4. Датчики й інтерферометри

Пристрій, що складається із джерела, лінії зв’язку, приймача, у якому лінія зв’язку піддана зовнішньому впливу і є чутливим елементом всієї системи, являє собою датчик зовнішніх впливів (рис. 6.30). Видно, що на вигнутій ділянці кут падіння променів

Рис. 6.30. Волоконний світловод і амплітудні датчики на його основі: а — побудова світловода: 1 — серцевина; 2 — оболонка;

З — полімерне покриття. Стрілками показано траєкторії поширення світлових променів у серцевині світловода; б — поширення променів у вигнутому світловоді; в — побудова датчика на мікровигинах світловода: 1 — світловод; 2 — шорсткуваті поверхні. Обтиснення світловода шорсткуватими поверхнями веде до появи мікровигинів і перерозподілу частини світлової потужності в оболонку волокна; г — датчик із бреггівською ґраткою: 1 — світловод; 2 — ґратка. Зовнішній вплив змінює період ґратки, що приводить до перенастроювання останньої на нову довжину хвилі

зменшується. Тому частина світлової потужності проникає в обо­лонку оптичного волокна.

На рис. 6.31 подано різні типи волоконних інтерферометрів — вимірювальних систем високої точності. Принцип їхньої дії засно­ваний на одержанні інтерференційної картини двох променів, що проходять різний оптичний шлях. Виникаюча різниця ходу визна­чає характер картини (наприклад посилення або ослаблення інтенсивності).

Рис. 6.31. Різновиди волоконних інтерферометрів: а — інтерферометр Маха — Цендера: 1 — лазер; 2 — світловод, що підводить випромінювання; З і 6 — У-відгалужувачі; 4 і 5 — опорний і сигналь­ний світловоди; 7 — приймальний світловод; 8 — фотоприймальний пристрій; б — інтерферометр Фабрі — Перо: 1 — лазер;

2 — світловод, що підводить випромінювання; 3 — напівпрозорі дзеркала; 4 — волоконний резонатор; 5 — приймальний світловод;

6 — фотоприймальний пристрій; в — багатомодовий інтерферометр:

1 — лазер; 2 — багатомодовий світловод; 3 — фотоприймальний пристрій; г — перетворення картини інтерференції двох мод нижчого порядку при зміні довжини світловода

Рис. 6.32 ілюструє способи передачі інформації від декількох датчиків по одному каналу оптичного зв’язку. У разі часового мультиплексування (рис. 6.32, а) у світловод уводять короткий зондувальний імпульс. На виході одержують гребінку з відбитих датчиками імпульсів. За часом затримки кожного з відбитих

Рис. 6.32. Способи мультиплексування волоконних датчиків: а — часове мультиплексування: 1 — джерело випромінювання;

2 — фотоприймач; 3 — світловод; 4 — датчики; б — частотне мультиплексування: 1 — джерело випромінювання; 2 — модулятор частоти випромінювання; 3 — фотоприймач; 4 — спектроаналізатор; 5 — світловод; 6 — датчики; в — спектральне мультиплексування з бреггівСькими ґратками: 1 — джерело випромінювання, що перебудовується по довжині хвилі; 2 — фотоприймач;

З — світловод; 4 — датчики на бреггівських ґратках

імпульсів судять про те, яке з вимірювальних пристроїв його сфор­мувало.

При частотному мультиплексуванні (рис, 6.32, б) частота дже­рела світла лінійно росте з часом. Доки світло поширюється до дат­чика й назад, частота джерела встигає збільшитися. При додаванні відбитого світла й випромінювання джерела формується сигнал биттів, причому частота биттів пропорційна віддаленню датчика по волокну.

Рис. 6.33. Схема розташування волоконних вимірювальних ліній (показані світло-сірим кольором) на чутливій поверхні (темно-сірого кольору) хіри організації вимірювальної мережі томографічного типу

Сутність спектрального мультишіексування із бреггівськими ґратками (рис. 6.32, в) полягає в тому, що використовувані ґратки мають різні періоди. Тому кожна з них настроєна на свою інди­відуальну довжину хвилі. Змі­нюючи частоту джерела, одер­жують відбитий сигнал окремо для кожного з датчиків.

Використовуючи мережу во­локонних датчиків, можна одер­жати вимірювальну мережу томографічного типу (рис. 6.33).

Принцип роботи мережі: якщо параметр, який реєструється, робить на поверхні «шкіри» сплеск (на рисунку показаний більш темним кольором), то сигнал усіх вимірювальних лі­ній, що перетинають область сплеску, зростає. На етапі від­новлення в точці перетинання таких ліній передбачається на­явність неоднорідності.