Маломодовые методы зондирования волоконно-оптических датчиков на основе решеток Брэгга с фазовым π-сдвигом в системах охраны периметра

• Автор: Куприянов, Владимир Геннадьевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 186 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ОБОЗНАЧЕНИЙ

И НОРМАТИВНЫХ ССЫЛОК

ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ АППАРАТУРА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОХРАНЫ ПЕРИМЕТРА. СОСТОЯНИЕ РАЗРАБОТОК И ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЙ .

1.1 Волоконно-оптическая система охраны периметра

как информационно-измерительная система

1.2 Методы и средства оптико-электронных измерений в ВОСОП

1.2.1 Технологии оптико-электронных измерений

1.2.2 Оптико-электронные методы зондирования и интеррогации ВРБ

1.2.3 Маломодовые методы зондирования

избирательных волоконно-оптических структур
1.2.4 Краткое обсуждение результатов анализа
1.3 Оптомеханика волоконно-оптических датчиков на основе ВРБ
1.4 Выводы по главе. Постановка задач исследований
ГЛАВА 2. МЕТОД МАЛОМОДОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ВОЛОКОННЫХ РЕШЕТОК БРЭГГА С ФАЗОВЫМ л-СДВИГОМ В ДАТЧИКАХ ТЕМПЕРАТУРЫ И ДАВЛЕНИЯ
2.1 Оптомеханика волоконных решеток Брэгга с фазовым л-сдвигом
в датчиках температуры и давления
2.2 Принципы двухчастотного зондирования
окна прозрачности ВРБ с фазовым л-сдвигом
2.3 Двухчастотный метод попарного зондирования ВРБ
с различными средними и разностными частотами
2.3.1 Описание метода
2.3.2 Структурная схема устройства для реализации метода
2.3.3 Виртуальное моделирование метода в среде ОрЙ8у81ет 7.
2.3.4 Исследование методических погрешностей
двухчастотного метода попарного измерения
2.3.5 Выводы по разделу
2.4. Виртуальное и экспериментальное исследование датчиков температуры и давления для реализации метода
2.4.1 Виртуальное моделирование ВРБ с фазовым л-сдвигом
в программном пакете ОрН8уз1ет
2.4.2 Экспериментальное исследование датчиков температуры
и давления на основе ВРБ с фазовым л-сдвигом
2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. МЕТОД МАЛОМОДОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ВОЛОКОННЫХ РЕШЕТОК БРЭГГА С ФАЗОВЫМ тг-СДВИГОМ В ДАТЧИКАХ ИЗГИБНОГО НАТЯЖЕНИЯ
3.1 Оптомеханика волоконных решеток Брэгга с фазовым тс-сдвигом
в датчиках изгибного натяжения
3.2 Метод вариации разностной частоты для зондирования
ВРБ в датчиках изгибного натяжения
3.3 Устройство для реализации метода вариации разностной частоты.
3.4. Анализ методических погрешностей
при реализации метода вариации разностных частот
3.5 Экспериментальное исследование датчиков изгибного натяжения..
при реализации метода вариации разностных частот
3.6. Выводы по главе
ГЛАВА 4. ТЕХНИЧЕСКОЕ И ПРОГРАММНОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ
ОЭИА ВОСОП НА ОСНОВЕ ВРБ с ФАЗОВЫМ л-СДВИГОМ
И МЕТОДОВ МАЛОМОДОВОГО ЗОНДИРОВАНИЯ
4.1 Общая структура ОЭИА ВОСОП
4.2 Разработка методических рекомендаций по выбору решений
для одновременной регистрации полей различной физической природы
4.3 Разработка методических рекомендаций по выбору решений для регистрации физических полей однотипными ВРБ,
объединенными в группы
4.4 Определение характеристик спектра усиления Мандельштама-Бриллюэна с помощью двухчастотного зондирующего излучения
в датчиках ВОСОП распределенного типа
4.4.1 Теоретические предпосылки
4.4.2 Вынужденное рассеяние и усиление Мандельштама-Бриллюэна
4.4.3 Двухчастотное зондирование контура усиления
Мандельштама-Бриллюэна
4.4.4 Определение основных параметров
контура усиления Мандельштама-Бриллюэна
4.4.5 Выводы по разделу
4.5 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ОБОЗНАЧЕНИЙ
И НОРМАТИВНЫХ ССЫЛОК
АЧХ - амплитудно-частотная характеристика;
ВБР — волоконная брэгговская решетка;
ВОД - волоконно-оптическая решетка Брэгга;
ВОК - волоконно-оптический кабель;
ВОСОП - волоконно-оптическая система охраны периода;
ВРБ - волоконная решетка Брэгга;
ВРМБ - вынужденное рассеяние Мандельштама-Бриллюэна; ДГТВР - длинно-периодная волоконная решетка;
ИЗИ - источник зондирующего излучения;
ИФП - интерферометр Фабри-Перо;
КП - контроллер поляризации;
ЛД - лазерный диод;
ЛЭП - линия электропередачи;
ОВ - оптическое волокно;
ОПР - оптическая пространственная рефлектометрия;
ОЭИА - оптико-электронная измерительная аппаратура;
ПЗС — прибор с зарядовой связью;
ПП - показатель преломления;
Основные недостатки ВОСОП на ВРБ - сложность и высокая стоимость спектроаналитических и сканирующих методов интеррогации, мультипликативность отклика ВРБ на температуру и механическое напряжение.
Проведем поиск решений указанных проблем.
1.2.2 Оптико-электронные методы зондирования и интеррогации ВРБ
Основным достоинством ВРБ является возможность получения требуемых спектральных характеристик измерительного преобразования при их сравнительно низкой стоимости. Обычно определению подлежат следующие параметры ВРБ: распределение амплитуды модуляции наведенного показателя преломления в сердцевине вдоль оси оптического волокна (ОВ) Дп(г); период ВРБ Л, в общем случае зависящий от продольной координаты ОВ (чирпированные ВРБ) Л(г); отклонения периода ВРБ А Л (г) от заданных значений; спектр отражения/пропускания ВРБ; дисперсия. В большинстве задач при проектировании и построении ВОСОП наиболее важными являются спектральные характеристики применяемых ВРБ, в том числе центральная длина волны, величина коэффициента отражения, ширина полосы пропускания на полувысоте.
Анализ ВРБ можно вести по двум направлениям: 1) определение геометрических параметров ВРБ (изменение показателя преломления, период решетки и др.) с последующим расчетом ее спектральных свойств и 2) непосредственное определение спектральных (дисперсионных) характеристик ВРБ.
Рассмотрены следующие экспериментальные методы определения характеристик ВРБ: непосредственное измерение спектра ВРБ; измерение интенсивности отраженного от ВРБ излучения при ее зондировании; интерференционные методы; сканирование спектра ВРБ одночастотным сигналом; рефлекто-метрические методы (слабо когерентная оптическая рефлектометрия, оптическая пространственная рефлектометрия); методы преобразования длины волны излучения в интенсивность; маломодовое зондирование спектра ВРБ симметричным двухчастотным сигналом.