Оптико-электронная система измерения температуры на основе распределенных волоконно-оптических датчиков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Чернуцкий Антон Олегович

• Чернуцкий Антон Олегович
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Чернуцкий Антон Олегович

Введение

Глава 1. Волоконно-оптические датчики. Анализ современного состояния и перспектив развития

1.1. История развития волоконно-оптических датчиков температуры

1.2. Области применения волоконно-оптических датчиков

1.3. Основные типы волоконно-оптических датчиков и их характеристики

1.4. Рассеяние в оптических волокнах и распределённые волоконные датчики температуры на его основе

1.4.1. Механизмы рассеяния в оптических волокнах

1.4.2. Рассеяние Рэлея

1.4.3. Рассеяние Мандельштама-Бриллюэна

1.4.4. Рассеяние Рамана

1.4.5. Методы временной и частотной рефлектометрии в волоконно-оптических измерениях

1.4.6. Некогерентная оптическая рефлектометрия в частотной области

1.5. Направления улучшения характеристик распределенных волоконно-оптических датчиков температуры

1.5.1. Уменьшение погрешности измерения температуры

1.5.2. Увеличение пространственного разрешения

1.6. Волоконные лазеры ультракоротких импульсов (УКИ)

1.7. Выводы по первой главе

Глава 2. Разработка математической модели распределенного волоконно-оптического датчика температуры с высоким пространственным разрешением

Стр.

2.1. Численное описание РВОДТ на основе комбинационного рассеяния и метода рефлектометрии во временной области

2.2. Разработка методики калибровки РВОДТ

2.3. Влияние дисперсии оптического волокна на результат измерения РВОДТ

2.4. Влияние флуктуаций температуры опорного участка оптического волокна на погрешность измерения температуры РВОДТ

2.5. Оценка влияния флуктуаций измерения температуры опорного участка на погрешность измерения РВОДТ

2.6. Выводы по второй главе

Глава 3. Экспериментальные исследования предложенных методов

3.1. Исследование тепловой стабильности опорного участка оптического волокна при активном и пассивном термостатировании

3.1.1. Устройство с пассивным термостатированием опорного участка

3.1.2. Устройство с активным термостатированием опорного участка

3.2. Экспериментальное исследование влияния флуктуаций температуры опорного участка на абсолютную погрешность измерения РВОДТ при активном термостатировании

3.3. Сравнение погрешности РВОДТ с разной тепловой стабильностью термостатов с опорными участками оптического волокна

3.4. Экспериментальное исследование РВОДТ с высоким пространственным разрешением

3.5. РВОДТ с высоким пространственным разрешением на основе чирпированного импульсного полностью волоконного гибридного лазера с синхронизацией мод

3.6. Выводы по третьей главе

Общие выводы и заключение

Список литературы

Список сокращений и условных обозначений

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ВКР - вынужденное комбинационное рассеяние;

ВОД - волоконно-оптические датчики;

ВОДТ - волоконно-оптический датчик температуры;

ВРМБ - вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна;

КПД - коэффициент полезного действия;

ЛФД - лавинный фотодиод;

НСП - неисключённая систематическая погрешность;

ОВ - оптическое волокно;

ОСШ - отношение сигнал-шум;

ПИТ - прецизионный измеритель температуры;

ПТС - платинный термометр сопротивления;

РВОДТ - распределенный волоконно-оптический датчик температуры;

РМБ - рассеяние Мандельштама-Бриллюэна;

СКО - среднеквадратическое отклонение;

СпРМБ - спонтанное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна;

УКИ - ультракороткий импульс;

ФД - фотодетектор;

ФЭУ - фотоэлектронные умножители;

BOTDA - brillouin optical time-domain analysis (бриллюэновский анализатор во временной области);

BOTDR - brillouin optical time-domain reflectometry (бриллюэновский рефлектометр во временной области;

OFDR - optical frequency-domain reflectometry (оптическая рефлектометрия в частотной области);

OTDR - optical time-domain reflectometry (оптическая рефлектометрия во временной области).

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Оптико-электронная система измерения температуры на основе распределенных волоконно-оптических датчиков»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В последние десятилетия развитие волоконно-оптических технологий в мире и их внедрение в различные измерительные системы создает ряд преимуществ по сравнению с электронными датчиками. Волоконно-оптические сенсорные системы (ВОСС) широко применяются в различных областях науки и техники, в том числе в горнодобывающей, нефтяной и газовой отраслях, в гидроэнергетике, строительстве, авиации и космосе.

Одним из распространенных типов волоконных систем является распределенный волоконно-оптический датчик измерения температуры (распределенный ВОДТ) на основе анализа компонент комбинационного рассеяния света в оптическом волокне методом временной рефлектометрии.

Ключевыми проблемами, затрудняющими их дальнейшее совершенствование являются проблема низкого пространственного разрешения, а также высокая погрешность и низкая повторяемость измерения, особенно в условиях быстро меняющихся температурных полей приборной части.

Пространственное разрешение распределенного волоконно-оптического датчика температуры определяется длительностью зондирующего импульса. Для достижения наилучших результатов необходим высокий уровень энергии вводимого излучения и небольшая длительность импульса для получения достаточной мощности излучения компонент комбинационного рассеянного при высоком пространственном разрешении. Возникает компромисс: с увеличением длительности импульса увеличивается энергия, но ухудшается пространственное разрешение, и наоборот, с уменьшением длительности импульса пространственное разрешение становится лучше, но за счет уменьшения энергии в импульсе полезный сигнал становится неразличимым на фоне шумов. Для решения противоречия необходим другой принцип формирования импульсов, который обеспечит высокую энергию в импульсе

минимальной длительности. В работе предложено использовать в качестве источника излучения волоконный лазер ультракоротких импульсов.

Проблема низкого значения повторяемости измерения (погрешности) может возникнуть по ряду причин: от неправильного расположения датчика точечного измерения температуры опорного волокна, до влияния внешних и внутренних факторов, приводящих к быстрым тепловым флуктуациям приборной части распределенного волоконно-оптического датчика температуры, соответственно влияющей на показания измерения в целом. В работе данная проблема решается путем введения в состав приборной части дополнительного узла: стабилизируемого по температуре опорного участка оптического волокна (ОВ), используемого для нормализации измеряемого сигнала с линейной части распределенного волоконно-оптического датчика температуры. Имея эталонное измерение температуры этого участка, а также рефлектограммы обратного рассеяния, можно уменьшить погрешность измерения в 4 и более раз.

Повышение пространственного разрешения распределенного волоконно-оптического датчика температуры позволит расширить области и возможности применения оптоволоконного мониторинга, например, в задачах измерения поля температур витых криогенных теплообменных аппаратов, где необходимо обеспечить измерение с дискретностью 0,5 метра и менее, а также в задачах постоянного мониторинга нефтяных горизонтальных скважин, где наряду с похожими значениями дискретности, необходимо также обеспечить достаточно протяженную длину измерения с помощью волоконно-оптического внутрискважинного кабеля: примерно 5 км.

В этой связи важными направлениями в области распределенных ВОДТ являются исследования возможностей повышения пространственного разрешения, а также снижения погрешности измерения. Поэтому разработка соответствующих методов и технических путей представляются актуальными задачами.

Целью диссертационной работы является разработка методов повышения пространственного разрешения и уменьшения погрешности измерения распределенного волоконно-оптического датчика температуры на основе анализа компонент комбинационного рассеяния света и метода рефлектометрии во временной области.

