Оптико-электронные измерительные системы на основе квази-распределенных волоконно-оптических брэгговских датчиков (1025511), страница 19
Текст из файла (страница 19)
Сигнал, прошедший через интерферометр Фабри-Перо, представляется выражением: Р~~ = Р"" Т„„(Л,,У(~)): Т„„„(Я,У(~)) (К?!з к?„~1ехр(-2а. Лв!)х !=! г-! хп(1 Я!И~в>~)) ) !?уИтв>~)'РЮ+ к !! 'к 42 ' ое 'РИ)) (2,89) После интерферометра Фабри-Перо излучение поступает на разветвитель И, где делится на две части.
Рассмотрим, вначале, излучение, проходящее из ® полюса 1 в 2, которое будет описываться следующим выражением: Р~' = кП„Рб":к??„.Т „(Л,У(()) (к?!З.к?„~ 1ехр(-2а Хв)х !=! ! — 1 хп(1-~?,(Л,в,к))'3.я„(Л,,в,~) р(Л)+к1„к?„, Я,„, р(Л)) (2.90) где ко~- коэффициент ответвления мощности из полюса 1 в 2 разветвителя 11 Далее излучение поступает на ФПУ 1, сигнал после которого можно описать следующим выражением; 127 ,где к(з~ и к14~- коэффициенты пропускания излучения из полюса 3 в полюс 2, Ф и из 4 в 2, соответственно; К„- коэффициент отражения отражателя.
128 реп! 1 ~(Л рр!!и 1Л+ ! Л! У 1-! )О(л) кп, т„(л,(1(!)) к„к!.,~ (ехр(-2!х хв) П(1-я,(л,в,~))'1 я (л,в,~) р(л)+к„к„л р(л))вл ~=! +Ю (!) С2.91) ,где Мщту1(1)- средне-квадратическое значение шумы ФПУ1. Рассмотрим теперь излучение, выходящее с полюса 3 разветвителя И Очевидно, что спектральная плотность излучения на выходе данного полюса будет описываться выражением аналогичным (2.90): Р~~ в = К11„Р~": КПд Т„„„(Л,У(1)) (К1„К1„,) (ехр(-2и Хв,)х ! ! !-! хп(1-Л,(Л,г,1))') я„(Л,к,() р(Л)+к)„К1„,.я.„р(Л» (2.92) 1с21з- коэффициент ответвления мощности из полюса 1 в полюс 3 разветвителя Далее излучение проходит через блок с реперными точками по шкале длин волн, а его спектральная плотность излучения описывается выражением: Р~"' =Тр,,(Л) Р~":Т „(Л) КП„Т„„„(Л,ИЯ) К1„К1З! ~,~~хр(-~а 1.в,) /=! 1-! П(1 А!(Л,~',!)) )*Як(Л!Я,Г) р(Л)+К1Ъ4 К142'Яаа р(Л)) ! ! (2.93) Затем излучение поступает на ФПУ2, и сигнал на его выходе описывается выражением: (2.94) ,гДе Х,епуз(1)- шУмы ФПУ2.
После этого сигналы оцифровываются АЦП и на выходе формируются два массива чисел: 128 Р;"'= ~'а(л).г, 'и+к (1): 3р Ю -! )!!(Л) Т „(Л) кП„.Т„„„(Л,У(!)).к!! к„° ~~ (ехр(-2а Ьв) П(1 — К,(Л,в,!)) 1 к„(Л,в,!) р(Л)+к!4 к„, к р(Л))вЛ 3! !=1 +!!! (1) 129 (2.95) (2.96) На рис. 2.34 изображено графическое представление сигналов Я,""" и Юз""" . Фп,нм предполатаемые значения / реальные значения а) 1525 О ифрованный сил<ел с ФПУ1 81Я ситналы от брзповского датчика Оцифрованный сигнал сФПУ2 828) в) реперные точки пунктиром показан пример изменения си~нала при наличии деформации датчика Отношение си~напев 81 и 82 838) 129 Рис. 2.34.
Диаграмма сигнала а)зависимость центральной длины волны интерферометра Фабри-Перо от времени, б) пример оцифрованного сигнала с ФПУ 1, в) пример оцифрованного сигнала с ФПУ 2 г) отношение сигналов с ФПУ1 и ФПУ2 Последующий процесс обработки сигнала изложен в разделе 3.2 |зо Итак, в данной главе проведен анализ характеристик информационных сигналов, формируемых ВОБП, Проведен анализ основных методов регистрации, по результатам которого выбран наиболее оптимальный метод создания макетного образца квази-распределенной ВлкнОптчОЭИзмС, Для выбранного метода регистрации построена орграфовая и алгоритмическая модель, позволяющая проводить направленный синтез данной системы. 1зо 131 ГЛАВА 3.
ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТНОГО ОБРАЗЦА КВАЗИ- РАСПРЕДЕЛЕННОЙ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННОЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ БРЭГГОВСКИХ ДАТЧИКОВ Во второй главе проведен сравнительный анализ методов построения квази- распределенных оптико-электронных измерительных систем на основе ВОБП, по результатам которого было выявлено, что один из наиболее рациональных технических путей построения квази-распределенной оптико-электронной измерительной системы основан на применении в измерительной схеме сканирующего интерферометра Фабри-Перо, с компенсацией погрешности по шкале длин волн при помощи калибратора. Для выбранного метода реализации построены орграфовая и алгоритмическая модели синтезируемой системы, Для подтверждения выдвинутых положений в 3-ей главы диссертации решаются, следующие научно-технические задачи: 1) Разработка стендов для исследования характеристик информационных сигналов, формируемых ВОБП.
Исследование характеристик информационных сигналов, формируемых ВОБП (3.1). 2) Разработка макетного образца квази-распределенной ВлкнОптчОЭИзмС (3.2). 3) Анализ влияния конструктивных параметров измерительной системы на метрологические характеристики (3.3). 4) Экспериментальное исследование метрологическиххарактеристик макетного образца и сопоставление результатов исследований и данных полученных расчетным путем на основе разработанных методик (3.4). 5) Разработка метрологического обеспечения для макетного образца квази- распределенной оптико-электронной измерительной системы на основе ВОБП.
131 132 3.1. Стенды для исследования характеристик информационных сигналов, формируемых волоконно-оптическим брэгговскими датчиками В разделах 1.2.2, 2.1 приведены расчетные соотношения, которые могут быть использованы для расчета спектра отражения и групповой задержки в том случае, если конструктивные параметры решетки: длина, величина наведенного показателя преломления и его распределение заданы.
Однако часто встречается ситуация, когда имеются волоконные решетки, оптические параметры которых необходимо исследовать, так как производитель брэгговских решеток указывает в спецификации только ® резонансную длину волны и ширину спектра по уровню 0,5, и предельные условии эксплуатации — максимальную деформацию, температурный диапазон). Для решения указанной задачи, во ФГУП ВНИИОФИ при участии автора был разработан ряд измерительных стендов для оценки основных параметров информационного сигнала, формируемого ВОБП. 3.1.1. Стенд для исследования спектральных характеристик сигналов, формируемых волоконно-оптическим брэгговскими датчиками Данный стенд предназначен для исследования спектральной отражательной способности ВОБП с спектральной разрешающей способностью 1 пм, в диапазоне 1500...1570 нм.
Структурная схема стенда приведена на рис.3,1 Рис,3.1.— Структурная схема стенда для измерения спектральных характеристик ВОБП. ИДВ- измеритель длины волны, АЦП- аналогово- цифровой преобразователь, ФПУ- фотоприемное устройство В данном стенде перестраиваемый лазер в зависимости от управляющего сигнала с ЭВМ, осуществляет генерацию дискретных ~р значений длин волн. Излучение от лазера поступает на разветвитель 1, где излучение делится на три части- одна часть поступает на ИДВ, который осуществляет измерение длины волны (с абсолютной погрешностью менее 1,5 пм), другая часть поступает на ФПУ 1, которое осуществляет измерения мощности лазера (ФПУ 1 необходимо для измерения колебаний мощности лазера в процессе измерения и устранения этого негативного эффекта), а третья часть поступает на перестраиваемый интерферометр Фабри-Перо, осуществляющего фильтрацию спектральных шумов спонтанной эмиссии лазерного излучения. Далее излучение, после отражения от исследуемого ВОБП, поступает через разветвитель 2 на ФПУ2, которое осуществляет измерение мощности отраженного излучения.
Сигналы от ФПУ1 и ФПУ2 134 оцифровываются и передаются на ЭВМ при помощи двухканального АЦП, а сигнал с ИДВ передается на ЭВМ в цифровом виде. На ЭВМ записываются три массива чисел одинаковой размерности- один с результатами измерений длин ' волн, генерируемых перестраиваемым лазером Хз другой с результатами измерений относительной мощности Р1; лазера, а третий- с результатами измерений отраженной мощности (регистрируемой ФПУ2 )— Р2; Искомый спектр отражения определяется при помощи следующего выражения: '~~А) = 'г к РЪ,'.
(3.1) разработан при участии автора 1371, и входит в состав аттестованного государственного специального эталона для волоконно-оптических систем передачи информации (в части единицы длины волны) ГЭТ-170 2006. Данный ИДВ осуществляет измерение длины волны путем сравнения периодов интерферограм эталонного (Нее лазера со стабилизацией частоты) и измеряемого лазеров. На стенде измерены спектральные отражательные способности брэгговских решеток, производства компании ЗАО НТО ИРЭ-Полюс (г. Фрязино) с центральной резонансной длиной волны 1532 нм, 1543 нм, 1551 нм, Спектры отражения указанных решеток представлены на графиках рис,3.2 ~р где к — коэффициент равный отношению Р2/Р1 для случая 100% отражения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
