Блок синхронизации измерительной системы волоконно - оптического датчика

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

155

БЛОК СИНХРОНИЗАЦИИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ СИСТЕМЫ ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Файзуллин Ренат Илдусович, Малых Дмитрий Вячеславович, Галин Артем Викторович

Студ. 4-ого курса КНИТУ-КАИ, ИРЭТ, г. Казань

АННОТАЦИЯ

В данном докладе рассмотрен принцип работы оптоволоконной решётки Брегга и блока синхронизацией, выявлены основные особенности и недостатки.

ABSTRACT

This report describes the working principle of a _ fiber Bragg grating, the main _ features and drawbacks.

Ключевые слова: Волоконно-оптический датчик, датчик на основе оптоволоконной решётки Брегга, длина

волны.

Keywords: Fiber-optic sensor, a sensor based on fiber Bragg grating, wavelength.

В настоящее время использование волоконно-оптических датчиков (ВОД), в различных сферах деятельности человека чрезвычайно высоки. Рассмотрим описание работы блока синхронизации. Генератор тактовых импульсов (ГТИ) посылает прямоугольные импульсы с частотой со строго симметричными параметрами в счетчик с дешифратором, который в свою очередь начинает посылать

пачку из 20 позиционных сигналов в перестраиваемый зондирующий лазерный источник, так же дублирует данные сигналы и посылает их в TDMA DEMUX. После посылки двадцатого по счету позиционного сигнала, счетчик посылает сигнал сброса в OTDM мультиплексор. Все выходные сигналы со счетчика дублируются в виде двоичного кода в микроконтроллер.

Рис. 1 - Блок синхронизации измерительной системы ВОД

Электрические сигналы поступают на сумматор. В результате чего амплитуда эталонного сигнала подавляется частично амплитудой измерительного сигнала, смотрите рисунок 3. При отсутствии воздействия, амплитуда сигнала на выходе будет отсутствовать. В данном случае отраженный сигнал измерительного не сместился по частоте, соответственно она полностью подавляется амплитудой эталонного сигнала. Коэффициент подавления прямо пропорционально зависит от воздействия на измерительный датчик.

Электрический сигнал с определенной амплитудой и частотой поступает на TDMA демультиплексор. Мультиплексирование происходит так же с временным распределением. Данный мультиплексор работает в симплексном режиме. Электрический сигнал перед вводом в микроконтроллер, оцифровывается. Для измерения воз-

действий с относительно высокой точностью 1-2%, применяются 24 бита. Каждый из 20 каналов содержит аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Данное распределение элементов является экономически более выгодным подходом. Так же поддерживается гальваническая развязка между каналами. Оцифровка аналогово сигнала изображена на рисунке 4.

На выходе АЦП передается последовательность 24 битных отсчетов на каждый из 20 каналов, которые поступают на микроконтроллер. Микроконтроллер является важнейшей частью в данном интерфейсе, он выполняет операцию присвоения уникального номера каждому из отсчетов. Так как система датчиков представляет собой двумерную матрицу, необходимо провести алгоритм распознавания. Для этого в МК присваивается уникальный

156

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

номер каждого датчика. Чтобы распознать с какого дат- Y ) положение лазера, т.е. на каком участке волны

чика пришел сигнал, в блок синхронизации отправляет за- излучает лазер в данный момент.

прос двух координат, смотрите рисунок 5: X ) Номер принимающей линии OTDM мульти-

плексора.

Рис. 2 - Структурная схема блока сбора данных

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

157

Рис. 4 - Оцифровка

Зондирующего интерфейса ВОД Опрос датчиков по Х координате производится путем перестроения лазера по длине волны. Опрос датчиков по Y координате производится путем переключения канала OTDM мультиплексора. В микроконтроллер (МК) поступает два массива, один из которых описывает в цифровом виде амплитуду сигнала с датчиков ВРБ, а другой содержит информацию о шаге зондирования (какой интервал длины волны зондирует лазер в данный момент) и соответственно о шаге переключения канала OTDM мультиплексора. Для точности получения информации, шаг переключения канала МК рассчитывает при считывании последовательных сигналов с датчиков ВРБ. При получении двадцатого отсчета, МК регистрирует переключение канала OTDM MUX и соответственно получает сигнал переключения с блока синхронизации. Далее в МК происходит присвоение каждому отсчету (оцифрованному сигналу с датчика) уникального двоичного кода, содержащий информацию о шаге зондирования и в каком канале

OTDM MUX происходит процесс зондирования. Полученные закодированные отсчеты отправляются по сдвиговому регистру в следующий блок.

Обработанные данные через последовательный SPI интерфейс поступают на комуникационный модуль Ambus CC. В данном интерфейсе производится организация передачи данных по протоколу Profibus DP.

Данные с преобразователя интерфейса поступают на ПЛК S7-400, для последующего использования данных.

Список литературы

1. Засовин Э. А., Мировицкий Д.И. Волоконно-оптические преобразователи в системах передачи данных // Сб. "Итоги науки и техники". - М: ВИНИТИ, 1991. - Сер. "Связь". - Т. 8.

2. E. J. Jung //Characterisation of FBG sensor interrogating based on a FDML wavelength swept laser // Opt. Express 16(21)/ 16552-16560, 2008.

158

Евразийский Союз Ученых (ЕСУ) # 7 (16), 2015 | ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

A. Ezbiri, S.E. Kanellopoulos and V. A. Handerek //High resolution instrumentation system for fibre-Bragg grating aerospace sensors // Opt. Commun./ 150(1-6), 43-48, 1998.

3. G. Li // Fiber grating sensing interrogation based on an InGaAs photodiode linear array // Appl. Optics./ 46(3), 283-286, 2007.

4. T. Bodendofer //Comparison of different peak detection algorithms with regards to spectrometric fiber Bragg grating interrogation systems // in Proc. International Symposium on Optomechatronic Technologies, Istanbul, Turkey/ pp. 122-126, IEEE Computer Society, Piscataway, NJ, 2009.

ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА

Файзуллин Ренат Илдусович, Малых Дмитрий Вячеславович, Галин Артем Викторович

Студ. 4-ого курса КНИТУ-КАИ, ИРЭТ, г. Казань

АННОТАЦИЯ

В данном докладе рассмотрен принцип работы оптоволоконной решётки Брегга, выявлены основные особенности и недостатки.

ABSTRACT

This report describes the working principle of a _ fiber Bragg grating, the main _ features and drawbacks.

Ключевые слова: Волоконно-оптический датчик, датчик на основе оптоволоконной решётки Брегга, длина

волны.

Keywords: Fiber-optic sensor, a sensor based on fiber Bragg grating, wavelength.

В настоящее время использование волоконно-оптических датчиков (ВОД), в различных сферах деятельности человека чрезвычайно высоки. Рассмотрим основыные особенности и преспективы их использования: перестраиваемый источник зондирующего излучения перед установкой в преобразователь следует настраивать следующим образом, смотрите рисунок 1:

а) Ограничивается диапазон длин волн зондирования в 1510-1590 нм.

б) Закон перестройки выбирается ступенчатым, с шагом в 4нм.

Рис. 1 - Измерительная система ВОД

Позиционные сигналы с блока синхронизации поступают на перестраиваемый лазер, который в свою очередь начинает зондирование в соответствии с назначенным шагом и синхронизируется с позиционными

сигналами. Диапазон работы лазера условно разделенн на 20 интервалов, зондируются последовательно и пошагово с шириной интервала в 4нм. При окончании зондировании двадцатого интервала, процесс продолжается. Лазерный