Волоконно-оптический датчик
Cтраница 3
Обладая уникальными по сравнению с классическими оптическими элементами качественными характеристиками [23], элементы компьютерной оптики находят широкое применение для решения различных задач, возникающих при построении систем сбора, передачи и хранения информации, в частности, оптических телекоммуникационных систем [19], систем параллельной обработки сигналов и нейро - 0ПТИЧеских сетей [55, 56, 57], построении когерентных оптических вычислительных [58, 59], построении высокочувствительных волоконно-оптических датчиков [60, 61], считывающих головок для CD-проигрывателей [62] и др. Рассмотрим применение ДОЭ для решения некоторых из этих задач более подробно в данном пункте. [31]
Как показывает маркетинг перспектив внедрения разработок волоконно-оптических датчиков в технику и промышленное производство, их рынок только в Северной Америке к 2010 году будет доведен до 5 млрд долларов. Наибольшие перспективы использования волоконно-оптических датчиков видятся в таких отраслях, как: химическая и нефтеперерабатывающая промышленность, авиа - и космическая техника, транспорт, строительство, биомедицинская промышленность, военные применения и др. Широкое развитие получили волоконные гироскопы, которые в сочетании с цифровыми картами и глобальной спутниковой системой связи позволили создать качественно новые навигационные системы для самолетов и автомобилей, по своим характеристикам значительно превосходящие свои электронные аналоги. Сегодня волоконные гироскопы уже начинают внедрятся и в системы позиционирования робототехнических устройств. [32]
В то же время для модуляции фазы излучения значительным оказывается и фактор изменения температуры световода. Поэтому при разработке фазовых волоконно-оптических датчиков, необходимо таким образом конструировать их чувствительные элементы, чтобы действия на них физических полей сводились к изменению вышеуказанных параметров волоконных световодов. [33]
Гибкость волоконных световодов, их защищенность от внешних нежелательных воздействий делают перспективным создание на базе волоконно-оптических датчиков распределенных измерительных систем. Это делает необходимым мультиплексирование волоконно-оптических датчиков с целью уменьшения линий передачи данных, уменьшения числа источников и приемников излучения и количества устройств обработки сигналов. Низкокогерентные интерферометры предоставляют возможность осуществить процедуру такого мультиплексирования. [34]
Излагаются физико-технические основы распределенных волоконно-оптических датчиков физических величин как главных конструктивных элементов нового класса измерительных приборов - распределенных информационно-измерительных систем с признаками искусственного интеллекта. С единой методической позиции дано описание принципов работы базовых конструкций волоконно-оптических датчиков. Приводятся данные по сосредоточенным и распределенным амплитудным, поляризационным, фазовым и нелинейно-оптическим волоконным датчикам. Рассмотрены принципы и схемы интегрирования датчиков в распределенные измерительные линии и системы. Дано описание и выявлены особенности топологии волоконно-оптической распределенной измерительной сети томографического типа. Определены пути по применению обучаемых нейронных сетей для обработки сигналов распределенных волоконно-оптических измерительных систем. [35]
Волоконно-оптические датчики в настоящее время являются одной из наиболее динамично развивающихся областей оптоэлектроники. За последние 30 лет произошел стремительный переход от простейших конструкций волоконно-оптических датчиков температуры и давления к созданию широкой номенклатуры датчиков физических величин, которые ученые и инженеры используют в разнообразных областях науки и техники уже сегодня. Интенсивное развитие и совершенствование волоконно-оптических датчиков в значительной мере стимулируется все более расширяющимся процессом внедрения волоконно-оптических телекоммуникационных сетей в повседневную жизнь. Помимо непрерывного улучшения характеристик элементной базы волоконной оптики, находящей непосредственное использование в технологии производства волоконно-оптических датчиков, это открывает широкие перспективы для создания разветвленных измерительных систем, органично сочетающих в своем составе свойства систем связи и систем мониторинга, конфигурация которых может непрерывно совершенствоваться без привлечения дополнительных магистралей связи. Важным достоинством волоконно-оптических датчиков также является привнесение в измерительные системы новых качеств, таких, как: малые размеры, устойчивость к неконтролируемым и агрессивным воздействиям окружающей среды и к электромагнитным помехам, высокая чувствительность, дистанционность измерений и возможность мультиплексирования отдельных датчиков в сложные измерительные системы, технологичность производства и потенциальная низкая стоимость. [36]
Широкое практическое применение протяженных измерительных линий на базе рассмотренной выше конструкции распределенного ПВОД ограничено из-за низкой эффективности обратного рэлеевского рассеяния. В связи с этим непрерывно ведется поиск других принципов построения распределенных поляризационных волоконно-оптических датчиков, которые способны обеспечить высокий уровень отраженного сигнала и тем самым использовать в измерительных схемах маломощные лазеры. В работе [7] был предложен метод создания распределенных ПВОД, основанный на использовании явления связи ортогонально поляризованных мод в подвергнутом внешнему воздействию двулучепреломляющем волоконном световоде и разработанного в [8] метода мультиплексирования волоконно-оптических систем, в основе которого лежит модуляция частоты лазерного излучения. В данном методе линейно модулированное по частоте лазерное излучение вводится в одну из ортогонально поляризованных мод двулуче-преломляющего волоконного световода. Приложение механического усилия к одной из областей световода приводит к установлению связи между модами и к передаче части ее мощности в ортогонально поляризованную моду. В данном случае информация о месте и величине внешнего воздействия на световод содержится соответственно в частоте и интенсивности этой ортогонально поляризованной моды. Этот метод в дальнейшем был усовершенствован в работах [9, 10], в которых увеличение разрешающей способности достигается за счет перехода к измерению частоты биений в сигнале интерференции излучения, преобразованного в моды с ортогональным состоянием поляризации равной интенсивности и с разными временами задержки. [37]
