полный текст диплома_last (1089127), страница 6

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 6)

Глава 5. Внедрение лабораторного стенда для регистрации акустических воздействий на оптическое волокно в лабораторный практикум кафедры ТООЭ.

Для внедрения лабораторного стенда на кафедру ТООЭ в лабораторный практикум необходимо внести в схему несколько изменений с учетом возможностей кафедры и наличием некоторых приборов. Ниже приведена оптоэлектронная схема лабораторной установки для реализации на кафедре ТООЭ.

Рис. 27. Схема лабораторного стенда.

1. Блок питания лазерного диода - источник постоянного тока*

2. Полупроводниковый лазер (Лазерный модуль)

3. Места соединения оптоволоконных коннекторов. (Для реализации схемы необходимо 6 патчкордов разной длины с коннекторами SC/APC)

4. Разветвитель 1 х 2

5. Опорное плечо волоконного интерферометра (патчкорд длиной около 1 - 2м)

6. Измерительное плечо интерферометра – патчкорд длиной 1- 2м

7. Пьезокерамический элемент*

8. Генератор сигналов специальной формы*

9. Акустический усилитель*

10. Акустические колонки*

11. Разветвитель 3 х 3

12. Фотодиоды

13. Питание фотодиодов – источник постоянного тока*

14. Аналогово – цифровой преобразователь (Звуковая карта ПК)*

15. Персональный компьютер*

16. Акустический выход ПК

* отмечено оборудование, имеющиеся в наличии на кафедре ТООЭ.

При создании лабораторного стенда для увеличения компактности и надежности схемы лучше использовать в качестве источника лазерного излучения готовый телекоммуникационный лазерный модуль, а для регистрации интерференционных сигналов готовый фотодиодный модуль.

Рассмотрим поподробнее оборудование, которое необходимо закупить для реализации лабораторного стенда.

Лазерный модуль может быть предоставлен НТО «ИРЭ - Полюс».

Рис. 28. Лазерный диод

Лазерный диод должен обладать следующими параметрами:

• Длина волны 1.55мкм

• Длина когерентности не менее 1м

• Мощность до 10 дБм

• Иметь одномодовый выход

Питание этого модуля может быть осуществлено от одного из источников постоянного тока, имеющихся в лаборатории кафедры ТООЭ. Также с помощью этого источника может быть осуществлено питание фотодиодов.

Рис. 29. Источник постоянного тока для питания лазерного диода и фотодиодов

Источник постоянного тока, используемый для питания лазерного диода и фотодиодов должен обладать следующими параметрами:

• Диапазон регулируемых напряжений 0.01В – 10В

• Нестабильность выходного напряжения ±0.1мВ

• Питание от сети 220В

Необходимо 6 оптических одномодовых патчкордов со скошенными торцами (FC) для соединения элементов стенда.

Рис. 30. Патчкорд одномодовый с коннекторами SC/APC

Для разделения света по опорному и измерительному плечам наобходимо использование разветвителя 1 х 2.

Рис. 31. Разветвитель 1 х 2.

• Вносимые по выходным каналам потери в 3 дБ

• Одномодовая реализация

• SC/APC – коннекторы

Измерительное плечо может быть выполнено в двух вариантах. Первый предназначен для регистрации акустических воздействий, передаваемых через воздух, второй – для регистрации воздействий, возбуждаемых пьезокерамическим элементом. Первый вариант исполнения очень прост: используется акустическая колонка, персональный компьютер и моток оптического волокна (длина определяется исходя из длины когерентности лазера), подвешиваемый перед колонкой. Второй вариант исполнения предполагает использование пьезокерамического элемента для создания механических волн акустического диапазона в волокне. Для этого необходим генератор специальной формы (Есть в наличии на кафедре ТООЭ), акустический усилитель (есть в наличии) и пьезокерамический элемент. Эта схема предполагает возможность подачи на пьезокерамический элемент для дальнейшей регистрации как сигналов специальной формы с генератора сигналов, так и звуковых фрагментов с персонального компьютера через акустический усилитель.

Рис. 32. Акустический усилитель

Акустический усилитель должен обладать следующими параметрами:

• Уровень вносимых шумов не более 20дБ

• Максимальный уровень выходного напряжения не менее 10В

Рис. 33. Генератор сигналов специальной формы

Он должен обладать следующими параметрами:

• Способность генерировать сигналы различных форм: пила, прямоугольные импульсы и т.д.

