Устройство для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов Российский патент 2024 года по МПК G01B9/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, предназначено для анализа амплитудно-фазовых характеристик светового излучения, рассеянного от различных участков волоконно-оптического чувствительного элемента, и может быть использовано как для мониторинга и охраны протяженных объектов, таких, например, как трубопроводы, мосты, дороги, электрические и оптические кабели и иные ответственные конструкции, так и для мониторинга повреждений при проведении работ вблизи таких объектов.

Из уровня техники известны устройства для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов, реализующие принцип импульсного зондирования. К этой группе устройств относится, например, устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта, содержащее функционально связанные приемо-передающий оптический модуль, усилительный оптический модуль, чувствительный элемент, выполненный в виде оптического волокна, и компьютер с системой распознавания, причем приемо-передающий оптический модуль содержит узкополосный непрерывный лазер, акустооптический модулятор, блок обработки сигналов, фильтр частот и блок постобработки, управления и синхронизации, а усилительный оптический модуль содержит передающий и приемный оптические усилители, оптический циркулятор и оптический фильтр, при этом выход акустооптического модулятора соединен с входом передающего оптического усилителя, вход оптического фильтра соединен с выходом приемного оптического усилителя, выход блока обработки сигналов через фильтр частот соединен входом блока постобработки, управления и синхронизации, первый выход которого соединен с модулирующим входом акустооптического модулятора, а второй выход соединен с входом компьютера, а выход передающего оптического усилителя и вход приемного оптического усилителя через оптический циркулятор соединены с чувствительным элементом, приемо-передающий оптический модуль снабжен разветвителем с сохранением поляризации, квадратурным оптическим приемником для двух плоскостей поляризации, четырехканальным регулируемым усилителем и четырехканальным аналого-цифровым преобразователем, блок обработки сигналов выполнен четырехканальным, выход оптического фильтра усилительного оптического модуля соединен с входом квадратурного оптического приемника, выход узкополосного непрерывного лазера соединен со входом разветвителя с сохранением поляризации, первый выход которого соединен со входом акустооптического модулятора, а второй выход соединен с гетеродинным входом квадратурного оптического приемника, квадратурные выходы которого соединены с входами четырехканального регулируемого усилителя, выходы которого соединены со входами четырехканального аналого-цифрового преобразователя, выходы которого соединены с входами четырехканального блока обработки сигналов (патент RU №2801071 С1, опубл. 01.08.2023).

К недостаткам упомянутого аналога следует отнести вытекающие из принципа импульсного зондирования. Например, способность обнаружения виброакустического воздействия на чувствительный элемент на максимальном расстоянии напрямую зависит от периода Т повторения оптических зондирующих импульсов, что в свою очередь ограничивает оценку максимальной частоты виброакустического воздействия, которая в соответствии с теоремой Котельникова не может превышать половины частоты повторения (F=1/T) оптического зондирующего сигнала. Другими словами, упомянутый аналог не может оценить значения частот в виброакустическом воздействии, превышающих значения частот, равных F=1/2T. Очевидно, для расширения диапазона оцениваемых частот требуется уменьшение периода повторения оптического зондирующего сигнала, что неизбежно приводит к сокращению дальности до места однозначного определения виброакустического воздействия. Так, для периода повторения зондирующего импульсного сигнала, равного 1 мс и соответственно для частоты повторения зондирующего импульсного сигнала 1 кГц, дальность составляет 100 км (см., например, Д.Р. Харасов и др., Максимальная дальность работы распределенных датчиков на основе когерентных импульсных оптических рефлектометров (ϕOTDR) и телекоммуникационного волокна с отражательными центрами. Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2021, №3, с. 36-43).