В исследовательских лабораториях постоянно создают новые методы термометрии. Например, за последние 20 - 25 лет создан обширный класс волоконно-оптических датчиков температуры. Для термометрии твердых тел такие приборы чаще всего неприменимы из-за трудностей с обеспечением теплового контакта волокна ( по всей его длине) с поверхностью. [38]
Количество научных работ и технологических разработок в вышеперечисленных областях современного развития волоконно-оптических датчиков неуклонно растет год от года. Это, в свою очередь, ведет к росту числа публикаций, быстрой смене взглядов на принципы организации волоконно-оптических датчиков, совершенствованию технологий их производства, формированию новых идеологий построения волоконно-оптических измерительных систем, использованию новых открытий и процессов, обеспечивающих сбор, передачу и обработку информации в таких системах. Такое обилие информации значительно затрудняет процесс ориентации исследователей и разработчиков волоконно-оптической измерительной аппаратуры в определении современных тенденций ее развития. Предлагаемая монография ставит своей задачей отчасти ликвидировать этот пробел. Отметим также, что автор стремится не только представить в ней основные результаты, достигнутые руководимым им научным коллективом, но и привести обобщенное изложение принципов работы разнообразных волоконно-оптических датчиков, их мультиплексирования в распределенные измерительные системы, а также выявить перспективные пути развития распределенных волоконно-оптических измерительных систем. [39]
Предусмотрены недостаточные превентивные меры против разливов в море и на берегу. Для повышения надежности технологических элементов комплекса необходимы: прокладка двух ниток трубопровода, труба в трубе, лазерный контроль с помощью волоконно-оптического датчика. Требуется организация постоянного мониторинга участков акватории, потенциально опасных с точки зрения разливов нефтепродуктов, с целью их опознания на ранних стадиях появления по данным наблюдений в различное время суток и любую погоду. Не предусмотрены меры по защите прибрежных зон от внутриводных разливов и по защите дюнных комплексов на берегу. [40]
В этом случае, волоконно-оптический интерференционный датчик зарегистрирует акустические сигналы, отраженные от области дефекта и от дальнего конца образца. Для получения полной картины распределения дефектов в образце пьезокерамический излучатель перемещается с фиксированным шагом в поперечном направлении, а сигналы с выхода волоконно-оптического датчика запоминаются и обрабатываются. Положение дефекта в образце определяется, исходя из задержки времени прихода отраженного сигнала. [42]
В работе [41] предложен оригинальный способ мультиплексирования волоконно-оптических датчиков на основе кольцевых интерферометров Саньяка в квазираспределенную измерительную систему. Схема мультиплексирования датчиков показана на рис. 4.36. В основу данной схемы положен рассмотренный в разделе 4.3.3 лестничный принцип организации квазираспределенной измерительной системы, комбинируемый с им-пульсно-временным методом мультиплексирования волоконно-оптических датчиков. Как видно из рис. 4.36, волоконно-оптические датчики ( в данном случае - волоконные гидрофоны) подключаются в измерительную линию параллельно друг другу таким образом, что совместно с общей для всех датчиков волоконной линией задержки каждый из них как бы включен в свой собственный несимметричный кольцевой интерферометр Саньяка. В результате измерительная система содержит N датчиков, включенных в N отдельных кольцевых волоконных интерферометров. [43]
Как видно, ширина спектров стоксовой и антистоксовой линий значительно превосходит ширину спектра излучения волны накачки. Согласно выражениям (7.14), (7.15) интенсивность процесса рамановского рассеяния зависит от температуры, что также хорошо видно по изменению зависимостей, приведенных на рис. 7.2. Это позволяет использовать явление спонтанного рамановского рассеяния для создания волоконно-оптических датчиков температуры. [44]
Волоконно-оптические датчики в настоящее время являются одной из наиболее динамично развивающихся областей оптоэлектроники. За последние 30 лет произошел стремительный переход от простейших конструкций волоконно-оптических датчиков температуры и давления к созданию широкой номенклатуры датчиков физических величин, которые ученые и инженеры используют в разнообразных областях науки и техники уже сегодня. Интенсивное развитие и совершенствование волоконно-оптических датчиков в значительной мере стимулируется все более расширяющимся процессом внедрения волоконно-оптических телекоммуникационных сетей в повседневную жизнь. Помимо непрерывного улучшения характеристик элементной базы волоконной оптики, находящей непосредственное использование в технологии производства волоконно-оптических датчиков, это открывает широкие перспективы для создания разветвленных измерительных систем, органично сочетающих в своем составе свойства систем связи и систем мониторинга, конфигурация которых может непрерывно совершенствоваться без привлечения дополнительных магистралей связи. Важным достоинством волоконно-оптических датчиков также является привнесение в измерительные системы новых качеств, таких, как: малые размеры, устойчивость к неконтролируемым и агрессивным воздействиям окружающей среды и к электромагнитным помехам, высокая чувствительность, дистанционность измерений и возможность мультиплексирования отдельных датчиков в сложные измерительные системы, технологичность производства и потенциальная низкая стоимость. [45]
Страницы: 1 2 3 4