Влияние деформаций волоконного световода на период рециркуляции в оптоэлектронных системах охраны периметра

  • Дмитрий Георгиевич Сахончик Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
  • Александр Владимирович Поляков Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь
DOI: https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-2-112-124

Аннотация

Описан алгоритм работы подземной волоконно-оптической системы охраны периметра рециркуляционного типа с использованием WDM-технологии спектрального разделения информационных каналов. Представлены экспериментальные значения поперечных деформаций волоконного световода в зависимости от твердости пенополиуретанового упругого основания, количества точек деформации и массы идущего или ползущего нарушителя. Разработана математическая модель изменения временных интервалов между циркулирующими импульсами в зависимости от величины деформаций волоконного световода. Данная модель позволяет рассчитать величину дополнительных потерь в зависимости от радиуса изгиба, угла изгиба, вероятности туннелирования излучения из сердцевины в оболочку, параметров самого кварцевого волокна, а также от твердости упругой основы чувствительного элемента и количества точек деформации. Показано, что в случае постоянного радиуса деформирующего элемента R = 4 мм и одномодового ступенчатого волоконного световода для идущего нарушителя возникающие дополнительные временные задержки периода рециркуляции составляют 1,1–1,7 нс, для ползущего нарушителя данная величина находится в пределах 0,3– 0,9 нс.

Биографии авторов

Дмитрий Георгиевич Сахончик, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

студент факультета радиофизики и компьютерных технологий. Научный руководитель – А. В. Поляков

Александр Владимирович Поляков, Белорусский государственный университет, пр. Независимости, 4, 220030, г. Минск, Беларусь

кандидат физико-математических наук, доцент; доцент кафедры физики и аэрокосмических технологий факультета радиофизики и компьютерных технологий