Из уровня техники известны устройства для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов, использующие, в отличие от приведенного выше аналога, непрерывное оптическое излучение. К этой группе устройств относится, например, устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта, основанное на гибридном решении, сочетающем в себе элементы интерферометров Маха-Цендера и Майкельсона, содержащее функционально связанные источник лазерного излучения, средство модулирования оптических сигналов, двуплечий интерферометр Маха-Цендера с входным и выходным сплиттерами и встроенными в одноименные плечи первым и вторым оптоволоконными чувствительными элементами, соединенный с выходом выходного сплиттера третий оптоволоконный чувствительный элемент, фотодетекторы проходящего и отраженного оптических сигналов и блок обработки и управления, причем входной сплиттер выполнен с входом, двумя выходами и третьим выходом отраженного оптического сигнала, выход источника лазерного излучения соединен с входом входного сплиттера, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера между соответствующим оптоволоконным чувствительным элементом и выходным сплиттером встроен промежуточный сплиттер, первый выход которого является входом в выходной сплиттер, второй выход оснащен зеркалом Фарадея и является входом отраженного оптического сигнала, а вход является выходом отраженного оптического сигнала, кроме того, выход третьего оптоволоконного чувствительного элемента соединен с фотодетектором проходящего оптического сигнала, а выход отраженного оптического сигнала входного сплиттера соединен с фотодетектором отраженного оптического сигнала (патент US №9400167 В2, выд. 26.07.2016). Данное техническое решение принято нами за прототип.

В отличие от приведенного выше аналога, прототип обеспечивает: независимую регистрацию места виброакустических воздействий и их спектральные характеристики в широком диапазоне частот звуковых и ультразвуковых вибраций. Вместе с тем, прототип обладает весьма существенным недостатком - низким качеством зондирующего сигнала, обусловленным способом формирования непрерывного зондирующего оптического сигнала, применяющим прямую модуляцию источника лазерного излучения непрерывным высокочастотным сигналом. Из теории известно, что независимо от природы источника гармонических колебаний (несущее колебание) ƒ_нес при амплитудной, частотной и фазовой модуляции непрерывным гармоническим сигналом (модулирующее колебание) ƒ_мод, результирующее колебание ƒ_рез содержит, как минимум, три частоты - собственно несущую и две боковые частоты (верхнюю и нижнюю). Другими словами, в рассматриваемом прототипе значение частоты оптического излучения ƒ_опт, направляемого в чувствительный элемент, равно:

ƒ_опт=ƒ_нес±ƒ_мод,

где ƒ_нес соответствует немодулированному значению частоты источника лазерного излучения. По факту, прямая модуляция лазера приводит к множественной модуляции, в частности, к изменению длины волны, спектрального состава и мощности оптического излучения, что, в свою очередь, существенно усложняет выделение сигналов виброакустического воздействия, тем самым снижая достоверность мониторинга виброакустических воздействий. Кроме того, необходимость обработки сигналов в полосе частот от 0 до ƒ_мод на выходах фотодетекторов проходящего и отраженного оптических сигналов вносит дополнительные ошибки, влияющие на достоверность мониторинга.

Таким образом, выявленная проблема - низкое качество зондирующего сигнала.

Технический результат - повышение достоверности мониторинга за счет повышения качества зондирующего сигнала.

Выявленная проблема решается, а заявленный технический результат достигается тем, что в устройстве для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов, содержащем функционально связанные источник лазерного излучения, двуплечий интерферометр Маха-Цендера с входным и выходным сплиттерами и встроенными в одноименные плечи первым и вторым оптоволоконными чувствительными элементами, соединенный с выходом выходного сплиттера третий оптоволоконный чувствительный элемент, фотодетекторы проходящего и отраженного оптических сигналов и блок обработки и управления, причем входной сплиттер выполнен с входом, двумя выходами и третьим выходом отраженного оптического сигнала, выход источника лазерного излучения соединен с входом входного сплиттера, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера между соответствующим оптоволоконным чувствительным элементом и выходным сплиттером встроен промежуточный сплиттер, первый выход которого является входом в выходной сплиттер, второй выход оснащен зеркалом Фарадея и является входом отраженного оптического сигнала, а вход является выходом отраженного оптического сигнала, кроме того, выход третьего оптоволоконного чувствительного элемента соединен с фотодетектором проходящего оптического сигнала, а выход отраженного оптического сигнала входного сплиттера соединен с фотодетектором отраженного оптического сигнала, блок обработки и управления оснащен устройством формирования первой и второй поднесущих частот с блоком формирования разностной частоты поднесущих частот, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера встроен управляемый оптический модулятор, вход которого соединен с соответствующим выходом входного сплиттера, выход - с входом соответствующего оптоволоконного чувствительного элемента, а управляющий вход - с соответствующим выходом устройства формирования первой и второй поднесущих частот, фотодетекторы проходящего и отраженного оптического сигнала оснащены последовательно установленными полосовыми фильтрами и синхронными детекторами соответственно проходящего и отраженного оптического сигнала так, что вход последующего соединен с выходом предыдущего, а выходы синхронных детекторов соединены с соответствующими входами блока обработки и управления, при этом выход блока формирования разностной частоты поднесущих частот параллельно соединен со вторым входом синхронного детектора проходящего оптического сигнала и с синхронным детектором отраженного оптического сигнала через установленный на его втором входе удвоитель разностной частоты, при этом третий оптоволоконный чувствительный элемент может быть оснащен защитной виброизоляцией.

