Studiu Privind Evaluarea Pierderilor In Sistemul DE Masurare CU Fibre Optice

STUDIU PRIVIND EVALUAREA PIERDERILOR ÎN SISTEMUL DE MĂSURARE CU FIBRE OPTICE

CONȚINUTUL PROIECTULUI:

1. NOȚIUNI GENERALE PRIVIND FIBRELE OPTICE

1.1.EVOLUȚIA SISTEMELOR CU FIBRE OPTICE

1.2. APLICAȚII ALE SISTEMELOR CU FIBRE OPTICE

1.3. FIBRE OPTICE

2. SISTEME DE MĂSURARE CU FIBRE OPTICE

2.1. STRUCTURA SISTEMELOR CU FIBRE OPTICE

2.2. FIBRE OPTICE

2.3. CONECTORI PENTRU FIBRE OPTICE ȘI MATISĂRI

2.4. SURSA OPTICĂ

2.5 FOTODETECTORI

3.PIERDERI ÎN FIBRE OPTICE

3.1.ATENUAREA RADIAȚIEI ÎN FIBRELE OPTICE

3.2. ATENUAREA TOTALĂ

4. EVALUAREA PIERDERILOR ÎN SISTEMELE DE MĂSURARE CU FIBRE OPTICE

SISTEMUL EXPERIMENTAL. SCHEME UTILIZATE

TEHNICI DE EVALUARE

DETERMINĂRI EXPERIMENTALE

IDENTIFICAREA UNOR MODELE MATEMATICE PE BAZA DETERMINĂRILOR EXPERIMENTALE

=== proiect stat cap4 ===

4. EVALUAREA PIERDERILOR ÎN SISTEMELE DE MĂSURARE CU FIBRE OPTICE

4.1. SISTEMUL EXPERIMENTAL. SCHEME UTILIZATE

4.1.1. Schema bloc a sistemului optoelectronic experimental

Sistemul optoelectronic ales pentru determinările experimentale are schema bloc prezentată în anexa și conține:

– optrodul interfațat cu două fibre optice PMMA (polimetilmetacrilat);

– sursă de lumină: LED albastru "ultrabright";

– fotodiodă ORIEL-7180;

– filtru optic;

– sursă electro-optică (electronică) multifuncțională pentru comanda LED-lui (permite comanda mai multor LED-uri simultan);

– bloc electronic de recepție.

În continuare vor fi prezentate pe scurt părțile componente ale sistemului, pentru ca în subcapitolele următoare să fie prezentate elementele de proiectare, aspectele tehnologice și performanțele corespunzătoare.

Plecând de la caracteristicile spectrale ale fluoresceinei, s-a decis utilizarea ei ca indicator fluorescent în vederea măsurării concentrației unor specii ionice (chimice) prezente în soluții chimice, în general și în serul sangvin, în particular.

Pentru aceasta s-a ales "un optrod cu măsurare directă a proprietăților intrinseci chimico-optice ale analitului", care prezintă avantajul că poate fi utilizat pentru analize diverse prin schimbarea indicatorului și a sursei de lumină (a caracteristicilor spectrale de emisie). Optrodul utilizează o fibră optică de emisie care asigură excitarea probei (soluția de analizat "marcată" cu indicatorul fluorescent) și o fibră optică de recepție care preia "răspunsul optic" al probei și-l transmite, la distanță, unei fotodiode.

Sursa de excitație luminoasă este un LED albastru "ultrabright" cu lungimea de undă corespunzătoarea intensității maxime, p = 450 nm. Evident, era de preferat utilizarea unei LED cu lungimea de undă de circa 490 nm (pentru această lungime de undă fluoresceina are intensitatea fluorescentă maximă), dar un asemenea LED nu există, încă, pe piață. Mai mult, ar fi fost de preferat să se utilizeze o sursă optică monocromatică (un LASER), care ar fi avut și o intensitate luminoasă mai mare, dar această soluție ar fi fost foarte scumpă, în condițiile în care și un LED "ultrabright" are caracteristici foarte bune.

