Көшкінбаев сәулетбек жолдықараұлы технологиялық процестерді бақылауға арналған талшықты-оптикалық көпфункционалды датчиктердің функционалдығын зерттеу және модельдеу
жүктеу/скачать 6,91 Mb.
|
koshkynbaev-s-zh-phd-s-sp
- Бұл бет үшін навигация:
- 3 ОПТИКАЛЫҚ КӨПФУНКЦИОНАЛДЫ ДАТЧИКТІҢ ӘЗІРЛЕНГЕН ТҮЙІНДЕРІ МЕН КОМПОНЕНТТЕРІН ЭКСПЕРИМЕНТТІК ЗЕРТТЕУ
| 2-тарау бойынша қорытындылар
1. Импульстік магнит өрісінің әсері кезіндегі объектілердің қозғалысы мен жылдамдығын өлшеудің оптикалық әдістерін таңдау және зерттеу мәселелері қарастырылды. 2. Жұмыстың осы бөлімінде келесі әдістер сыналды: интерферометрді қолдану, талшықты-оптикалық Брэгг торларын пайдалану және зерттелетін объектінің шеткі кескінінің қозғалысын тіркеуге негізделген әдіс. Аталған үш әдіс бойынша жоғары жылдамдықты деформацияны анықтаудың негізгі мәселелері қарастырылды. 3. Әр түрлі әдістермен орын ауыстыруды және жылдамдықты өлшеудің мүмкін диапазонын бағалау келтірілген, атап айтқанда, ток осциллограммаларының, интерференция қарқындылығының ауытқуларының, лазерлік қуат көзінің спектрлік сипаттамаларының және қолданылатын Брэгг торларының мысалдары келтірілген. Индукция амплитудасы 40 Т-ға дейінгі микросекундтық ұзындықтағы импульстік магнит өрісімен басталатын әртүрлі жүктеме схемаларында жоғары жылдамдықты қозғалыстарды тіркеу әдістерін қолдану бойынша ұсыныстар келтірілген. 3 ОПТИКАЛЫҚ КӨПФУНКЦИОНАЛДЫ ДАТЧИКТІҢ ӘЗІРЛЕНГЕН ТҮЙІНДЕРІ МЕН КОМПОНЕНТТЕРІН ЭКСПЕРИМЕНТТІК ЗЕРТТЕУ 3.1 Талшықты-оптикалық датчиктің сезімтал элементін әзірлеу және сынау Эксперимент үшін Брэгг торы фазалық маска әдісімен жазылған екі оптикалық жарыққа сезімтал талшықтар қолданылды, олардың орталық толқын ұзындығы 1550,886 нм және тордың ұзындығы 10 мм, шағылысу коэффициенті 90 %. Эксперименттік зерттеулердің нәтижесінде 1550,886 нм лазерлік сәулелену көзінің толқын ұзындығы Цельсий бойынша 20 және 60 °С температура диапазонында өзгермегені анықталды. Брэгг торы стандартты бір модалы оптикалық талшық негізінде жасалған және өзек диаметрі 9 мкм, ал қабықша диаметрі 125 мкм. Тордың шағылысу спектрінің орталық толқын ұзындығы бөлме температурасында оптикалық талшыққа Брэгг торын жазғаннан кейін 1551.53 нм көрсетті. Ал оптикалық талшықтан сутегі шығарылғаннан кейін толқын ұзындығы 1550,886 нм, ал спектрдің жарты ені 0,11 нм болды (сурет 3.1). Сурет 3.1 – Брэгг торының нормаланған шағылысу спектрлері: 1-еріген сутегімен, 2-еріген сутегісіз Брэгг торлы оптикалық талшықтың созылуын өлшеу және температураның өзгеруін тіркеу кезінде ең көп қолданылатын сәулелену көзі ретінде реттелетін толқын ұзындығы бар лазер немесе кең жолақты қуат көзі қарастырылады. Толқын ұзындығы реттелетін лазерді пайдаланған жағдайда, Брэгг торы бар оптикалық талшықтың созылуын тіркеу талшықтың орталық толқын ұзындығының баяу өзгеру жылдамдығынан қиынға соғады. Ал кең жолақты сәулелену көзін пайдаланған кезде Брэгг торынан шағылысқан сәуленің қуаты аз және өз кезегінде пайдалы сигналдардың шығуына жол бермейді. Осы эксперименттік қондырғыдағы көрсетілген кемшіліктерді ескере отырып, тұрақты толқын ұзындығы бар жартылай өткізгіш лазер сәулелену көзі ретінде пайдаланылды. Датчиктің сезімтал элементі болып саналатын талшықты Брэгг торының толқын ұзындығы лазердің резонанстық толқын ұзындығына сәйкес келетін етіп арнайы жасалды. Оптикалық талшыққа Брэгг торын жазу процессі 3.2 – суретте көрсетілген. Сурет 3.2 – Оптикалық талшыққа Брэгг торын жазу процессі Толқын ұзындығы 1550 нм бір жиілікті лазерлік диодқа негізделген лазерлік модульді магистральдық цифрлық талшықты-оптикалық байланыс желілерінің сәулелену көзі ретінде пайдалануға болады. Лазерлік модуль ақпаратты 1,25 Гбит/с жылдамдықпен регенерациясыз 100 км-ге жібере алады [109]. Оптикалық талшықты жасау процесінде MS9740B оптикалық спектр анализаторында Брэгг торының шағылысу спектрі алынды. Бұл оптикалық анализатор - базасы Жапонияда орналасқан "Anritsu Corporation" компаниясының өнімі. MS9740B оптикалық спектр анализаторы көп модалы талшықты енгізу мүмкіндігі бар, кең динамикалық диапазоны бар жоғары жылдамдықты жұмыс үстелі анализаторы болып саналады. 