Стабилизация выходной оптической мощности суперлюминесцентного волоконного источника

Таким образом, для DTS 1 показатель RMSE в результате калибровки улучшился более чем в 2 раза, а для DTS 2 - более чем в 10 раз, тогда как ошибка дупликации в последнем случае практически не изменилась. Можно предположить, что показатель (2) играет существенно меньшую роль в интегральной эффективности процедуры калибровки, чем показатель (1). Выводы:

1. Разработанная методика калибровки в полевых условиях позволяет повысить ее эффективность и точность получения данных по локализации температуры.

2. Достоверность температур, определяемых с помощью процедуры калибровки, зависит не только от специфики конфигурации калибровочного стенда, но и от характеристик самого прибора DTS.

Список использованной литературы:

1. Волоконно-оптические датчики: вводный курс для инженеров и научных работников. Под ред. Э. Удда. М.: Техносфера, 2008. 520 с.

2. Д. Браун. Волоконно-оптическое распределенное измерение темпера-туры в скважине // Нефтегазовое обозрение, 2011, т. 20, № 4. С. 42-49.

3. Буймистрюк Г.Я. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control Engineering (Russian Edition), 2013, № 3(45). С. 34-40.

4. Беспрозванных В.Г., Репин К.А. Повышение эффективности конструкции распределенных рамановских датчиков для мониторинга состояния технических систем // Мир науки и инноваций, 2015, вып. 1(1), т. 5. С. 29-33.

5. Кузнецова Е.Ю., Алексеенко З.Н. Моделирование распределенного оптоволоконного датчика в Labview с целью повышения пространственного и температурного разрешения // Автоматика и программная инженерия, 2016, №1(15). С.24-28.

© Беспрозванных В.Г., Лекомцева Д.Д., Петухов А.С., 2018

УДК 681.7.068

В.Г. Беспрозванных, к.ф.-м.н., доцент ПНИПУ В.Д. Ширинкин, студент 4 курса ПНИПУ Факультет прикладной математики и механики Пермский национальный исследовательский политехнический университет

г. Пермь, Российская Федерация

СТАБИЛИЗАЦИЯ ВЫХОДНОЙ ОПТИЧЕСКОЙ МОЩНОСТИ СУПЕРЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО ВОЛОКОННОГО ИСТОЧНИКА

Аннотация

Работа посвящена разработке модифицированного алгоритма стабилизации выходной оптической мощности суперлюминесцентного волоконного источника (СВИ) на основе регулировки тока накачки лазерного диода. Исследована зависимость выходной оптической мощности от температуры окружающей среды. Разработан инструмент с обратной связью и соответствующее программное обеспечение для автоматизированной стабилизации СВИ при работе в требуемом диапазоне температур.

Ключевые слова

Суперлюминесцентный волоконный источник, усилитель спонтанной эмиссии, стабилизация выходной оптической мощности, регулировка тока накачки лазерного диода.

В настоящее время во многих областях науки и техники: в телекоммуникациях, рефлектометрии,

навигации, медицинских и биологических приложениях широкое применение находят суперлюминесцентные волоконные источники оптического излучения (СВИ), построенные, в частности, на основе активного оптического волокна, легированного ионами эрбия. Эрбиевые СВИ имеют схожую конструкцию с эрбиевыми волоконными усилителями, используемыми в волоконно-оптических линиях связи, поэтому часто строятся с применением их элементной базы [1].

Наряду со своими преимуществами, рассматриваемые волоконные источники имеют и ряд недостатков, к которым, в частности, можно отнести температурную нестабильность формы спектра излучения, выходной мощности, а также центральной длины волны [2, 3]. На рис. 1 [4] представлена типичная зависимость спектра излучения эрбиевого СВИ от температуры. Видно, что при изменении температуры происходит перераспределение оптической мощности между различными длинами волн, при этом наблюдается смещение центральной длины волны оптического излучения источника.

Рисунок 1 - Зависимость спектра излучения эрбиевого СВИ от температуры.

В качестве общей стратегии применяемых в настоящее время методов стабилизации параметров СВИ авторы публикации [4] называют пошаговое построение оптической схемы и экспериментальный подбор концентрации ионов эрбия в активном волокне, мощности накачки и длины активного волокна. Это указывает на необходимость получения дополнительных экспериментальных данных и детальной проработки конкретных стабилизационных процедур, что свидетельствует об актуальности настоящего исследования.

Предлагается использовать схему с обратной связью, компенсирующую нестабильность выходных параметров СВИ с помощью регулировки тока накачки лазерного диода, с разработкой программного обеспечения для реализации автоматизированной процедуры стабилизации в требуемом диапазоне температур.