Для этого были решены следующие научно-технические задачи:

- проведено аналитическое исследование существующих волоконно-оптических датчиков, предназначенных для измерения температуры на протяжённых участках оптического волокна, и предложены методы повышения пространственного разрешения и уменьшения погрешности измерения;

- разработана математическая модель процесса формирования сигнала в волоконно-оптической сенсорной системе на основе анализа компонент комбинационного рассеяния методом оптической рефлектометрии во временной области, позволяющая оценить метрологические характеристики на этапе выбора компонентов;

- обоснованы функциональные схемы распределенного волоконно-оптического датчика температуры: с повышенным пространственным разрешением на основе зондирования сенсорного волокна ультракороткими оптическими импульсами; с уменьшенной погрешностью измерения на основе активного термостатирования опорного участка оптического волокна;

- разработана методика калибровки распределенных волоконно-оптических датчиков температуры с активным термостатированием опорного участка оптического волокна в составе приборной части;

- созданы макетные образцы датчиков, использующие предложенные методы повышения пространственного разрешения и уменьшения погрешности измерения, на которых проведены экспериментальные исследования с целью проверки основных теоретических положений.

Научная новизна результатов, полученных в диссертационной работе, заключается в следующем:

- предложена методика повышения пространственного разрешения распределенного ВОДТ для длины измерения более 5 км на основе зондирования оптического сенсорного волокна импульсами ультракороткой длительности;

- предложен новый метод уменьшения погрешности измерения температуры, основанный на введении активного термостатирования опорного участка оптического волокна;

- разработана математическая модель процесса формирования сигнала в распределенном ВОДТ и в рамках данной модели разработаны методики расчёта значений основных конструктивных параметров, при которых обеспечиваются: минимальная погрешность измерения температуры, высокое пространственное разрешение, максимальная длина сенсора.

Практическая значимость диссертационной работы заключается в возможности применения полученных результатов при создании распределенных волоконно-оптических датчиков температуры на основе анализа компонент комбинационного рассеяния и метода оптической рефлектометрии во временной области.

Внедрение результатов работы. Результаты диссертационной работы были использованы в ООО «Научно -инновационный центр «Институт развития исследований, разработок и трансферта технологий» (НИЦ «ИРТ») при выборе оптической схемы и составляющих компонентов в рамках разработки комплексной системы мониторинга технического состояния конструкций беспилотных летательных аппаратов (распределенный мониторинг температурного поля). Реализация результатов работы подтверждается соответствующим актом.

Методология и методы исследования. При решении теоретических и прикладных задач были использованы методы теории распространения излучения в оптическом волокне, теория комбинационного рассеяния, теория вероятности, экспериментальные методы исследований: метод реализации температур реперных точек, метод двух сечений, гомодинный метод анализа спектра, а также методы обработки сигналов, системный подход.

Основные положения, выносимые на защиту:

- разработанная математическая модель позволяет обосновать функциональную схему распределенного ВОДТ и методики расчета основных ее параметров, определить требования к значению стабильности температуры опорного участка для получения заданной погрешности измерения 0,1°С;

- разработанный метод повышения пространственного разрешения при сохранении протяженной длины измерения распределенным ВОДТ, основанный на зондировании оптического сенсорного волокна импульсами ультракороткой длительности, позволяет повысить пространственное разрешение в 3 и более раз;

- использование метода активного термостатирования опорного участка оптического волокна в составе приборной части датчика позволяет: минимизировать влияние изменений внешних температур значением 5 °С/мин и более, уменьшить погрешность измерений температуры более чем в 4 раза.

Достоверность результатов подтверждается согласованностью математического моделирования и экспериментальных исследований с использованием аттестованного оборудования.

Апробация результатов. Основные результаты работы были представлены на девяти международных конференциях: Международная конференция «Оптика лазеров» (Санкт-Петербург, 2018, 2020), 31-я Международная конференция «Лазеры в науке, технике, медицине» (Москва, 2020), OPTICAL SENSORS 2019 (Чехия, 2019), школа-конференция с международным участием "Saint-Petersburg OPEN" ( Санкт-Петербург, 2017, 2019), «ХХХ Международная конференция «Лазеры в науке, технике, медицине» (Москва, 2019), PIERS-2017 (Санкт-Петербург, 2017),

ICMIE 2016 (Германия, 2016).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 2 патента РФ [1, 2], 9 статей в изданиях, включенных в перечень ВАК РФ и/или международные базы цитирования Web of Science и Scopus [3-11], 1 статья в других изданиях [12].

Личный вклад автора заключается в выполнении основного объема теоретических и экспериментальных исследований, изложенных в диссертационной работе, включая разработку математической модели, методик экспериментальных исследований, анализ и оформление результатов в виде публикаций. Подготовка основных публикаций проводилась с соавторами. Во всех работах, выполненных в соавторстве, соискатель непосредственно участвовал в постановке задач, разработке методов их решения, получении, обработке и анализе результатов исследований.

Структура и объем диссертации. Работа состоит из введения, трёх глав, общих выводов и списка литературы. Материал изложен на 155 страницах машинописного текста и содержит 86 рисунков, 9 таблиц и список литературы из 122 библиографических описаний.

ГЛАВА 1. ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ. АНАЛИЗ СОВРЕМЕННОГО СОСТОЯНИЯ И ПЕРСПЕКТИВ РАЗВИТИЯ

1.1. История развития волоконно-оптических датчиков температуры

История волоконно-оптических устройств для целей построения датчиков физических величин насчитывает более полувека. В 1960-е годы появляются основополагающие работы: Ч. Као и Дж. Хокхэм в своей статье рассмотрели возможность использования стеклянных волоконных световодов в качестве среды для передачи оптического излучения для коммуникаций [13]; Дж. Симон и Е. Шпиц в своей работе исследовали диэлектрический волновод [14]. Обе группы ученых в своих трудах установили: оптические сигналы могут передаваться вдоль стеклянного волокна с потерями, потенциально гораздо более низкими, чем в коаксиальных медных кабелях, при этом информационная емкость оказывалась гораздо более высокой [15]. Результаты работ Ч. Као и Дж. Хокхэма послужили стимулом быстрого и интенсивного развития исследований оптических волокон с низкими потерями [16-20]. Спустя десятилетие, с появлением одномодовых оптических волокон возникла идея создания интерферометров, что открывало большие перспективы развития и использования различных датчиков физических величин [21, 22].

В 1967 году был получен патент на волоконный датчик смещения и вибрации «Fotomc». В его основу легли два оптоволоконных пучка, один из которых с помощью источника излучения подсвечивает исследуемый объект, а другой используется для приема отраженного от исследуемого объекта излучения для дальнейшего анализа [23]. Принято считать, что эра волоконно-оптических измерений началась именно с этого изобретения бесконтактного измерения смещения (а на похожем принципе в дальнейшем - температуры).

Появление волоконно-оптических датчиков (ВОД) измерения температуры относят к концу 70-х - началу 80-х годов. Именно тогда складывается элементная база таких устройств, как полупроводниковые лазерные диоды, работающие при комнатной температуре [24], приемники

оптического излучения [25], разветвители [26], мультиплексоры и др., начинают формироваться предпосылки создания новых типов датчиков - распределенных, которые также подразделяются на несколько видов в зависимости от типа полезного сигнала и метода измерения.

