Содержание к диссертации
Введение
1 Исследование особенностей модуляции амплитуды излучения, направляемого волоконными световодами, на подвижной границе раздела сред для создания волоконно-оптических методов мониторинга абсолютного углового положения 39
1.1 Особенности амплитудной модуляции направляемого волоконными световодами излучения на границе раздела сред жидкость-воздух 41
1.2 Особенности амплитудной модуляции направляемого волоконными световодами излучения в условиях полного внутреннего отражения света на границе раздела между несмешивающимися жидкостями 61
1.3 Особенности амплитудной модуляции направляемого волоконными световодами излучения свободноподвешенными оптическими элементами 77
2 Принципы демодуляции и мультиплексирования сигналов измерительных преобразователей на основе волоконно-оптических брэгговских дифракционных решеток с применением метода оптической временной рефлектометрии 99
2.1 Амплитудная модуляция лазерного излучения при отражении от брэгговской дифракционной решетки 101
2.2 Спектральные характеристики зондирующих лазерных импульсов, генерируемых волоконно-оптическим временным рефлектометром, и особенности их амплитудной модуляции брэгтовскими дифракционными решетками 111
2.3 Экспериментальное исследование рефлектометрического метода детектирования и мультиплексирования сигналов чувствительных элементов на основе брэгговских дифракционных решеток 116
3 Амплитудные волоконно-оптические методы мониторинга деформаций большеразмерных поверхностей для информационно-измерительных систем контроля целостности трубопроводов и мониторинга их полос отчуждения 121
3.1 Особенности амплитудной модуляции лазерных импульсов в деформируемом волоконном световоде 124
3.2 Принципы создания волоконно-оптических измерительных преобразователей пороговых перемещений для мониторинга целостности протяженных трубопроводов 137
3.3 Принципы создания волоконно-оптических измерительных преобразователей усилий для мониторинга полосы отчуждения техногенных объектов ответственного назначения 147
Заключение 154
Список литературы 159
- Особенности амплитудной модуляции направляемого волоконными световодами излучения в условиях полного внутреннего отражения света на границе раздела между несмешивающимися жидкостями
- Особенности амплитудной модуляции направляемого волоконными световодами излучения свободноподвешенными оптическими элементами
- Спектральные характеристики зондирующих лазерных импульсов, генерируемых волоконно-оптическим временным рефлектометром, и особенности их амплитудной модуляции брэгтовскими дифракционными решетками
- Принципы создания волоконно-оптических измерительных преобразователей пороговых перемещений для мониторинга целостности протяженных трубопроводов
Введение к работе
Современная цивилизация характеризуется бурным развитием техногенных объектов: в больших количествах создаются все более и более сложные строительные сооружения, среди которых немало уникальных, широкопролетных, высотных конструкций. Для транспортировки нефте- и газопродуктов прокладываются тысячекилометровые высокопропускные трубопроводные линии. Сдаются в эксплуатацию технически сложные морские суда, летательные, в том числе, космические аппараты, структурные элементы которых постоянно подвержены агрессивному воздействию внешней среды. При этом широко используются новые материалы, физические свойства которых, в частности, прочностные характеристики недостаточно изучены с точки зрения долговременной стабильности под воздействием деформационных нагрузок [1].
Большое количество создаваемых в настоящее время конструкций и сооружений являются объектами ответственного назначения, представляющими повышенную потенциальную опасность для человеческого сообщества или экологии [2-7]. Среди таких объектов мосты, по которым одновременно перемещаются тысячи автомобилей, и конструктивные элементы которых с каждым годом все более изнашиваются и теряют несущую способность. Среди таких объектов плотины, которые на протяжении многих лет должны надежно удерживать десятки тысяч тон воды, иногда и в условиях нестабильной сейсмической обстановки. К потенциально опасным сооружениям следует также отнести высотные здания и башни различного назначения, морские нефтяные вышки, транспортные туннели, горнорудные шахты, нефте- и газопроводы, морские пирсы, причалы, самолеты, космические аппараты, корабли и др [5, 6]. Авария объекта ответственного назначения может повлечь человеческие жертвы, не говоря об экологическом ущербе и колоссальных экономических убытках. Вместе с тем развитие экономики, промышленности, науки и социальной сферы приводит к увеличению нагрузки на техногенные объекты и сооружения, что способствует ускорению износа и снижению их общей эксплуатационной надежности и безопасности.
Поэтому одной из главных проблем современной измерительной техники является мониторинг технического состояния и безопасности эксплуатации техногенных объектов, обеспечивающий минимизацию вероятности или своевременное обнаружение аварийных ситуаций за счет сбора, анализа и обработки информации о распределениях механических напряжений, относительных перемещениях структурных элементов конструкций, угловом положении элементов, целостности внешней оболочки объекта, наличии и параметрах трещин, распределениях температур, влагосодержании, степени коррозии и др. [6]. Безопасность эксплуатации техногенных объектов определяется также и человеческим фактором, например, несанкционированные строительно-монтажные работы в зоне прокладки трубопровода могут стать причиной серьезной аварии [8, 9]. Поэтому не менее важным аспектом контроля эксплуатационной безопасности широкого круга объектов является мониторинг полос отчуждения, зон ограниченного доступа, и прочих охраняемых периметров.
Традиционно для мониторинга технического состояния и эксплуатационной безопасности техногенных объектов применяется визуальное обследование [10, 11]. Этот метод в настоящее время существует в различных модификациях, например, состояние крупномасштабных инженерных объектов может контролироваться с воздуха или с околоземной орбиты в случае осуществления спутникового мониторинга [9,12]. При этом для повышения эффективности визуального контроля часто принимаются дополнительные меры. Например, при осуществлении мониторинга целостности подземного трубопровода в структуру внешней оболочки трубы может помещаться химический реагент, который при соприкосновении с транспортируемым по трубе продуктом в случае аварии приобретает яркую окраску и проступает на поверхность грунта, тем самым, обнаруживая место произошедшей аварии [8].
Визуальный контроль или видео наблюдение в сочетании с ограждениями, предупреждающими знаками и т.п. также применяются при мониторинге полос отчуждения и иных охраняемых периметров инженерных объектов [13,14].
Развитием визуального подхода к мониторингу техногенных объектов являются оптические методы, например, метод контроля целостности газопроводных сетей, основанный на обнаружении утечек природного газа, метана или этана с помощью оптической системы зондирования атмосферы в инфракрасном диапазоне длин волн [15].