Fotodioda ORIEL-7180 prezintă o valoare maximă a responsivității de circa 0.5 A/W (valoare uzuală pentru această categorie) și are rolul de a realiza conversia fluxului de putere luminos într-un curent.

Filtrul optic are rolul de a lăsa să treacă spre fotodiodă numai fluxul luminos util (emisia fluorescentă), rejectând componenta reflectată a sursei de excitație.

Sursa electronică multifuncțională pentru comanda LED-lui poate comanda unul sau mai multe LED-uri și este, de fapt, un generator de curent comandat. Cu ajutorul acestei surse, LED-ul sau LED-urile pot genera un flux luminos continuu sau alternativ de amplitudine reglabilă. Sursa prezintă un generator intern dreptunghiular care poate asigura o frecvență de la ordinul zecilor de herți până la aproximativ 1 kHz și permite, de asemenea, conectarea unui generator extern pentru obținerea altor forme de semnal dorite.

Blocul electronic de recepție are două canale și permite, astfel, analiza a două semnale optice simultan. Fiecare canal are câte un amplificator transimpedanță, care face conversia curentului furnizat de fotodioda corepunzătoare într-o tensiune și câte un filtru activ cu șase poli pentru rejecția zgomotului și amplificarea semnalului. De asemnenea, celulele de filtrare și amplificare de pe canalul al doilea permit la intrare un posibil semnal extern.

Fibrele optice utilizate sunt fibre Super ESKA "SH 4001" care prezintă următoarele caracteristici:

– diametrul exterior al fibrei (miez plus cămașă activă ): fo = 1 mm;

– diametrul exterior al fibrei cu cămașa de protecție: ext = 2.2 0.07 mm;

– miezul fibrei optice este realizat din polimetilmetacrilat (PMMA);

– cămașa fibrei optice este fluoropolimerică;

– cămașa de protecție a fibrei optice este realizată din polietilenă;

– indicele de refracție al miezului: nm = 1.495;

– indicele de refracție al cămășii active: nc = 1.402;

– apertura numerică: AN = 0.50;

– raza minimă de curbură: Rmin = 25 mm;

– atenuarea pe unitatea de lungime: Amax 400 dB/km ( = 450 550 nm);

La capetele libere fibrele optice sunt introduse în doi conectori ("tată") prin lipire cu adezivul epoxidic "Bison" (U.K.). S-au utilizat conectori SMA 905-150-5003 cu următoarele caracteristici:

– diametrul interior al zonei active: 231 m (orificiul a fost lărgit la = 1 mm în vederea introducerii fibrei optice);

– diametrul exterior al cilindrului activ (care urmează să intre în conectorii "mamă"- "housing"): 2.45 mm;

– pierderi: 2 dB;

La capetele active (în zona optrodului) fibrele optice au fost decojite de cămasa de protecție și au fost introduse într-un tub ceramic, fiind imobilizate, cu ajutorul unui adeziv epoxidic mat. Peste acest tub ceramic s-a imobilizat un manșon de cauciuc prin același procedeu. Manșonul asigură o flexibilitate optimă în zona fibrelor optice, protejându-le împotriva ruperii și asigură, în plus, o bună manevrabilitate a optrodului.

4.1.2. Sursa electro-optică. Caracteristicile schemei electronice alese

Schema electronică a sursei electro-optice pentru comanda LED-lui albastru este prezentată în anexa 3. LED-ul utilizat este un "Ultra Bright BLUE LED" : RS 589-569 cu următoarele caracteristici:

– tensiunea directă: VF = 3.6 V (tipic);

– intensitatea curentului direct: IF = 20 mA (tipic)

– intensitatea curentului maxim admisibil: IFmax = 30 mA;

– intensitatea luminoasă Iv = 1000 mcd (tipic) !;

– unghiul de divergență al fasciculului: 15;

– lungimea de undă corespunzătoare intensității luminoase maxime: p = 450 nm;

– puterea disipată: Pd = 120 mW;

– intervalul de temperatură de funcționare : -20 80 C;

– capsulă T13/4 (ext = 5 mm).

