Диссертация (1091115), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Источником непрерывного УФ44излучения служит вторая гармоника аргонового лазера 1. Длина волны УФизлучения - 244 нм, выходная мощность - около 100 мВт, пучок имеетдиаметр 1.5 мм и угловую расходимость 1 мрад. Зеркало 2 использовалосьдля поворота пучка, а телескопическая система 3 для изменения егогеометрического размера до ∼ 5 мм.Рисунок 2.2. Схема лабораторной установки для записи брэгговскихрешеток показателя преломления.В схеме интерферометра Ллойда 4 пучок фокусируется на боковуюповерхность световода с помощью цилиндрической линзы с фокуснымрасстоянием ∼10 см.
Изменение резонансной длины волны ВБР (периодарешетки Λ) осуществляется изменением угла интерференции, котороереализовано с применением автоматизированного углового транслятора.Контрольспектральныххарактеристикзаписываемыхрешетокпроизводится в процессе их записи при помощи оптического анализатораспектра ANDO 6317B со спектральным разрешением ~ 0.1 нм.Для записи ВБР использовался одномодовый стандартный ВС типаSMF-28 (разработан фирмой Corning, США), который имеет высокоекачество и воспроизводимость параметров (геометрия, прочность и т.д.),широко представлен на рынке и имеет низкую стоимость [40, 41].ВсоответствиисрекомендациямиМеждународногосоюзаэлектросвязи (International Telecommunication Union, ITU) этому световоду иоптическим кабелям на его основе присвоено обозначение G.652 [86].45Cветовод G.652 может быть использован и для записи ВБР.
Параметрысветовода представлены в Таблице 2.1.Таблица 2.1. Параметры стандартного волоконного световода SMF-28ПараметрЗначениеДлина волны отсечки первой высшей1.20 – 1.26моды, мкмОптические потери на 1.55 мкм, дБ/км0.19 - 0.20Диаметр поля основной моды, мкм10.4 ± 0.5Диаметр оболочки, мкм125.0 ± 0.7Несоосность сердцевины и оболочки, мкм≤ 0.5Эллиптичность оболочки, %≤7Диаметр полимерного покрытия, мкм245 ± 5Неконцентричность покрытия, мкм≤ 12Диапазон рабочих температур, °С-60 ÷ +85Для повышения фоточувствительности световода перед записьюрешеток проводилось его насыщение молекулярным водородом в камере поддавлением 120 атмосфер, при температуре 100°С в течение 24 часов.
Послезаписи световоды с ВБР отжигались в течение 24 часов при температуре100°С для вывода оставшегося молекулярного водорода.Для проведения экспериментов были изготовлены образцы ВБР, сгеометрическойдлинойВБР = 3 ± 0.5мм.Амплитудамодуляциинаведенного показателя преломления в сердцевине световода ~ 4×10-4,коэффициент отражения 85±5%, спектральная ширина 0.5±0.1 нм.Для примера на рисунке 2.3 представлен спектр пропускания одной изВБР.46Рисунок 2.3. Экспериментальный спектр пропускания ВБР.Для анализа однородности записанных ВБР было проведено сравнениеэкспериментального и расчетного спектров отражения.
На рисунке 2.3показаны результаты этого сравнения. Расчетная длина ВБР составила2.65 мм, амплитуда модуляции наведенного показателя преломления 4.75×104.Хорошеесогласиемеждуэкспериментальнойирасчетнойзависимостями свидетельствует о том, что распределение амплитудымодуляции наведенного показателя преломления неизменно по всей длинеВБР.2.2. Теоретические исследования методик нахождения спектровчувствительных элементов ВОД [33, 83]Задачами методик являются нахождение в измеренном спектре пиковрезонансного отражения ВБР, вычисления с нужной точностью центральнойдлины волны каждого из пиков и сопоставления пиков отражения ВБРконкретным волоконно-оптическим датчикам (ВОД).В настоящее время в связи с ростом вычислительных мощностейсовременных ЭВМ и развитием методов программирования, появляется всёбольше методик для решения традиционных и аналогичных им задач.47Проблема численного отыскания пиков на какой-либо зависимости неявляется исключением.
Однако в данной работе имеет смысл остановитьсялишь на тех методиках, которые обладают наибольшим быстродействием, непредставляютдополнительныхвычислительныхтрудностейиповозможности не ограничивают возможностей системы на основе ВБР. Намибыло выбрано четыре таких методики, описанных в данном разделе:• Методика разбиения на спектральные интервалы;• Методика установления пороговых параметров пика ВБР;• Методика,основаннаянаустановленииобщегочисларезонансных пиков;• Методика, основанная на задании приблизительного положениярезонансных пиков;2.1.1. Методика разбиения на спектральные интервалыПростейший способ отыскания в спектре пиков резонансногоотражения заключается в разбиении спектра, регистрируемого приемникомизлучения, на несколько спектральных диапазонов, соответствующихдиапазонам вариации резонансной длины волны (РДВ) ВБР, использованныхв качестве сенсорных элементов ВОД.При снятии спектров для каждого из диапазонов выбираетсяспектральная точка с наибольшей величиной сигнала, длина волны которойслужит затем первым приближением при прецизионном вычислении РДВсоответствующей ВБР.Привыбореграницспектральныхинтерваловважно,чтобырезонансный пик в процессе измерения всегда находился целиком в рамкахвыбранного интервала и в то же время, чтобы расположенный по соседству вспектре пик не мог зайти в данный спектральный интервал (Рисунок 2.4).
