Требования к компонентам ВОД.
Излучатели
Как отмечалось выше, в качество оптических излучателей могут использоваться как когерентные (лазеры), так и некогерентные источники (светодиоды). В ВОД на основе одномодового волокна чаще всего используются арсенид-галлиевые полупроводниковые лазеры в диапазоне длин волн 1,3…1,55 и 0,8…0,95 мкм с выходной мощностью 1…10 мВт. Эти спектральные диапазоны хорошо согласуются с окнами пропускания одномодового волокна. С учетом специфики когерентных измерений лазерные источники должны иметь минимальные фазовые и амплитудные флуктуации (порядка 10–5), и в идеале — одну пространственную моду (распределение вектора напряженности Е световой волны перпендикулярно направлению излучения). Поэтому для управления лазером необходима прецизионная система автоматического регулирования по току и оптическому сигналу, а также термостабилизация. Это влечет значительное удорожание одномодового ВОД.
В многомодовых ВОД используются маломощные (1…10 мВт) светодиоды таких же длин волн с несложными электронными схемами стабилизации интенсивности оптического сигнала (драйверы тока), поскольку регистрируемым параметром является интенсивность.
Фотодетекторы
В современных ВОД используются p-i-n-фотоприемники с минимальным темновым током (десятые доли наноампер), что позволяет достичь чувствительности обнаружения 0,5 мкВт (при отношении сигнал/шум = 1) в полосе 100 МГц. Чувствительность возрастает при уменьшении полосы частот. Данных характеристик вполне достаточно для большинства практических измерений, но в отдельных случаях, когда требуется регистрация слабых световых потоков, применяется метод счета фотонов с использованием фотоэлектронных умножителей — ФЭУ. При этом число фотоэлектронов, возникающих от каждого фотона, увеличивается, и с приходом каждого фотона на выходе ФЭУ появляются импульсы напряжения. При подсчете этих импульсов можно оценить число принятых фотонов.
|
|
|
Оптические элементы
Для согласования активных компонентов ВОД (излучателей, приемников, преобразователей) с оптическим волокном необходимы пассивные элементы — стержневые линзы, поляризаторы, призмы, фазосдвигающие пластины. Принцип действия этих элементов подробно описан в. Оптические элементы должны быть малогабаритными, термостабильными, легко интегрироваться в оптическую схему волоконно-оптического датчика. В качестве примера приведем специфический для ВОД элемент — стержневую линзу (см. рис. 2). В отличие от обычной линзы, поверхности которой криволинейны, стержневая линза имеет цилиндрическую форму с плоскими торцевыми поверхностями, а фокусировка излучения достигается за счет сформированного в линзе распределения коэффициента преломления симметрично оптической оси вдоль радиуса по квадратичному закону.
|
|
|
Рис. 2. Принцип работы стержневой линзы
Последетекторная обработка сигнала в ВОД
Целью последетекторной обработки сигнала является компенсация дрейфа выходного сигнала датчика, который возникает в волоконно-оптической схеме из-за колебаний интенсивности излучения источника, потерь передачи по оптоволокну, воздействия внешних шумовых факторов — температуры, давления, вибрации и др. При обработке сигнала в ВОД наибольшее распространение получили следующие способы компенсации дрейфа: способ двух лучей и метод двух длин волн [2].
Способ двух лучей
Этот метод применяется для датчиков, в которых регистрируемая величина модулирует поляризацию света. Промодулированый вектор поляризации с индексом m = sin φ (где φ — угол вращения поляризации) при помощи поляризационной призмы расщепляется на два луча с ортогональными векторами поляризации P и S. При этом напряжение выходных сигналов фотодетекторов UP и US, пропорциональных оптическим интенсивностям, будет соответственно равно:
|
|
|
UP = U.(1 + m); US = U.(1– m), (1; 2),
где U — напряжение, соответствующее немодулированному исходному лучу.
Процессор схемы обработки вычисляет отношение:
(UP – US)/(UP+US), (3)
и после цифровой фильтрации выходной сигнал пропорционален m и не зависит от флуктуаций световой мощности.
Способ двух длин волн
В преобразователь датчика подается световой сигнал с длиной волны λ1, интенсивность которого модулируется, и с длиной волны λ2, который не модулируется. Затем определяется отношение двух напряжений, соответствующих выходным сигналам фотодетекторов. Функционально этот метод аналогичен предыдущему.
Дата добавления: 2016-01-06; просмотров: 14; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!