Sursa electro-optică realizată se alimentează de la o sursă dublă de tensiune, de 12 V (externă). Ea prezintă un generator de curent continuu comandat în tensiune realizat cu amplificatorul operațional A4 (M 108 A), tranzistorul darlington (rapid) T1 (ZTX 705) și rezistența R* (20 ). Astfel, dioda Zener DZ1 (DZ3V3) împreună cu rezistența R2 (1 k) stabilizează o tensiune care se aplică grupului divizor compus din rezistențele R3 (10 k) sau R4 (30k) și potențiometrul liniar multitur P1 (5k). Comutatorul K1 comută una din rezistențele R3 sau R4, în vederea obținerii a două tensiuni maxime pe divizor, tensiuni care la altă scară corespund cu gamele de curenți pentru LED (25 mA, respectiv 55 mA), iar potențiometrul P1 permite reglajul fin a uneia din tensiunile divizate. Această tensiune este inversată de amplificatorul inversor realizat cu amplificatorul operațional A1 (M 108 A) și rezistențele R5 și R6 (200 k). Tensiunea furnizată de acest amplificator, va fi aplicată prin rezistența R8 unui sumator-inversor cu două intrări realizat cu amplificatorul operațional A3 (M 108 A) și rezistențele R12 (100k), R8 și R13 (10 k). A doua tensiune este furnizată prin rezistența R12 de amplificatorul inversor realizat cu amplificatorul operațional A2 (M 108 A) și rezistențele R9 și R10 (200 k), care la rândul lui poate prelua o tensiune de comandă alternativă din exterior prin mufa de intrare BNC1 ("ANALOG IN."). Tensiunea de la ieșirea amplificatorului sumator se aplică pe intrarea neinversoare a amplificatorului operațional A4. În aceste condiții, curentul generat de generator va fi egal cu diferența de tensiune dintre tensiunea de la ieșirea sumatorului și tensiunea de pe borna superioară a potențiometrului P1 (practic, tensiunea de pe rezistența R*), raportată la rezistența R*. În condițiile în care la intrarea "ANALOG IN.") nu se aplică nici o tensiune, tensiunea de la ieșirea sumatorului este, practic, egală cu tensiunea de pe cursorul potențiometrului P1. Colectorul tranzistorului T1 se leagă la anodul LED-lui care este comandat, catodul acestuia legându-se la masă prin rezistența de șunt R18 (10 ). Această rezistență culege o tensiune proporțională cu curentul prin LED și poate fi măsurată din exterior prin mufa de ieșire BNC3 ("U(ILED)").

Pentru a se obține un curent de formă dreptunghiulară, în catodul LED-lui se leagă emitorul unui tranzistor de comutație, T2 (2N2904) prin intermediul unei rezistențe de limitare R17 (10). Baza tranzistorului este excitată printr-o poartă inversoare (CI2: 1/6 – 7404) de un generator de tensiune dreptunghiulară, intern sau extern. Comutatorul K2 cuplează pe o poziție generatorul de tensiune dreptunghiulară intern (un oscilator realizat cu circuitul integrat A 155), care poate genera o frecvență de 351000 Hz, și pe cealaltă – printr-o altă poartă inversoare (1/6 – 7404) – un generator extern, prin mufa BNC2 ("DIGITAL IN.").

În concluzie, sursa realizată are următoarele funcții:

– permite reglarea fină a unui curent continuu prin LED cu ajutorul unui potențiometru multitur (P1) pe două game de curent comutabile cu ajutorul comutatorului K1. Gamele de curent pot fi modificate foarte ușor prin schimbarea rezistențelor R3 și R4;

– sursa poate comanda mai multe LED-uri prin înseriere, numărul acestora fiind dependent de tensiunea lor directă și de curentul prescris (sursa funcționează foarte bine, pentru două LED-uri);

– prin intrarea "ANALOG IN." se poate aplica o tensiune alternativă exterioară care produce un curent corespunzător ce se însumează cu curentul continuu;

– sursa poate genera pulsuri dreptunghiulare de curent de frecvență variabilă (reglabilă din interior): 351000 Hz sau comandate de un generator de tensiune dreptunghiulară din exterior prin intrarea "DIGITAL IN.". Amplitudinea pulsurilor de curent se reglează tot din potențiometrul P1;

– ieșirea "U(ILED)" permite măsurarea parametrilor curentului prin LED sau vizualizarea acestora.