В целом для визуальных методов мониторинга техногенных объектов характерна недостаточная надежность, невозможность или сложность организации продолжительного контроля в режиме реального времени, высокая стоимость и трудоемкость особенно в случае мониторинга эксплуатационной безопасности крупномасштабных объектов, а, зачастую, и зависимость результатов исследования от субъективных факторов.
Традиционными инструментальными средствами контроля параметров технического состояния строительных объектов являются механические измерительные устройства, к которым относятся барабанно-шестеренчатый прогибомер, ре-ечно-шестеренчатый индикатор, рычажный тензометр, отвесы, уровневые клинометры, линейки, различные щупы, измерительные иглы и т.п. [16, 18]. Механические измерительные устройства применяются главным образом для контроля линейных относительных, а также угловых абсолютных и относительных перемещений, для контроля целостности внешних оболочек и процессов трещинообра-зования. Они просты и дешевы, однако обладают низкой чувствительностью, не позволяют проводить дистанционные измерения, а также измерения в реальном масштабе времени.
В настоящее время распространенными высокотехнологичными подходами к дефектоскопии техногенных объектов являются радиографический метод и акустический метод в различных вариантах (ультразвуковой, акустической эмиссии, волновая акустическая диагностика и пр.) [ 16-20].
Радиографический метод дефектоскопии техногенных объектов основан на регистрации распределения интенсивности излучения (как правило рентгеновского диапазона длин волн), прошедшего сквозь исследуемый объект [20]. В результате такого исследования могут быть выявлены дефектные места материала, тре-
щины, раковины, коррозионные поражения, механические напряжения элементов и др. При радиографической диагностике, например, строительных сооружений, следует учитывать, что в случае дефектоскопии неоднородных материалов (например, бетона и других композитных материалов) внутренние дефекты приходиться выявлять на фоне естественной неоднородной структуры материала [16]. В связи с этим в бетонных конструкциях удается выявить такие дефекты, которые в два - три раза превосходят размер крупного заполнителя. Дефекты бетона в виде трещин выявляются в том случае, если направление просвечивания не отклоняется от направления распространения трещин на угол более 5 [16].
При ультразвуковой диагностике объекта, например, трубопроводной линии, строительного сооружения, корпуса корабля или самолета в различных местах объекта размещают излучатель и приемник ультразвука и измеряют скорость распространения механического импульса в материале испытываемой конструкции. Скорость распространения механической волны, зависит от микроструктуры материала [18], что позволяет на основе результатов измерений сделать выводы о наличии в материале образовавшихся в силу деформационных процессов трещин и пустот, а также газовых линз, посторонних включений и т.п.
Ультразвуковые измерительные преобразователи, используются также для измерения относительных перемещений структурных элементов техногенных объектов. Например, контроль целостности трубопроводов может осуществляться на основе регистрации поперечных смещений трубы с применением дистанцио-метрических ультразвуковых чувствительных элементов и отражательных мишеней, устанавливающихся в тех точках трубопровода, в которых амплитуда перемещений в случае аварийной ситуации максимальна [21]. Выходные сигналы датчиков через контроллер обмена информацией направляются на персональный компьютер, с помощью которого производится дальнейшая обработка и анализ результатов измерений.
Метод акустической эмиссии является пассивным подходом к обнаружению развивающихся дефектов посредством регистрации и анализа акустических волн, возникающих в процессе пластической деформации и роста трещин в контроли-
руемых объектах [22-23]. Например, при диагностике трубопроводных линий дефекты, приводящие к утечкам, обнаруживаются на ранней стадии развития по акустической эмиссии дефектных участков нагруженных трубопроводов в виде распространяющихся по трубе ультразвуковых вибраций. Акустическая эмиссия, обусловленная такими дефектами, регистрируется высокочастотными датчиками вибрации даже на значительном расстоянии от источника эмиссии [23]. С помощью соответствующих регистрирующих приборов эти сигналы детектируются и визуализируются, на основе чего делается оценка технического состояния исследуемого объекта.
Волновая акустическая диагностика применяется, главным образом, для выявления нарушений целостности эксплуатируемых трубопроводных систем [24]. В рамках данного подхода контролируемый трубопровод рассматривается как цилиндрический волновод, заполненный жидкостью. Внутри трубопровода, на одном конце контролируемого участка, устанавливается изучающая фазированная антенна бегущей волны, на другом конце приемники, расположенные на внутренней поверхности трубы. В процессе эксплуатации трубопровода акустические приемники регистрируют время распространения звуковой волны и уровень приходящего сигнала, которые определяются параметрами контролируемого трубопровода. На основе этих данных делается вывод о техническом состоянии трубопровода. Антенна может работать и в эхо-режиме для обнаружения посторонних включений внутри трубопровода [24].
Общими недостатками радиографического и акустических методов мониторинга техногенных объектов являются, как правило, сложность и, зачастую, неоднозначность интерпретации результатов и высокая трудоемкость обследования, необходимость применения дорогостоящей аппаратуры для излучения, приема и обработки акустического или электромагнитного сигнала, а также сложность организации мониторинга крупномасштабных и протяженных объектов в реальном масштабе времени [18-20].
Во многих случаях для мониторинга деформаций, перемещений и механических напряжений в элементах техногенных объектов в режиме реального вре-
мени используются электрические измерительные устройства и чувствительные элементы (ЧЭ) [25-27]. Так, для измерения параметров напряженно-деформированного состояния конструкционных элементов применяются тензоре-зистивные чувствительные элементы, действие которых основано на эффекте изменения электрического сопротивления под воздействием механического напряжения [25, 26]. Конструктивно тензорезистор представляет решетку, изготовленную из проволоки или фольги (из константана, нихрома, различных сплавов на основе Ni, Mo, Pt), либо пластинку из полупроводника, например, Si. Тензорези-сторы механически жестко соединяют с контролируемым элементом конструкции (например, приклеивают или приваривают), и регистрируют величину деформации элемента на основе измерения электрического сопротивления тензорезистора. Данный метод позволяет с высокой точностью контролировать распределение деформационных полей на поверхностях и в объемах элементов обследуемых объектов. К недостаткам измерительных устройств этого типа относится подверженность влиянию электромагнитных помех и неконтролируемых фактов окружающей среды: температуре, давлению, влажности и, как следствие, недостаточная стабильность [27].
