(57) 1. Рефлектометрическая система для измерения вибраций, предназначенная для контроля многофазных потоков с использованием многомодовых волокон, содержащая
измерительное многомодовое оптоволокно;
оптический источник по меньшей мере с одним выходным оптоволоконным портом, генерирующий оптические импульсы, посылаемые в указанное измерительное волокно;
оптический приемник по меньшей мере с одним многомодовым оптоволоконным входным портом;
оптическое устройство по меньшей мере с тремя многомодовыми оптоволоконными портами, в котором один порт связан с оптическим источником, один порт - с оптическим приемником и один порт - с измерительным многомодовым волокном; и
систему для обработки выходных сигналов оптического приемника, дополнительно содержащую более одного фильтра пространственной моды.
2. Система по п.1, в которой оптический приемник содержит по меньшей мере один фотодиод, предпочтительно фотодиод с сегментированной приемной площадкой по меньшей мере с двумя отдельными измерительными сегментами, более предпочтительно с четырьмя.
3. Система по п.2, в которой оптический приемник дополнительно содержит волокна с несколькими пространственными модами, установленные между входом приемника и указанным по меньшей мере одним фотодиодом.
4. Система по п.3, в которой количество направляемых мод в волокне с несколькими пространственными модами, считая вырожденные моды, меньше 17, предпочтительно меньше 13, более предпочтительно меньше семи.
5. Система по п.1, в которой оптический приемник содержит по меньшей мере два фотодиода.
6. Система по п.5, в которой оптический приемник дополнительно содержит многомодовый оптоволоконный расщепитель сигнала, при этом указанный расщепитель имеет один входной порт и количество выходных портов, по существу, равное количеству фотодиодов, при этом входной порт расщепителя связан со входным портом приемника, а каждый выходной порт расщепителя связан с каждым фотодиодом отрезком одномодового оптоволокна.
7. Система по п.6, в которой одномодовые волокна связаны с многомодовыми волокнами посредством адиабатического преобразователя моды.
8. Система по п.5, в которой оптический приемник дополнительно содержит фотонный фонарь с многомодовым входом и количеством одномодовых оптоволоконных выходов, по существу, равным количеству фотодиодов, при этом входной порт фотонного фонаря связан с входом оптического приемника, а каждый одномодовый выход фотонного фонаря связан с каждым фотодиодом.
9. Система по п.1, в которой оптическое устройство, имеющее по меньшей мере три многомодовых оптоволоконных порта, предпочтительно выбрано из следующих:
направленный ответвитель;
ответвитель/расщепитель мощности;
циркулятор;
оптический переключатель.
10. Система по п.1, в которой оптический источник содержит
лазер с высокой степенью когерентности, который испускает модулированный сигнал из выходного порта оптического источника;
лазер с высокой степенью когерентности, который генерирует непрерывный свет, и
оптический модулятор, связанный с упомянутым лазером, при этом указанный модулятор генерирует оптические сигналы, которые посылаются в выходной порт источника.
11. Система по п.1 в гетеродинном исполнении, в которой
оптический источник имеет два выходных порта и испускает модулированный оптический сигнал на первой частоте из первого порта и модулированный оптический сигнал на второй частоте из второго порта;
оптический приемник имеет два входных порта, из которых один является одномодовым и один - многомодовым, при этом указанный многомодовый порт связан многомодовым волокном с оптическим устройством по меньшей мере с тремя многомодовыми оптоволоконными портами, а указанный одномодовый порт связан с указанным вторым портом оптического источника.
12. Система по п.11, в которой оптический приемник дополнительно содержит поляризационный расщепитель луча/ответвитель с двумя входами и двумя выходами и два фотодетектора, при этом указанный поляризационный расщепитель содержит
первый вход, соединенный с многомодовым портом оптического приемника, и второй вход, связанный с одномодовым входом оптического приемника;
два выхода, соединенных с каждым из этих двух фотодетекторов;
при этом указанные два входа снабжены оптическими системами, способными коллимировать входные оптические пучки;
коллиматор на втором одномодовом входе имеет такие размеры, что генерирует коллимированный луч, который, по существу, перекрывает фундаментальную моду первого многомодового входа.
13. Система по п.12, в которой фотодетекторы представляют собой фотодиоды сегментированной приемной площадки, при этом одномодовый вход ответвителя/расщепителя предпочтительно имеет такие размеры, что генерирует коллимированный луч, который, по существу, равномерно освещает фотодиоды сегментированной приемной площадки.
14. Система по п.13, в которой фотодиоды имеют по меньшей мере два отдельных измерительных сегмента, предпочтительно четыре.
15. Система по п.13, в которой между многомодовым входом приемника и соответствующим входом поляризационного расщепителя луча размещено оптоволокно с несколькими модами, при этом указанное оптоволокно с несколькими модами не является одномодовым.
