В настоящее время использование волоконно-оптических датчиков (ВОД), в различных сферах деятельности человека чрезвычайно высоки. Рассмотрим основыные особенности и преспективы их использования: перестраиваемый источник зондирующего излучения перед установкой в преобразователь следует настраивать следующим образом, смотрите рисунок 1:
а) Ограничивается диапазон длин волн зондирования в 1510-1590 нм.
б) Закон перестройки выбирается ступенчатым, с шагом в 4нм.
Рис. 1 — Измерительная система ВОД
Позиционные сигналы с блока синхронизации поступают на перестраиваемый лазер, который в свою очередь начинает зондирование в соответствии с назначенным шагом и синхронизируется с позиционными сигналами. Диапазон работы лазера условно разделенн на 20 интервалов, зондируются последовательно и пошагово с шириной интервала в 4нм. При окончании зондировании двадцатого интервала, процесс продолжается.Лазерный луч, с изменяемой длинной волны в требуемом диапазоне поступает по одномодовой оптоволоконной линии связи на порт 1 оптического разветвителя. В разветвителе происходит деление мощности сигнала строго пополам. Разделенные сигналы выходят с порта 2 и 3.Оптический сигнал поступает на порт 1 циркулятора, но не претерпевает изменений и выходит с порта 2. Сигнал отраженный от датчиков волоконной решётки Брегга (ВРБ) поступает обратно на циркулятор, но отражаясь, выходит с порта 3.
На OTDM MUX/ DEMUX в свою очередь поступает два типа сигналов: один электрический- сигнал сброса, а другой оптический измерительный сигнал, смотрите рисунок 2. Сигнал сброса указывает на переключение очередной линии мультиплексора. Измерительный сигнал, поступивший на OTDM DEMUX выходит с определенного канала, в котором происходит зондирование. После окончании зондирования, мультиплексор получает сигнал сброса и переключает следующий канал. Затем процесс повторяется. Следует отметить что OTDM мультиплексор необходимо использовать с одноволновым входным каналом. Так как использование двухволновых мультиплексоров приведет к добавлению новых блоков и как следствие усложнение интерфейса.
Оптический сигнал, отраженный от ВРБ, поступает обратно на мультиплексор. То есть зондирование происходит в полудуплексном режиме. Соответственно OTDM работает как в режиме мультиплексировании, так и в режиме демультиплексировании.Так как каждый канал мультиплексора зондируется на разных частотах, необходимо учитывать возможность работы OTDM MUX/ DEMUX в требуемом диапазоне частот.
Рис. 2 — Широкополосное TDM мультиплексирование
Несмотря на относительно широкий диапазон шага измерений в 4 нм, позволяющий замерять довольно широкие диапазоны воздействий, все же существует риск смещения центральной длины волны ВРБ за указанную ширину. Для этого в OTDM MUX\ DEMUX установлены транспондеры, каждый который настроен на конкретный диапазон длин волн с шириной интервала зондирования (4нм). В данном случае если центральная длинна волны ВРБ сместится за диапазон 4нм, то отраженный сигнал с ВРБ не пройдет через OTDM DEMUX. Соответственно датчик не среагирует, то возникнет аварийная ситуация. Так же как и при выходе датчика из строя.
Волокна с нанесенными ВРБ решетками образуют матрицу решеток. Исходя из условия, что каждая решетка записывается на своей собственной центральной длине волны, то лазерный луч проходящий через матрицу решеток, отражается только от определенного ВРБ, на которой записана решетка.
Оптический сигнал проходящий через другие не претерпевает изменений. Это достигается путем зондирования относительно узким спектральным составляющим.
Рис. 3 — Смещение брэгговской длины волны под воздействием
растяжения ВРБ
Принцип прохождении сигнала аналогичен циркулятору 4.Перестраиваемые ВРБ – система эталонных решеток, допускающие возможность калибровки. Данные решетки записываются с теми же параметрами, которые учитываются при записи измерительных ВРБ. Главное отличие данных решеток заключается в том, что на них отсутствует внешнее воздействие, а это означает что система решеток изолирована от внешней среды. Но данная система допускает калибровку, через определенные промежутки времени эксплуатации. Оптический сигнал пришедший с циркулятора, отражается от определенного датчика ВРБ. Данный сигнал является эталонным, соответственно необходимы дополнительные меры организации защиты ВОЛС по которому проходит оптический сигнал. Во избежание потерь, и как следствие неточности измерений.
Фотодетекторы преобразуют оптические сигналы в электрические, в требуемом диапазоне длин волн.
Список литературы:
- J. Jung //Characterisation of FBG sensor interrogating based on a FDML wavelength swept laser // Opt. Express 16(21)/ 16552-16560, 2008.
- Ezbiri, S.E. Kanellopoulos and V. A. Handerek //High resolution instrumentation system for fibre-Bragg grating aerospace sensors // Opt. Commun./ 150(1-6), 43-48, 1998.
- Li // Fiber grating sensing interrogation based on an InGaAs photodiode linear array // Appl. Optics./ 46(3), 283-286, 2007.
- Bodendofer //Comparison of different peak detection algorithms with regards to spectrometric fiber Bragg grating interrogation systems // in Proc. International Symposium on Optomechatronic Technologies, Istanbul, Turkey/ pp. 122-126, IEEE Computer Society, Piscataway, NJ , 2009.[schema type=»book» name=»ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВОЛОКОННО — ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА» description=»В данном докладе рассмотрен принцип работы оптоволоконной решётки Брегга, выявлены основные особенности и недостатки.» author=»Файзуллин Ренат Илдусович, Малых Дмитрий Вячеславович, Галин Артем Викторович» publisher=»БАСАРАНОВИЧ ЕКАТЕРИНА» pubdate=»2017-02-21″ edition=»ЕВРАЗИЙСКИЙ СОЮЗ УЧЕНЫХ_25.07.15_07(16)» ebook=»yes» ]