Другой распространенный подход к измерению параметров напряженно-деформированного состояния техногенных объектов состоит в применении пьезометрических датчиков деформации, действие которых основано на прямом пьезоэлектрическом эффекте [27-31]. Главным достоинством чувствительных элементов данного типа являются их высокий динамический диапазон и способность воспринимать механические колебания с частотой от десятков Гц до десятков МГц. Именно по этому пьезометрические преобразователи широко применяются для мониторинга состояния внешних оболочек летательных аппаратов [31]; также они используются для мониторинга эксплуатационной безопасности строительных сооружений [29, 30]. Основным недостатком чувствительных элементов данного типа является относительно высокая погрешность при регистрации квазистатических или медленноменяющихся параметров механических воздействий [28].
1(1
Для измерения параметров деформаций используются магнитоупругие (магнитострикционные) чувствительные элементы, действие которых основано на зависимости магнитных характеристик некоторых материалов (например, пермаллоя, инвара) от механических напряжений в них [25]. Рабочий элемент измерительного преобразователя — магнитопровод с измерительными обмотками укрепляют на контролируемой поверхности в направлении действующих усилий или деформаций. Изменение магнитной проницаемости материала магнитопрово-да, регистрируется за счет изменения индуктивности обмоток. Недостатком чувствительного элемента данного типа является относительная сложность конструкции и невысокая точность измерений [25].
Электроизмерительные устройства в настоящее время находят также широкое применение для мониторинга углового положения элементов техногенных объектов. Наиболее распространенными в этой области измерительными преобразователями являются электромеханические и жидкостные электроизмерительные датчики [32-34]. Электромеханические датчики угла наклона основаны на регистрации положения маятникового подвеса внутри корпуса чувствительного элемента на основе одного из известных физических явлений электромагнетизма, например, изменения индуктивности или электрической емкости [32,33].
Жидкостные электроизмерительные преобразователи угла наклона представляют собой емкости, частично заполненные жидкостью. По принципу работы датчики данного типа подразделяются на два подкласса - электролитические измерительные преобразователи и емкостные электроизмерительные преобразователи. Электролитические ИП используют проводящую жидкость, в которой размещаются положительный, отрицательный и общий электроды таким образом, чтобы в исходном угловом положении положительный и отрицательный электроды были в равной степени погружены в жидкость. При наклоне датчика поверхность жидкости изменяет свое положение по отношению к электродам, что приводит к возникновению разностного электрического сигнала, пропорционального углу наклона чувствительного элемента [34, 35].
]]
В емкостных электроизмерительных преобразователях изменение пространственного положения поверхности жидкости по отношению к электродам приводит к изменению электрической емкости конденсатора, образуемого электродами, погруженными в жидкость, регистрация чего позволяет восстановить угол отклонения от вертикали [36].
Для электроизмерительных преобразователей угла наклона характерны высокая точность и динамический диапазон измерений, однако подверженность электромагнитным помехам значительно снижает данные показатели в условиях практического применения [37].
Для контроля процессов трещинообразования в элементах инженерных объектов находит применение метод электрической рефлектометрии. Например, при мониторинге целостности трубопроводных линий на основе данного метода регистрируется изменение сопротивления сигнальных проводов при намокании поли-уретановой изоляции в случае разрыва трубопровода [38, 39]. Электрическая цепь образуется двумя проводами, расположенными в изоляционном слое, и стальной трубой. Для регистрации и локализации аварийного участка применяется электрический импульсный рефлектометр, принцип действия которого основан на излучении коротких электромагнитных импульсов и регистрации импульсов, отраженных от неоднородностей волнового сопротивления сигнального провода. Отражение появляется в тех местах, где волновое сопротивление цепи отклоняется от своего среднего значения: у муфт, у мест изменения сечения, сжатия кабеля, в местах утечек, обрывов, короткого замыкания, на ответвлениях, на конце кабеля и т.д. Недостаток данного метода состоит в сложности измерительной методики и высокой стоимости применяемого оборудования.
Общим недостатком электрических датчиков и измерительных методов является подверженность электромагнитным помехам, что существенно затрудняет их практическое применение в задачах мониторинга техногенных объектов, особенно, в случае нахождения контролируемого объекта рядом с источником электромагнитных возмущений (линии электропередачи, мощные электрические машины и пр.) []. Кроме того, электрические измерительные устройства в высокой
степени подвержены агрессивному воздействию внешней среды, что препятствует их долговременному использованию в реальных условиях. Другим недостатком измерительных и коммуникационных электрических элементов является их значительные массогабаритные показатели, которые не позволяют эффективно размещать на поверхности или встраивать электрические датчики в материал элемента контролируемого объекта [25].
Значительный прогресс в области волоконной оптики, в частности, совершенствование характеристик волоконных световодов и источников излучения, разработка и освоение массового производства элементной базы пассивных волоконно-оптических компонентов, успехи в области разработки волоконно-оптических датчиков физических величин и информационно-измерительных систем на их основе привели к возникновению нового направления в области контроля безопасности эксплуатации техногенных объектов - оптоэлектронные и волоконно-оптические измерительные методы [37, 40-48]. Сейчас уже трудно указать такие параметры технического состояния инженерных сооружений, которые нельзя было бы эффективно зарегистрировать на основе волоконно-оптических датчиков (ВОД) и измерительных систем. И хотя в научной и инженерной практике все еще присутствуют ограничивающие факторы (относительно высокая стоимость, необходимость квалифицированного технического обслуживания), сдерживающие повсеместное внедрение оптоэлектронных и волоконно-оптических измерительных методов, данное направление с каждым годом привлекает все большее внимание специалистов в области технической диагностики и мониторинга эксплуатационной безопасности техногенных объектов [49-51].