Se poate spune că această sursă este deosebit de utilă pentru lucrări de cercetare în acest domeniu, datorită facilităților pe care le oferă.

1) fotodioda BPX 65

Ca senzor fotoelectric am ales această diodă deoarece răspunde bine la un spectru larg de lungimi de undă și are o suprafață a joncțiunii suficient de mare pentru a asigura că fluxul optic cade pe joncțiune.

Parametrii electrici și optici ai acestei diode sunt prezentați în anexele 7 și respectiv 8.

Fotocurentul variază liniar cu intensitatea luminoasă.

2) amplificatorul de curent TL071 (Texas Instruments)

Schema capsulei circuitului integrat este dată în figura următoare:

Fig. 4.1. Schema capsulei circuitului integrat

Circuitul TL071 este un amplificator BIFET (cu impedanță foarte mare de intrare) fiind indicat pentru amplificarea smnalelor mici de intrare (de ordinul nanoamperilor). L-am folosit cu rolul de amplificator inversor.

Pentru reacția amplificatorului am ales o rezistență R 5M astfel încât la ieșire să se obțină un semnal ușor de citit.

În paralel cu rezistența R am conectat un condensator de valoare foarte mică pentru a asigura o formă corectă a semnalului dreptunghiular de la ieșire.

Valorile maxime ale tensiunii de alimentare citate din catalog sunt:

+Vcc +18 V

-Vcc -18 V

Pentru alimentarea dispozitivului am folosit o sursă de +/- 15 Vcc ținând cont și de necesitățile celorlalte blocuri electronice din compunerea schemei electrice generale.

4.2. TEHNICI DE EVALUARE

Pierderile în fibre se clasifică în trei categorii, în funcție de mecanismele de producere:

– pierderi prin absorbție materială;

– pierderi prin difuzie;

– pierderi datorate efectelor geometrice.

Pierderile datorate absorbției intrinseci sunt mici în zona spectrală în care funcționează sistemele cu fibre optice, dar impun o limită teoretică a pierderilor care nu poate fi depășită. Absorbția intrinsecă este cauza limitării la aproximativ 1,6 m a aplicațiilor de transmisii de date. Tot datorită absorbției materiale, pentru aplicațiile în UV se folosesc fibre din cuarț sau cu miez lichid, substanțe transparente în această zonă a spectului optic.( Vezi capitolul 3, paragraful 3.1.1)

Prezența impurităților în fibră reprezintă o sursă majoră de pierderi. Două tipuri de impurități produc, în special, efecte nedorite: ionii metalelor de tranziție și ionul hidroxil (OH-). (Vezi capitolul 3, paragraful 3.1.1.2)

În afara fenomenelor de difuzie liniare, pasive , menționate, pot fi luate în considerare, în anumite circumstanțe, și fenomenele de emisie neelastică, și anume difuzia Raman și Brillouin. Acestea sunt fenomene neliniare, care apar dacă densitatea puterii optice în fibră are valori mari, ca în cazul transmisiei radiației laser. Ele se caracterizează prin absorbția unei părți din energia radiației incidente, de lungime de undă și emisia spontană sau stimulată a unei radiații de lungime de undă diferită ’ , care difuzează în fibră. (Vezi capitolul 3, paragraful 3.1.2)

Efectele geometrice care conduc la apariția pierderilor sunt:

– curbarea fibrelor;

– microcurburi (rezultate în procesul de tragere sau induse intenționat);

– variații ale diametrului fibrei. (Vezi capitolul 3, paragraful 3.1.3)

4.3. DETERMINĂRI EXPERIMENTALE

4.3.1. Studiul calității fibrei

Cele două fibre optice folosite sunt două fibre din plastic (PMMA).

LED-ul folosit este un LED albastru cu I 20 mA

Vom studia influența nivelului de prelucrare a capetelor fibrelor.

