Details

Предмет исследования. Распределённый оптоволоконный сенсор силы тока на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна при деформации волокна. Цель работы. Моделирование рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне при наличии деформации, вызванной силой Ампера, для расчёта параметров сенсора силы тока. Метод. Расчёт передаточной функции при трёхволновом взаимодействии волны накачки, пробной волны и акустической волны с учётом характеристических коэффициентов усиления вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Основные результаты. Проведено моделирование работы сенсора силы тока на основе рассеяния Мандельштама-Бриллюэна. Исследовано значение передаточной функции, рассмотрен эффект температурного воздействия при использовании оптического волокна с добавлением оксида германия. Проведено моделирование работы сенсора с предельным значением измеряемой силы тока в 50 кА, а также получением чувствительности в 72 А. Исследована возможность сокращения времени измерения при уменьшении диапазона изменения частоты модуляции. Выбран диапазон 100 кГц 300 МГц при пространственном разрешении в 0,5 м с инкрементом по частоте 100 кГц при длине волокна в 500 м. Практическая значимость. Проведено моделирование с оценкой параметров измерительной системы исходя из математической модели вынужденного рассеяния Мандельштама-Бриллюэна в оптическом волокне. Пространственное разрешение сенсора при определении длины и местоположения участков волокна составляет 0,5 м при использовании амплитудной модуляции оптического сигнала в пределах от 100 кГц до 700 МГц при длине чувствительного волокна 500 м. Разрешающая способность сенсора составляет 72 А при разности частот излучения накачки и пробного delta[f] = 500 кГц, максимальное значение силы тока 50 кА при разности частот излучения накачки и пробного delta[f] = 50 МГц, что вдвое превышает предельное значение измеряемой силы тока в заявленных ранее сенсорах такого типа.

Subject of study. Distributed fiber optic current sensor based on Mandelstam-Brillouin scattering on the basis of fiber deformation. Aim of study. Simulation of Mandelstam-Brillouin scattering in an optical fiber in the presence of deformation caused by the Ampere force to calculate the parameters of the current sensor. Method. Calculation of the transfer function for a three-wave interaction of a pump wave, a probe wave and an acoustic wave, taking into account the characteristic amplification factors of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering. Main results. The operation of a current sensor based on Mandelstam-Brillouin scattering was simulated. The value of the transfer function is studied, the effect of temperature exposure is considered when using optical fiber with the addition of germanium oxide. The operation of the sensor was simulated with a limiting value of the measured current of 50 kA, as well as obtaining a sensitivity of 72 A. The possibility of reducing the measurement time by reducing the range of modulation frequency changes. The range 100 kHz - 300 MHz with a spatial resolution of 0.5 m with an increment of frequency of 100 kHz with a fiber length of 500 m was chosen. Practical significance. A simulation was carried out to estimate the parameters of the measuring system based on the mathematical model of stimulated Mandelstam-Brillouin scattering in an optical fiber. The spatial resolution of the sensor when determining the length and location of fiber sections is 0.5 m when using amplitude modulation of the optical signal in the range from 100 kHz to 700 MHz with a sensitive fiber length of 500 m. The resolution of the sensor is 72 A at the difference between the pump and test radiation frequencies delta[f] = 500 kHz, maximum current value 50 kA at a difference in frequencies of pump and test radiation delta[f] = 50 MHz, which is twice the maximum value of the measured current in previously announced sensors of this type.