Товар добавлен в корзину
Перейти в корзину
Разработка и поставка лазерно-оптических компонентов и оборудования.
Резидент Технопарка ИТМО
+7 (812) 612-99-82
Санкт-Петербург
+7 (964) 442-90-01
Новосибирск
+7 (964) 442-90-01
Владивосток
8 (800) 551-57-49
Звонок бесплатный по РФ
Перезвоните мне
Оставьте заявку
Ru En
0
Каталог

Система опроса точечных датчиков

Описание
Схема
Компоненты

Точечные волоконно-оптические датчики на основе волоконных брэгговских решеток (FBG sensors - Fiber Bragg Grating sensors) предназначены для измерения различных физических величин, например, таких как температура, деформация, давление, угол наклона и других. 

Принцип работы таких датчиков основан на регистрации сдвига центральной длины волны, записанной внутриволоконной периодической структуры показателя преломления, называемой волоконной брэгговской решеткой (ВБР). Отраженное излучение регистрируется анализатором сигналов волоконно-оптических датчиков, который является одновременно источником и приемником излучения.

 принцип работы ВБР датчиков 1.png  принцип работы ВБР датчиков 2.png

Наиболее распространенным методом производства ВБР является метод индуцирования решеток с помощью фазовой маски и эксимерного ультрафиолетового лазера. Такое решение является наиболее простым и эффективным, так как позволяет исключить из схемы записи дорогостоящие виброизолирующие столы, развязанные фундаменты и основания, необходимые при многоимпульсной записи, и при этом получать решетки с требуемыми характеристиками. 

Цилиндрическая линза фокусирует излучение по одной из осей для достижения требуемой плотности энергии. Излучение, проходя через фазовую маску, дифрагирует на +1 и -1 порядки. Интерференционная картина +1 и -1 порядков осуществляет запись решетки показателя преломления в сердцевине оптического волокна, закрепленного на расстоянии нескольких микрон от фазовой маски.

Несмотря на преимущества метода, он не лишен недостатков, и самые основные из них это: 

  • Отсутствие гибкости метода по изменению длины волны отражения ВБР, из-за фиксированных значений периода фазовой маски; 

  • При использовании ультрафиолетового источника излучения необходимо производить процедуру снятия защитной полимерной оболочки непосредственно перед записью решетки. Стандартные полимеры, использующиеся в качестве защитной оболочки оптического волокна непрозрачны в УФ диапазоне излучения, поэтому данная процедура неизбежно приводит к увеличению временных затрат на производство ВБР.

Центральная длина волны отраженного компонента удовлетворяет соотношению Брэгга: λb = 2neff * Λ,

где neff — эффективный показатель преломления, а Λ — период решетки. Из-за зависимости параметров neff и Λ от температуры и деформации длина волны отраженной компоненты также будет изменяться в зависимости от температуры и деформации. Эта зависимость хорошо известна, что позволяет определить температуру или деформацию по отраженная длина волны ВБР.

соотношение Брэгга.png


Как упомянуто выше, для регистрации сдвига отраженной длины волны от волоконной брэгговской решетки требуется специальный прибор, называемый анализатором сигналов волоконно-оптических датчиков.

Анализатор сигналов волоконных датчиков представляет собой оптоэлектронный прибор, который позволяет считывать показания волоконно-оптических датчиков на основе ВБР в приложениях статического и динамического мониторинга.

Анализатор может измерять большую сеть датчиков, состоящую из различных типов датчиков (таких как датчики деформации, температуры, смещения, ускорения, наклона и т. д.), подключенных по нескольким волокнам, путем одновременного сбора данных и с разной частотой дискретизации.

Во время сбора данных опросчик измеряет длину волны, отраженную оптическими датчиками, а затем преобразует ее в инженерные единицы.

Реализовать такое устройство можно двумя методами:

  1. Методом физического разделения поступающего излучения на спектральные составляющие;

  2. Методом временного сканирования заданного диапазона длин волн.

При реализации средства опроса первым методом в качестве источника излучения используются широкополосные источники излучения (SLED или ASE), а в роли диспергирующих элементов выступают пропускающие дифракционные решетки, которые пространственно разделяют спектр. Спектры, отраженные от ВБР, фокусируются на диодной матрице, а электронные компоненты считывают сигналы диодной матрицы и выполняют преобразования для определения длины волны отражений от ВБР.

метод физического разделения излучения на спектральные составляющие.png


В качестве примера реализации устройства опроса первым методом, можно рассмотреть интеррогатор компании Ibsen Photonics, который выполняет функцию анализатора сигналов без источника излучения.

интеррогатор ibsen photonics.png


К методу  временного сканирования заданного диапазона длин волн относятся способы обработки, основанные на перестройке центральной длины волны источника оптического излучения, а также средства, использующие дополнительную внешнюю фильтрацию излучения с помощью фильтра Фабри-Перо. В качестве косвенного информационного параметра, связывающего измеряемую величину со спектральными параметрами, используется оптическая мощность регистрируемого сигнала.

Далее будет рассмотрен второй принцип построения анализатора сигналов волоконно-оптических датчиков на перестраиваемом лазере и комбинации широкополосного источника с перестраиваемым фильтром.

