Оптико-электронные измерительные системы на основе квази-распределенных волоконно-оптических брэгговских датчиков (1025511), страница 20
Текст из файла (страница 20)
Используемый в составе стенда измеритель длины волны (ИДВ) был !35 о,! ол! ы ш' ° 1о' ш зштз !я!э шэзл шэз,з ззш зэззз зшзл шя.ь шш,з й»о» анисе Л, нн Рнс. 3.2. И!маревный слеюр отра;кение брапонской решепи с рот»»ионой ллиной волны ! =5532,023 нм 1 о,! йо! ы те те ышз зэшл шшл 554!,а !эш !эшд зяз,а Бшл шаз,с Д им а»им Л, Рис. 3.3. Измеренный спектр стреиенка брмтоеской решетки с рсэонаиской ллниой волны за !542,975 нм 1зЬ од а,оз ! ! | а О О ~ ~ т м и» Ф 155ся ы5е4 155од 15!аз 1551 1551.1 1ш14 155!я 1551д д л, рнс. 3.4.
Изнеренный спмпр атрженив брзп окской решетки с резонананай ллннай возим !» !55! О!2 им Из анализа венер нимх спектральных звммимсстей следует, что Шшвме решетки выпошмны а неравномерным распределением нммдсннога пака!макк нреломленик, тзк как боковые апектральные ленесткн 0 гшчоакн отсуштеушт (подавление более 50 дБ). Следовшельно, денные рашегкв макаимальво подходвт шм применения в «вази-раапрсделеннмх измерительных системах иа основе ВОБП, вследствие того, чта при южрении длины волны атраиевнога иззучени саспншиошзя погрешности, вызванная лепвспсмш будет фаатически отсуштвошпь. 3.!.2.
Става длв васведеоаннв груввееой пшермкн Дня исследованнз !руливши захернкн во ФГУП ВНИИОФИ прн ума!ни автора бмл разработан амид, структурная схема шпорого приведена нв рва.3.5 1 7 Рис, 3.5. Структурная схема стенда для измерения групповой задержки сигнала, формируемого ВОБП. СЛД- супер-люминесцентный диод, ОРХ- оптическая разность хода В данной аппаратуре излучение от суперлюминесцентного диодаисточника излучения с широким спектром поступает на разветвитель, а затем на ВОБП, отразившись от которого излучение попадает на разветвитель, где делится на две части, одна из которых попадает в двухканальный интерферометр Майкельсона со сканированием ОРХ (излучение, отраженное от ВОБП, попадает в первый канал интерферометра).
В этот же интерферометр (во второй канал) попадает излучение от Не-Хе лазера. В одном плече интерферометра помещена неподвижная триппель призма, а в другом — отражатель перемещается в диапазоне 0...45 мм (эквивалентно изменению ОРХ 0...300 пс). Не-Хе лазер в данной схеме служит для измерения абсолютного положения отражателя (по интерферограмме рассчитывается смещение отражателя) На выходе из интерферометра, излучение отраженное от ВОБП и НеХе лазера регистрируется ФПУ1 и ФПУ2 соответственно.
Электрические сигналы от которых поступают на двухканальный АЦП, и, после оцифровки, передаются на ЗВМ. Регистрируемые интерферограммы представляют собой два одномерных массива, Р1 и Р2, в которых элементы это значения регистрируемой мощности в моменты дискретизации (оцифровки сигнала) на ФПУ1 и ФПУ2 соответственно. При этом, каждому элементу массива соответствует своя ~38 Р1('Х,. ) =Р(Р~(Ь,)) (3.2) Из полученного комплексного сигнала вычисляется групповая задержка при помощи выражения (2.1) (Р1(7ч) является аналогом г(Х)), На рис. 3.6-3,8 приведены измеренные зависимости групповой задержки для трех датчиков.
50 и 40 Я 30 Р $20 10 0 1531 1531,2 1531,4 1531,б 1531,3 1532 1532,2 1532,4 1532,б 1532,3 1532 Длжв волны ~,, нм Рис.3.6. Измеренная групповая задержка для датчика с резонансной длиной волны ~=1532,023 нм ОРХ (для одинаковых индексов, например для Р1;, и Р20 ОРХ будет одинаковой). На первом этапе анализа результатов измерений по интерферограмме, полученной для Нее лазера определяют значения ОРХ вЂ” Ь; в моменты дискретизации.
Для полученной зависимости Р1(Ь;) осуществляется Фурье преобразование: 139 50 ~." 40 н зо Р 20 10 о . 1542 1542,2 1542,4 1542,б 1542,8 1543 1543,2 1543,4 1543,б 1543,8 1544 Длина волны ~,, нм Рис.3,7. Измеренная групповая задержка для датчика с резонансной длиной волны об=1542,975 нм 50 о 40 1 Н- Зо у 6 20 ® „~10 1550,2 1550,4 1550,6 1550,8 1551 1551,2 1551,4 1551,6 1551,8 Д~пыа волны ~, нм Рис,3.8. Измеренная групповая задержка для датчика с резонансной длиной волны Х5=1551,012 нм Итак, в данном параграфе были проведены экспериментальные исследования основных оптических характеристик сигналов, формируемых ВОБП результаты которых подтвердили возможность использования данных решеток для создания квази-распределенных ВлкнОптчОЭИзмС, 140 3.2.
