В статье рассмотрен вопрос измерения и контроля параметров высоковольтной цепи переменного тока с использованием решетки Брэгга. Предложена модель волоконно-оптического датчика построенного на эффекте магнитострикции, основным компонентом которого является волоконно-Брэгговская решетка. Проведено 3D моделирование процесса магнитострикции, проектирование структурной схемы.

Ключевые слова: оптоволокно, магнитострикция, решетка Брэгга, переменный ток, датчик, соленоид, катушка, никель, феррит, MathCAD, COMSOL

05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ , 05.27.01 - Твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника на квантовых эффектах

В работе описана реализация волоконно-оптического одноканального датчика вибрации, построенного на основе двух волоконных брэгговских решеток, широкополосного источника, фотодетектора и звуковой карты компьютера, используемой в качестве АЦП

Ключевые слова: вибрация, волоконно-оптический датчик, волоконная брэгговская решетка, преобразование Фурье

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

Представлен вариант решения задачи характеризации резонансного контура Фано в оптических биосенсорах рефрактометрического типа на основе кольцевых волоконных брэгговских решеток с пи-сдвигом. Применение биосенсоров указанного типа позволяет увеличить чувствительность детектировании изменений коэффициента преломления исследуемой среды до уровня (1-2)х10-9 RIU. Приведенные значения чувствительности достигаются за счет формирования в решетке высокодобротного резонанса Фано с шириной контура на полувысоте, равной 1–5 пм. Однако возможность получения значительного выигрыша в метрологических характеристиках с одной стороны, ставит задачу характеризации таких узкополосных резонансов с другой, поскольку существующие оптические анализаторы спектра не обладают соответствующей разрешающей способностью. Для решения данной задачи предложен радиофотонный способ трехчастотного зондирования сверхузкополосного и несимметричного контура Фано симметричным амплитудно-модулированным излучением с разбалансированными по амплитуде боковыми составляющими. В отличие от ранее применявшегося нами для решения подобных задач радиофотонных способов двухчастотного симметричного зондирования с равными амплитудами боковых составляющих и подавленной несущей, достигнуто однозначное определение центральной частоты, максимальной амплитуды и добротности контуров Фано, а также возможность значительного упрощения техники сбора информации об их параметрах. Статья состоит их двух частей, в которых последовательно отражаются вопросы постановки задач моделирования и обсуждения его результатов с подтверждением результатами физических экспериментов.

Ключевые слова: оптический биосенсор, рефрактометрия, волоконная решетка Брэгга, фазовый пи-сдвиг, кольцевая волоконная решетка Брэгга с фазовым пи-сдвигом, резонанс Фано, изменение коэффициента преломления, чувствительность, разрешающая способность, радиофотонные методы

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы , 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

В статье с точки зрения определения требований к параметрам внешней амплитудно-фазовой модуляции лазерного излучения как ключевому процессу формирования радиочастотных сигналов в оптическом диапазоне для систем с поляризационным мультиплексированием полигармонических сигналов, обзорно рассмотрены основные схемы, характеристики, и направления развития генераторных узлов радиофотонных систем.

Ключевые слова: радиофотоника; модуляция лазерного излучения с подавлением несущей; оптическая генерация радиосигналов; генерация полигармонических оптических сигналов, радиочастотные составляющие, поляризационное мультиплексирование

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы , 05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Сложность и высокая стоимость мультиплексирования волоконно-оптических сенсоров до сих пор является основным ограничением для широкого внедрения сенсорных систем как распределенного и квази-распределенного, так и точечного типа. В статье предложен новый метод мультиплексирования, который использует преимущества как широкополосных, так и двухчастотных радиофотонных систем мультиплексирования. От первых взят простейший широкополосный излучатель, но не используется сложная и дорогая система спектрометрии для определения центральной длины волны волоконных брэгговских решеток. От вторых взята система регистрации на частоте биений между двумя составляющими, но не используется дорогая система генерации двух- и полигармонических систем зондирования. Параметр мультиплексирования определяется частотой разноса между окнами прозрачности волоконной брэгговской решетки, например, с двумя фазовыми π-сдвигами, который отличается на определенную величину у каждого из сенсоров. Приведен механизм моделирования решеток указанного типа, принципиально показана возможность мультиплексирования различного количества сенсоров. При использовании сенсорных сетей, построенных на основе пассивных оптических, число мультиплексируемых датчиков может достигать 256, при этом все датчики имеет одинаковую брэгговскую дину волны, и могут быть объединены в древовидную, шинную и другие топологии.

Ключевые слова: Волоконная брэгговская решетка, фазовая неоднородность, волоконно-оптический сенсор, мультиплексирование, окно прозрачности, разность частот между окнами прозрачности, частота биений

05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы

С позиций обеспечения экологической безопасности (ОЭБ) рассматриваются вопросы анализа и синтеза территориально распределенных систем хранения опасных веществ. Особое внимание уделено информационному слою обеспечения экологической безопасности указанных систем, который оперирует результатами обработки нормативной документации, данными экологического мониторинга, аналитических отчётов и т.п. Его функционирование опирается на систему специализированных автоматизированных рабочих мест (АРМ), каждое из которых формирует множество прогнозов и расчетов в целях ОЭБ, используя информацию на трёх уровнях детализации: физическом, технологическом и логическом. Определена структура математического, информацион-ного, программного и технического обеспечения АРМ. Показано, что предложенная структура АРМ может быть использована при проектировании различных систем хранения опасных веществ, и направлена на решение вопросов ОЭБ при их эксплуатации.

