Оптико-электронные измерительные системы на основе квази-распределенных волоконно-оптических брэгговских датчиков (1025511), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Погрешность измерения (воспроизведения) длины волны; 3. Отношение ширина спектра брэггов ской решетки/шаг перестройки длины волны 0,5% 14 нВт ю з ?.б Я 6.6 х ю 6 э 1~ о г: 6.5 0.5 0.55 0.6 0 65 0.7 0,75 0.8 0.85 0,8 0,95 Коэффициент отражения брэгговских решеток Рис. 2.30.
Зависимость погрешности измерения брэгговских длин волн датчиков, от коэффициента отражения К(Хор). Количество датчиков 32 (параллельное соединение). 15 и л 14 ~~ ~1З .г В 12 М Я л 1! о л н ~. 10 в 0.5 обб об 065 о? 075 оа овб оз озб Коэффициент отражения брэгговских решеток Рис. 2.31. Зависимость погрешности измерения брэгговских длин волн датчиков, от коэффициента отражения К(Хор). Количество датчиков 64 (параллельное соединение).
121 34 32 Х а 90 Х 28 28 Л 24 22 в 20 18 18 05 0.55 0.8 0.65 0.7 0,75 0.8 0.85 0.9 0.95 1 КоэФФициент отражения брэрговских решеток Рис. 2.32. Зависимость погрешности измерения брэгговских длин волн датчиков, от коэффициента отражения К(Хор). Количество датчиков 128 (параллельное соединение). Из результатов моделирования можно сделать вывод, что погрешность измерения длины волны менее 10 пм, достигается при количестве датчиков И<64. Полученные данные позволяют сделать вывод о том, что метод пространственно-временного мультиплексирования пригоден для технической реализации измерительной системы со значительным количеством датчиков. Из-за наличия высоких потерь на разветвителе следует, что для данного метода измерения характерен малый динамический диапазон.
То есть системы данного типа рационально использовать в тех случаях, когда расстояния между контролируемыми точками объекта невелики (до 1...5 км), и когда необходимо осуществлять сбор сигналов с датчиков даже при повреждении одного из преобразователей. 1гг 2.5. Обоснование технического пути построении макетного образца квази-распределенной оптико-электронной измерительной системы на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков. В рамках проведенного анализа методик регистрации сигналов с оптико-электронных измерительных систем на основе ВОБП рассмотрены основные оптические параметры информационного сигнала, формируемого ВОБП.
В результате показано, что: 1)ВОБП минимально преобразует состояние поляризации и при расчете измерительных систем влиянием поляризации можно пренебречь; 2)ВОБП имеют групповую задержку (величина около 30...60 пс), которая на резонансной длине волны достигает своего минимального значения- 10...20 пс — однако эта величина тоже мала и не оказывают реального влияние на работу систем с временным мультиплексированием, вследствие того, что типовые межимпульсные интервалы значительно больше (более 100 нс). Проведенный анализ показал, что для систем со спектральным уплотнением сигнала характерен больший рабочий спектральный диапазон и, как следствие, меньшие частоты опроса по сравнению с системами, построенными на основе временного уплотнения, Также для систем со спектральным уплотнением, как правило, характерно меньшее количество датчиков (при равных эксплуатационных параметрах †' ЛТ и Ла).
Исключением является методы с применением в качестве регистрирующей системы моиохроматора с одноплощадочным ФПУ или сканирующего интерферометра Фабри-Перо. В этих двух методах, благодаря возможным широким рабочим спектральным диапазонам (потенциально более 350- 400 нм) также возможно большое количество датчиков. Самый высокий динамический диапазон достигается у систем со спектральным уплотнением с применением перестраиваемого лазера, однако все остальные методы измерения среди систем с данным способом мультиплексирования существенно уступают по максимально допустимым 123 потерям аппаратуре, использующей временные методы уплотнения (в состав которой также входят перестраиваемые по длине волны лазерные источники ). То есть, можно сказать, что максимальный динамический диапазон характерен для систем использующих перестраиваемые лазеры. Среди систем использующих для сканирования спектра перестраиваем ый лазер следует выделить измерительные системы с пространственно временным уплотнением.
Данные системы, по существу не являются квази-распределенными, так как в них каждый датчик располагается в отдельном канале и,по существу реализуется параллельная архитектура подключения. Тем не менее, данные системы обещают быть востребованными в средствах мониторинга, к которым предъявляются требования сохранения работоспобности при частичном повреждении (например, при поломке одного из датчиков). В данных системах достигается работа с максимальным количеством датчиков (благодаря отсутствию взаимного влияния сигналов с ВОБП друг на друга в отличие от систем с временным уплотнением), но вследствие высоких потерь на .
разветвителе реализуется малый динамический диапазон. Однако при сокращении количества каналов динамический диапазон может быть существенно расширен. В результате сравнительного анализа установлено, что наиболее перспективными являются системы на основе временного и пространственно-временного мультиплексирования. Тем не менее, на сегодняшний день недостатками данных систем являются относительно высокая стоимость перестраиваемых лазеров и достаточно сложная техническая реализация (требуется дополнительно реализовать быстродействующий измеритель длины волны (см.
2.2.1), изготовить специфический электро-оптический модулятор).По этим причинам, создание макета в рамках диссертационной работы с использованием данных методов затруднительно, Среди других методов измерения наиболее перспективным является метод на основе сканирующего интерферометра Фабри-Перо в связи с его характерными особенностями; 1) потенциально широкий рабочий спектральный диапазон, а, следовательно, возможность работа с большим количеством датчиков; 2) потенциально достижимое хорошее сочетание высокой частоты опроса датчиков с приемлемым динамическим диапазоном; 3) высокая устойчивость к тряскам и вибрациям, вследствие того, что используемые в интерферометре зеркала имеют малый вес и диапазон перемещений (доли мкм).