A) folosim fibra neșlefuită

a) Măsurători efectuate la fotodetector

Observație

A patra valoare a tensiunii se datorează tăieturii oblice a fibrei optice.

b) Măsurători efectuate la sursă (s-a folosit un LED ultrabright)

Observații

1. A treia valoare a tensiunii se datorează tăierii foarte proaste a fibrei;

2. Ultimele trei valoari ale tensiunii se datorează rotirii fibrei.

B) șlefuim fibra

a) Măsurători efectuate la fotodetector la primul capăt al fibrei

b) Măsurători făcute la fotodetector la primul capăt al fibrei

Fig.4.1.Graficul tensiunilor în funcție de finețea șlefuirii.

4.3.2. Studiul pierderilor datorate deplasării fibrelor

a) deplasarea sus-jos a fibrei de recepție față de cea de emisie

(continuare)

b) deplasarea lateral stânga-dreapta a fibrei de recepție față de cea de emisie

(continuare)

Grafic, dependența tensiunii de deplasarea fibrelor, este de forma:

Fig.4.3. Dependența tensiunii de deplasarea fibrelor.

c) Deplasarea pe orizontală a celor două fibre

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

Fig.4.4. Dependența tensiunii de deplasarea pe orizontală

a fibrelor una de cealaltă.

Atunci când se studiază pierderile datorate deplasării capetelor a două fibre optice se constatată că poziția optimă a celor două fibre una față de cealaltă este cea pentru care U1 2.937 V, U2 2,921 V și U3 3.03 V.

4.3.3. Studiul pierderilor datorate deplasării LED-fibră

a) deplasarea pe orizontală a LED-ului față de fibra de emisie

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

Fig.4.5. Dependența tensiunii de deplasarea pe orizontală

LED-ului față de fibra de emisie.

b) deplasarea lateral stânga-dreapta a LED-ului față de fibra de emisie

(continuare)

(continuare)

(continuare)

c) deplasarea lateral sus-jos a LED-ului față de fibra de emisie

(continuare)

(continuare)

Fig.4.6. Dependența tensiunii de deplasarea LED-ului față de fibra de emisie.

Se constatată că poziția optimă de aranjare este cea pentru care U4 5.21 V,

U5 7.48 V și U6 6.41 V.

4.3.3. Studiul pierderilor datorate deplasării fotodiodei față de fibra de recepție

a) deplasarea pe orizontală fotodiodă – fibră de recepție

(continuare)

(continuare)

(continuare)

Fig.4.7. Dependența tensiunii de deplasarea fotodiodei față de fibra de recepție.

b) deplasarea lateral sus-jos fotodiodă-fibră optică de recepție.

(continuare)

(continuare)

(continuare)

(continuare)

Fig 4.8.Dependența tensiunii de deplasarea lateral sus-jos a fotodiodei față de fibra de recepție.

4.3. IDENTIFICAREA UNOR MODELE MATEMATICE PE BAZA DETERMINĂRILOR EXPERIMENTALE

Modelul matematic

Compensarea tehnică

Compensarea tehnică propusă implică existența a două fibre de recepție, plasate astfel încât să genereze două semnale optice. Structura unui astfel de senzor utilizat în tehnică este ilustrată în figura 4.9.

Fig.4.9. Pricipiul compensării tehnice.

Fiecare element al senzorului este substituit de funcția lui de transfer, după cum urmează: F1, F21, F22 funcțiile de transfer ale fibrelor de emisie și de recepție, S funcția de transfer a sursei de lumină, M1 și M2 funcțiile de transfer ale regiunii active ale senzorului ce se referă la măsurandul d și D1, D2 funcțiile de transfer ale detectorilor.

Funcția de transfer a senzorului este:

. [4.1.]

Dacă fibrele de recepție și detectorii au funcții identice

F21F22,

D1D2,

ieșirea este dată numai de măsurand

. [4.2.]

Funcția ce descrie transmisia luminii de-a lungul fibrei poate fi scrisă

, [4.3.]

unde Li este pierderea intrinsecă ce depinde de lungimea de undă a luminii și lungimea fibrei l; Ls este pierderea suplimentară ce depinde de condiții externe legate de temperatură și stresul mecanic; Lb este pierderea prin inclinare ce depinde de îndoirea razei l și de unghiul de îndoire și de ultima limită dată de pierderile de microîndoire.