В научной литературе появляются концепции применения нового типа сенсоров. Начали создаваться датчики измерения температуры: точечные [27, 28], на основе волоконных интерферометров [29], волоконных брэгговских решеток [30] и др. Эти датчики находили применение, например, в измерении температуры в агрессивных средах, но их использование было затратно в сравнении с традиционными. Это дало толчок в развитии мультиплексирования сенсоров в одну волоконную линию и использования одного опросного устройства, что позволило снизить стоимость одной точки измерения [31, 32].

Одним из первых коммерческих ВОД был флуоресцентный температурный зонд, представленный в начале 1980-х годов корпорацией Luxtron из Маунтин-Вью, США [33]. Преемники этих датчиков все еще имеются в продаже и являются очень эффективным, но дорогостоящим подходом к решению конкретных задач измерения. Они включают в себя мониторинг температурных профилей как в бытовых, так и в промышленных микроволновых печах, изучение температур в силовых трансформаторах, обмотках двигателя или генераторах и аналогичных областях, где, в первую очередь, проблема заключается в работе сенсора в очень сильных электромагнитных полях. В таких обстоятельствах электрический датчик либо значительно искажает электромагнитное поле (например, в микроволновых печах), либо подвергается высоким уровням помех и выдает ложные показания. В других областях используется небольшой размер или химическая пассивность устройства, в том числе работа в коррозийных растворителях или исследование локализованных явлений, таких как лазерный нагрев или диатермическая обработка.

В 1982 году А. Хартогом был продемонстрирован распределенный датчик, в котором использовалось волокно с жидкой сердцевиной, опрашиваемое методом рефлектометрии во временной области [34, 35]. В 1985 Дж. Дакин

опубликовал первые экспериментальные результаты по созданию распределенного ВОД на основе рассеяния Рамана с использованием метода рефлектометрии во временной области [36]. Появляются первые исследования распределенных волоконных датчиков на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (РМБ) [37] и на основе рассеяния Рэлея [35]. Таким образом, в 80-е годы начинают формироваться представления об областях использования и предпринимаются первые попытки коммерциализации новых типов датчиков.

Классические электронные температурные сенсоры (термопары, термисторы, термометры сопротивления) имеют большую историю своего развития и активно применяются в промышленных проектах, приборах, в повседневной жизни. Однако у них имеются свои недостатки, связанные с чувствительностью к электромагнитным помехам, необходимостью электрического питания и др. Сравнительная характеристика электронных датчиков приведена в Таблице 1. Стоит отметить, что, используя классические термометрические датчики, очень тяжело и экономически неэффективно организовать измерения профиля температуры на больших расстояниях.

Таблица 1 .

Основные метрологические и эксплуатационные характеристики электрических датчиков измерения температуры

Тип датчика Хар-ка Диапазон Погрешность измерения Преимущества Недостатки

и о - низкая чувствительность;

О - медленный отклик;

р и т 35 и « ей о о4 га - необходима четырехпроводная схема

X « и X X 00 О « о О О о - высокая стабильность; - взаимозаменяемость. с компенсацией сопротивления проводников;

о X и Ч сч О -Н - чувствительность к вибрациям;

т а т о - свойство самонагрева;

¿3 - высокая стоимость.

Продолжение Таблицы 1

>ия J) ия

» § - широкий диапазон - низкая стабильность;

ей « К

ей К Г 1 ^ о ае о 4—( измерения - низкая чувствительность;

ей С « и о о о температуры; - могут влиять помехи внешних

« н X х ч и Я О о 2 00 ю О Ч ^н о4 хо о ^ о о - прочность датчика; - низкая стоимость; электрических полей; - использование схем компенсации

О о ^ ч ^ о (Э 00 - быстрый отклик. холодного спая.

Ч О -Н сТ

1 (ч Н о О -н

о О о - высокая стабильность;

« о о о - малая погрешность; - быстрый отклик;

0 ей - сравнительно меньший диапазон

Н К « « £ §

О ^ о измерения температуры;

н* X ч - высокая

о X о <Э к - свойство самостоятельного

и ч и о -Н О чувствительность;

Н Я 1 ч нагрева.

н о о н - малый размер; - низкая стоимость

и К £ о

ей о - выходной сигнал

Ч 35 « ей К о О цифровой; - узкий диапазон измерения

« о о Ю температуры;

к и ч го - высокая

л ч X - свойство самонагрева;

ей М -Н чувствительность;

1—> 1 - медленный отклик

и Н н о - малая стоимость

X К

ВОД лишены недостатков электронных датчиков и обладают следующими достоинствами:

- они электрически пассивны и поэтому могут использоваться для измерения температур в нестабильных средах;

- нечувствительность к электромагнитным помехам - ОВ невосприимчиво к радиочастотным и электромагнитным помехам в отличие от электрических датчиков;

- химическая и термическая устойчивость - возможность измерения температур в агрессивных и высокотемпературных средах;

- малые габариты, малый вес - удобно для поверхностного монтажа или встраивания непосредственно в объект для мониторинга;

- возможность дистанционного измерения на расстоянии нескольких километров.

1.1.1. Волоконно-оптические датчики на основе рассеяния Рамана

В работе Дж. Дакина был впервые продемонстрирован волоконный способ измерения температуры, основанный на анализе отношения компонент рассеяния Рамана. Подобный метод уже использовался ранее в бесконтактном измерении температуры в химии, а Дж. Дакин с коллегами адаптировали его для ОВ и продемонстрировали на экспериментальной установке с аргоновым лазером и многомодовым ОВ. Было получено пространственное разрешение около 5 м, а разрешение по температуре около 5 К [38].

В конце 90-х крупные энергетические компании были заинтересованы в распределенных датчиках температуры и использовали их для мониторинга электросетей. В это время на рынке устройств появляются ВОД на основе рассеяния Рамана производителей из Японии («Hitachi Cable», «Fujikura», «Furukawa», «Sumitimo Electric», «Toshiba») и Великобритании («York Sensors Ltd.»). Позднее технология распределенной термометрии начала использоваться в мониторинге нефтяных скважин, и рынок пополнился устройствами от крупных нефтегазовых сервисных компаний, таких как: «Halliburton», «Schlumberger» (США), «Weatherford» (Швейцария); а также от появившихся новых компаний: «Silixa», «Sensornet», «Optasense» (Великобритания), «LIOS Technology», «AP Sensing» (Германия), «Bandweaver Technologies» (КНР).

До настоящего времени сформировались научные группы, занимающиеся вопросами изучения и создания распределенных датчиков температуры на основе рассеяния Рамана, среди них стоит выделить: А. Хартог (Университет Саутгемптон, Великобритания), Г. Болонини, М. Сото, А. Синьорини, С. Фаралли (Италия), Дж. Парк, Д. Ли, П. Ким, Н. Парк (Сеульский университет, Южная Корея), М. Таннер, Ш. Дайер, Р. Хэдфилд (Великобритания).