Перспективность волоконно-оптических датчиков и измерительных систем для контроля безопасности эксплуатации строительных сооружений, летательных аппаратов, морских судов, трубопроводных линий и прочих техногенных объектов во многом объясняется принципиальными преимуществами элементной базы волоконной оптики перед традиционными электрическими и механическими устройствами: основной конструктивный элемент ВОД - волоконный световод (ВС) выполняется из химически инертного кварцевого стекла и способен продолжи-
тельное время работать в экстремальных условиях химически агрессивных сред, высокой радиации и температуры [49, 50]. Это обеспечивает долговечность волоконно-оптических датчиков и информационно-измерительных систем на их основе. Как показали недавно проведенные исследования, волоконно-оптические чувствительные элементы являются единственными из известных типов датчиков, применяемых для мониторинга состояния строительных сооружений, которые обеспечивают преодоление семилетнего порога живучести при эксплуатации в реальных условия [52]. Волоконно-оптические измерительные устройства обладают высокой чувствительностью к широкому классу физических величин, в частности, к различным параметрам электрических, магнитных, температурных, акустических и деформационных полей [42-49]. Волоконные измерительные элементы невосприимчивы к электромагнитным помехам. Они легко сопрягаются с высокоскоростными, помехозащищенными волоконно-оптическими линиями связи, что открывает возможность эффективных дистанционных измерений [53-58]. В силу минимальных массогабаритных показателей измерительные световоды могут быть «органически» встроены, например, в композитные материалы, обеспечивая возможность исследования распределения физических полей внутри структурных элементов техногенных объектов. Волоконные световоды тепло и морозоустойчивы, пожаро- и взрывобезопасны, обладают низким удельным весом (~г/м), малым диаметром (125 {лп - без защитной полимерной оболочки), высокой эластичностью (относительное удлинение до 5%, радиус изгиба до 3 мм) [40]. Их предел прочности на растяжение превышает таковой у стали [1]. Поэтому, размещение измерительных волокон на поверхности элементов технических объектов не сопровождается сколько-нибудь заметным изменением механических параметров объектов и не предполагает быстрого выхода из строя волоконных ЧЭ вследствие воздействия окружающей среды или деформационных нагрузок. На основе волоконно-оптических измерительных элементов могут создаваться мультиплексированные и распределенные измерительные системы [59-97], открывающие перспективы эффективного централизованного мониторинга крупномасштабных техногенных объектов. Поэтому уже сейчас более половины всех систем монито-
ринга состояния техногенных объектов создаются на основе средств и методов волоконной оптики [52].
Для мониторинга распределений механических напряжений в элементах техногенных объектов в настоящее время широко применяются интерферометри-ческие методы, основанные на регистрации изменения фазы световой волны, распространяющейся по ВС [98-104].
Наиболее распространенными интерферометрическими измерительными преобразователями являются датчики на основе интерферометра Маха-Цендера. Такой интерферометр представляет два световодных плеча, одно из которых опорное, а второе - сигнальное, подвергаемое измеряемому механическому воздействию [100]. Для интерферометрических измерений излучение из сигнального волокна сравнивается со световым пучком, прошедшим через изолированное от внешних воздействий опорное волокно. При этом осуществляется гомодинная или гетеродинная регистрация фазовой модуляции [105].
Оптическая схема интерферометра Майкельсона похожа на описанную выше с тем различием, что на концах обоих плеч интерферометра располагаются зеркала, при этом опорный и измерительный оптические сигналы после прохождения по соответствующим плечам в прямом и обратном направлениях сравниваются с друг другом на одном из входов волоконно-оптического разветвителя, сводящего вместе два световых пучка [37, 106].
Методы регистрации механического напряжения, использующие интерфе-рометрические схемы Маха-Цендера и Майкельсона, имеют высокую чувствительность, но сложны в реализации, так как требуют наличия двух плеч, одно или оба из которых должны быть надежно изолированы от неконтролируемых внешних воздействий, что трудно реализуемо на практике. Поэтому двуплечевые схемы интерферометрической демодуляции фазового сдвига обладают высокой паразитной чувствительностью к вибрациям, изменению температуры при измерении механического напряжения, изменению механического напряжения при измерении температуры и др. [106].
Интерферометрическая схема регистрации механических напряжений в элементах техногенных объектов вовсе не обязательно должна быть основана на применении двух волоконных плеч. Примером одноволоконного интерферомет-рического преобразователя механического напряжения является межмодовый интерферометр [107].
Одноволоконный межмодовый интерферометр, представляет собой единственный волоконный световод, работающий в многомодовом режиме. Изменения фазы каждой из мод по-разному зависят от внешнего механического воздействия, в результате имеет место перераспределение картины межмодовой интерференции, формирующейся на выходе ВС, регистрация чего и позволяет восстановить величину внешнего воздействия [107].
Преимущество схемы межмодового интерферометра при измерении параметров деформационных процессов состоит в том, что взаимодействующие моды распространяются в среде с одной и той же температурой, подвергаются одним и тем же воздействиям. Это обуславливает повышенную температурную стабильность измерительных преобразователей. Особый интерес к одноволоконным межмодовым интерферометрам обусловлен также и тем, что построение измерительного преобразователя на основе единственного многомодового волоконного световода позволяет в целом значительно упростить и удешевить интерферомет-рическую схему.
К недостаткам межмодовых интерферометров относится сложность обработки пространственно-неоднородной интерференционной спекл-картины, формирующейся на выходе из многомодового ВС, что требует применения специальных методов обработки выходного сигнала, например, корреляционного анализа [108]. Кроме того, схема межмодового интерферометра в настоящее время не достаточно отработана для применения в системах мониторинга эксплуатационной безопасности техногенных объектов.
Анализируя достоинства и недостатки интерферометрических методов измерения механических напряжений с точки зрения их применимости для мониторинга состояния инженерных объектов, отметим, что современная техника опти-
16 ческой интерферометрии позволяет фиксировать изменения фазы колебаний
- 10' рад [106, 109]. Так как в волоконно-оптических измерительных преобразователях используются оптические сигналы с длиной волны порядка микрометра, открывается возможность регистрации ничтожно малых изменений длины ВС (единицы нанометров). Столь высокая точность является во многих случаях избыточной при мониторинге эксплуатационной безопасности техногенных объектов. Интерферометрическим методам измерений свойственны крайне высокие требования по стабилизации и юстировке элементов оптической схемы, что не всегда легко реализуемо вне лабораторных условий. Кроме того выходной сигнал фазовых измерительных преобразователей, как правило, обладает выраженной нелинейностью, что требует дополнительных мер по его обработке и существенно удорожает и усложняет конечную измерительную систему [40,41,106].
В настоящее время для регистрации относительных перемещений и механических напряжений в элементах строительных сооружений, оболочках летательных аппаратов, кораблей и прочих техногенных объектов широкое применение находят спектральные ВОД [49-52]. Датчики такого типа основаны на модуляции измеряемым параметром длины световой волны. Наиболее распространенными типами спектральных волоконно-оптических измерительных преобразователей являются ВОД на основе интерферометров Фабри-Перо и брэгговских дифракционных решеток показателя преломления [52,110].