Изобретение поясняется изображением функциональной схемы заявленного устройства.

На представленном изображении цифровыми позициями обозначены следующие элементы:

1 - устройство формирования первой и второй поднесущих частот;

2 - блок обработки и управления;

3 - блок формирования разностной частоты поднесущих частот;

4 - удвоитель разностной частоты;

5 - синхронный детектор отраженного оптического сигнала;

6 - синхронный детектор проходящего оптического сигнала;

7 - полосовой фильтр отраженного оптического сигнала;

8 - полосовой фильтр проходящего оптического сигнала;

9 - фотодетектор отраженного оптического сигнала;

10 - фотодетектор проходящего оптического сигнала;

11 - источник лазерного излучения;

12 - входной сплиттер интерферометра Маха-Цендера;

13 - первый оптический модулятор;

14 - второй оптический модулятор;

15 - первый оптоволоконный чувствительный элемент;

16 - второй оптоволоконный чувствительный элемент;

17 - третий оптоволоконный чувствительный элемент;

18 - первый промежуточный сплиттер;

19 - второй промежуточный сплиттер;

20 - выходной сплиттер интерферометра Маха-Цендера;

21 - первое зеркало Фарадея;

22 - второе зеркало Фарадея;

23 - интерфейс ввода/вывода;

24 - место акустического воздействия;

25 - приемо-передающий блок оптического сигнала;

26 - распределенный волоконно-оптический датчик.

Заявленное устройство для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов, в соответствии с формулой изобретения и представленным изображением, содержит функционально связанные источник лазерного излучения 11, двуплечий интерферометр Маха-Цендера с входным 12 и выходным 20 сплиттерами и встроенными в одноименные плечи первым 15 и вторым 16 оптоволоконными чувствительными элементами, соединенный с выходом выходного сплиттера 20 третий оптоволоконный чувствительный элемент 17, фотодетекторы проходящего 10 и отраженного 9 оптических сигналов и блок обработки и управления 2, причем входной сплиттер 12 выполнен с входом, двумя выходами и третьим выходом отраженного оптического сигнала, выход источника лазерного излучения 11 соединен с входом входного сплиттера 12, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера между соответствующим оптоволоконным чувствительным элементом (15, 16) и выходным сплиттером 20 встроен промежуточный сплиттер (соответственно первый 18, второй 19), первый выход которого является входом в выходной сплиттер 20, второй выход оснащен зеркалом Фарадея (соответственно первым 21, вторым 22) и является входом отраженного оптического сигнала, а вход является выходом отраженного оптического сигнала, кроме того, выход третьего оптоволоконного чувствительного элемента 17 соединен с фото детектором 10 проходящего оптического сигнала, а выход отраженного оптического сигнала входного сплиттера соединен с фотодетектором 9 отраженного оптического сигнала, блок обработки и управления 2 оснащен устройством 1 формирования первой и второй поднесущих частот с блоком 3 формирования разностной частоты поднесущих частот, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера встроен управляемый оптический модулятор (соответственно 13, 14), вход которого соединен с соответствующим выходом входного сплиттера 12, выход - с входом соответствующего оптоволоконного чувствительного элемента (соответственно 15, 16), а управляющий вход - с соответствующим выходом устройства 1 формирования первой и второй поднесущих частот, фотодетекторы проходящего 10 и отраженного 9 оптического сигнала оснащены последовательно установленными полосовыми фильтрами (соответственно 8, 7) и синхронными детекторами соответственно проходящего 6 и отраженного 5 оптического сигнала так, что вход последующего соединен с выходом предыдущего. Выходы синхронных детекторов 5 и 6 соединены с соответствующими входами блока 2 обработки и управления. Выход блока 3 формирования разностной частоты поднесущих частот параллельно соединен со вторым входом синхронного детектора 6 проходящего оптического сигнала и с синхронным детектором 5 отраженного оптического сигнала через установленный на его втором входе удвоитель разностной частоты 4. В отдельных исполнениях, о чем будет сообщено ниже, третий оптоволоконный чувствительный элемент 17 может быть оснащен защитной виброизоляцией (не показана).