Для проведения эксперимента было собрано рабочее место, схема которого продемонстрирована на рис. 2.

Рисунок 2 - Схема экспериментальной установки.

30 -

~ Л11 ~

Для моделирования изменения температуры окружающей среды используется термокамера TeRchy МНК-1. Питание подаётся с источника питания Gw Instek GPS-2303 на плату ПН-4 (+27 V, 1 A), которая в свою очередь, запитывает плату БУЦ (+5 V, 1 A), отвечающую за управление параметрами СВИ. Стратегия управления для данного алгоритма - стабилизация мощности регулировкой тока накачки. По цепи обратной связи плата БУЦ проверяет действительное значение тока накачки, и если оно отклоняется от заданного, то при помощи алгоритма вносятся соответствующие поправки.

В ходе работы были проведены два эксперимента - без регулятора и с ним. В обоих экспериментах была задана одинаковая циклограмма. Результаты эксперимента с заводскими настройками представлены на рис. 3. По левой оси ординат указана температура с внешнего термодатчика (LAMBDA), а по правой оси - выходная оптическая мощность (P(ASE)). Видно, что на отрицательном стационарном участке температуры значение P(ASE) значительно уходит вниз. Также небольшой спад выходной мощности имеет место и на положительном стационарном участке. Эти результаты свидетельствуют о нестабильности выходного сигнала СВИ.

I * / \ щ

\ _1ГГГП,

= ЕП-Н112§31 :-:"7,| *"7 max P(ASE) = 20,70 мВт min P(ASE) = 1S.6S мВт

Рисунок 3 - Экспериментальные данные до стабилизации

На рис. 4 представлены результаты эксперимента с использованием созданного программного инструмента. Начальное значение тока накачки составляло 250 мА, стабилизируемая мощность равнялась 20,5 мВт.

Рисунок 4 - Экспериментальные данные после стабилизации

Из результатов второго эксперимента видно, что программа в целом справляется со своей задачей, удерживая значение выходной оптической мощности в 20,5 мВт на протяжении всех термопереходов и стационарных температур. При этом величина

AP

в результате процедуры стабилизации уменьшилась со значения 2,02 мВт до значения 1,50 мВт, т.е. на 25,7%. В ходе регулировки величина тока накачки на отрицательном стационарном температурном участке повысилась значительней по сравнению с первым экспериментом.

Динамика изменения тока накачки лазерного диода в процессе обоих экспериментов представлена на рис. 5.

Рисунок 5 - Изменение тока накачки в ходе экспериментов

Таким образом, в работе представлено экспериментальное обоснование регулировки тока накачки лазерного диода как эффективного инструмента стабилизации выходной оптической мощности и корректировки спектра СВИ для заданного интервала температур, определяемого условиями эксплуатации изделия. Анализ полученных данных показывает, что разработанный алгоритм позволяет повысить стабилизацию выходной мощности примерно на 25%. Список использованной литературы:

1. Б. Салех, М. Тейх. Оптика и фотоника: принципы и применения. Учебное пособие, т. 1. Долгопрудный: Изд. дом «Интеллект», 2012. 760 с.

2. Шарков И.А., Рупасов А.В., Стригалев В.Е. и др. Влияние температурной нестабильности характеристик источника на показания волоконно-оптического гироскопа // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2013, т. 13, № 6. С. 31-35.

3. Беспрозванных В.Г., Кривошеев А.И., Кель О.Л. Исследование влияния температурного фактора на состояние контура волоконно-оптического гироскопа методом бриллюэновской рефлектометрии // Прикладная фотоника, 2015, т. 2, № 4. С. 329-341.

4. Алейник А.С., Кикилич Н.Е., Козлов В.Н. и др. Методы построения высокостабильных эрбиевых суперлюминесцентных волоконных источников оптического излучения // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, 2016, т. 16, № 4. С. 593-607.

© Беспрозванных В.Г., Ширинкин В.Д., 2018

УДК 622.276.5.013.364.2

М.В.Горшков

магистр УГАТУ, гр.Э-110М, г.Уфа, РФ GorshkovMaksim@yandex.ru Д.Ю. Пашали канд.техн.наук, доцент УГАТУ, г.Уфа, РФ dipashali@mail. ги

К ВОПРОСУ ПРИМЕНЕНИЯ ГАЗОТУРБИННЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙ НА НЕФТЯНЫХ МЕСТОРОЖДЕНИЯХ С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ЭЛЕКТРОСНАБЖЕНИЯ И ЭКОЛОГИЧНОСТИ

Аннотация

В статье рассмотрен способ увеличения надежности и экологичности нефтяных месторождений с