16. Система по п.15, в которой количество направляемых мод в оптоволокне с несколькими модами, считая вырожденные моды, меньше 17, более предпочтительно меньше 13, еще более предпочтительно меньше семи.
17. Система по п.11, в которой оптический приемник содержит
пространственный демультиплексор с одним многомодовым входом и по меньшей мере двумя одномодовыми выходами, при этом указанный многомодовый вход связан с многомодовым входом оптического приемника;
оптический расщепитель с одним входом и количеством выходов, равным количеству одномодовых выходов указанного пространственного демультиплексора, при этом указанный вход связан с одномодовым входом оптического приемника;
количество фотодетекторов, равное количеству одномодовых выходов указанного пространственного демультиплексора;
количество оптических ответвителей, равное количеству одномодовых выходов указанного пространственного демультиплексора, при этом каждый ответвитель объединяет каждый одномодовый выход пространственного демультиплексора с другим выходом указанного оптического делителя и направляет объединенный свет в один из фотодетекторов.
18. Система по п.17, в которой указанный пространственный демультиплексор содержит многомодовый оптоволоконный расщепитель мощности, в котором каждый многомодовый выход связан с одномодовым оптоволокном.
19. Система по п.18, в которой многомодовые волокна связаны с указанными многомодовыми выходами посредством адиабатических преобразователей моды.
20. Система по п.24, в которой указанный пространственный демультиплексор представляет собой фотонный фонарь.
21. Система по п.11, в которой оптический источник содержит лазер, который излучает непрерывный свет, и акустически-оптический модулятор с тремя портами, при этом входной порт модулятора связан с лазером, а два выходных порта модулятора представляют собой выходные порты источника, и при этом модулятор посылает короткие импульсы в первый порт и, по существу, более длинные импульсы - во второй порт, при этом второй порт связан с одномодовым портом оптического приемника.
22. Способ измерения вибраций вдоль структуры посредством системы по меньшей мере по одному из пп.1-10, включающий
обнаружение многомодового измерительного оптоволокна, установленного вдоль структуры, подвергаемой контролю;
посылка светового импульса в указанное измерительное оптоволокно;
выбор одного или большего количества спеклов обратно рассеянного света в измерительном оптоволокне, обусловленных рэлеевским рассеянием посланного импульса;
генерацию сигнала, который показывает вибрации вдоль структуры, подвергнутой контролю, из множества спеклов, собранных из указанного оптоволокна.
23. Способ по п.22, дополнительно включающий использование многомодового волокна для подачи обратно рассеянного света в оптический приемник.
24. Способ по п.22, в котором для сбора множества спеклов предпочтительно используют следующее:
либо фотодиод с сегментированной приемной площадкой;
либо многомодовый оптоволоконный расщепитель мощности с двумя или большим количеством выходных портов, при этом каждый выходной порт связан с фотодиодом;
либо фотонный фонарь.
25. Способ по п.22, дополнительно включающий
разделение света, созданного источником, на два различных тракта;
модуляцию света в первом тракте с формированием оптического импульса, который испускается в измерительное оптоволокно, в то время как свет во втором оптическом тракте имеет оптическую частоту, которая отличается от частоты света в первом тракте;
объединение света во втором тракте с каждым из множества спеклов, собранных в измерительном оптоволокне;
обнаружение сигнала только на частоте, равной разности между частотой света в первом тракте и частотой света во втором тракте.
26. Способ формирования рефлектометрической системы для измерения вибраций по п.1 путем реконфигурирования оптической рефлектометрической системы, которая уже установлена в контролируемой структуре, содержащей измерительное многомодовое оптоволокно, установленное вдоль указанной структуры, оптический источник для посылки импульсов в указанное многомодовое измерительное волокно, оптический приемник для приема обратно рассеянного света из указанного измерительного оптоволокна, обусловленного рэлеевским рассеянием посланного импульса, при этом способ включает установку устройства для пространственного разделения множества спеклов света, обратно рассеянного вследствие рэлеевского рассеяния, между измерительным оптоволокном и оптическим приемником;
при этом упомянутое оптическое устройство имеет по меньшей мере три многомодовых оптоволоконных порта, при этом один порт связан с оптическим источником, один порт - с оптическим приемником и один порт - с измерительным многомодовым волокном.
27. Способ по п.26, в котором устройство для пространственного разделения множества спеклов содержит
либо многомодовый оптоволоконный расщепитель мощности, в котором каждый выход связан с фотодиодом,
либо многомодовое оптоволокно, связанное с фотодиодом с сегментированной приемной площадкой,
либо фотонный фонарь, в котором каждый выход связан с фотодиодом.
28. Способ по п.26, дополнительно включающий генерирование сигнала, показывающего вибрации вдоль структуры, подвергаемой контролю, посредством системы анализа на основе множества зарегистрированных спеклов.

---