Разработка макетного образца квази-распределенной волоконнооптической оптико-электронной измерительной системы Так как все элементы, кроме блока калибратора являются стандартными покупными изделиями, которые соединяются с друг другом при помощи простых соединений - сваркой ОВ, подключением разъемов (согласно инструкциям по подключениям, поставляемым поставщиком), то при разработке данного устройства научно техническими задачами являются: 1) разработка и исследование блока с реперными точками по шкале длин волн; 2) разработка алгоритма для обработки сигналов, квази- распределенной ВлкнОптчОЭИзмС. Эти две задачи решаются в следующих двух подразделах. 3.2.1 Разработка и исследование блока с реперными точками по шкале длин волн / Блок с реперными точками обеспечивает уменьшение погрешности измерения значений резонансных длин волн ВОБП.
От него зависят такие важные характеристики макетного образца как рабочий спектральный диапазон, погрешность измерения по шкале длин волн, динамический диапазон. По этим причинам рациональный выбор и исследование данного блока является актуальной задачей. Блок с реперными точками теоретически можно реализовать ® несколькими способами, на основе активных устройств (используются источники излучения с известным' спектром), так и на основе пассивных (используются объекты с фиксированным спектром пропускания).
Однако на практике калибраторы на основе источников излучения использовать нерационально, так как они более габаритны, тяжелее реализуемы технически и вследствие этого значительно дорогостоящи. Пассивные калибраторы можно реализовать при помощи: 1) неравноплечного интерферометра Маха-Цендера; 2)эталона Фабри-Перо (интерферометра с фиксированным расстоянием между зеркалами); 141 3)веществ, имеющих узкие резонансные линии поглощения, Методы, основанные на применении неравноплечного интерферометра Маха-Цендера и эталона Фабри-Перо теоретически более перспективны по следующим причинам: 1) можно регулировать глубину модуляционной составляющей спектра пропускания, что удобно для оптимизации уровня сигнала; 2) такие калибраторы могут работать в достаточно широком спектральном диапазоне.
Однако недостатком данных калибраторов является температурная нестабильность спектра данных интерферометров, которая в зависимости от ~р конструктивного исполнения может составлять 7,5 пм...0,3 пм/'С 15Ц. Причем величина нестабильности 0,3 пм/ С характерна для интерферометров, в конструкции которых используются элементы, компенсирующие тепловые расширения друг друга, и, как правило, такие интерферометры по себестоимости значительно дороже.
То есть для обеспечения стабильности спектров калибратора с точностью 1 пм нужно или термостабилизировать типовые интер ферометры, или использовать более дорогостоящие устройства, в которых используются компенсаторы тепловых расширений. В противоположность этому, калибраторы на основе веществ, имеющих узкие резонансные линии поглощения имеют крайне малую температурную нестабильность спектра поглощения 0,03 пм/'С ~521, но рабочий спектральный диапазон у них как правило уже (обычно 30...40 нм ). Тем не менее, техническая реализация таких калибраторов значительно проще, а рабочий спектральный диапазон достаточен для реализации макета квази- распределенной оптико-электронной измерительной системы на основе брэгговских датчиков с требуемыми характеристиками По этим причинам для реализации калибратора был выбрана кювета с НСХ, у которой в спектре пропускания имеется 52 резонансных линии поглощения в диапазоне 1528...
15б3 нм, 142 Конструктивно калибратор состоит из двух коллиматоров (один для коллимации выходящего из оптического волокна излучения в параллельный пучок, а другой для фокусировки излучения на сердцевину оптического волокна), а также двух юстировочных узлов предназначенных для установки требуемой степени параллельности оптических осей объективов. Именно от параллельности существенно будут зависеть потери в таком калибраторе.
Зависимость коэффициент пропускания от угла потерь будет определяться следующим выражением (в приближении геометрической оптики): -~ зс — — [Гкап(ф)~ Ц вЂ” (1'гап(ф)) 1 — — ы1п~ — ~Гадая(ф)~ 2 где й= 4,75 мкм- диаметр сердцевины оптического волокна, Г-фокусное расстояние объективов, д- допуск на параллельность оптических осей Исходя из выражения (3.3) потери в 20% (Т(<р)=0.8) достигаются при допуске на параллельность 1,5'. Фактически параллельность осей объективов не проверяется, а объективы юстируются до тех пор, пока коэффициент пропускания через калибратор не составит Т(у)=0,8. Для исследования спектра поглощения калибратора использовался ф следующий измерительный стенд (рис.3.9), разработанный при участии автора. 143 Рис, 3.9.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