Funcția ce descrie operațiile detectorului D, depind de tipul convertorului opto-electronic și de următoarele părți electronice. ÎN timp ce fotodioda este utilizată după funcția dată de expresia

Ds()A ,

unde s() este responsivitatea spectrală a fotodiodei și A este amplificarea părții electronice. Este cunoscut că caracteristicile spectrale ale fotodiodei pin nu este suficientă pentru a o controla. Deaceea este posibilă ajustarea funcțiilor detectorilor care trebuiesc să fie egale cu lungimea de undă specifică 1

s1(1)A1s2(2)A2 ,

doar aceasta dă încrederea că pentru diferite lungimi de undă egalitatea trebuie menținută. Acest aspect influențează compensarea performanțelor când surse de bandă îngustă ca LED sunt utilizate.

Compensarea senzorului de deplasare

Modularea în amplitudine a senzorului cu fibre optice pentru deplasări inguste a fost dezvoltată și testată cu o metodă de compensare.

Structura senzorului (fig.4.10) include o sursă de lumină de amplitudine constantă cu led, S, fibra de intrare F1, două fibre identice de recepție F21 și F22, doi detectori identici cu fotodiode pin D1 și D2 și o unitate analogică de procesare R care îndeplinesc rolul de detectori electrici ai semnalului de ieșire și poate da la ieșire un semnal maxim de 10V.

Fig.4.10. Structura senzorului de deplasare.

Senzorul, similar ca alți senzori, are o nouă configurație de sensibilitate, unde două semnale optice, diferit modulate de măsurand, sunt generate.

Fibrele de recepție sunt plasate în același plan cu fibra de intrare, însă la distanță diferită de acesta. Cantitatea de lumină colectată de oricare din cele două fibre de recepție I21 și I22este funcție de distanța dintre fibre și ecran d, care este măsurată, ți distanța dintre fibrele de intrare și de ieșire

I21I1RsF(d,a),

I22I1RsF(d,a+2r),

Unde I1 este intensitatea apărută din fibra de intrare și Rs ecranul reflectorizant. Expresia matematică a parametrului F pentru diametre largi în miezul fibrei este

,

unde A este aria suprafaței fibrei acoperită de lumina reflectată de ecran și are expresia

În ecuațiile (8) și (9) diferiții termeni au valorile:

T arcsin (NA);

R r+2dT;

m a+2r;

d – distanța dintre capetele celor două fibre și ecranul de reflexie;

r – raza miezului fibrei, considerată a fi acceași pentru cele două fibre;

NA – apertura numerică a fibrei, considerată a fi acceași pentru cele două fibre;

a – distanța dintre capetele fibrei de emisie și fibrele de recepție.

Variația parametrului F(d,a) pentru capătul sensibil al fibrelor din plastic cu raza miezului de 0.5 mm și NA 0.47, este ilustrată în fig. 4…

Semnalul de ieșire normalizat R0

Secțiunea electronică include sursa opto-electronică, detectorul și unitatea de procesare. Sursa optică are în alcătuirea ei un LED ultrabright roșu (3000 mcd) alimentat de o sursă de curent constant. LED-ul roșu a fost bine ales deoarece regiunea spectrală a fibrei din plastic are în spectrul de transmisie o absorbție redusă și fotodetectorul din siliciu folosit are o bună responsivitate.

Detectorul și unitatea de procesare includ două blocuri de detecție identice ți un bloc de scalare. Un bloc de detecție convertește puterea optică ce vine de la fibra de recepție în tensiune electrică. Fotodioda pin BPX 65 operează în mod fotovoltaic și este conectată la intrarea BIFET-ului, amplificată și convertită din curent în tensiune. Pentru a garanta condiții de operare identice pentru cei doi detectori, folosim un circuit TL 072 cu două amplificatoare incluse în același cip.

Fig.4.11. Reprezentarea grafică a expresiei matematice a parametrului F.

B. Determinat experimental

lateral

(continuare)

b) central

(continuare)

Fig.4.12. Reprezentarea grafică a expresiei determinată experimental.