Среди российских ученых следует выделить научную группу из Института физики, нанотехнологий и телекоммуникаций Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого, возглавляемую О.И. Котовым

(Л.Б. Лиокумович, Н.А. Ушаков, М.А. Бисярин), а также ученых Института общей физики им. А.М. Прохорова РАН г. Москва (Б.Г. Горшков и др.). 1.1.2. Волоконно-оптические датчики на основе рассеяния Мандельштама -Бриллюэна

Возможность распределенного измерения температуры и натяжения одномодового ОВ путем анализа вынужденного рассеяния Мандельштама -Бриллюэна (ВРМБ) была продемонстрирована группой исследователей из «NTT Laboratories» в Японии (Т. Хоригучи, Т. Курашима и М. Татеда) в конце 80-х -начале 90-х годов [39-41]. В работах описан новый метод распределенного зондирования (BOTDA - Brillouin Optical Time-Domain Analyzer), т.к. сдвиг частоты ВРМБ может быть описан как функция натяжения и температуры ОВ и использоваться в качестве датчика для обеих величин. Данный метод предусматривал работу только с петлевой конфигурацией сенсорного ОВ. В 1993 году «NTT Laboratories» представила рефлектометр на основе РМБ (BOTDR -Brillouin Optical Time-Domain Reflectometer) [42]. В отличие от технологии BOTDA, технология BOTDR основывалась на спонтанном РМБ и не требовала петлевой конфигурации сенсорного ОВ.

Устройства на основе РМБ (BOTDA и BOTDR) со временем претерпели изменения и улучшения, уверенно заняв свою нишу в области распределенных волоконных датчиков благодаря эксплуатационным характеристикам. Однако такая особенность подобных систем, как одновременная чувствительность к механическому растяжению ОВ и к изменению его температуры, делает непригодным использование таких устройств в ряде применений, где невозможно компенсировать одно из влияний. Хотя полезный сигнал спонтанного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна (СпРМБ) на порядок выше, чем сигнал антистоксовой компоненты рассеяния Рамана, его интенсивность имеет более слабую чувствительность к температуре. Тем не менее устройства на основе РМБ находят применение в мониторинге электрических сетей (контроль температуры и деформации, которые могут быть вызваны проходящим по сетям электричеством и обледенением соответственно),

неразрушающем контроле (мониторинг изменения конструкции строения, определение наиболее уязвимых узлов, в т.ч. контроль деформации тоннелей, обнаружение трещин в бетонных конструкциях), контроль целостности магистральных нефтепроводов и газопроводов (в т.ч. подводных) для локализации мест возможных утечек.

Основными производителями систем измерения температуры и деформаций на основе анализа РМБ являются «OZ Optics Limited» (Канада), «OmniSense LLC» (США), «Febus Optics» (Франция).

1.1.3. Распределенные волоконно-оптические датчики на основе рассеяния Рэлея

В первых волоконно-оптических датчиках рассеяние Рэлея никак не учитывалось, а в каких-то системах было даже нежелательным и паразитным. Все изменилось в 1977 году, когда М. Барноски в своей работе предложил новую методику, позволяющую оценить дифференциальные потери в оптическом волокне, используя обратнорассеянное рэлеевское излучение [43]. Оптические рефлектометры получили широкое распространение в измерении волоконных линий и используются по сегодняшний день многими компаниями, которые так или иначе связаны с оптоволоконными системами. В такого типа устройствах для измерения потерь в волокне используется широкополосный источник излучения (ширина спектра порядка единиц нм), обратнорассеянный сигнал при этом нечувствителен к температуре. Однако, если в качестве источника импульсов использовать когерентное излучение (ширина линии спектра порядка 100 Гц), то проявляются интерференционные свойства обратнорассеянного сигнала и он становится чувствителен к изменению температуры. Возможность измерения температуры по рэлеевскому обратнорассеянному излучению была продемонстрирована учеными из Университета Кент (Великобритания) с помощью метода оптической рефлектометрии в частотной области в 1994 году. В данном исследовании ученым удалось добиться пространственного разрешения, равного 15 см, при общей длине сенсора 10 метров [44]. Недостатком подобных систем является измерение только изменения

температуры за некоторый промежуток времени, что подходит лишь для узкого круга задач, например, системы оповещения или пожарного извещателя.

Использование оптического рассеяния Рэлея в распределенных волоконных датчиках получило не столь широкое применение в измерении температуры, сколько вибро-акустические измерения этим методом, но тем не менее данное направление исследований актуально на сегодняшний день [45-49].

1.2. Области применения волоконно-оптических датчиков

Использование ВОД в промышленности приобретает все большее распространение, связанное, в том числе, с бурным развитием автоматизированных систем контроля и управления, разработкой и внедрением новых технологических процессов. ВОД имеют явные преимущества в сравнении с электрическими датчиками температуры: высокая чувствительность, высокие метрологические характеристики, широкий динамический диапазон, компактность, высокая надежность, долговечность [50]. Первоначально ВОД применялись в ситуациях, в которых электрические устройства вообще нельзя использовать, например, в агрессивной среде, при высоких температурах и в условиях электромагнитных помех, а также при контроле протяженных объектов, где экономически нецелесообразно размещение большого количества электрических точечных датчиков.

ВОД в разных конфигурациях нашли применение в следующих отраслях: горнодобывающая, промышленная, нефтяная и газовая, гидроэнергетика, строительство, авиация и космос.

Для горнодобывающей отрасли необходимо обеспечение шахт системой пожарного извещения для уменьшения количества инцидентов, связанных с материальными потерями, нанесением ущерба жизни и здоровью горнорабочих. В качестве системы обнаружения и локализации пожаров (в т.ч. ранних признаков) может выступать система ВОД, которая имеет преимущество в сравнении с традиционными - взрывобезопасность, т.к. в чувствительный элемент не может быть источником искры [51].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Чернуцкий Антон Олегович, 2022 год

Список литературы

1. Патент № 2664692 C1 Российская Федерация, МПК G01R 29/26. Измеритель фазовых шумов узкополосных лазеров, основанный на состоящем из РМ-волокна интерферометре Маха-Цендера : № 2017136195 : заявл. 12.10.2017 : опубл. 21.08.2018 / А. Б. Пнев, К. В. Степанов, А. А. Жирнов [и др.] ; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана).

2. Патент № 2695058 C1 Российская Федерация, МПК G01H 9/00, G01D 5/353. Многоканальное волоконно-оптическое устройство регистрации вибрационных воздействий с одним приёмным модулем регистрации : № 2018145195 : заявл. 19.12.2018 : опубл. 19.07.2019 / А. Б. Пнев, К. В. Степанов, А. А. Жирнов [и др.] ; заявитель федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана).

3. Ососков, Я. Ж. Распределенный волоконно-оптический датчик температуры на основе волоконного лазера ультракоротких импульсов / Ососков, Я. Ж., Чернуцкий, А. О., Дворецкий, Д. А., Сазонкин, С. Г., Куделин, И. С., Орехов, И. О. Пнев, А.Б. Карасик, В. Е. //Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 127. №. 4.

4. Ososkov, Y. Z. Fiber optic Raman distributed temperature sensor based on an ultrashort pulse mode-locked fiber laser / Y. Z. Ososkov, A. Chernutsky, D. A. Dvoretskiy [et al.] // Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, Prague, 01-04 апреля 2019 года. Prague, 2019. P. 110281I.

5. Chernutsky, A. O. Measurement of cryological temperature distribution via fiber optic sensors / A. O. Chernutsky, A. B. Pnev, K. V. Stepanov [et al.] // 2018 International Conference Laser Optics (ICLO). IEEE, 2018. P. 283-283.

6. Chernutsky, A. O. Phase-sensitive optical time-domain reflectometry with pulse mode EDFA: Probe pulse preparation / A. O. Chernutsky, A. A. Zhirnov, A. K. Fedorov [et al.] // 2017 Progress In Electromagnetics Research SymposiumSpring (PIERS). IEEE, 2017. P. 2231-2236.