Заявленное устройство для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов работает следующим образом. Непрерывное оптическое излучение ƒ_нес, создаваемое лазером 11, с помощью входного сплиттера 12 разделяется на две части и поступает на оптические входы управляемых оптических модуляторов 12 и 13, на оптических выходах которых формируется оптическое излучение двух различных частот ƒ_1опт и ƒ_2опт, отличающееся от частоты оптического излучения ƒ_нес на величину частоты первой ƒ_1мод и второй ƒ_2мод поднесущих частот. Такой вид модуляции свойственен модуляторам, формирующим сигнал одной боковой полосы частот. В оптическом диапазоне одна боковая полоса частот может быть получена с помощью электрооптического модулятора или акустооптического модулятора. При модуляции оптического излучения ƒ_нес, гармоническим сигналом с частотами ƒ_1мод и ƒ_2мод. Частоты оптического излучения, формируемые управляемыми оптическими модуляторами 12 и 13 и поступающие с их выходов в чувствительные элементы 15 и 16 равны:

ƒ_1опт=ƒ_нес±ƒ_1мод,

ƒ_2опт=ƒ_нес±ƒ_2мод,

где в приведенных выражениях знак (±) может быть только плюс (+) или только минус (-). На практике сдвиг частоты ƒ_нес в сторону увеличения или в сторону уменьшения зависит от конкретной реализации модулятора, далее, для определенности, будем полагать, что модуляторы идентичны и сдвигают значение ƒ_нес в сторону увеличения (в общем случае выбор знака может быть любым и модуляторы могут отличаться друг от друга), то есть:

ƒ_1опт=ƒ_нес+ƒ_1мод,

ƒ_2опт=ƒ_нес+ƒ_2мод.