Оптическая схема интерферометра Фабри-Перо, представляющая собой два располагаемых параллельно друг другу и перпендикулярно направлению распространения излучения зеркала, весьма удобна для построения волоконно-оптических измерительных преобразователей, так как конструкция ВС позволяет реализовать резонатор интерферометра непосредственно в виде одного или нескольких отрезков волоконного световода [40, 106]. Характерным примером волоконно-оптического датчика на основе интерферометра Фабри-Перо служит измерительный преобразователь относительных перемещений, рассмотренный в работе [110]. Данный ИП представляет собой резонатор Фабри-Перо, образуемый двумя полупрозрачными зеркалами, нанесенными на торцы многомодовых ВС,
17 которые запаяны в капиллярную трубку (рис. 1, а). В результате многолучевой интерференции на выходе ВС формируется излучение с максимумами на длинах волн, определяемых длиной резонатора. Особенностью рассматриваемого чувствительного элемента является то, что выходной сигнал датчика детектируется с помощью интерферометра Физо, который представляет собой прямоугольный клин с толщиной несколько десятков микрон в средней части (рис. 1, б). При нормальном падении излучения, формируемого резонатором Фабри-Перо, на клин максимальный коэффициент пропускания света наблюдается в том месте, где толщина клина равна расстоянию между зеркалами резонатора. Положение максимума интенсивности прошедшего излучения регистрируется при помощи ПЗС-матрицы[110].
-50 мкм
200 мкм
свет, отраженный -^- интерферометром Фабри-Перо
места соединения
измерительная база
зеркало
-/IU f
капилляр
длина резонатора Фабри-Перо
(от 0 до нескольких десятков микрон)
25 мм
ПЗС матрица
±Ш
интерферометр Физо
Рис.1: а - волоконно-оптический измерительный преобразователь механического напряжения на основе интерферометра Фабри-Перо, б - схема детектирования сигнала измерительного преобразователя.
К достоинствам данного подхода можно отнести высокую точность измерений, возможность регистрации динамических деформаций. Главными недостатками метода являются относительная сложность изготовления, настройки и разделения сигналов, обусловленных механическим напряжением и температурой, что существенно затрудняет применение такого измерительного преобразователя для построения систем мониторинга эксплуатационной безопасности техногенных объектов.
В настоящее время в области мониторинга состояния техногенных объектов значительно более распространены спектральные измерительные преобразователи на основе волоконно-оптических брэгговских дифракционных решеток (ВОБДР). Брэгговская дифракционная решетка представляет участок волоконного световода с гармонически (как правило) модулированным показателем преломления вдоль оптической оси световода [49-52]. Такая решетка обеспечивает связь вперед и назад распространяющихся направляемых мод ВС на резонансной длине волны, что приводит к отражению узкой спектральной составляющей излучения, распространяющегося по волоконному световоду (рис. 2). При воздействии на световод с ВОБДР температуры, механического напряжения или другого физического эффекта, приводящего к изменению периода решетки или эффективного показателя преломления основной направляемой моды, происходит изменение длины волны отраженной компоненты, величина которого линейно зависит от интенсивности внешнего воздействия. Регистрация этого эффекта позволяет измерить внешнее воздействие с высокой точностью [49-52].
dP/dX
D
ВОБДР
ВС
dP/dX
dP/dX
ТС
Рис. 2. Принцип действия чувствительного элемента на основе волоконно-оптической брэгговской дифракционной решетки
Для чувствительных элементов на основе брэгговских дифракционных решеток, также как и для датчиков, использующих интерферометр Фабри-Перо, существует проблема разделения вкладов механического напряжения и температуры в выходной сигнал измерительного преобразователя. Однако к настоящему времени предложено уже несколько эффективных подходов к решению данной
проблемы для ЧЭ на основе ВОБДР [50, 51]. Первый из них основан на использовании дополнительной ВОБДР, изолированной от одного из физических эффектов, влияющих на измерительную брэгговскую решетку (как правило, от механического напряжения). Тогда оба измеряемых параметра могут быть однозначно определены на основе сравнения сигналов двух чувствительных элементов [50].
В рамках второго подхода две ВОБДР с различными характеристиками, подвергаются одним и тем же физическим воздействиям, однако, их резонансные длины волн изменяется неодинаково, что позволяет на основе решения системы двух уравнений с двумя неизвестными определить как температуру, так и механическое напряжение, воздействующее на обе ВОБДР [50, 51]. Различные параметры таких решеток могут быть обусловлены различными периодами модуляции показателя преломления или различным диаметром сердцевины световода на участках, где записаны дифракционные решетки [50, 51].
Датчики на основе ВОБДР обладают такими преимуществами, как простота оптической схемы чувствительного элемента, минимальные массогабаритные показатели, высокая точность измерений, помехоустойчивость по отношению к флуктуациям интенсивности оптического излучения, простота организации удаленных измерений, мультиплексирования и объединения большого количества чувствительных элементов в единую измерительную систему [49-52]. Поэтому волоконно-оптические измерительные преобразователи на основе брэгговских решеток показателя преломления в настоящее время занимают лидирующее положение в области волоконно-оптических методов измерений вообще, и в области мониторинга техногенных объектов в частности [50, 52].
Для измерения внешнего физического воздействия на ВОБДР необходимо детектировать сдвиг резонансной длины волны брэгговской решетки. В настоящее время существует значительное количество методов регистрации резонансной длины волны ВОБДР [49-50]. Наиболее простой подход состоит в измерении резонансной длины волны ВОБДР оптическим анализатором спектра в отраженном или пропущенном через брэгговскую дифракционную решетку свете. Для данного метода характерна высокая точность регистрации внешнего воздействия
на ВОБДР и простота спектрального разделения сигналов при опросе мультиплексированных брэгговских дифракционных решеток, однако область его применения существенно ограничена в силу относительно высокой стоимости и недостаточного быстродействия используемого оборудования [50].
Значительно больший потенциал с точки зрения практического применения представляют методы детектирования выходных сигналов измерительных преобразователей на ВОБДР, основанные на применение спектрометра с ПЗС матрицей, перестраиваемого фильтра Фабри-Перо, перестраиваемого акустооптического фильтра, перестраиваемого лазера, а также несимметричного интерферометра Маха-Цендера и интерферометра Майкельсона [50].