7. Chernutsky, A. O. High-spatial-resolution Distributed Temperature Sensing System Based on a Mode-locked Fiber Laser / Chernutsky A. O. [и др.] // 2020 International Conference Laser Optics (ICLO). IEEE, 2020. P. 1-1.

8. Shuvalov, A. A. Possibility of distributed acoustic sensing (DAS) for geophysical problems solution / A.A. Shuvalov, A.B. Pnev, V.I. Ignatev, A.A. Zhirnov, A.O. Chernutsky // Engineering and Mining Geophysics 2018. European Association of Geoscientists & Engineers, 2018. Т. 2018. №. 1. P. 1-7.

9. Пнев, А. Б. Минимизация погрешности измерения фазовых шумов узкополосного лазера c помощью интерферометра Маха-Цендера на основе волокна с сохранением поляризации / А. Б. Пнев, А. В. Борисова, Я. А. Денисова, К. В. Степанов, А. А Жирнов, А. О. Чернуцкий // Измерительная техника. 2018. №. 5. С. 37-42.

10. Choban, T. V. Ф-OTDR based on tunable Yb-Er: phosphate-glass laser / Choban, T. V., Zhirnov, A. A., Chernutsky, A. O., Stepanov, K. V., Pniov, A. B., Galzerano, G., Karasik, V.E., Svelto, C. //Journal of Physics: Conference Series. IOP Publishing, 2019. Т. 1410. №. 1. P. 012108.

11. Жирнов, А.А. Влияние дрейфа частоты лазера в фазочувствительной рефлектометрии / А. А. Жирнов, К. В. Степанов, А. О. Чернуцкий [и др.] // Оптика и спектроскопия. 2019. Т. 127. № 10. С. 603-610.

12. Ососков, Я. Ж. Разработка распределенного волоконно-оптического датчика температуры на основе волоконного лазера ультракоротких импульсов / Я. Ж. Ососков, А. О. Чернуцкий, Д. А. Дворецкий [и др.] // Лазеры в науке, технике, медицине : Сборник научных трудов XXIX Международная конференция, Москва, 16-18 мая 2018 года / Под редакцией В.А. Петрова. Москва: Московское НТО радиотехники, электроники и связи им. А.С. Попова, 2018. С. 132-137.

13. Kao, K. C. Dielectric-fibre surface waveguides for optical frequencies / Kao K. C., Hockham G. A. // Proceedings of the Institution of Electrical Engineers. IET, 1966. T. 113. №. 7. P. 1151-1158.

14. Simon, J. C. Propagation guidée de lumière coherente / Simon J. C., Spitz E. // JOURNAL DE PHYSIQUE. 1963. T. 24. №. 2. P. 147-149.

15. Hecht, J. City of light: the story of fiber optics / Hecht J. // Oxford University Press on Demand, 2004.

16. Dyott, R. B. Group delay in glass-fibre waveguide / Dyott R. B., Stern J. R. // Electronics Letters. 1971. T. 7. №. 3. P. 82-84.

17. Kapron, F. P. Radiation losses in glass optical waveguides / Kapron F. P., Keck D. B., Maurer R. D. // Applied Physics Letters. 1970. T. 17. №. 10. P. 423-425.

18. Poole, S. Fabrication and characterization of low-loss optical fibers containing rare-earth ions / Poole, S., Payne, D., Mears, R., Fermann, M., & Laming, R. // Journal of Lightwave Technology. 1986. T. 4. №. 7. P. 870-876.

19. French, W. G. Low-loss fused silica optical waveguide with borosilicate cladding / French, W. G., Pearson, A. D., Tasker, G. W., MacChesney, J. B. // Applied Physics Letters. 1973. T. 23. №. 6. P. 338-339.

20. MacChesney, J. B. A new technique for the preparation of low-loss and graded-index optical fibers / MacChesney J. B., O'connor P. B., Presby H. M. // Proceedings of the IEEE. 1974. T. 62. №. 9. P. 1280-1281.

21. Vali, V. Fiber ring interferometer / Vali V., Shorthill R. W. // Applied optics. 1976. T. 15. №. 5. P. 1099-1100.

22. Vali, V. Fiber laser gyroscopes / Vali V., Shorthill R. W. // Fibers and integrated optics. International Society for Optics and Photonics, 1976. T. 77. P. 110115.

23. Menadier, C. The fotonic sensor / Menadier C., Kissinger C., Adkins H. // Instruments and Control Systems. 1967. T. 40. №. 6.

24. Shimizu, H. General Purpose Technology, Spin-Out, and Innovation / Shimizu H. // Advances in Japanese Business and Economics. 2019.

25. Smith, R. G. Receiver design for optical fiber communication systems / Smith R. G., Personick S. D. // Semiconductor devices for optical communication. Springer, Berlin, Heidelberg, 1980. P. 89-160.

26. Mahlein, H. F. Design of beam splitters for optical filter tapping elements / Mahlein H. F. // Siemens Forschungs und Entwicklungsberichte. 1979. T. 8. №. 3. P. 136-140.

27. Dakin, J. P. A novel fibre-optic temperature probe / Dakin J. P., Kahn D. A. // Optical and Quantum Electronics. 1977. T. 9. P. 540-544.

28. Rozzell, T. C. A nonperturbing temperature sensor for measurements in electromagnetic fields / Rozzell, T. C., Johnson, C. C., Durney, C. H., Lords, J. L., Olsen, R. G. // Journal of microwave power. 1974. T. 9. №. 3. P. 241-249.

29. Hocker, G. B. Fiber-optic sensing of pressure and temperature / Hocker G. B. // Applied optics. 1979. T. 18. №. 9. P. 1445-1448.

30. Morey, W. W. Fiber optic Bragg grating sensors / Morey W. W., Meltz G., Glenn W. H. // Fiber optic and laser sensors VII. International Society for Optics and Photonics, 1990. T. 1169. P. 98-107.

31. Brooks, J. Coherence multiplexing of fiber-optic interferometric sensors / Brooks, J., Wentworth, R., Youngquist, R. C., Tur, M. O. S. H. E., Kim, B., & Shaw, H. // Journal of Lightwave Technology. 1985. T. 3. №. 5. P. 1062-1072.

32. Sakai, I. Multiplexing of optical fiber sensors using a frequency-modulated source and gated output / Sakai I., Youngquist R., Parry G. // Journal of lightwave technology. 1987. T. 5. №. 7. P. 932-940.

33. Sun, M. H. Fiberoptic temperature sensors in the medical setting / Sun M. H., Wickersheim K. A., Kim J. // Optical Fibers in Medicine IV. International Society for Optics and Photonics, 1989. T. 1067. P. 15-21.

34. Hartog, A. H. Distributed temperature sensing in solid-core fibres / Hartog A. H., Leach A. P., Gold M. P. // Electronics letters. 1985. T. 21. №. 23. P. 1061-1062.

35. Hartog, A. A distributed temperature sensor based on liquid-core optical fibers / Hartog A. // Journal of Lightwave Technology. 1983. T. 1. №. 3. P. 498-509.

36. Dakin, J. P. Distributed optical fibre Raman temperature sensor using a semiconductor light source and detector / Dakin, J. P., Pratt, D. J., Bibby, G. W., Ross, J. N. // Electronics letters. 1985. T. 21. №. 13. P. 569-570.