Сформированные таким образом оптические излучения с частотами ƒ_1опт и ƒ_2опт поступают на входы соответствующего оптоволоконного чувствительного элемента (соответственно 15, 16), на конце которых расположено еще по одному сплиттеру (18 и 19), в которых часть излучения направляется на зеркало Фарадея, а оставшиеся части излучения двух волоконных линий объединяются сплиттером 20 и с его выхода отправляется на второй фотодетектор 10 (фотодетектор Маха-Цендера - ФД МЦ), в свою очередь излучение, отразившееся от зеркал Фарадея, проходит в обратном направлении по чувствительным элементам (соответственно 15, 16), через первый оптический модулятор 13, второй оптический модулятор 14, объединяется выходном конце сплиттера 12 и попадает на первый фотодетектор 9 (фотодетектор Майкельсона - ФД МИ). Следует заметить, что оптическое излучение проходит через оптические модуляторы 13 и 14 дважды (в прямом и обратном направлении), в результате этого отраженное оптическое излучение, поступающее в сплиттер 12 сдвинуто по частоте на удвоенное значение частоты модуляции (2ƒ_1мод и 2ƒ_2мод). Из сигналов биений на выходах первого фотодетектора 9 и второго фотодетектора 10 полосовым фильтром 7 и полосовым фильтром 8 выделяются сигналы разностных частот оптического излучения. Для «спокойного» чувствительного элемента (внешние виброакустические воздействия отсутствуют), частота колебаний (разностная частота биений оптических частот) на выходе второго полосового фильтра 8 равна значению частоты на выходе устройства формирования разностной частоты поднесущих частот 3, а на выходе первого полосового фильтра 7 разностная частота имеет удвоенное значение. Полосовые фильтры 7 и 8 могут быть активными, то есть могут осуществлять не только селекцию, но и усиление электрических сигналов при необходимости регулируемое. Электрические сигналы с выходов полосовых фильтров поступают на входы соответствующих синхронных детекторов (5 и 6). На второй вход синхронного детектора 6 поступает сигнал опорной частоты с выхода устройства формирования разностной частоты поднесущих частот 3, равный (ƒ_1мод - ƒ_2мод), а на опорный вход синхронного детектора 5 поступает сигнал опорной частоты, равный 2(ƒ_1мод - ƒ_2мод), который формируется удвоителем разностной частоты 4. При отсутствии виброакустического воздействия на чувствительный элемент на выходах синхронных детекторов присутствуют шумовые сигналы, вызванные, в основном, собственными шумами оптического тракта. При наличии виброакустического воздействия, например, в месте акустического воздействия 24, характер сигнала в этом месте отличен от шумовых сигналов. Сигналы с обоих синхронных детекторов поступают в блок обработки и управления 2, где оцифровываются и подвергаются дальнейшей обработке. Помимо вычислительных функций, блок обработки и управления 2 осуществляет синхронизацию работы рассмотренных выше устройств и блоков и обеспечивает с помощью интерфейса ввода/вывода 23, при необходимости, связь с внешним вычислительным устройством, обеспечивающим функции накопления, хранения, распознавания характера воздействия на основе алгоритмов машинного обучения, применяемых в устройстве, принятом в качестве аналога. Функционально блок обработки и управления 2 может быть реализован на программируемых логических матрицах, его структура в рамках настоящего изобретения не рассматривается, так как не является предметом настоящего изобретения. Варианты построения подобных блоков обработки рассмотрены в устройстве, принятом за прототип. В случае обнаружения высокочастотного события на выходе интерферометра Маха-Цендера, а именно появление высокочастотного (ультразвукового) сигнала на выходе синхронного детектора 10, запускается алгоритм вычисления положения данного события. Алгоритм основан на вычислении разности фаз прохождения сигналов в интерферометрах Майкельсона и Маха-Цендера, характеризующих появление высокочастотного (ультразвукового) сигнала. Время T₁, - время, за которое излучение пройдет от точки 24 до фотодетектора Майкельсона. Время Т₂+Т₁+Т₂ - время, за которое излучение пройдет от точки 24 до зеркала Фарадея и обратно от зеркала Фарадея до фотодетектора Майкельсона. На фигуре условно показана длина чувствительной части оптических волокон (выделена толстой линией), образующих в сочетании со сплиттерами и модуляторами распределенный волоконно-оптический датчик 25. Методика вычисления места виброакустического воздействия здесь не рассматривается поскольку совпадает с прототипом, подробно рассмотрена в описании прототипа и не является предметом настоящего изобретения. Выделение виброакустического воздействия, его частоты и (или) спектра основано на свойстве сохранения спектра (частоты) модулирующего сигнала при его переносе на другую (несущую) частоту. В настоящем изобретении, как было показано выше, сформированные модулирующими устройствами 13 и 14 высококогерентные оптические колебания с частотами ƒ_1опт и ƒ_2опт поступают в соответствующие волокна (соответственно 15, 16) оптоволоконного чувствительного элемента. В рассматриваемом оптическое волокно 15 выбрано в качестве волокна воспринимающего виброакустическое воздействие 24. В прототипе было показано, что выбор волокна, воспринимающего виброакустическое воздействие 24, является условным и на конечный результат не оказывает влияние, даже, если волокна 15 и 16 размещены в одном кабеле. В общем случае, в результате модуляции оптического излучения с несущей частотой ƒ_1опт виброакустическим воздействием 24 с полосой частот ΔΩ, результирующее оптическое колебание ƒ_рез содержит удвоенную полосу частот, равную 2ΔΩ на выходном конце чувствительного элемента 15, и может быть записано как:

ƒ_рез=ƒ_1опт±ΔΩ.