К основным компонентам анализатора сигналов волокнно-оптических датчиков можно отнести:

  • Источник излучения (ITLA, SLED, ASE)
  • Полупроводниковый усилитель для реализации протяженных волоконных линий квазираспределенных датчиков (SOA)
  • Оптический переключатель для реализации многоканальности прибора опроса (Switch)
  • Фотодиод для приема отраженного излучения (PD)
  • Оптический циркулятор

Источник излучения
Полупроводниковые усилители
Фотоприемники
Компактные переключатели
Перестраиваемый волоконный фильтр
Прочие необходимые компоненты
+ Еще 3

Источник излучения

Источник излучения является неотъемлемой частью системы опроса волоконно-оптических датчиков. От выбора источника излучения зависит скорость опроса датчиков, спектральный диапазон и точность измерений. Метод опроса на основе перестраиваемого источника излучения позволяет получить высокое разрешение и отношение сигнал/шум.

На что обращать внимание при выборе источника излучения? В первую очередь на это:

  • Длина волны излучения
  • Выходная мощность
  • Корпусное исполнение

Подходящие решения
 микро-ITLA резонатор.png Микро-ITLA резонатор  Длина волны излучения 1530-1625 нм Выходная мощность 15,5 дБм
 суперлюминисцентный диод.png Суперлюминесцентный диод Длина волны излучения 1520-1580 нм Выходная мощность 2-30 мВт
 ASE источник излучения.png ASE истоник излучения Длина волны излучения  Выходная мощность 10 мВт

Вам также понадобятся:
Драйверы для лазерных диодов

Полупроводниковые усилители

Полупроводниковые усилители подойдут для проектирования системы опроса с большой протяженностью линий квазираспеределенных волоконных датчиков, которые могут располагаться в нескольких километрах от системы опроса.

Подходящие решения
 полупроводниковый усилитель IPSAD1511.png Полупроводниковый усилитель IPSAD1511 Рабочие длины волн 1500-1570 нм Выходная мощность насыщения 13-15 дБм

Фотоприемники

Фотоприемник – одна из наиболее важных частей системы, от которой напрямую зависит пространственное разрешение прибора. При проектировании система опроса необходимо подбирать фотоприемники с достаточной чувствительностью и низким уровнем темнового шума.

На что обращать внимание при выборе фотоприемников? В первую очередь это:

  • Спектральный диапазон
  • Темновой уровень шума
  • Полоса пропускания 
  • Коэффициент усиления

Подходящие решения
 балансный фотоприемник.png Балансный фотоприемник Спектральный диапазон 950-1650 нм Коэффициент усиления 2х10^6 Полоса пропускания 3 dB 0-200 МГц
 высокоскоростной балансный фотоприемник.png Высокоскоростной балансный фотоприемник Спектральный диапазон 1100-1700 нм Насыщение входной мощности 150 мкВт Полоса пропускания 3 dB 0-350 МГц

Компактные переключатели

Переключатели на основе MEMS-технологий необходимы для реализации функции многоканальности прибора. Такой компонент перенаправляет входное излучение с помощью микрозеркала на один из N портов, что позволяет проводить опрос сразу нескольких волоконных линий в зависимости от количества портов переключателя.

На что обращать внимание при выборе MEMS-переключателя? В первую очередь это:

  • Максимальные вносимые потери
  • Повторяемость

Подходящие решения
 оптический переключатель сигнала.png Оптический MEMS переключатель сигнала 1х3..1х32  Максимальные вносимые потери 1,6 дБ Повторяемость 0,01 дБ
 высокоскоростной оптический переключатель сигнала.png Высокоскоростной оптический MEMS переключатель сигнала 1х3..1х32 Максимальные вносимые потери 2,0 дБ Повторяемость 0,002 дБ

Перестраиваемый волоконный фильтр

Основан на технологии волоконного интерферометра Фабри-Перо. Приводимое в действие  пьезоэлектрическим приводом, устройство может настраиваться в широком диапазоне частот. Управляя напряжением пьезоэлектрического преобразователя, фильтр регулируется для сканирования длины волны, а затем записывается соответствующий спектр. С помощью специального алгоритма поиска пиков можно определить длину волны отражения ВБР и, таким образом, получить информацию об измеряемой величине.

 перестраиваемый фильтр.png Перестраиваемый фильтр Диапазон длин волн C+L Пропускная способность 100-200 нм

Прочие необходимые компоненты

Подходящие решения
 трехпортовый оптический циркулятор.png Трехпортовый оптический циркулятор 1550 нм Максимальная мощность 300/500 мВт Изоляция 23-45 дБ
 уплотнитель сигнала.png Уплотнитель сигнала WDM 980/1550 Полоса пропускания 5-20 нм
Максимальные вносимые потери 0,35 дБ
 оптический изолятор.png Оптический изолятор 1550 нм Минимальная изоляция >45 дБ
Максимальные вносимые потери 0,5 дБ
 ВБР.png Волоконная брэгговская решетка 1550 нм FWHM от 1,0 до 1,3 нм
Коэффициент отражения от 2 до 99%

Связаться с инженером Бесплатный звонок