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

Радиофотонные сенсорные системы представляют собой широкий класс систем преобразования измерительной информации, в которых используются унифицированные на сегодняшний день оптические аналоговые звенья параллельного и последовательного типа с фильтрацией, позволяющие функционально отобразить информацию, полученную в оптическом диапазоне, в радиочастотном. Одним из основных, наиболее широко применяемых элементов в РФСС, решающим задачи формирования, фильтрации и измерительного преобразования оптического излучения, в том числе для стадии дальнейшей генерации радиочастотных несущих, является волоконная брэгговская решетка. Совокупный анализ позволил предложить для построения РФСС новый класс сенсоров – адресных волоконных брэгговских структур (АВБС), построенных на основе ВБР с двумя симметричными дискретными фазовыми сдвигами или двух идентичных ВБР, потенциально обладающих улучшенными метрологическими и технико-экономическими характеристиками, а также, расширенными функциональными возможностями по сравнению с существующими, широко использующимися резонансными сенсорами, на основе эффектов Брэгга и Фабри-Перо в волоконной оптике. АВБС по своему назначению должны стать многофункциональными элементом РФСС, выполняющими роль сенсоров, формирователей двухчастотного оптического излучения, основой для генерации в каждой из них уникальной разностной радиочастоты, несущей измерительную информацию, которая, кроме того, является адресом для их мультиплексирования. Это позволило предложить новый, отдельный класс РФСС, который был назван «Радиофотонные сенсорные системы на адресных волоконных брэгговских структурах», иерархический классификатор задач создания которых и явился основным предметом данной статьи.

Ключевые слова: радиофотонная сенсорная система, адресная волоконная брэгговская структура, комплексированный волоконно-оптический датчик, интеррогация, мультиплексирование, иерархический классификатор задач построения, системный подход

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

Обладающие многочисленными преимуществами волоконные брэгговские решетки (ВБР) привлекли значительный интерес разработчиков различных оптических систем, включая системы связи со спектральным и кодовым уплотнением, а также волоконно-оптические и радиофотонные сенсорные системы. Сложность и высокая стоимость мультиплексирования и интеррогации комплексированных волоконно-оптических датчиков (КВОД) до сих пор является основным ограничением для широкого внедрения сенсорных систем как распределенного и квази-распределенного, так и точечного типа. В данной статье предложен новый метод мультиплексирования, который использует преимущества как широкополосных волоконно-оптических, так и двухчастотных или полигармонических радиофотонных сенсорных систем. От первых взят простейший широкополосный излучатель, но не используется сложная и дорогая система спектрометрии для определения центральной длины волны ВБР. От вторых взята система регистрации на частоте биений между двумя составляющими, но не используется дорогая система генерации двух- или полигармонических систем зондирования. Параметр мультиплексирования определяется частотой разноса между двумя идентичными сверх узкополосными ВБР, которая отличается на определенную величину у каждого из КВОД и, собственно, формирует его адрес. При этом структуры на основе ВБР остаются чувствительным элементом систем. Таким образом, формируется новый класс чувствительных элементов – адресные волоконные брэгговские структуры (АВБС).

Ключевые слова: радиофотонная сенсорная система, адресная волоконная брэгговская структура, комплексированный волоконно-оптический датчик, интеррогация, мультиплексирование, две идентичные сверх узкополосные волоконные брэгговские решетки, разнос частот, адрес

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

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

Представлен вариант решения задачи характеризации резонансного контура Фано в оптических биосенсорах рефрактометрического типа на основе кольцевых волоконных брэгговских решеток с пи-сдвигом. Для решения данной задачи в первой части статьи предложен радиофотонный способ трехчастотного зондирования сверхузкополосного и несимметричного контура Фано симметричным амплитудно-модулированным излучением с разбалансированными по амплитуде боковыми составляющими. Для характеризации центральной длины волны введен функционал, аналогичный коэффициенту модуляции огибающей биений между составляющими зондирующего излучения. Обоснованы требования к выбору частот боковых составляющих, при которых сохраняется однозначность функционала и достигается максимальная чувствительность в диапазоне измерений, определяемом шириной полосы пропускания контура Фано на полувысоте. Показана возможность расширения диапазона боковых частот и увеличения чувствительности из-мерений при использовании двухчастотного зондирования с уменьшенной в два раза частотой и разбалансированными по амплитуде боковыми составляющими при подавленной несущей. Приведен пример сравнения с ранее применявшимся нами для решения подобных задач радиофотонным способом двухчастотного симметричного зондирования с равными амплитудами боковых составляющих и подавленной несущей. По результатам характеризации контура Фано при фиксированном зондировании возможно однозначное определение центральной частоты, максимальной амплитуды и его добротности. 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, радиофотонные методы измерений, разбалансированное по амплитуде трехчастотное симметричное зондиров

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 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