850 нм диапазонында жұмыс істейтін VCSEL модульдерін өндіру және бағалау кезінде қолданылатын анализатор бір уақытта талшықтың орталық толқын ұзындығын, спектрдің енін, шағылысу коэффициентін және тордың ұзындығын өлшей алады. Және осы тізімделген опциялардың барлығы бір анализатор экранында көрсетіледі (сурет 3.3). Сурет 3.3 – MS9740B оптикалық спектр анализаторында эксперименталды түрде алынған Брэгг торының шағылысу спектрі MS9740B оптикалық спектр анализаторлары (бұдан әрі мәтін бойынша – анализаторлар) толқын ұзындығын және оптикалық сәулеленудің орташа қуатының деңгейін өлшеуге, сондай-ақ ақпаратты таратудың талшықты-оптикалық жүйелерінде, оның ішінде арналардың спектрлік тығыздағышымен (WDM-жүйелерімен) оптикалық спектрге талдау жүргізуге арналған. Анализаторлардың жұмыс принципі жоғары оптикалық рұқсатнамадағы талшықты-оптикалық тарату жүйелерінің арналарын сүзу және тиісті толқын ұзындығын дәл таңдау және экранда көрсету үшін алынған ақпаратты кейіннен өңдеу үшін монохроматордың кірісіне түсетін оптикалық сәулеленудің спектрлік компоненттерін бөлуге негізделген. Анализаторлар-бұл жұмыс үстелінің портативті түріндегі тікбұрышты корпустағы оптикалық құрылғы. Анализаторларда 62,5/125 мкм мультимодты оптикалық талшықты пайдалануға мүмкіндік беретін қосымша 009 (MS9740B-009) опциясы болуы мүмкін. 009 опциясы бар анализаторлар метрологиялық сипаттамалары жоқ анализаторлардан ерекшеленеді-спектрлік ажыратымдылық, толқын ұзындығын өлшеу қателігі және оптикалық сәулеленудің орташа қуат деңгейі. Анализаторлардың алдыңғы панелінде өлшеу нәтижелерін көрсету үшін экран, басқару түймелері, оптикалық қабылдағыш коннекторы, сондай-ақ қосымша оптикалық сәулелену көзінің қосқышы (толқын ұзындығы бойынша өзін-өзі калибрлеу үшін) орналасқан. Анализаторлардың жұмысын басқару, өлшенетін параметрлер бойынша ақпаратты көрсету және сақтау кіріктірілген компьютердің көмегімен жүзеге асырылады. Анализаторлардың құрамына кіретін бағдарламалық жасақтама оптикалық сигнал параметрлерін анықтау, операторға ыңғайлы түрде аспап экранында ақпаратты сақтау және көрсету функцияларын орындауға қажет. Өлшеу нәтижелерін ішкі жадта (10000 спектрограммаға дейін) немесе USB флэш-жадында сақтауға болады. Жүйенің бағдарламалық жасақтамасының метрологиялық маңызды бөлігі болып бағдарламалық өнім саналады. Өңдеу жылдамдығының жоғарылауы өлшеу сезімталдығының төмендеуіне байланысты проблемаларды тудырады және MS9740B өлшеу өңдеу уақытын жартысына дейін қысқартады [110]. MS9740B спектр анализаторының 600 және 1750 НМ диапазонындағы толқын ұзындығын тіркеу қабілеті осы эксперименттік талшықты жасау кезінде пайдаланылды. Эксперименттің келесі кезеңін өткізу үшін осы кезеңнің шарттарына сәйкес келесі элементтерді қамтитын арнайы схема жиналды: лазерлік модуль, фотодетектор, Брэгг торы, және компоненттер (сурет 3.4). Сурет 3.4 – Нақты құрастырылған құрылғы схемасының моделі: 1 – қуат көзі 12В; 2 – лазерлік модуль; 3 – фотоқабылдағыш; 4 – осциллограф; 5 – L78L05C кернеу тұрақтандырғышы; 6 – FC-FC/APC симплексті патч-корды; 7 – Брэгг торы; 8 – оптикалық ажыратқыш; оптоталшық Тұрақты толқын ұзындығы бар жартылай өткізгішті лазерлік модульдің шығысындағы (UPC) типті коннектордың ажыратқыштың кірісіндегі (APC) типті коннекторға қосылуда сәйкес келмеуіне байланысты FC-FC/APC типті симплексті патч-корд қолданылған болатын. Бұл қиғаш жылтыратылған патч-корд коннекторлық байланыс аймағында болатын шығындар мен шағылыстарды азайту мақсатында қолданылған. Симплексті байланыс ақпаратты тек бір бағытта жібере алатындығын ескере отырып, лазерден берілетін сигналдың бір бөлігі ажыратқыш арқылы Брэгг торына, екінші бөлігі фотоқабылдағышқа өтеді. Суреттен . 3 көрініп тұрғандай, Брэгг торы бар талшықтың бір ұшы ажыратқыш арқылы контурға қосылған, ал екінші ұшы бос күйде. Осциллографтың осы талшықта шағылысқан Брэгг торлы сәулелену спектрін тіркеу шарттарының болуына байланысты талшық қондырғыға осылай қосылды. жүктеу/скачать 6,91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|