Кактот, так и другой случай могут привести к существенной погрешности приопределении положения РДВ ВБР.Стоит указать на необходимость вычитания шума и нормировкинепосредственно снятого спектра в соответствии с выражением (3.1).48Рисунок 2.4. Границы спектральных интервалов ВБРДанная методика отыскания пиков резонансного отражения ВБР имеетцелый ряд преимуществ перед другими, главным образом благодаря своейпростоте,наглядностииотсутствиюдополнительныханалитическихпроцедур.
Однако число ее недостатков также велико. Среди основныхнедостатков методики можно указать:• Практическая невозможность работы с резонансными пиками, имеющимиблизкие длины волн. Это ограничивает возможности выбора конструкциии типов ВОД для построения ВоТК.• Необходимость выделения избыточного спектрального пространства длякаждого из датчиков, что ограничивает общее число ВОД в одномспектральном канале.
При этом если РДВ ВБР существенно изменяется впроцессеизмерения,ширинавыделяемогодляегоотысканияспектрального интервала будет многократно превышать собственнуюширинурезонансногопикаВБР.Такимобразом,ресурсымультиплексирования оптического канала УРМ будут задействованы не вполной мере.• Выход пика ВБР за пределы отведенного ей спектрального диапазона принеаккуратномзаданиидиапазонаилипревышениимаксимальных49параметров, до которых предполагалось использовать ВОД, в силувозникшей перегрузки.2.1.2. Методика установления пороговых параметров пика ВБРДанная методика отыскания в спектре пиков резонансного отраженияпредполагает, что спектральные характеристики всех ВБР, входящих всенсорнуюсистему,близки,т.е.дляизготовлениявсехдатчиковиспользовались однотипные ВБР.
На программном уровне устанавливаетсяминимальный уровень сигнала, определяющий наличие РДВ (уровеньотсечки). Чтобы избежать распознавания в качестве РДВ ВБР случайныхшумовых всплесков на спектральной зависимости, можно также установитьминимальную ширину по уровню 0.5 или общую «площадь» пика, которымион должен обладать, чтобы быть распознанным сенсорной системой как пикотражения ВБР (Рисунок 2.4). На рисунке участок спектра приведен суказанием уровня отсечки сигнала и ширины на полувысоте наблюдаемыхрезонансных пиков.ДостоинстваданногоспособапервичногоотысканияРДВпредставлены ниже:• При корректном задании уровня отсечки сигнала исчезает вероятностьраспознавания в качестве ВБР системы отдельных выбросов наспектральной зависимости;• Пользуясь данной методикой, можно достаточно просто детектироватьобрыв или повреждение того или иного ВОД в случае, если резонансныйпик ВБР, соответствующий ему, опустится ниже линии отсечки;• Возможность работы с близко расположенными РДВ ВБР, двигающимисяв перекрывающихся спектральных диапазонах, также важна, посколькупозволяет более полно использовать ресурсы приемника оптическогоизлучения УРМ.Однако данная методика обработки спектральных зависимостей имеети свои недостатки:50• Необходимость подстраивать параметры уровня отсечки и полушириныдля ВБР, входящих в состав ВоТК;• Неудобство при работе с ВБР, отличающимися по поступающему от нихотраженному сигналу вследствие разного коэффициента отражения иливысокого уровня потерь в оптических каналах УРМ.
Подобная ситуация вреальных ВоТК отнюдь не редкость, следовательно данный недостатокможет существенно усложнить процедуру наладки ВоТК;• Необходимость сложного модуля сопоставления пиков отраженияреальным датчикам, входящим в ВоТК.2.1.3. Методика, основанная на установлении общего числарезонансных пиковПоскольку при конструировании волоконно-оптической системыобычно известно точно, сколько в неё входит ВОД и каковы приблизительноих параметры, эта информация может быть также использована дляинициализации ВБР в сенсорной системе. При этом в качестве РВД ВБРсистемаможетраспознаватьнужноечислолокальныхмаксимумовспектральной зависимости интенсивности.Даннаяметодика,очевидно,гораздолучшеподходитдляинициализации ВБР, сигнал отражения от которых существенно различаетсяпо величине.
Основными условиями в данной методике является сохранениецелостности системы в ходе ее работы, так как в случае изменения числарезонансных пиков в регистрируемом спектре возможно возникновениеразличных ошибок, вплоть до «зависания» системы. Также ошибкинеизбежны при задании неверного числа резонансных пиков в спектральномканале. Тем не менее, существенным плюсом этой методики инициализацииявляется использование ей сведений о строении системы, что обеспечитпреимущество в быстродействии и точности перед другими методикамиинициализации.512.1.4. Методика, основанная на задании приблизительногоположения резонансных пиковЕсли запуск ВоТК осуществляется в тот момент, когда внешнеевоздействие на ВБР ВОД отсутствует, то целесообразно в качественачального приближения для определения спектрального положения РДВВБР выбрать данные длины волн.
На каждом следующем такте работыпрограммы в этом случае можно задавать начальное приближение для РДВВБР как ее величину на предыдущем такте.Существенным недостатком данной методики является трудностьинициализации и запуска ВоТК в присутствии внешнего воздействия на ВБР,или если период регистрации настолько велик, что изменение РДВ ВБР заодин такт работы системы существенно превышает их спектральнуюширину.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