Литература

  1. Polyakov AV, Algina EG. Neurocomputers and fiber-optic technologies, implemented in perimeter security. Military-Industrial Complex. Belarus. 2016;1:60 – 66. Russian.
  2. Juarez JC, Maier EW, Choi KN, Taylor HF. Distributed fiber-optic intrusion sensor system. Journal of Lightwave Techology. 2005;23(6):2081–2087.
  3. Juarez JC, Taylor HF. Field test of a distributed fiber-optic intrusion sensor system for long perimeters. Applied Optics. 2007; 46(11):1968 –1971. DOI: 10.1364/AO.46.001968.
  4. Peng F, Wu H, Jia X-H, Rao Y-J, Wang Z-N, Peng Z-P. Ultra-long high-sensitivity Φ-OTDR for high spatial resolution intrusion detection of pipelines. Optics Express. 2014;22(11):13804 –13810. DOI: 10.1364/OE.22.013804.
  5. Mahmoud SS, Visagathilagar Y, Katsifolis J. Real-time distributed fiber optic sensor for security systems: performance, event classification and nuisance mitigation. Photonic sensors. 2012;2(3):225–236. DOI: 10.1007/s13320-012-0071-6.
  6. Ye W, Zhu Q, You T. Developments in distributed optical fiber detection technology. In: Czarske J, Zhang S, Sampson D, Wang W, Liao Y, editors. International Symposium on Optoelectronic Technology and Application: Laser and Optical Measurement Technology; and Fiber Optic Sensors. Proceedings of SPIE. Volume 9297. Beijing: SPIE; 2014. Article ID: 92972T. DOI: 10.1117/12.2071380.
  7. Yuan L, Dong Y. Loop topology based white light interferometric fiber optic sensor network for application of perimeter security. Photonic Sensors. 2011:1(3):260 –267. DOI: 10.1007/s13320-010-0009-9.
  8. Wu H, Rao Y, Tang C, Wu Y, Gong Y. A novel FBG-based security fence enabling to detect extremely weak intrusion signals from nonequivalent sensor nodes. Sensors and Actuators A: Physical. 2011;167(2):548–555. DOI: 10.1016/j.sna.2011.02.046.
  9. Li S, Vf J, Hu J. Rockfall hazard alarm strategy based on FBG smart passive net structure. Photonic sensors. 2015;5(1):19 –23. DOI: 10.1007/s13320-014-0203-2.
  10. Wu H, Qian Y, Zhang W, Li H, Xie X. Intelligent detection and identification in fiber-optical perimeter intrusion monitoring system based on the FBG sensor network. Photonic Sensors. 2015;5(4):365–375. DOI: 10.1007/s13320-015-0274-8.
  11. Polyakov AV. Retsirkulyatsionnye optovolokonnye izmeritel’nye sistemy [Recirculation fiber optic measuring systems]. Minsk: Belarusian State University; 2014. 208 p. Russian.
  12. Polyakov AV. Fiber-optic perimeter security system based on WDM technology. In: Huckridge DA, Ebert R, Bürsing H, editors. Electro-Optical and Infrared Systems: Technology and Applications XIV. Proceedings of SPIE. Volume 10433. Warsaw: SPIE; 2017. Article ID: 104330C. DOI: 10.1117/12.2278131.
  13. Polyakov АV, Ksenofontov МА, Sakhonchik DG. [Fiber optic recirculation alarm system based on WDM technology]. In: Opto-, mikro- i SVCh-elektronika – 2018. Sbornik nauchnykh statei I Mezhdunarodnoi nauchno-tekhnicheskoi konferentsii; 22–26 oktyabrya 2018 g.; Minsk, Belarus [Opto-, microwave and SHF-electronics. Proceedings of the I International scientific and technology conference; 2018 October 22–26; Minsk, Belarus]. Minsk: B. I. Stepanov Institute of Physics of the National Academy of Sciences of Belarus; 2018. p. 262–265. Russian.
  14. Aksenov VA, Voloshin VV, Vorob’ev IL, Ivanov GA, Isaev VA, Kolosovskii AO, et al. Losses in single-mode optical fibers occurring in isolated bends of small radius: rectangular profile of refractive index. Radiotekhnika i elektronika. 2004;49(6):734 –742. Russian.
  15. Heiblum M, Harris JH. Analysis of curved optical waveguides by conformal transformation. IEEE Journal Quantum Electronics. 1975;11(2):75–83. DOI: 10.1109/JQE.1975.1068563.
  16. Sakai J, Kimura T. Analytical bending loss formula of optical fibers with field deformation. Radio Science. 1982;17(1):21–29. DOI: 10.1029/RS017i001p00021.
  17. Danielsen P, Yevick D. Propagation beam analysis of bent optical waveguides. Journal of Optical Communications. 1983;4(3):94 – 98. DOI: 10.1515/JOC.1983.4.3.94.
  18. Baets R, Lagasse IE. Loss calculation design of arbitrary curved integrated optic waveguides. Journal of the Optical Society of America. 1983;73(2):177–182.
  19. Schermer RT, Cole JH. Improved bend loss formula verified for optical fiber by simulation and experiment. IEEE Journal of Quantum Electronics. 2007;43(10):899 – 909. DOI: 10.1109/JQE.2007.903364.
  20. Zendehnam A, Mirzaei M, Farashiani A, Horabadi L. Investigation of bending loss in a single-mode optical fibre. Pramana Journal of Physics. 2010;74(4):591– 603. DOI: 10.1007/s12043-010-0052-5.
  21. Salleh MFM, Zakaria Z. Effect of bending optical fibre on bend loss over a long period of time. ARPN Journal of Engineering and Applied Sciences. 2015;10(16):6732– 6736.
Опубликован
2019-05-24
Ключевые слова: оптоволоконная система, охрана периметра, период рециркуляции, деформация, потери в оптическом волокне, временная задержка
Как цитировать
Сахончик, Д. Г., & Поляков, А. В. (2019). Влияние деформаций волоконного световода на период рециркуляции в оптоэлектронных системах охраны периметра. Журнал Белорусского государственного университета. Физика, 2, 112-124. https://doi.org/10.33581/2520-2243-2019-2-112-124
Выпуск
№ 2 (2019): Журнал Белорусского государственного университета. Физика
Раздел
Волоконная оптика

Copyright (c) 2019 Журнал Белорусского государственного университета. Физика

Лицензия Creative Commons

Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.

Авторы, публикующиеся в данном журнале, соглашаются со следующим:

  1. Авторы сохраняют за собой авторские права на работу и предоставляют журналу право первой публикации работы на условиях лицензии Creative Commons Attribution-NonCommercial. 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
  2. Авторы сохраняют право заключать отдельные контрактные договоренности, касающиеся неэксклюзивного распространения версии работы в опубликованном здесь виде (например, размещение ее в институтском хранилище, публикацию в книге) со ссылкой на ее оригинальную публикацию в этом журнале.
  3. Авторы имеют право размещать их работу в интернете (например, в институтском хранилище или на персональном сайте) до и во время процесса рассмотрения ее данным журналом, так как это может привести к продуктивному обсуждению и большему количеству ссылок на данную работу. (См. The Effect of Open Access).