Метод регистрации резонансной длины волны ВОБДР на основе спектрометра с ПЗС матрицей использует свойство дифракционной решетки отражать оптическое излучение под разными углами в зависимости от длины волны [50]. В данной схеме детектирования последовательно записываемые брэгговские дифракционные решетки в нескольких волоконных линиях, облучаются с помощью волоконно-оптического разветвителя одним широкополосным источником излучения (рис. 3)
\
Особенности амплитудной модуляции направляемого волоконными световодами излучения в условиях полного внутреннего отражения света на границе раздела между несмешивающимися жидкостями
Методы измерения абсолютного угла наклона на основе регистрации светового пучка, отраженного от границы раздела сред жидкость-воздух требуют применения нестандартных широкоапертурных волоконных световодов. Это связано с тем, что мощность введенного в ВС излучения пропорциональна площади сечения оптической сердцевины световода. Ввиду того, что для большинства жидкостей коэффициент отражения светового пучка от границы раздела жидкость-воздух не превышает 3-4% [153] для обеспечения устойчивого приема сигнала датчика стандартным фотоприемником требуется использование волоконных световодов с диаметром сердцевины не менее 300 мкм.
Однако, для широкоапрертурных многомодовых ВС характерны более высокие потери на светопропускание (10-15 дБ/км) по сравнению со стандартными телекоммуникационными световодами (до 0,2 дБ/км, при диаметре сердцевины 5 - 62,5 мкм), поэтому рассмотренные в разделе 1.1 методы не позволяют расположить чувствительный элемент на значительном удалении (более 150 м) от светоформирующих и светорегистрирующих блоков.
Кроме того, на практике нередко возникает необходимость контроля абсолютного углового положение в переменном диапазоне измеряемых углов [35]. Измерительные преобразователи на основе регистрации светового пучка, отраженного от границы раздела сред жидкость-воздух не обеспечивают такой возможности, так как для них пределы измеряемых углов определяются числовой апертурой используемых ВС.
Таким образом, для обеспечения возможности удаленного мониторинга абсолютного углового положения в варьируемом диапазоне измеряемых углов требуется разработка иного метода регистрации абсолютного угла наклона.
Данный раздел посвящен исследованию принципов измерения абсолютного угла наклона на основе явления полного внутреннего отражения (ПВО) на границе раздела между несмешивающимися жидкостями. При этом высокий коэффициент отражения светового пучка от границы раздела сред обеспечивает возможность применения стандартных многомодовых волоконных световодов. Перестройка пределов измеряемых углов обеспечивается за счет фокусировки регистрируемого светового пучка и введения в конструкцию ИП юстировочной системы, позволяющей варьировать местоположение приемного волоконного световода.
В основу работы измерительного преобразователя положен эффект сохранения горизонтальной ориентации поверхности раздела двух несмешивающихся жидкостей при наклоне содержащей их емкости (рис. 1.11).
Абсолютный угол наклона емкости, являющейся корпусом чувствительного элемента, регистрируется вследствие изменения угла отражения светового пучка, формируемого стандартным многомодовым ВС, от поверхности раздела жидкостей. При этом показатели преломления жидкостей подобраны таким образом, чтобы для центрального луча падающего светового пучка в исходном угловом состоянии ЧЭ выполнялось условие полного внутреннего отражения [151]: где о; - угол падения светового пучка на границу раздела сред. В этом случае падающий световой пучок разделяется на отраженный вследствие эффекта ПВО и преломленный пучки. Отраженное оптическое излучение, интегрируется объективом и направляется на входной торец приемного ВС.
Наклон ЧЭ приводит к перемещению и изменению мощности (вследствие эффекта ПВО) отраженного светового пучка, что определяет изменение интенсивности излучения, вводимого в приемный ВС и регистрируется фотоприемником на оптическом выходе ИП.
Для расчета выходного сигнала ИП рассмотрим зависимость оптической мощности, интегрируемой объективом, от угла наклона чувствительного элемента. При расчетах воспользуемся лучевым приближением. В силу пренебрежимо малых размеров сердцевины по сравнению с размерами ЧЭ будем полагать торец излучающего ВС точечным источником (F рис. 1.12) с расходимостью, определяемой числовой апертурой световода NA. Для описания распространения светового пучка от излучающего ВС к объективу введем трехмерную систему координат OXYZ таким образом, чтобы при наклоне ЧЭ ось OZ совпадала с осью поворота поверхности раздела жидкостей относительно корпуса.
Особенности амплитудной модуляции направляемого волоконными световодами излучения свободноподвешенными оптическими элементами
Измерение абсолютного угла наклона на основе регистрации светового пучка, отраженного от границы раздела сред жидкость-воздух или жидкость-жидкость, сопряжено с трудностями компенсации механических вибрационных воздействий на чувствительный элемент. Поэтому рассмотренные выше методы ориентированы на регистрацию абсолютного углового положения в условиях отсутствия механических вибраций.
Для обеспечения вибрационной стабильности измерительных преобразователей угла наклона требуется демпфирование чувствительного элемента, что в настоящей работе предлагается реализовать при помощи вязкой оптически прозрачной жидкости.
Данный раздел посвящен исследованию принципов измерения абсолютного угла наклона на основе амплитудной модуляции направляемых волоконными световодами световых пучков свободноподвешенными оптическими элементами, погруженными в вязкую прозрачную жидкость.
В основу измерения угла отклонения от вертикали может быть положена свободно подвешенная непрозрачная шторка, частично перекрывающая световой пучок, формируемый многомодовым ВС, при наклоне ЧЭ (рис. ). В исходном положении чувствительного элемента (угол наклона - 0) шторка перекрывает световой пучок наполовину. Соответственно, при наклоне ЧЭ происходит модуляция мощности светового пучка, который с помощью собирающей линзы вводится в приемный ВС. Выходной оптический сигнал приемного световода регистрируется на выходе ИП стандартным фотоприемником.
Интенсивность выходного оптического сигнала измерительного преобразователя в зависимости от угла наклона может быть найдена интегрированием распределения интенсивности светового пучка по его поперечному сечению с учетом положения шторки [151]: где ф - угол наклона ИП, к - коэффициент пропорциональности, х, у - декартовы координаты в плоскости сечения светового пучка шторкой, 1(х,у) - распределение интенсивности светового пучка, в плоскости его сечения шторкой, S(a) - площадь сечения светового пучка, не перекрытая шторкой.