• Выходное напряжение сигналов до 10В

Рис. 34. Пьезокерамический элемент

Требуемые параметры пьезокерамического элемента:

• Максимальное входное напряжение до 20В

• Линейность зависимости изменения размеров от напряжения в диапазоне от 0.1 до 20В

Для получения интерференционных сигналов, имеющих постоянный сдвиг фазы, применяется волоконный сплавной разветвитель 3 х 3.

Рис. 35. Сплавной разветвитель 3 х 3.

Разветвитель 3 х 3 должен обладать следующим параметрами:

• Равномерность и стабильность разделения средней мощности по выходам (до 5%)

• SC/APC одномодовые коннекторы на входах и выходах.

Также для тех же целей, что и разветвитель 3 х 3 можно использовать схему гибридизации, рассмотренную в начале главы 2.1. Эта схема ненадежна и не позволяет производить качественную звукозапись, но это хороший и недорогой вариант для тестирования работы остальных элементов стенда. Для реализации такой схемы нужно еще дополнительно 4 патчкорда и 4 разветвителя 1 х 2.

Выходы пассивного устройства для внесения постоянной фазовой задержки между интерференционными сигналами подключаются к оптическим входам фотодиодных модулей. Выходы фотодиодных модулей подключаются ко входам звуковой карты персонального компьютера.

Рис. 36. Фотодиод с волоконным входом

Фотодиоды должны иметь следующие параметры:

• Чувствительность в L – диапазоне (1.55мкм)

• Частотную полосу в районе 200кГц.

• Иметь одномодовый волоконный вход

Сигналы со звуковой карты записываются на персональный компьютер с помощью Matlab в виде csv файла, содержащего две строки, соответствующих сигналам с фотодиодов. Интерференционные сигналы записываются в виде тридцати секундных отрезков. Дальнейшая обработка производится в средах Scilab и Mathlab.

Таким образом, можно составить смету на реализацию лабораторного стенда на кафедре ТООЭ. Для реализации этого лабораторного стенда необходимо закупить:

Заключение

В результате выполнения дипломного проекта был разработан метод регистрации акустических воздействий на оптическое волокно. Этот метод был реализован в виде лабораторного стенда. Созданный стенд является рабочим лабораторным макетом приставки к волоконно оптической системе охраны периметра. Стенд в настоящее время позволяет производить регистрацию как простых (синусоидальных, пилообразных), так и сложных (отрывки музыкальных произведений) акустических воздействий на оптическое волокно. После регистрации и обработки соотношение сигнал – шум в зарегистрированном воздействии составляет около 16 дБ.

У метода есть несколько возможных вариантов применения для создания систем удаленного мониторинга:

• Создание короткого прослушиваемого охраняемого периметра

• Применение в паре с другим методом, позволяющим точно локализовать нарушение границ охраняемого периметра (например рефлектометрией) для уточнения информации о нарушителе с возможностью прослушивания происходящего на участке на котором произошло вторжение.

• Применение для создания системы контроля вибраций строений

Список использованной литературы

1. Андрущак Е.А., Методы лазерной интерферометрии, Москва 1989;

1. Zhiqiang Zhao, M. S¨uleyman Demokan, Senior Member, Improved Demodulation Scheme for Fiber Optic Interferometers Using an Asymmetric 3 3 Coupler, JOURNAL OF LIGHTWAVE TECHNOLOGY, VOL. 15, NO. 11, NOVEMBER 1997 г;

1. Sang K. Sheem, Fiber-optic gyroscope with [3 x 3] differential coupler, Optical Sciences Division, Naval Research Library, Washington, D.C. 20375, 1908;

1. Куликов А., Игнатьев А. , Обзор волоконно-оптических систем охраны периметра, "Алгоритм Безопасности" № 4, 2010 г;

1. Шатров А. Д. Курс лекций «Электродинамика оптических световодов», 2011 г;

1. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. «Волоконно – оптические датчики: физические основы расчета и применения», Москва ЭНЕРГОАТОМИЗДАТ 1990 г;

Характеристики

Список файлов ВКР