Розробка автоматичної системи контролю технічного стану волоконно-оптичних кабелів

Автор(и)

DOI:

https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.353016

Ключові слова:

волоконно-оптичні кабелі, мікрозгини, оптичні втрати, фотоматриця, аналіз пікселів, розподілений моніторинг

Анотація

Об’єктом дослідження є процес моніторингу технічного стану волоконно-оптичних кабелів на основі реєстрації та аналізу змін піксельної структури оптичної плями, сформованої оболонковим випромінюванням за механічних впливів.

Проблема, що розв’язується, полягає у відсутності доступних за вартістю та простих у реалізації засобів безперервного моніторингу цілісності волоконно-оптичних ліній зв’язку, здатних своєчасно виявляти механічні впливи та спроби несанкціонованого доступу.

У статті представлено принцип контролю, заснований на реєстрації додаткових оптичних втрат, що виникають унаслідок мікрозгинів оптичного волокна, з подальшою обробкою зображення на фотоматриці високої роздільної здатності. Експериментально встановлено, що зміна піксельної структури оптичної плями, сформованої оболонковим випромінюванням на поверхні фотоматриці високої роздільної здатності, лінійно корелює з величиною прикладеного навантаження та рівнем додаткових втрат.

Отримані результати пояснюються перерозподілом оптичної потужності між серцевиною та оболонкою волокна внаслідок фотопружного ефекту. Відмінною особливістю запропонованого підходу є відмова від інтерферометричних і рефлектометричних методів та використання інтелектуального оптико-цифрового аналізу пікселів, що забезпечує зниження вартості системи, простоту масштабування та стійкість до завад.

Розроблена система може застосовуватися для безперервного моніторингу волоконно-оптичних ліній зв’язку, інженерних комунікацій та протяжних об’єктів в умовах реальної експлуатації за довжини контрольованих ділянок до 60 км. Лабораторні випробування підтвердили чутливість системи до механічних навантажень від 5 Н і можливість її інтеграції в існуючі телекомунікаційні мережі