Используя полученное ранее распределение интенсивности светового пучка, излучаемого волоконным световодом (выражение (1.32)), на основе (1.44) была рассчитана зависимость мощности выходного оптического сигнала измерительного преобразователя от угла наклона. При расчете для определенности были приняты следующие параметры чувствительного элемента: форма секущего края шторки прямолинейная, d/R 0,1, где й- диаметр сечения светового пучка шторкой, R - расстояние от оси светового пучка до оси вращения шторки.
В результате компьютерного моделирования чувствительного элемента (рис. 1.30) было показано, что неравномерности формы секущего края шторки не оказывают влияние на зависимость выходного сигнала измерительного преобразователя от угла наклона. Поэтому к изготовлению шторки не предъявляется специальных требований.
В результате компьютерного моделирования было также продемонстрировано, что диапазон измеряемых углов, при изменении формы шторки и расстояния R, может варьироваться в широких пределах и достигать 180 . Рассмотрим процесс демпфирования шторки вязкой жидкостью при воздействии на чувствительный элемент механических вибраций (рис. 1.31). Будем полагать, что в первом приближении вибрация чувствительного элемента приводит к нестабильности его выходного сигнала лишь в том случае, если вынуждающая сила имеет отличную от нуля проекцию на ось z. Тогда целесообразно ограничится рассмотрением колебаний с одной степенью свободы. При колебательном движении корпуса ЧЭ вдоль оси г на шторку, погруженную в жидкость, начинает действовать сила инерции, равная [155] где Zcp - амплитуда поперечного перемещения корпуса ЧЭ, Мгр - масса шторки, со -частота колебаний. Тогда решение задачи о колебаниях шторки может быть записано в виде [156]: где Хщ, - поперечное смещения центра масс шторки, определяющее величину флуктуации выходного сигнала при колебательном движении чувствительного элемента, - фазо-частотная характеристика, - амплитудно-частотная характеристика колебательной системы шторка-корпус ЧЭ, рш- коэффициент затухания колебаний, который согласно закону внутреннего трения может быть рассчитан в виде: р = , S - площадь поверхности шторки, d - расстояние от шторки до стенки емкости (рис. 1), т/ - коэффициент динамической вязкости жидкости, щ = \—р - резонансная частота колебаний груза, g - ускорение свободного падения, а - длина ребра шторки, имеющей квадратную форму, / =—м а2 - момент инерции шторки относительно оси вращения. На резонансной частоте са0 амплитуда колебаний шторки максимальна и больше амплитуды колебаний корпуса ЧЭ в q раз, где Поэтому наибольшее шумовое искажение выходного сигнала датчика наблюдается в условиях резонанса. Для достижения вибрационной устойчивости чувствительного элемента необходимо обеспечить минимальное значение параметра q, что, как видно из выражения (1), требует применения жидкости с возможно большим коэффициентом динамического трения. На рис. 1.32 представлены амплитудно-частотные характеристики чувствительного элемента, рассчитанные на основе выражения (1.48) для случаев применения жидкостей с различными коэффициентами динамического трения. При вычислении были приняты следующие параметры чувствительного элемента: Мгр= 5 г, Й = 3 см, of = 1 см.
Спектральные характеристики зондирующих лазерных импульсов, генерируемых волоконно-оптическим временным рефлектометром, и особенности их амплитудной модуляции брэгтовскими дифракционными решетками
В предыдущем разделе были рассмотрены принципы амплитудной модуляции лазерного излучения при отражении от брэгговских дифракционных решеток, подвергаемых внешним физическим воздействиям. Задача данного раздела состоит в проверке и уточнении предложенной модели для случая использования источника коротких лазерных импульсов волоконно-оптического временного рефлектометра. Для этого требуется изучить спектральные характеристики зондирующих импульсов, генерируемых волоконно-оптическим рефлектометром, а также выявить оптимальные условия его применения для детектирования сигналов чувствительных элементов на основе брэгговских дифракционных решеток.
Для исследования спектра зондирующих импульсов, излучаемых ВОВР, использовалась экспериментальная установка, представленная на рис. 2.6. Импульсное излучение стандартного волоконно-оптического временного рефлектометра (ANDO AQ7250) направлялось на оптический анализатор спектра. Результаты измерений распределения спектральной плотности мощности зондирующих импульсов представлены на рис. 2.6., б, в, г, д.
Как видно из представленных спектрограмм, источником излучения в рефлектометре является полупроводниковый лазер с многомодовой структурой спектра.
На приведенных рисунках видно, что в спектре зондирующих импульсов наблюдаются флуктуации огибающей A(ty, что может приводить к искажению регистрируемого сигнала AP(AXFBG). Однако, как было установлено в результате экспериментов, при усреднении спектра зондирующих импульсов путем многократных (не менее 100) измерений его огибающая приближается к стабильной гауссовой функции (рис. 2.7): где So - максимальная спектральная плотность зондирующего импульса. Для использованного в экспериментах рефлектометра параметры Aks и \ составили соответственно 15 и 1545 нм.
Таким образом, для снижения погрешности измерения механического напряжения и температуры ВОБДР рефлектометрическим способом требуется усреднение полученных результатов по большому количеству измерений (не менее 100), что является стандартной функцией подавляющего большинства современных рефлектометров.
Как видно из рис. 2.7, наибольшая крутизна огибающей спектра зондирующего импульса наблюдается в двух спектральных диапазонах: 1535±5 нм и 1555±5 нм. Поэтому для обеспечения максимальной чувствительности при регистрации температуры и механического напряжения брэгговских дифракционных решеток рефлектометрическим способом исходная резонансная длина волны ВОБДР должна находится в пределах указанных диапазонов.
В результате экспериментов было установлено, что полуширина продольных мод спектра мощности зондирующего импульса составляет 0,15 нм, разность длин волн соседних мод: 0,7 нм. Поэтому для уточнения расчетной зависимости PR{XM) функцию F(\) целесообразно аппроксимировать не дельта-функциями, как было сделано в предыдущем разделе, а суперпозицией гауссовых распределений с параметрами, соответствующими экспериментальным данным: где ЛХт = 0,15 нм - полуширина спектральных компонент излучения лазера ВОВР, Ят = 0.7 нм - разность длин волн соседних продольных мод спектра мощности зондирующего импульса.
Результаты расчета мощности отраженного от ВОБДР оптического сигнала на основе выражений (2.14), (2.18), (2.22) и (2.23) для различных значений полуширины спектра отражения брэгговской решетки представлены на рис. 2.8.
