CC BY
12
УДК 681. 586.5
И. Г. Кирин, доктор технических наук, профессор, профессор ФГБОУ ВО «Оренбургский государственный
университет»
e-mail: igkirin@rambler.ru
ПОМЕХОУСТОЙЧИВАЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ЛИНИЯ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ С СИСТЕМОЙ ЛАЗЕРНОЙ ДИАГНОСТИКИ И ЗАЩИТЫ
Описывается разработанная волоконно-оптическая система позволяющая работать в условиях ионизирующего излучения. Устройство содержит волоконно-оптический канал связи, фотоприемное устройство, регистратор, источник света. В качестве источника света применен непрерывный ИАГ: Nd+3 лазер оптически связанный с фотоприемным устройство через затвор с изменяющимся коэффициентом пропускания. Электрическая часть системы предполагает раздельное усиление постоянной и переменной частей сигнала. Для этого выход фотоприемного устройства связан со входом усилителя постоянного тока и через разделительную емкость со входом усилителя переменного тока. По сигналу с выхода усилителя постоянного тока осуществляется управление затвором с изменяющимся коэффициентом пропускания и соответственно управлением мощности лазерного излучения в волоконно-оптическом канале. Кроме того, с учетом величины сигнала с выхода усилителя постоянного тока проводится корректировка величины сигнала фиксируемого регистратором системы.
Ключевые слова: волоконно-оптические каналы, радиация, защита от воздействия радиации лазерным излучением, диагностика затухания.
В настоящее время разработано и серийно выпускается широкая номенклатура различного рода волоконно-оптических систем предназначенных для передачи широкого спектра информации и данных о различных параметрах объектов. Практическое же использование такого рода систем в составе установок, в процессе работы которых возникает радиация, имеет свои особенности. Это обусловлено достаточно высокой чувствительностью световодов к различному виду ионизирующему излучению [1-3].
В статье предлагается помехоустойчивая волоконно-оптическая линия передачи информации с системой лазерной защиты и диагностики. Система проводит непрерывную диагностику затухания волоконно-оптического канала, корректировку величины фиксируемого сигнала с учетом значения затухания волоконно-оптического канала, защиту волоконно-оптического от воздействия радиации путем непрерывного отжига стабильных и нестабильных полос поглощения наведенных радиацией обеспечивая при этом автоматический выбор необходимого уровня защищающего лазерного излучения. За счет выполняемых системой функций обеспечивается повышение точности измерений и расширение области применения измерительных устройства. Это достигается путем обеспечения возможности измерений в условиях ионизирующего излучения и под воздействием внешних дестабилизирующих факторов.
Функциональная схема устройства представлена на рис. 1.
При отсутствии сигнала от источника сигнала устройство работает следующим образом. Пучок света от ИАГ: №+3 лазера, пройдя затвор с изменяющимся коэффициентом пропускания (6) и первый
фокон (4), направляется на вход волоконно-оптического ветвителя (2) и через него попадает в волоконно-оптический канал (1). Сигнал возникший за счет отражения от сферического зеркала (3) вновь поступает через волоконно-оптический канал (1) на выход волоконно-оптического ветвителя (2) и пройдя второй фокон (5), поступает на фотоприемное устройство (8), где преобразовывается в электрический сигнал. С выхода фотоприемного устройства (8) сигнал поступает на вход усилителя постоянного тока (11) и через емкость (15) на вход усилителя переменного тока (9). С первого выхода усилителя постоянного тока (11) и с выхода усилителя переменного тока (9) электрические сигналы поступают соответственно на первый и второй входы делителя (10). С выхода делителя (10) сигнал, равный отношению сигнала от усилителя постоянного тока (11) и от усилителя переменного тока (9), поступает на регистратор (14), где и фиксируется. Одновременно электрический сигнал со второго выхода усилителя постоянного тока (11) поступает на первый вход сумматора (12), на второй вход которого поступает сигнал от источника опорного напряжения (13). Сигнал разбаланса с выхода сумматора (12) поступает на затвор с изменяющимся коэффициентом пропускания (6). Таким образом, устанавливается такой уровень интенсивности лазерного излучения в световоде, при котором обеспечивается необходимый для нормального режима работы уровень освещенности на фотоприемном устройстве (8).
При появлении сигнала от источника сигнала, сигнал через волоконно-оптический канал (1), выход волоконно-оптического ветвителя и фокон (5), поступает на фотоприемное устройство света (8). Сигнал с выхода фотоприемного устройства усили-
ИНТЕЛЛЕКТ. ИННОВАЦИИ. ИНВЕСТИЦИИ
1/2016
УЛ
Устройство содержит:
1 - волоконно-оптический канал связи;
2 - волоконно-оптический ветвитель;
3 - сферическое зеркало;
4 - первый фокон;
5 - второй фокон;
6 - затвор с изменяющимся коэффициентом
пропускания;
7 - ИАГ: Ш+3 лазер;
8 - фотоприемное устройство;
9 - усилитель переменного тока;
10 - делитель;
11 - усилитель постоянного тока;
12 - сумматор;
13 - источник опорного напряжения;
14 - регистратор;
15 - емкость.
10
11
12
14
13
8
9
Рисунок 1. Функциональная схема помехоустойчивой волоконно-оптической линии передачи информации с системой лазерной диагностики и защиты
вается усилитель переменного тока (9) и поступает на делитель (10). Одновременно на делитель (10) поступает электрический сигнал с выхода усилителя постоянного тока (11). Соответственно сигнал с выхода делителя (10) фиксируется регистратором (14).