Ключевые слова: территориально распределенные системы хранения, опасные вещества, обеспечение экологической безопасности, информационное обеспечение, специалист-эколог, автоматизированное рабочее место

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

С позиций обеспечения экологической безопасности рассматриваются вопросы анализа и синтеза территориально распределенных систем хранения опасных веществ. Основное внимание в статье уделено техническому обеспечению экологической безопасности указанных систем, определяющему слой системы инструментального контроля (СИК) в каналах мониторинга экологической ситуации, параметров хранения опасных веществ и охраны периметров территории хранения. Функционирование СИК опирается на применение волоконно-оптических датчиков на основе волоконных решеток Брэгга в каждом из указанных каналов и методов их полигармонического зондирования. Определены принципы совместного измерения температуры и давления, как основных параметров хранения, оптико-абсорбционного измерения концентрации газов с использованием дистанционного многокомпонентного волоконно-оптического ИК-анализатора для контроля экологической ситуации. Приведены сведения о построении датчиков для систем охраны периметра территорий хранения. Показано, что предложенная структура СИК может быть использована при проектировании различных систем хранения опасных веществ, и направлена на решение вопросов обеспечения экологической безопасности при их эксплуатации.

Ключевые слова: территориально распределенные системы хранения, опасные вещества, обеспечение экологической безопасности, техническое обеспечение, волоконные решетки Брэгга, измерение температуры и давления, многокомпонентный волоконно-оптический ИК-анализатор газов

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Рассматриваются принципы построения интеррогаторов волоконно-оптических датчиков на основе брэгговских решеток, реализующих радиофотонные технологии измерительного преобразования по принципу «оптическая длина волны – амплитуда и фаза радиосигнала – измеряемая величина». Производится их сравнение с классическими оптико-электронными интеррогаторами и радиофотонными интеррогаторами, реализующими технологии измерительного преобразования по принципу «оптическая длина волны – частота радиосигнала – измеряемая величина». Показано, что оптико-электронные интеррогаторы имеют существенные ограничения по разрешению и скорости интеррогации, а также трудности одновременного комплексированного измерения нескольких, как минимум, двух, измеряемых величин. Радиофотонные частотные интеррогаторы, построенные на основе интерферометров с дополнительным дисперсионным преобразованием «частота – время» или оптико-электронных автогенераторов, позволяют преодолеть недостатки оптико-электронных, но характеризуются сложностью реализации схем измерительного преобразования сдвига центральной длины волны решетки в информационную неизвестную частоту радиосигнала. Предложены радиофотонные амплитудно-фазовые интеррогаторы, которые работают на известной частоте – радиочастоте огибающей сигнала биений между компонентами двухчастотного зондирующего излучения. Такая методика позволяет исключить из процесса измерений процедуру поиска неизвестных информационной частоты или амплитуды с максимальным отражением ВБР, что позволяет улучшить скорость и разрешение интеррогации. Представлены экспериментальные результаты для проверки методики.

Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, волоконная брэгговская решетка, оптико-электронный интеррогатор, радиофотоника, оптико-электронный автогенератор, измерительное преобразование типа «оптическая длина волны – частота радиосигнала – измеряемая величина», измерит

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Рассматриваются принципы построения сенсорных пассивных оптических сетей, реализующих концепцию единого поля комплексированных волоконно-оптических датчиков на основе гибридного волнового и временного мультиплексирования. Показаны их преимущества в сравнении с классическими технологиям однопараметрического мультиплексирования по времени, длине волны, частоте, пространству, кодам и т.д. Представлены прототипы и структура сенсорной пассивной оптической сети с гибридным волновым и временным мультиплексированием, показана возможность опроса датчиков точечного, квази-распределенного и распределенного типа, как с помощью зондирующих сигналов импульсного, так и непрерывного типа. Особо рассмотрены вопросы зондирования последовательно расположенных однотипных брэгговских решеток с использованием механизмов послойного исключения (импульсное зондирование) и измерения добротности их общей огибающей спектра (непрерывное амплитудно-фазовое зондирование). Определены требования к построению сенсорных пассивных оптических сетей на основе гибридного волнового и временного мультиплексирования в части согласования параметров разнотипных брэгговских решеток и мультиплексоров на базе упорядоченных волноводных решеток по длине волны, основанных на возможности использования последних как опорных структур для интеррогации первых. Представлены варианты построенных сетей и их характеристики.

Ключевые слова: единое поле комплексированных волоконно-оптических датчиков, сенсорная пассивная оптическая сеть, гибридное временное и волновое мультиплексирование, импульсное и непрерывное зондирование, волоконная брэгговская решетка, упорядоченная волноводная решетка

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий

Рассматриваются принципы построения интеллектуального узла электродвигателя – щетки, в которую встроен волоконно-оптический датчик износа и температуры (ВОДИТ) на основе нескольких слабоотражающих последовательно расположенных волоконных брэгговских решеток (ВБР). В отличие от существующих разработанные ВОДИТ являются комплексированными и способны одновременно измерять температуру по сдвигу центральной длины волны лазерного излучения, отраженного ВБР, величину износа – по изменению длины решеток. Анализ отраженного сигнала от ВБР позволяет определять скоростные параметры двигателя, изменения температуры – состояние щеточно-коллекторного узла. При разрешении интеррогатора по длине волны в 2 пм разрешающая способность ВОДИТ по температуре составит 0,2 °С. Погрешность измерения величины износа определяется стабильностью амплитудных параметров лазерного излучения и составляет доли микрометров.

Ключевые слова: трение, комплексированный волоконно-оптический датчик, волоконная брэгговская решетка, износ, температура, электродвигатель, интеллектуальная щетка, скорость вращения

05.11.13 - Приборы и методы контроля природной среды, веществ, материалов и изделий