Как видно из приведенных рисунков, подавление осцилляции полезного сигнала при изменении резонансной длины волны ВОБДР достигается при: Лжс = 0,8 нм X, = 0,7 нм, что подтверждает выводы предыдущего раздела.
В процессе экспериментов было установлено, что в связи с возможностью насыщения фотоприемного устройства рефлектометра при регистрации излучения, отражаемого брэгговской дифракционной решеткой, для обеспечения линейного режима его работы коэффициент отражения ВОБДР на резонансной длине волны не должен превышать 2%.
Таким образом, для реализации рефлектометрического метода детектирования оптических сигналов, отражаемых брэгговскими дифракционными решетками, с применением стандартного волоконно-оптического рефлектометра (в частности, ANDO AQ7250) должны быть обеспечены следующие параметры ВОБДР: полуширина спектра отражения: 1 нм, коэффициент отражения на резонансной длине волны: 2%, резонансная длина волны в диапазонах: 1535±5 нм или 1555±5 нм. В соответствии с выражениями (2.1), (2.15) и (2.16), указанные параметры обеспечиваются при глубине модуляции показателя преломления сердцевины волоконного световода 1.6Т0"5, длине дифракционной решетки 0,77 мм и периоде модуляции показателя преломления 0,511 мкм (?щд = 1535 нм) и 0,518 мкм (?щя = 1555 нм).
Таким образом, в настоящем разделе был исследован спектр коротких лазерных зондирующих импульсов, генерируемых стандартным волоконно-оптическим временным рефлектометром. Установлено, что при регистрации внешних физических воздействий на брэгговскую решетку рефлектометрическим способом для уменьшения погрешности измерения, связанной с флуктуациями спектра источника излучения, следует усреднять получаемые результаты по большому количеству (не менее 100) измерений. Показано, что для использованного в настоящей работе рефлектометра оптимальные параметры опрашиваемых брэгговских дифракционных решеток составляют: резонансная длина волны - в диапазонах 1535±5 нм или 1555±5 нм; полуширина спектра отражения -1 нм, коэффициент отражения на резонансной длине волны - 2%. Выработаны рекомендации к записи брэгговских решеток с указанными характеристиками: глубина модуляции показателя преломления 1.6-10"5, длина решетки 0,77 мм, период модуляции ПП 0,511 и 0,518 мкм.
Принципы создания волоконно-оптических измерительных преобразователей пороговых перемещений для мониторинга целостности протяженных трубопроводов
Как было показано в предыдущем разделе для контроля целостности стыков оболочек техногенных объектов могут применяться измерительные преобразователи пороговых перемещений в виде волоконных световодов, жестко закрепляемых на контролируемой поверхности. При этом нарушение целостности контролируемой поверхности приводит к разрыву ВС, что регистрируется методом оптической временной рефлектометрии. Данный раздел посвящен разработке и экспериментальному исследованию волоконно-оптических измерительных преобразователей пороговых относительных перемещений для контроля целостности стыков протяженных трубопроводных линий (ТПЛ).
Поскольку число стыков протяженных трубопроводов может достигать десятков тысяч, важным требованием к измерительным преобразователям является предельная дешевизна, простота их конструкции и монтажа на контролируемую поверхность.
Наиболее простым конструктивным решением проблемы на первый взгляд является простое приклеивание волоконного световода на контролируемый стык трубопровода. Однако, как показали проведенные эксперименты, при фиксации волоконного световода в полимерной оболочке клеевыми составами в случае разрыва контролируемой поверхности имеется вероятность вытягивания ВС внутри оболочки, не сопровождающегося разрывом световода. С практической точки зрения это означает, что чувствительный элемент не сработает при разрыве контролируемого стыка трубопровода. В этой связи возникает необходимость перед приклеиванием ВС удалить защитные полимерные покрытия, придающие световоду механическую прочность. Поскольку выполнение этой процедуры в полевых условиях при необходимости установки ВС на большое количество стыков трубопровода представляется труднореализуемым, рассмотренный подход не удовлетворяет требованию простоты монтажа ЧЭ на контролируемую поверхность.
Решение рассматриваемой проблемы может состоять в том, чтобы изготовить чувствительный элемент в лабораторных условиях участком ВС в виде двух опор, соединенных тонкой клеевой перемычкой, содержащей световод без полимерных покрытий (рис. 3.6).
Опоры крепятся на трубу с помощью стандартного клея быстрого отвержения. Для предохранения ВС от случайного повреждения может быть предусмотрен внешний защитный полимерный кожух чувствительного элемента, не влияющий на механические параметры ЧЭ. Факт срабатывания чувствительного элемента и его местоположение на волоконной линии регистрируется методом оптической временной рефлектометрии.
Для экспериментального исследования предлагаемого ИП использовалась установка, представленная на рис. 3.7.
Измерительный преобразователь (5) устанавливался стыке специально изготовленной модели трубопровода со сварными стыками (1). С помощью резкого перемещения поршня (2) в трубе создавался гидравлический удар, приводящий к разрыву шва и срабатыванию датчика. Регистрация факта срабатывания и местоположения датчика на контрольно-измерительной линии осуществлялась с помощью стандартного волоконно-оптического временного рефлектометра (3). Результаты экспериментов представлены на рис. 3.8
Как видно из полученных рефлектограмм, координата окончания волоконно-оптической линии до срабатывания датчика х0 при разрыве световода сменяется координатой х0\ соответствующей местоположению сработавшего датчика. Скачкообразное возрастание интенсивности сигнала обратного рассеяния при х = х0 и при х х0" объясняется отражением направляемого излучения от места обрыва ВС.
Параметры разработанного метода, определяемые характеристиками рефлектометра, составили: точность регистрации места разрыва - 3 м, максимальная длина контрольно-измерительной линии 260 км, время опроса линии - 1 мин. Разрыв стыка трубопровода производился 10 раз, при этом срабатывание датчика было зафиксировано в каждом из случаев.
При расположении на стыке трубопровода одного измерительного преобразователя существует ненулевая вероятность такого вида разрыва шва, который не приведет к срабатыванию датчика (рис. 3.9, а). Поэтому, для обеспечения максимальной вероятности регистрации разрыва стыка ТПЛ в данной работе предлагается расположить три датчика пороговых перемещений через равные промежутки по периметру стыка (рис. 3.9, б). При этом существует два варианта организации контроля целостности стыка трубопровода: с использованием одной волоконной линии (рис. 3.9, в) и с использованием трех линий (рис. 3.9, г).