При воздействии внешних факторов на волоконно-оптический канал связи (1) (ионизирующее излучение, механические нагрузки, температурный нагрев и т. д.) или изменении уровня потерь, вносимых оптическими разъемами при повторной сборке устройства, изменяется величина лазерного сигнала, поступающего на фотоприемное устройство (8), однако в связи с тем, что мощность света, поступающего на него, можно представить в виде [4]:
Р = Р0(1 + т),
где Р - среднее значение мощности, т - глубина модуляции, а на выходе усилителя переменного тока (9) выделяется переменная составляющая сигнала, пропорциональная тРо, а на входе усилителя постоянного тока (11), постоянная составляющая, пропорциональная Ро, отношение этих сигналов на выходе делителя (10) пропорционально только глубине модуляции и не зависит от дестабилизирующих факторов. Тем самым компенсируется влияние
внешних факторов на прохождение информационного сигнала через волоконно-оптическую систему передачи информации. Таким образом, система позволяет автоматически компенсировать влияния дестабилизирующих факторов по каналу передачи информации.
Предлагаемая помехоустойчивая волоконно-оптическая линия передачи информации имеет и большую устойчивость по сравнению с аналогами к воздействию ионизирующего излучения, под действием которого в оптическом канале наводятся стабильные и нестабильные полосы поглощения [1-3]. Возникновение наведенного поглощения уменьшает коэффициент пропускания волоконно-оптического канала связи (1), снижая уровень мощности лазерного излучения, поступающего на фотоприемное устройство (8), вплоть до уровня, который ниже уровня шума фотоприемника, что как следствие может полностью нарушить работу волоконно-оптической линии передачи информации. Это достигается тем, что лазерное излучение от непрерывного ИАГ: №+3 лазера выполняет еще и функцию защитного излучения. Причем в зависимости от величины потерь и типа наведенного излучением потерь (стабильные или нестабильные
полосы поглощения) изменяется мощность лазерного излучения. Это достигается путем сравнения сигнала со второго выхода усилителя постоянного тока (11) и сигнала с выхода от источника опорного напряжения (13) в сумматоре (12). Сигнал разбаланса с выхода этого сумматора подается на вход затвора с изменяющимся коэффициентом пропускания (6), который уменьшает свое поглощение (соответственно увеличивается мощность лазерного излучения на его выходе), если затухание волоконно-оптического канала возросло и наоборот, если затухание этого канала стремится к своему первоначальному значению. Изменение мощности лазерного излучения от ИАГ: №+3 лазера позволяет проводить фотообесцвечивание как нестабильных полос поглощения, так и стабильных полос поглощения. Фотообесцвечивание стабильных полос поглощения происходит за счет поглощения лазерного излучения в волоконно-оптическом канале связи и, как следствие, его термического разогрева, который приводит его к термо-отжигу волоконно-оптического канала связи и восстановлению его пропускания [5-7].
При сборке устройства производится калибровка затухания волоконно-оптического канала связи. Для этого от источника сигнала подается калибровочный сигнал и путем изменения опорного напряжения источника опорного напряжения выдается
такой уровень выходного сигнала с выхода сумматора, при котором сигнал с выхода приемника света соответствует уровню оптимального расположения рабочей точки на ватт-амперной характеристике фотоприемника. Величина этого опорного напряжения - паспортная характеристика устройства. При дальнейшей разборке и сборке линии, воздействии на него различных дестабилизирующих факторов, корректировка результатов измерений производится автоматически.
Таким образом, использование предлагаемой волоконно-оптической линии передачи информации позволяет производить измерения в условиях воздействия ионизирующего излучения даже такой интенсивности, когда другие волоконно-оптические системы передачи информации неприменимы, из-за того, что величина дополнительных потерь волоконно-оптического канала, вызванных стабильными или нестабильными полосами поглощения, настолько велика, что уровень сигнала на выходе волоконно-оптического канала недостаточен для его фиксации. Использование предлагаемой линии позволяет упростить конструкцию фотоприемного устройства, так как использование лазерного излучения, в качестве защищающего позволяет обеспечить более высокий уровень сигнала на выходе волоконно-оптического сигнала связи.
Литература
1. Кирин, И.Г. Специальные радиационно устойчивые волоконно-оптические и оптоэлектронные датчики и системы / И.Г. Кирин. - М.: Университетская 79.
2. Кирин, И.Г. Специальные радиационно-устойчивые волоконно-оптические каналы (часть 1) / И.Г. Кирин // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2014. N 1. - С.144-150.
3. Кирин, И.Г. Специальные радиационно-устойчивые волоконно-оптические каналы (часть 2) / И.Г. Кирин // Интеллект. Инновации. Инвестиции. - 2014. N 1. - С. 93-106.
4. Бусурин, В.И., Носов, Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения, Москва, Энергоатомиздат, -1990, 156 с./:
5. Кирин, И.Г. Необратимое фотообесцвечивание волоннных световодов лазерным излучением.// Анализ структур электронной и вычислительной техники.- Оренбург.- Изд-во ОГУ-1995 г., с.111-123
6. Горелик, О.А., Кирин, И.Г. Численное моделирование термического разогрева световода лазерным излучением (статья). Современные технологии в энергетике, электронике и информатике. Материалы региональной научно-практической конференции. Выпуск 2 // Оренбург: Изд-во ОГУ, 1999. - 144 с., с.85 - 87
7. Горелик, О.А., Кирин, И.Г. Численное моделирование разогрева торца световода лазерным излучением (тезисы). Учебная, научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях (материалы международной научно-практической конференции). Направление 2 «Научно-производственная и инновационная деятельность высшей школы в современных условиях».- Оренбург: Изд-во ОГУ,2001. С.337- 338.
