., Burdin V.A., Morozov O.G., Nureev I.I., Kuznetzov A.A., Faskhutdinov L.M., Kafarova A.M., Minaeva A.Yu., Sevruk N.L. Fiber Bragg Grating Writing Technique for Multimode Optical Fibers Providing Stimulation of Few-Mode Effects in Measurement Systems // Proceedings of SPIE. 2016. Vol. 9807. PР. 98070J-1–98070J-7.Bourdine A.V., Vasilets A.A., Burdin V.A., Morozov O.G., Nureev I.I., Kuznetzov A.A., Faskhutdinov L.M., Kafarova A.M., Minaeva A.Yu., Sevruk N.L. Fiber Bragg Grating Writing Technique for Multimode Optical Fibers Providing Stimulation of Few-Mode Effects in Measurement Systems // Proceedings of SPIE. 2016. Vol. 9807. PР. 98070J-1–98070J-7.Бурдин А.В., Василец А.А., Севрук Н.Л. Результаты экспериментальной апробации технологии нанесения прецизионных макроструктурных дефектов на кварцевые оптические волокна // Первый научный форум «Телекоммуникации: теория и технологии» «3Т-2016», XIV Международная научная конференция «Оптические технологии в телекоммуникациях» (ОТТ-2016): материалы конференции. Самара. 2016. С. 112–113.Бурдин А.В., Василец А.А., Севрук Н.Л. Результаты экспериментальной апробации технологии нанесения прецизионных макроструктурных дефектов на кварцевые оптические волокна // Первый научный форум «Телекоммуникации: теория и технологии» «3Т-2016», XIV Международная научная конференция «Оптические технологии в телекоммуникациях» (ОТТ-2016): материалы конференции. Самара. 2016. С. 112–113.Evtushenko A.S., Faskhutdinov L.M., Kafarova A.M., Kazakov V.S., Kuznetzov A.A., Minaeva A.Yu., Sevruk N.L., Nureev I.I., Vasilets A.A., Andreev V.A., Morozov O.G., Burdin V.A., Bourdine A.V. Technique for Writing of Fiber Bragg Gratings Over or Near Preliminary Formed Macro-Structure Defects in Silica Optical Fibers // Proceedings of SPIE. 2017. Vol. 10342. PP. 103420X-1–103420X-11.Evtushenko A.S., Faskhutdinov L.M., Kafarova A.M., Kazakov V.S., Kuznetzov A.A., Minaeva A.Yu., Sevruk N.L., Nureev I.I., Vasilets A.A., Andreev V.A., Morozov O.G., Burdin V.A., Bourdine A.V. Technique for Writing of Fiber Bragg Gratings Over or Near Preliminary Formed Macro-Structure Defects in Silica Optical Fibers // Proceedings of SPIE. 2017. Vol. 10342. PP. 103420X-1–103420X-11.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.