37. Culverhouse, D. Potential of stimulated Brillouin scattering as sensing mechanism for distributed temperature sensors / Culverhouse, D., Farahi, F., Pannell, C. N. // Electronics Letters. 1989. T. 25. №. 14. P. 913--915.

38. Dakin, J. P. Distributed antistokes ratio thermometry / Dakin, J. P., Pratt, D. J., Bibby, G. W., Ross, J. N. // Optical Fiber Sensors. Optical Society of America, 1985. P. PDS3.

39. Horiguchi, T. BOTDA-nondestructive measurement of single-mode optical fiber attenuation characteristics using Brillouin interaction: theory / Horiguchi T., Tateda M. // Journal of lightwave technology. 1989. T. 7. №. 8. P. 1170-1176.

40. Horiguchi, T. A technique to measure distributed strain in optical fibers / Horiguchi T., Kurashima T., Tateda M. // IEEE photonics technology letters. 1990. T. 2. №. 5. P. 352-354.

41. Kurashima, T. Distributed-temperature sensing using stimulated Brillouin scattering in optical silica fibers / Kurashima T., Horiguchi T., Tateda M. // Optics letters. 1990. T. 15. №. 18. P. 1038-1040.

42. Shimizu, K. Coherent self-heterodyne detection of spontaneously Brillouin-scattered light waves in a single-mode fiber / Shimizu, K., Horiguchi, T., Koyamada, Y., Kurashima, T. // Optics letters. 1993. T. 18. №. 3. P. 185-187.

43. Barnoski, M. K. Optical time domain reflectometer / Barnoski, M., Rourke, M., Jensen, S. M. // Applied optics. 1977. T. 16. №. 9. P. 2375-2379.

44. Rathod, R. Distributed temperature-change sensor based on Rayleigh backscattering in an optical fiber / Rathod, R., Pechstedt, R. D., Jackson, D. A., Webb, D. J. // Optics letters. 1994. T. 19. №. 8. P. 593-595.

45. Koyamada, Y. Fiber-optic distributed strain and temperature sensing with very high measurand resolution over long range using coherent OTDR / Koyamada, Y., Imahama, M., Kubota, K., Hogari, K. // Journal of Lightwave Technology. 2009. T. 27. №. 9. P. 1142-1146.

46. Lu, X. Temperature-strain discrimination in distributed optical fiber sensing using phase-sensitive optical time-domain reflectometry / Lu X., Soto M. A., Thevenaz L. // Optics express. 2017. Т. 25. №. 14. P. 16059-16071.

47. Nikitin, S. P. Distributed temperature sensor based on a phase-sensitive optical time-domain Rayleigh reflectometer / Nikitin, S. P., Kuzmenkov, A. I., Gorbulenko, V. V., Nanii, O. E., Treshchikov, V. N. // Laser Physics. 2018. Т. 28. №. 8. P. 085107.

48. Жирнов, А.А. Фазочувствительный рефлектометр на основе перестраиваемого по частоте излучения твердотельного иттербий-эрбиевого лазера : специальность 05.11.07 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Жирнов Андрей Андреевич ; МГТУ им. Н.Э. Баумана. Москва, 2019. 154 с.

49. Алексеев, А.Э. Волоконная интерферометрия рассеянного излучения и её применение для регистрации акустических воздействий : специальность 01.04.03 «Радиофизика» : диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук / Алексеев Алексей Эдуардович ; Российская академия наук Институт радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова (ИРЭ им. В.А.Котельникова РАН). Фрязино, 2014. 282 с.

50. Удд, Э. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников / под ред. Э. Удда ; пер. с англ. И. Ю. Шкадиной. Москва : Техносфера, 2008. 518 с. (Мир электроники). ISBN 978-5-94836-191-8.

51. Бабин, С. А. Концепция многофункциональной системы безопасности угольной шахты с использованием волоконно-оптических технологий / Бабин, С. А., Голушко, С., Цыба, А. М., Чейдо, Г. П., Шелемба, И. С., Шакиров, С. Р. // Вычислительные технологии. 2013. Т. 18.

52. Kersey, A. D. Optical fiber sensors for permanent downwell monitoring applications in the oil and gas industry / Kersey A. D. // IEICE transactions on electronics. 2000. Т. 83. №. 3. P. 400-404.

53. Schroeder, R. J. Fiber optic sensors for oil field services / Schroeder R. J., Ramos R. T., Yamate T. // Fiber Optic Sensor Technology and Applications. International Society for Optics and Photonics, 1999. Т. 3860. P. 12-22.

54. Martelli, C. Temperature sensing in a 175MW power generator / Martelli, C., da Silva, E. V., de Morais Souza, K., Mezzadri, F., Somenzi, J., Crespin, M. // OFS2012 22nd International Conference on Optical Fiber Sensors. International Society for Optics and Photonics, 2012. Т. 8421. P. 84212F.

55. Yilmaz, G. A distributed optical fiber sensor for temperature detection in power cables / Yilmaz G., Karlik S. E. // Sensors and Actuators A: Physical. 2006. Т. 125. №. 2. P. 148-155.

56. Xiao, F. Fiber optic health monitoring and temperature behavior of bridge in cold region / Xiao F., Hulsey J. L., Balasubramanian R. // Structural Control and Health Monitoring. 2017. Т. 24. №. 11. P. e2020.

57. Шелемба, И.С. Методы опроса распределенных волоконно-оптических измерительных систем и их практическое применение : специальность 01.04.05 «Оптика» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Шелемба Иван Сергеевич ; Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и электрометрии Сибирского отделения Российской академии наук. Новосибирск, 2018. 135 с.

58. Choi, H. Y. Miniature fiber-optic high temperature sensor based on a hybrid structured Fabry-Perot interferometer / Choi, H. Y., Park, K. S., Park, S. J., Paek, U. C., Lee, B. H. // Optics letters. 2008. Т. 33. №. 21. P. 2455-2457.

59. Zhu, Y. Sapphire-fiber-based white-light interferometric sensor for high-temperature measurements / Zhu, Y., Huang, Z., Shen, F., Wang, A. // Optics letters. 2005. Т. 30. №. 7. P. 711-713.

60. Betta, G. An intrinsic fiber optic temperature sensor / Betta G., Pietrosanto A. // IEEE Transactions on instrumentation and measurement. 2000. Т. 49. №. 1. P. 25-29.

61. Timotijevic, B. Compact optical MEMS accelerometers and temperature sensors / Timotijevic, B., Petremand, Y., Bayat, D., Luetzelschwab, M., Aebi, L.,

Tormen, M. // MOEMS and Miniaturized Systems XVI. International Society for Optics and Photonics, 2017. T. 10116. P. 101160G.

62. Wu, J. Sapphire-fiber-based pyrometer for harsh environment applications / Wu, J., Deng, K. L., Wang, Z., Lee, B., Guida, R. // Photorefractive Fiber and Crystal Devices: Materials, Optical Properties, and Applications XII. International Society for Optics and Photonics, 2006. T. 6314. P. 63140Z.

63. Rong, Q. A miniature fiber-optic temperature sensor based on a Fabry-Perot interferometer / Rong, Q., Sun, H., Qiao, X., Zhang, J., Hu, M., Feng, Z. // Journal of optics. 2012. T. 14. №. 4. P. 045002.