В связи с вышеизложенным, метод с применением сканирующего интерферометра Фабри-Пера оказывается наиболее эффективным для реализации макетного образца оптико-электронной измерительной системы и проведения экспериментальных исследований. С целью разработки и исследования макетного образца необходимо построить алгоритмическую модель квази-распределенной ВлкнОптчОЭИзмС. 2.6. Разработка алгоритмической модели квази-распределенной волоконно-оптической оптико-электронной измерительной системы 2.6.1. Орграфовая модель модели квази-распределенной волоконнооптической оптико-электронной измерительной системы На основе выбранной структурной схемы устройства регистрации сигналов с квази-распределенных ВлкнОптчОЭИзмС (рис.
2,17) для идентификации поведенческих связей, описывающих процесс преобразования сигнала построен связный орграф (рис.2.33). 125 Номера полюсов разветвителей рэв1 [~4 Р!!эв! . ~1 о( 11 ~-Я Рот . У Р!'в1, ~д1 Р( ~) У г-! [т Р =Р,"„*," т,„(Я,У(г)):т„„(л,У(г)) (к1!!'к1„~~! [ехР(-2с~ ьв) П(1-А Р ~ ~)) ~'к (Яе*г)'Р(4+к1н-к14 'к. Р('!)) ш Фл) И ~-! [21 Р!:л1!!'Р(М !3.!' Р!!"":/г1з Х,(ехр( — 2а.1в!) П(1 — Я,.(Я,и,~))].р(А) Рис. 2.ЗЗ-Связный орграф квази-распределенной волоконно-оптической оптико-электронной измерительной системы С'4 Й-- й; ! !! И' !! '~ сЧ н р о 1~ о й М м о Р» сч Ч ~о ! В 1-Ч ~-4 М + О, (О м !! 1! 7'~- С'4 1' ЬМ 9$ ~с !! Ц„ 1! ~о С~ 1 -Е'-' ~0 Ь СЧ ! Р О ~О 1 =Й= + "с ~) „р» э~" П О Р~ ~с ~с + ~Ц Е э 1 ( ~с ц ~ !! ~а" м4 с', ~Ч !! Р.
3 Ф 1 1 «~~~~,и + ъ '1 И'- р~ ъ,~- !! Я„ П 126 2.6.2. Алгоритмическая модель поведения квази-распределенной волоконнооптической оптико-электронной измерительной системы Таким образом, учитывая введение в орграфовой модели множества сигналов, преобразующих элементов и операторов можно идентифицировать алгоритмическую модель поведения квази-распределенной волоконнооптической оптико-электронной измерительной системы. М,„',„„„, =««~ =(р(~),11(~)),Б=~,"ПП,~,"ПП),~=(р'"",~„'",~2„'"',К1„,К1ко 1зг к пг Я а вг ...Еп Аг (Я) - вврг' "(2), 2 ",ЬЛо~',Ы.
„~,БЛ ',2УЛ ',кпп,кП12,Т„Ф(2), Р,", ', Р,„,';„'„,), Я =(в„...в„, Т„...Тп), В = (СЛД, Разв1, РазвП, ВОБП„...ВОБП,„, Отраж, ФП, БлРТ, ФПУ„ФПУ„АЦП, Генератор„ЭВМ); К = (Допуск для калсдого внупгрвннего параметра),В =(в, + Ьв„...,в„+ Ьв,,Т, + двТг,...,Т„+ Твп),КР = (См.рис233),ргр ',Р„';"", ррвв! Роа ррввг РФП ррввП ррввН РФПУ РЕБРУ РФПУ РАПП РАПП 2 ' ' обр ' ' 2 ' 2 / ' 2 ' 2 ' ! ' 2 (2.84) : К1~2 'р(АР р,р ': К1,„р(Л) (2.85) (2.86) ,где Ид, к124- коэффициенты пропускания излучения из полюса 1 разветвителя №1 в полюс 3, и из 1 в 4 соответственно. При этом делается допущение, что разветвитель является спектрально неселективным, хотя абсолютно спектрально неселективного разветвителя не существует, однако, для ширины спектра 50...60 нм (типичная ширина спектра СЛД), погрешность, вызванная спектральная неселективность разветвителя, не превысит 1„.2%, что является пренебрежимо малой величиной.
Спектральная плотность излучения, отразившееся от Х решеток будет описываться следующим выражением (2.87): 126 Операторы алгоритмической модели показывают, что излучение от широкополосного источника со спектральной плотностью излучения р(Х) по одномодовому ОВ поступает на разветвитель 2х2, после которого часть излучения поступает в ОВ, в котором находится Ы брэгговских решеток.
Соответствующие спектральные плотности, после выхода разветвителя описываются выражениями 127 ,'-':к?„,'~ ( Р(-г И,) П(?-Ц(К,в,~,)7 рР> (2.87) ,где а- коэффициент затухания в ОВ, Ав! — длина ОВ до 1-го датчика, Я,(Х,е,~)- коэффициент отражения !- го датчика. Излучение, отразившееся от набора датчиков, и от отражателя„и прошедшее в 4-й полюс разветвителя 1 будет описываться следующим выражением: Р~" =Р~ " к1,„+Р' к?„,;к? к1„. ~„[ехр(-2а 1в,.)х г=! г-! П( '('~~в~ И Р(~') к?42 !4 !"'(") (2.88) Далее излучение проходит через сканирующий интерферометр Фабри-Перо, управляемого при помощи генератора пилообразных импульсов.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