Такой спектральный состав характерен, как для амплитудной модуляции, так и для угловой (частотной и фазовой при малых индексах модуляции) модуляции. Выше было показано, оптическое излучение из волокон 15 и 16 через сплиттеры 18, 19, 20 и третий оптоволоконный чувствительный элемент 17 поступает на вход второго фотодетектора 10 (детектора Маха-Цендера). С целью уменьшения влияния паразитных факторов (например, изменения интенсивности проходящего излучения через волокно 17) на результат выделения искомого виброакустического воздействия, третий оптоволоконный чувствительный элемент 17 может быть оснащен защитной виброизоляцией (например, оплеткой из виброизоляционной резины «ВИБРОРЕЗ»). Из уровня техники известно, что электрический сигнал на выходе фотодетектора 10 будет содержать комбинационные частоты и их гармоники. В рамках настоящего изобретения, но не ограничиваясь, вторым полосовым фильтром 8 с полосой пропускания 2ΔΩ выделяется сигнал разностной частоты ƒΔ, равной:

ƒΔ=ƒ_рез-ƒ_2опт=ƒ_1опт±ΔΩ-ƒ_2опт=(ƒ_1опт-ƒ_2опт)±ΔΩ.

Из полученного выражения видно, что электрический сигнал содержит несущую частоту, равную (ƒ_1опт-ƒ_2опт) и две боковые полосы частот (±ΔΩ). По аналогии, на выходе полосового фильтра 7, формируется подобный электрический сигнал, несущая частота которого равна (2 ƒΔ). На выходах синхронных детекторов 5 и 6 формируются электрические сигналы, поступающие в блок обработки и синхронизации 2, в котором после преобразования их в цифровой код. По массивам данных с интерферометра Маха-Цендера и с интерферометра Майкельсона вычисляются частоты виброакустического воздействия и их место, где это виброакустическое воздействие возникло. Техническая реализация блока обработки и синхронизации 2 может осуществляться различными способами и соответственно различными устройствами, реализующими эти способы. Например, несколько вариантов на уровне функциональных схем подробно рассмотрены в материалах патента, принятого нами за прототип, и в рамках настоящего изобретения их реализация (например, реализация блока обработки и синхронизации 2) не рассматривается, поскольку не является предметом настоящего изобретения.

Для подтверждения промышленной применимости и достижения технического результата заявленного устройства для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов, представленного функциональной схемой, проведена апробация заявленного устройства на макете заявленного устройства. В макете в качестве источника оптического излучения была апробирована возможность применения телекоммуникационного лазера, типа ITLA PurePhotonics PPLC200 с колебаниями центральной длины волны (амплитудой 10-100 МГц/с) и Лоренцевой ширины линии порядка 10 кГц. В качестве управляемых модуляторов 13 и 14, осуществляющих перенос частоты оптического излучения лазера был применен акустооптический модулятор типа- CSRayzer AOM-1550-80-05-A-C1-SMF28e-1-1-1-FA. Частоты модуляции управляемых модуляторов 13 и 14 соответственно равны 79.5 МГц и 80.5 МГц. Генератор частот сделан на базе микросхемы Si5347A-D-GM и фильтра Mini-Curcuits RBP-75+. Фотодетектор отраженного оптического сигнала 9 и фотодетектор проходящего оптического сигнала 10 реализованы фотоприемниках -JDS Uniphase ЕРМ 605 и микросхемах операционных усилителей ОРА655. Первый и второй синхронные детекторы 5 и 6 построены на основе микросхем аналоговых перемножителей типа AD835. Полосовой фильтр отраженного оптического сигнала 7 и полосовой фильтр проходящего оптического сигнала 8 построены на LC компонентах и операционных усилителях типа AD8066. Блок обработки и синхронизации 2 реализован на отладочной плате ПЛИС типа Arria 10 SOC Development Kit. Блок формирования разностной частоты поднесущих частот 3 и удвоитель разностной частоты 4 построены на основе микросхем аналоговых перемножителей типа AD835, на LC компонентах и операционных усилителях типа AD8066. Эксперимент проводился на чувствительном элементе длиной 1,9 км, состоящем из трех линий SMF волокна. В чувствительный элемент 15 был вмонтирован пьезомодулятор, позволяющий имитировать виброакустическое воздействие 24. Управление макетом осуществлялось компьютером, подключенным через интерфейс 23 к блоку обработки и синхронизации 2, с помощью специальных программ для ЭВМ (программы не являются предметом настоящего изобретения). Эксперимент показал возможность уверенной регистрации ультразвукового воздействия на чувствительный элемент и определение его места воздействия. Особенность предложенного технического решения, в отличии от прототипа, заключается в применении двух различных частот оптического излучения, поступающих каждое в свое плечо интерферометра Маха-Цендера, и различных частот, на которых анализируются выходные сигналы интерферометров Майкельсона и Маха-Цендера. Благодаря этому отсутствуют проблемы поляризационных замираний.

