Методы создания измерительных преобразователей для распределенных волоконно-оптических измерительных систем

• Автор: Петров, Юрий Сергеевич
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Владивосток
• Количество страниц: 115 с. : ил.

п/п Сар.
1. ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ ВОЛОКОННО ОПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ
1.1. Универсальный измерительный комплекс для исследования волоконнооптических измерительных преобразователей

1.2. Универсальный технологический комплекс для создания элементов

распределенных волоконно-оптических измерительных систем

1.3. Методы создания измерительных преобразователей распределенных

волоконно-оптических измерительных систем

1.3.1. Измерительный преобразователь на основе волоконно-оптического

интерферометра Фабри-Перо

1.3.2. Измерительный преобразователь на основе одноволоконного двухмэдового

интерферометра

1.3.3. Амплитудный измерительный преобразователь на основе перетяжки в
многомодовом волоконном световоде
1.4. Выводы
2. ОБРАБОТКА И СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНЫХ СИГНАЛОВ РАСПРЕДЕЛЕННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ОДНОВОЛОКОННЫХ ДВУХМЗДОВЫХ ИНТЕРФЕРОМЕТРОВ
2.1. Устройство обработки интерференционного сигнала в одноволоконном
двухмодовсм интерферометре на основе перетяжки в волоконном световоде
2.2. Особенности работы одноволоконного двухмодового интерферометра в
качестве чувствительного элемента измерительного преобразователя
2.3. Метод компенсации дрейфа рабочей точки на характеристике одновслоконного двухмодового интерферометра
2.4. Выводы

3. ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ СОЗДАНИЯ БАЗОВЫХ ЮНСТРУКЦИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ВШОКОННО-ОПТИЧЕСКСЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ
3.1. Измерительные преобразователи на основе волоконно-оптического интерферометра Фабри Перо
3.2. Измерительные преобразователи на основе одноволоконного двухмэдового интерферометра
3.2.1. Измерительный преобразователь на основе одновслоконного двухмодового интерферометра для измерения продельных деформаций
3.2.2. Измерительный преобразователь на основе одноволоконного двухмодового интерферометра для измерения поперечных колебаний поверхностей
3.2.3. Измерительный преобразователь на основе одноволоконного двухмодового интерферометра с повышенной чувствительностью
3.3. Амплитудные измерительные преобразователи на основе перетяжки оболочки
в многомодовом волоконном световоде
3.4. Выводы
4. РАСПРЕДЕЛЕННЫЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ
4.1. Распределенная волоконно-оптическая измерительная система на основе амплитудных измерительных преобразователей
4.2. Волоконно-оптическая измерительная система в виде деформометра на основе одноволоконного двухмодового интерферометра
4.3. Конструктивные особенности измерительных линий для приема параметров вибрационных полей
4.4. Принципы организации распределенных волоконно-оптических измерительных сетей на основе интерферометрических измерительных преобразователей
4.5. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Развитие производства, расширение круга научных исследований, мониторинг окружающей среда невозможны без измерений большого числа физических величин: электрических, механических, химических и т.д. Эти величины характеризуют состояние управлявши или исследуешх физических объектов или процессов. Поэтому в настоящее время все чаще возникает необходимость создания измерительных систем, способных осуществлять высокоэффективный сбор, передачу и обработку данных о состоянии сложных физических объектов [1, 2]. Например: в геофизике/ океанографии и т.д. сбор информации осуществляется на больших площадях, поэтому длина информационных каналов мажет достигать тысяч метров. В случае использования традиционных электронных измерительных средств это приводит к появлению значительного аддитивного шума вследствие использования длинных линий для передачи относительно слабых электрических сигналов, что снижает помехозащищенность сис-тоуы. Кроме того, увеличение длины информационньк каналов приводит к увеличению массы и стоимости всей измерительной систеш в целсм.
Для создания протяженной измерительной системы в виде сети наиболее всего подходят элементы волоконной оптики [3, 4]. Кроме того, волоконно-оптические системы обработки и передачи информации, позволяют увеличить скорость передачи данных до 10 Гбит/с [5], расширить полосу пропускания передаваемых сигналов до 10 ГГц [6], уменьшить потери для каналируемого излучения до уровня менее 0,2 дБ/км [7], обеспечить максимальную скорость ввода данных в электронную систему обработки и хранения информации [8]. Такие элементы имеют малье габариты, компактность, высокую псмехозашищенность. Все вывэ перечисленное позволяет решить проблемы, возникающие при организации каналов передачи информации между измэригель-ньмя преобразователями и электронной обрабатывающей шстешй [9-15].
Успехи в создании волоконных световодов (ВС) с заданными параметрами [16-19] и достижения в разработке компонентов волоконной оптики открыли юзшжности эффективного использования световодов не только в системах связи, но и в измерительных системах. Возможность передавать излучение по ВС на большие расстояния практически без потерь позволяет создать распределенный волоконно-оптический измерительный преобразователь (ИП) [13, 20-23].
Во многих случаях процесс практического мониторинга физических величин и явлений связан с необходимостью измерения значений того или иного параметра в

Результаты расчета зависимости эффективности согласования двух ВС по мощности на перетяжке от относительного уменьшения диаметра ВС, согласно (18) и (17), при условии если Ьт1„„> 60 мкм, 0<КС<10 и а 0,3, представлены на рис. 26 кривая 1.
Из рисунка 26 видно, что в достаточно широком диапазоне изменения отношения поперечных размеров перетяжки г2со /г1со = /И2< 0,55 уровень потерь
не превышает 1,3 дБ. При других условиях потери резко возрастают.
Рис. 25. Зависимость эффективности согласования двух ВС по мощности на перетяжке от относительной длины сужения диаметра ВС. Кривая 1- для Ггсо/гісо = 0,5, кривая 2- ДЛЯ Г2ао/гісо= 0,8. Линия- расчет, точки- эксперимент.
Процесс создания перетяжки, подробно описан в разделе 1.2, и происходит с использованием комплекта для сварки световодов КСС-121. Схема экспериментальной установки, используемая для проверки проведенных выю расчетов параметров устройства обработки, представлена на рис. 5.
В результате экспериментальных исследований зависимости эффективности согласования обоих плеч ВС по мошцости г прошедшей через перетяжку, представлены на рис. 25 и рис. 26 в виде кривой 2. Причина расхождения результатов эксперимента и расчета, представленных на рис. 26, связана с тем, что в теоретическом анализе предполагается, что потери мошцости на излучение возникают в точках перехода от прямолинейного волновода к уменьшению диаметра, а не вдоль оси ВС по всей длине уменьшения. Как показывает эксперимент, в случае чрезмерного уменьшения радиуса ВС происходит резкое увеличение потерь мощности направляемой по ВС через перетяжку уже при г2со /г^ = 0,45 мощность уменьшается практически на порядок. Поэтому диаметр перетяжки в пределах от 0,5 до 0,6 диаметра основного ВС можно считать оптимальным. Оптимизация параметров исследуемых образцов пространственного фильтра в виде