Біографії авторів

Aliya Alkina, Abylkas Saginov Karaganda Technical University

Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer

Department of Power Systems

Ali Mekhtiyev, Abylkas Saginov Karaganda Technical University

Candidate of Technical Sciences, Professor

Vice-Rector for Science and Innovation

Yelena Neshina, Abylkas Saginov Karaganda Technical University

Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, Head of Department

Department of Power Systems

Adam Ujma, University of Applied Sciences in Nysa

PhD, Associate Professor

Faculty of Technical Sciences

Ruslan Mekhtiyev, Abylkas Saginov Karaganda Technical University

Doctoral Student PhD

Department of Automation and Production Processes

Madiyar Musagazhinov, S.Seifullin Kazakh Agrotechnical Research University

Doctoral Student PhD

Department of Electrical Equipment Operation

Yekaterina Bilichenko, Abylkas Saginov Karaganda Technical University

Master of Optical Engineering, Senior Lecturer

Department of Power Systems

Посилання

  1. Guemes, A., Mujica, L. E., del-Río-Velilla, D., Fernandez-Lopez, A. (2025). Structural Health Monitoring by Fiber Optic Sensors. Photonics, 12 (6), 604. https://doi.org/10.3390/photonics12060604
  2. Bado, M. F., Casas, J. R. (2021). A Review of Recent Distributed Optical Fiber Sensors Applications for Civil Engineering Structural Health Monitoring. Sensors, 21 (5), 1818. https://doi.org/10.3390/s21051818
  3. Wang, W., Yiu, H. H. P., Li, W. J., Roy, V. A. L. (2021). The Principle and Architectures of Optical Stress Sensors and the Progress on the Development of Microbend Optical Sensors. Advanced Optical Materials, 9 (10). https://doi.org/10.1002/adom.202001693
  4. Zhang, X., Zhu, H., Jiang, X., Broere, W. (2024). Distributed fiber optic sensors for tunnel monitoring: A state-of-the-art review. Journal of Rock Mechanics and Geotechnical Engineering, 16 (9), 3841–3863. https://doi.org/10.1016/j.jrmge.2024.01.008
  5. Wang, Z., Lu, B., Ye, Q., Cai, H. (2020). Recent Progress in Distributed Fiber Acoustic Sensing with Φ-OTDR. Sensors, 20 (22), 6594. https://doi.org/10.3390/s20226594
  6. Chapalo, I., Stylianou, A., Mégret, P., Theodosiou, A. (2024). Advances in Optical Fiber Speckle Sensing: A Comprehensive Review. Photonics, 11 (4), 299. https://doi.org/10.3390/photonics11040299
  7. Cao, L., Abedin, S., Cui, G., Wang, X. (2025). Artificial Intelligence and Machine Learning in Optical Fiber Sensors: A Review. Sensors, 25 (24), 7442. https://doi.org/10.3390/s25247442
  8. Hu, X., Bai, X., Li, J., He, Y., Li, Y., Li, L. et al. (2025). A fiber optic sensing intrusion detection method based on WPD-EMD and improved ResNet. Optical Fiber Technology, 90, 104125. https://doi.org/10.1016/j.yofte.2024.104125
  9. Peng, F., Wu, H., Jia, X.-H., Rao, Y.-J., Wang, Z.-N., Peng, Z.-P. (2014). Ultra-long high-sensitivity Φ-OTDR for high spatial resolution intrusion detection of pipelines. Optics Express, 22 (11), 13804. https://doi.org/10.1364/oe.22.013804
  10. Xu, S., Qin, Z., Zhang, W., Xiong, X. (2020). Monitoring Vehicles on Highway by Dual-Channel φ-OTDR. Applied Sciences, 10 (5), 1839. https://doi.org/10.3390/app10051839
  11. Hu, X., Qiu, G., Karimi, H. R., Zhang, D. (2024). TFF-CNN: Distributed optical fiber sensing intrusion detection framework based on two-dimensional multi-features. Neurocomputing, 564, 126959. https://doi.org/10.1016/j.neucom.2023.126959
  12. Yang, N., Zhao, Y., Chen, J. (2022). Real-Time Φ-OTDR Vibration Event Recognition Based on Image Target Detection. Sensors, 22 (3), 1127. https://doi.org/10.3390/s22031127
  13. Zhang, S., Xie, S., Li, Y., Yuan, M., Qian, X. (2023). Detection of Gas Pipeline Leakage Using Distributed Optical Fiber Sensors: Multi-Physics Analysis of Leakage-Fiber Coupling Mechanism in Soil Environment. Sensors, 23 (12), 5430. https://doi.org/10.3390/s23125430
  14. Fabbricatore, F., Bertola, N. (2005). Structural performance monitoring for concrete girder bridges with distributed fiber optic sensors. 13th International Conference on Structural Health Monitoring of Intelligent Infrastructure. https://doi.org/10.3217/978-3-99161-057-1-022
  15. Tan, X., Poorghasem, S., Huang, Y., Feng, X., Bao, Y. (2024). Monitoring of pipelines subjected to interactive bending and dent using distributed fiber optic sensors. Automation in Construction, 160, 105306. https://doi.org/10.1016/j.autcon.2024.105306
  16. Abdallah, A., Fouad, M. M., Ahmed, H. N. (2021). Low-cost real-time fiber optic sensor for intrusion detection. Sensor Review, 42 (1), 89–101. https://doi.org/10.1108/sr-03-2021-0090
  17. Mekhtiyev, A., Dunayev, P., Neshina, Y., Alkina, A., Aimagambetova, R., Mukhambetov, G. et al. (2023). Power supply via fiber-optical conductor for sensors of mine working monitoring system. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 5 (5 (125)), 15–23. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2023.289775
  18. Yugay, V., Mekhtiyev, A., Neshina, Y., Aubakirova, B., Aimagambetova, R., Kozhas, A. et al. (2021). Design of an information-measuring system for monitoring deformation and displacement of rock massif layers based on fiber-optic sensors. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 6 (5 (114)), 12–27. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2021.244897
  19. Yugay, V., Mekhtiyev, A., Madi, P., Neshina, Y., Alkina, A., Gazizov, F. et al. (2022). Fiber-Optic System for Monitoring Pressure Changes on Mine Support Elements. Sensors, 22 (5), 1735. https://doi.org/10.3390/s22051735
  20. Mekhtiyev, A., Neshina, Y., Alkina, A., Yugay, V., Kalytka, V., Sarsikeyev, Y., Kirichenko, L. (2023). Developing an Intelligent Fiber-Optic System for Monitoring Reinforced Concrete Foundation Structure Damage. Applied Sciences, 13 (21), 11987. https://doi.org/10.3390/app132111987
  21. Yang, X., Qiu, J., Gong, X., Ye, J., Yao, F., Chen, J. et al. (2025). Anomaly Diagnosis Using Machine Learning Method in Fiber Fault Diagnosis. Computers, Materials & Continua, 85 (1), 1515–1539. https://doi.org/10.32604/cmc.2025.067518
Розробка автоматичної системи контролю технічного стану волоконно-оптичних кабелів

##submission.downloads##

Опубліковано

2026-02-27

Як цитувати

Alkina, A., Mekhtiyev, A., Neshina, Y., Ujma, A., Mekhtiyev, R., Musagazhinov, M., & Bilichenko, Y. (2026). Розробка автоматичної системи контролю технічного стану волоконно-оптичних кабелів. Eastern-European Journal of Enterprise Technologies, 1(5 (139), 26–42. https://doi.org/10.15587/1729-4061.2026.353016

Номер

Том 1 № 5 (139) (2026): Прикладна фізика

Розділ

Прикладна фізика

Ліцензія

Авторське право (c) 2026 Aliya Alkina, Ali Mekhtiyev, Yelena Neshina, Adam Ujma, Ruslan Mekhtiyev, Madiyar Musagazhinov, Yekaterina Bilichenko

Creative Commons License

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Закріплення та умови передачі авторських прав (ідентифікація авторства) здійснюється у Ліцензійному договорі. Зокрема, автори залишають за собою право на авторство свого рукопису та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons CC BY. При цьому вони мають право укладати самостійно додаткові угоди, що стосуються неексклюзивного поширення роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом, але за умови збереження посилання на першу публікацію статті в цьому журналі.

Ліцензійний договір – це документ, в якому автор гарантує, що володіє усіма авторськими правами на твір (рукопис, статтю, тощо).
Автори, підписуючи Ліцензійний договір з ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР», мають усі права на подальше використання свого твору за умови посилання на наше видання, в якому твір опублікований. Відповідно до умов Ліцензійного договору, Видавець ПП «ТЕХНОЛОГІЧНИЙ ЦЕНТР» не забирає ваші авторські права та отримує від авторів дозвіл на використання та розповсюдження публікації через світові наукові ресурси (власні електронні ресурси, наукометричні бази даних, репозитарії, бібліотеки тощо).
За відсутності підписаного Ліцензійного договору або за відсутністю вказаних в цьому договорі ідентифікаторів, що дають змогу ідентифікувати особу автора, редакція не має права працювати з рукописом.
Важливо пам’ятати, що існує і інший тип угоди між авторами та видавцями – коли авторські права передаються від авторів до видавця. В такому разі автори втрачають права власності на свій твір та не можуть його використовувати в будь-який спосіб.