64. Zhang, Y. High-temperature fiber-optic Fabry-Perot interferometric pressure sensor fabricated by femtosecond laser / Zhang, Y., Yuan, L., Lan, X., Kaur, A., Huang, J. // Optics letters. 2013. T. 38. №. 22. P. 4609-4612.

65. Zhu, T. Fabry-Perot optical fiber tip sensor for high temperature measurement / Zhu, T., Ke, T., Rao, Y., Chiang, K. S. // Optics Communications. 2010. T. 283. №. 19. P. 3683-3685.

66. Zhao, Y. Fiber-optic temperature sensor used for oil well based on semiconductor optical absorption / Zhao Y., Rong M., Liao Y. // IEEE sensors journal. 2003. T. 3. №. 4. P. 400-403.

67. Zhang, Z. Y. Erbium-doped intrinsic fiber sensor for cryogenic temperature measurement / Zhang, Z. Y., Sun, T., Grattan, K. T. V., Palmer, A. W. // Sensors and Actuators A: Physical. 1998. T. 71. №. 3. P. 183-186.

68. Zhang, Z. Y. Thulium-doped fiber optic decay-time temperature sensors: Characterization of high temperature performance / Zhang Z. Y., Grattan K. T. V., Meggitt B. T. // Review of Scientific Instruments. 2000. T. 71. №. 4. P. 1614-1620.

69. Lai, Y. C. Amplified spontaneous emission-based technique for simultaneous measurement of temperature and strain by combining active fiber with fiber gratings / Lai, Y. C., Qiu, G. F., Zhang, W., Zhang, L., Bennion, I., Grattan, K. T. V. // Review of scientific instruments. 2002. T. 73. №. 9. P. 3369-3372.

70. Wade, S. A. Fluorescence intensity ratio technique for optical fiber point temperature sensing / Wade S. A., Collins S. F., Baxter G. W. // Journal of Applied physics. 2003. Т. 94. №. 8. P. 4743-4756.

71. Tapetado, A. Two-color pyrometer for process temperature measurement during machining / Tapetado, A., Diaz-Alvarez, J., Miguelez, M. H.,Vazquez, C. // Journal of lightwave technology. 2016. Т. 34. №. 4. P. 1380-1386.

72. Wang, Y. Two-colour ratio pyrometer with optical fiber / Wang Y., Shi J., Li Z. // International Conference on Optical Fibre Sensors in China OFS (C)'91. International Society for Optics and Photonics, 1991. Т. 1572. P. 192-196.

73. Карасик, В. Е. Измерительное устройство контроля деформации и температуры на основе наноразмерных волоконно-оптических датчиков / Карасик В. Е., Лазарев В. А., Неверова Н. А. // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2008. №. 58.

74. Исимару, А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах / Исимару А. М.: Мир, 1981. 280 с.

75. Kawasaki, B. S. Narrow-band Bragg reflectors in optical fibers / Kawasaki, B. S., Hill, K. O., Johnson, D. C., Fujii, Y. J. O. L. // Optics Letters. 1978. Т. 3. №. 2. P. 66-68.

76. Hill, K. O. Photosensitivity in optical fiber waveguides: Application to reflection filter fabrication / Hill, K. O., Fujii, Y., Johnson, D. C., Kawasaki, B. S. // Applied physics letters. 1978. Т. 32. №. 10. P. 647-649.

77. Xu, M. G. Optical in-fibre grating high pressure sensor / Xu, M. G., Reekie, L., Chow, Y. T., Dakin, J. P. // Electronics letters. 1993. Т. 29. №. 4. P. 398399.

78. Morey, W. W. Evaluation of a fiber Bragg grating hydrostatic pressure sensor / Morey W. W., Meltz G., Weiss J. M. // Proc. 0FS. 1992. Т. 92.

79. Blair, L. T. Wavelength division multiplexed sensor network using Bragg fibre reflection gratings / Blair L. T., Cassidy S. A. // Electronics Letters. 1992. Т. 28. №. 18. P. 1734-1735.

80. Askins, C. G. Instrumentation for interrogating many-element fiber Bragg grating arrays / Askins C. G., Putnam M. A., Friebele E. J. // Smart Structures and Materials 1995: Smart Sensing, Processing, and Instrumentation. International Society for Optics and Photonics, 1995. T. 2444. P. 257-266.

81. Melle, S. M. A passive wavelength demodulation system for guided-wave Bragg grating sensors / Melle S. M., Liu K., Measures R. M. // IEEE Photonics Technology Letters. 1992. T. 4. №. 5. P. 516-518.

82. Melle, S. M. Practical fiber-optic Bragg grating strain gauge system / Melle, S. M., Liu, K. // Applied optics. 1993. T. 32. №. 19. P. 3601-3609.

83. Kersey, A. D. Multiplexed fiber Bragg grating strain-sensor system with a fiber Fabry-Perot wavelength filter / Kersey A. D., Berkoff T. A., Morey W. W. // Optics letters. 1993. T. 18. №. 16. P. 1370-1372.

84. Xu, M. G. Novel interrogating system for fibre Bragg grating sensors using an acousto-optic tunable filter / Xu, M. G., Geiger, H., Archambault, J. L., Reekie, L., Dakin, J. P. // Electronics Letters. 1993. T. 29. №. 17. P. 1510-1511.

85. Jackson, D. A. Simple multiplexing scheme for a fiber-optic grating sensor network / Jackson, D. A., Ribeiro, A. L., Reekie, L., Archambault, J. L. // Optics Letters. 1993. T. 18. №. 14. P. 1192-1194.

86. Kersey, A. D. High-resolution fibre-grating based strain sensor with interferometric wavelength-shift detection / Kersey A. D., Berkoff T. A., Morey W. W. // Electronics Letters. 1992. T. 28. №. 3. P. 236-238.

87. Kersey, A. D. Fiber-optic Bragg grating strain sensor with drift-compensated high-resolution interferometric wavelength-shift detection / Kersey A. D., Berkoff T. A., Morey W. W. // Optics letters. 1993. T. 18. №. 1. P. 72-74.

88. Parker, T. R. Temperature and strain dependence of the power level and frequency of spontaneous Brillouin scattering in optical fibers / Parker, T. R., Farhadiroushan, M., Handerek, V. A., Rogers, E. A. // Optics letters. 1997. T. 22. №. 11. P. 787-789.

89. Hartog, A. H. An introduction to distributed optical fibre sensors / A. H. Hartog // An Introduction to Distributed Optical Fibre Sensors, 2017. P. 1-440.

90. Hausner, M. B. Calibrating single-ended fiber-optic Raman spectra distributed temperature sensing data / Hausner, M. B., Suarez, F., Glander, K. E., Giesen, N. V. D., Selker, J. S., Tyler, S. W. // Sensors. 2011. T. 11. №. 11. P. 1085910879.

91. Izumita, H. The performance limit of coherent OTDR enhanced with optical fiber amplifiers due to optical nonlinear phenomena / Izumita, H., Koyamada, Y., Furukawa, S. I., Sankawa, I. // Journal of lightwave technology. 1994. T. 12. №. 7. P. 1230-1238.

92. Barnoski, M. K. Fiber waveguides: a novel technique for investigating attenuation characteristics / Barnoski M. K., Jensen S. M. // Applied optics. 1976. T. 15. №. 9. P. 2112-2115.

93. Personick, S. D. Photon probe—An optical-fiber time-domain reflectometer / Personick S. D. // The bell system technical journal. 1977. T. 56. №. 3. P. 355-366.