Observație

Comparând graficele rezultate ca urmare a celor două modele, matematic și experimental, se observă că au aceeași formă a caracteristicii dar la scale diferite.

=== TIPLE2 ===

TEMA PROIECTULUI

STUDIU PRIVIND EVALUAREA PIERDERILOR ÎN SISTEMUL DE MĂSURARE CU FIBRE OPTICE

CONȚINUTUL PROIECTULUI:

1. NOȚIUNI GENERALE PRIVIND FIBRELE OPTICE

1.1.EVOLUȚIA SISTEMELOR CU FIBRE OPTICE

1.2. APLICAȚII ALE SISTEMELOR CU FIBRE OPTICE

1.3. FIBRE OPTICE

2. SISTEME DE MĂSURARE CU FIBRE OPTICE

2.1. STRUCTURA SISTEMELOR CU FIBRE OPTICE

2.2. FIBRE OPTICE

2.3. CONECTORI PENTRU FIBRE OPTICE ȘI MATISĂRI

2.4. SURSA OPTICĂ

2.5 FOTODETECTORI

3.PIERDERI ÎN FIBRE OPTICE

3.1.ATENUAREA RADIAȚIEI ÎN FIBRELE OPTICE

3.2. ATENUAREA TOTALĂ

4. EVALUAREA PIERDERILOR ÎN SISTEMELE DE MĂSURARE CU FIBRE OPTICE

SISTEMUL EXPERIMENTAL. SCHEME UTILIZATE

TEHNICI DE EVALUARE

DETERMINĂRI EXPERIMENTALE

IDENTIFICAREA UNOR MODELE MATEMATICE PE BAZA DETERMINĂRILOR EXPERIMENTALE

5. CONCLUZII

5.1. REZUMAT

5.2. OBSERVAȚII ȘI CONCLUZII

Fig.2.1. Sistem cu fibre optice.

2.1.1. Secțiunea electronică

Secțiunea electronică de emisie este compusă din:

1 – sursă optică;

Blocul electronic de comandă (BEC) are rol de modulare a semnalului optic emis de sursă.

Secțiunea electronică de recepție este compusă din:

2 – fotodetector;

Blocul electronic de recepție (BER) are rol de a converti semnalul furnizat de fotodetectori (în general curent) într-o tensiune, respectiv de a amplifica și prelucra această tensiune.

2.1.2. Secțiunea optică

3,3’ – filtre optice;

4,4’ – lentile pentru focalizarea fascicolului, au rolul de a crește randamentul optic al transmisiei;

5,5’,5 – conectori ( 5, 5 – conectori pentru cuplajul fibre-detector și dispozitive optice auxiliare; 5’ – iterconectare fibre);

6, 6’ – fibre optice.

Pierderile în fibre se clasifică în trei categorii, în funcție de mecanismele de producere:

– pierderi prin absorbție materială;

– pierderi prin difuzie;

– pierderi datorate efectelor geometrice.

Absorbția este descrisă de legea lui Lambert:

[3.1]

unde: este fluxul la distanța z în substanță;

0- fluxul incident (fluxul la z=0);

k() – coeficientul de absorbție al substanței la lungimea de undă .

k() reprezintă atenuarea relativă a fluxului de radiație pe unitatea de lungime de strat absorbant [m-1].

Conversia modurilor și pierderile prin radiație la curbarea fibrei.

Graficul tensiunilor în funcție de finețea șlefuirii.

Dependența tensiunii de deplasarea fibrelor.

Dependența tensiunii de deplasarea pe orizontală

a fibrelor una de cealaltă.

Dependența tensiunii de deplasarea pe orizontală

LED-ului față de fibra de emisie.

Dependența tensiunii de deplasarea LED-ului față de fibra de emisie.

Dependența tensiunii de deplasarea fotodiodei față de fibra de recepție.

Dependența tensiunii de deplasarea lateral sus-jos a fotodiodei față de fibra de recepție.

Structura senzorului de deplasare.

I21I1RsF(d,a),

I22I1RsF(d,a+2r)

,

Reprezentarea grafică a expresiei matematice a parametrului F.

Reprezentarea grafică a expresiei determinată experimental.