Изложенное позволяет сделать вывод о том, что выявленная проблема -низкое качество зондирующего сигнала - решена, а заявленный технический результат - повышение достоверности мониторинга за счет повышения качества зондирующего сигнала - достигнут.

Использование: для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов, содержащее функционально связанные источник лазерного излучения, двуплечий интерферометр Маха-Цендера с входным и выходным сплиттерами и встроенными в одноименные плечи первым и вторым оптоволоконными чувствительными элементами, соединенный с выходом выходного сплиттера третий оптоволоконный чувствительный элемент, фотодетекторы проходящего и отраженного оптических сигналов и блок обработки и управления, при этом блок обработки и управления оснащен устройством формирования первой и второй поднесущих частот с блоком формирования разностной частоты поднесущих частот, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера встроен управляемый оптический модулятор, вход которого соединен с соответствующим выходом входного сплиттера, выход - с входом соответствующего оптоволоконного чувствительного элемента, а управляющий вход - с соответствующим выходом устройства формирования первой и второй поднесущих частот, фотодетекторы проходящего и отраженного оптического сигнала оснащены последовательно установленными полосовыми фильтрами и синхронными детекторами соответственно проходящего и отраженного оптического сигнала так, что вход последующего соединен с выходом предыдущего, а выходы синхронных детекторов соединены с соответствующими входами блока обработки и управления, при этом выход блока формирования разностной частоты поднесущих частот параллельно соединен со вторым входом синхронного детектора проходящего оптического сигнала и с синхронным детектором отраженного оптического сигнала через установленный на его втором входе удвоитель разностной частоты. Технический результат: обеспечение возможности повышения качества зондирующего сигнала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Устройство для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов, содержащее функционально связанные источник лазерного излучения, двуплечий интерферометр Маха-Цендера с входным и выходным сплиттерами и встроенными в одноименные плечи первым и вторым оптоволоконными чувствительными элементами, соединенный с выходом выходного сплиттера третий оптоволоконный чувствительный элемент, фотодетекторы проходящего и отраженного оптических сигналов и блок обработки и управления, причем входной сплиттер выполнен с входом, двумя выходами и третьим выходом отраженного оптического сигнала, выход источника лазерного излучения соединен с входом входного сплиттера, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера между соответствующим оптоволоконным чувствительным элементом и выходным сплиттером встроен промежуточный сплиттер, первый выход которого является входом в выходной сплиттер, второй выход оснащен зеркалом Фарадея и является входом отраженного оптического сигнала, а вход является выходом отраженного оптического сигнала, кроме того, выход третьего оптоволоконного чувствительного элемента соединен с фотодетектором проходящего оптического сигнала, а выход отраженного оптического сигнала входного сплиттера соединен с фотодетектором отраженного оптического сигнала, отличающееся тем, что блок обработки и управления оснащен устройством формирования первой и второй поднесущих частот с блоком формирования разностной частоты поднесущих частот, в каждое плечо интерферометра Маха-Цендера встроен управляемый оптический модулятор, вход которого соединен с соответствующим выходом входного сплиттера, выход - с входом соответствующего оптоволоконного чувствительного элемента, а управляющий вход - с соответствующим выходом устройства формирования первой и второй поднесущих частот, фотодетекторы проходящего и отраженного оптического сигнала оснащены последовательно установленными полосовыми фильтрами и синхронными детекторами соответственно проходящего и отраженного оптического сигнала так, что вход последующего соединен с выходом предыдущего, а выходы синхронных детекторов соединены с соответствующими входами блока обработки и управления, при этом выход блока формирования разностной частоты поднесущих частот параллельно соединен со вторым входом синхронного детектора проходящего оптического сигнала и с синхронным детектором отраженного оптического сигнала через установленный на его втором входе удвоитель разностной частоты.

2. Устройство для мониторинга виброакустических характеристик протяженных объектов по п. 1, отличающееся тем, что третий оптоволоконный чувствительный элемент оснащен защитной виброизоляцией.