94. Uttam, D. Precision time domain reflectometry in optical fiber systems using a frequency modulated continuous wave ranging technique / Uttam D., Culshaw B. // Journal of Lightwave Technology. 1985. T. 3. №. 5. P. 971-977.

95. Koeppel, M. Combined distributed Raman and Bragg fiber temperature sensing using incoherent optical frequency domain reflectometry / Koeppel, M., Werzinger, S., Ringel, T., Bechtold, P., Thiel, T., Engelbrecht, R., Schmauss, B. // Journal of Sensors and Sensor Systems. 2018. T. 7. №. 1. P. 91-100.

96. Karamehmedovic, E. Fiber optic distributed temperature sensor using incoherent optical frequency domain reflectometry / Karamehmedovic E., Glombitza U. // Emerging Optoelectronic Applications. International Society for Optics and Photonics, 2004. T. 5363. P. 107-115.

97. Smolen, J. J. Distributed temperature sensing / Smolen J. J., van der Spek A. // A primer for Oil and Gas Production. Shell. 2003.

98. Tyler, S. W. Environmental temperature sensing using Raman spectra DTS fiber-optic methods / Tyler, S. W., Selker, J. S., Hausner, M. B., Hatch, C. E., Torgersen, T., Thodal, C. E., Schladow, S. G. // Water Resources Research. 2009. T. 45. №. 4.

99. Stierlin, R. Distributed fiber-optic temperature sensor using single photon counting detection / Stierlin, R., Ricka, J., Zysset, B., Battig, R., Weber, H. P., Binkert, T., & Borer, W. J. // Applied optics. 1987. T. 26. №. 8. P. 1368-1370.

100. Feced, R. Advances in high resolution distributed temperature sensing using the time-correlated single photon counting technique / Feced, R., Farhadiroushan, M., Handerek, V. A., Rogers, A. J. // IEE Proceedings-Optoelectronics. 1997. T. 144. №. 3. P. 183-188.

101. Feced, R. A high spatial resolution distributed optical fiber sensor for high-temperature measurements / Feced, R., Farhadiroushan, M., Handerek, V. A., Rogers, A. J. // Review of scientific instruments. 1997. T. 68. №. 10. P. 3772-3776.

102. Tanner, M. G. High-resolution single-mode fiber-optic distributed Raman sensor for absolute temperature measurement using superconducting nanowire singlephoton detectors / Tanner, M. G., Dyer, S. D., Baek, B., Hadfield, R. H., Woo Nam, S. // Applied Physics Letters. 2011. T. 99. №. 20. P. 201110.

103. Dyer, S. D. Analysis of a distributed fiber-optic temperature sensor using single-photon detectors / Dyer, S. D., Tanner, M. G., Baek, B., Hadfield, R. H., & Nam, S. W. // Optics express. 2012. T. 20. №. 4. P. 3456-3466.

104. Hobel, M. High-resolution distributed temperature sensing with the multiphoton-timing technique / Hobel, M., Ricka, J., Wuthrich, M., & Binkert, T. // Applied optics. 1995. T. 34. №. 16. P. 2955-2967.

105. Udem, T. Optical frequency metrology / Udem T., Holzwarth R., Hansch T. W. // Nature. 2002. T. 416. №. 6877. P. 233-237.

106. Jepsen, P. U. Generation and detection of terahertz pulses from biased semiconductor antennas / Jepsen P. U., Jacobsen R. H., Keiding S. R. // JOSA B. 1996. T. 13. №. 11. P. 2424-2436.

107. Hartl, I. Ultrahigh-resolution optical coherence tomography using continuum generation in an air-silica microstructure optical fiber / Hartl, I., Li, X. D., Chudoba, C., Ghanta, R. K., Ko, T. H., Fujimoto, J. G., Windeler, R. S. // Optics letters. 2001. T. 26. №. 9. P. 608-610.

108. Lubatschowski, H. Ophthalmic applications / Lubatschowski H., Heisterkamp A. // Femtosecond Technology for Technical and Medical Applications. 2004. P. 187-203.

109. Weigl, P. Dental applications / Weigl P., Kasenbacher A., Werelius K. // Femtosecond Technology for Technical and Medical Applications. 2004. P. 167-187.

110. Breitling, D. Drilling of metals / Breitling, D., Fohl, C., Dausinger, F., Kononenko, T., Konov, V. // Femtosecond Technology for Technical and Medical Applications. 2004. P. 131-156.

111. Zewail, A. H. Femtochemistry: Atomic-scale dynamics of the chemical bond / Zewail A. H. // The Journal of Physical Chemistry A. 2000. Т. 104. №. 24. P. 5660-5694.

112. Сазонкин, С.Г. Методы повышения стабильности амплитудных и временных характеристик излучения лазера фемтосекундных импульсов в составе оптического делителя частоты : специальность 05.11.07 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» : диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Сазонкин Станислав Григорьевич ; МГТУ им. Н.Э. Баумана. Москва, 2019, 149 с.

113. Gubin, M. A. Observation of saturated dispersion resonances of methane in a two-mode Cr2+: ZnSe/CH4 laser / Gubin, M. A., Kireev, A. N., Kozlovskii, V. I., Korostelin, Y. V., Lazarev, V. A., Pnev, A. B., Shelkovnikov, A. S. // Quantum Electronics. 2012. Т. 42. №. 7. P. 565.

114. Lee, Y. S. Terahertz Spectroscopy of Atoms and Molecules / Lee Y. S. // Principles of Terahertz Science and Technology. Springer, Boston, MA, 2009. P. 1-44.

115. Yilmaz, G. A distributed optical fiber sensor for temperature detection in power cables / Yilmaz G., Karlik S. E. // Sensors and Actuators A: Physical. 2006. Т. 125. №. 2. P. 148-155.

116. Quinlan, F. Ultralow phase noise microwave generation with an Er: fiber-based optical frequency divider / Quinlan, F., Fortier, T. M., Kirchner, M. S., Taylor, J. A., Thorpe, M. J., Lemke, N., Diddams, S. A. // Optics letters. 2011. Т. 36. №. 16. P. 3260-3262.

117. Duling, I. N. All-fiber ring soliton laser mode locked with a nonlinear mirror / Duling I. N. // Optics letters. 1991. T. 16. №. 8. P. 539-541.

118. Tamura, K. Pulse dynamics in stretched-pulse fiber lasers / Tamura K., Ippen E. P., Haus H. A. // Applied physics letters. 1995. T. 67. №. 2. P. 158-160.

119. Ilday, F. O. Self-similar evolution of parabolic pulses in a laser / Ilday, F. O., Buckley, J. R., Clark, W. G., Wise, F. W. // Physical review letters. 2004. T. 92. №. 21. P. 213902.

120. Renninger, W. H. Dissipative solitons in normal-dispersion fiber lasers / Renninger W. H., Chong A., Wise F. W. // Physical Review A. 2008. T. 77. №. 2. P.023814.

121. Agrawal, G. P. Fiber-Optic Communication Systems / G. P. Agrawal. Fourth Edition : John Wiley & Sons, Inc., 2011. 610 p.

122. Farahani, M. A. Spontaneous Raman scattering in optical fibers with modulated probe light for distributed temperature Raman remote sensing / Farahani M. A., Gogolla T. // Journal of Lightwave Technology. 1999. T. 17. №. 8. P. 1379.