The 12 reference contexts in paper A. Titov A., M. Kostromin A., V. Garipov K., А. Титов А., В. Гарипов К., М. Костромин А. (2016) “Волоконно-оптическая система мониторинга счетчиков частиц // Fiber-Optic Monitoring System of Particle Counters” / spz:neicon:technomag:y:2016:i:2:p:123-134

  1. Start
    2497
    Prefix
    преобразователь, компьютер Введение В настоящее время в связи с потеплением климата усиливается процесс опустынивания территорий, на который оказывает влияние ветровая эрозия почв и явление сальтации, при которой под действием ветра происходит поднятие частиц песка и почвы. Для исследования этого явления используются оптические счетчики частиц, определяющие их размеры и концентрацию
    Exact
    [1]
    Suffix
    . Однако, поскольку на сальтацию оказывает влияние рельеф местности, направление ветров, структура почвы, необходимо на исследуемой территории располагать несколько счетчиков, информацию с которых можно собирать в едином центре управления.
    (check this in PDF content)

  2. Start
    3581
    Prefix
    Поэтому нами разработан счетчик с учетом указанного требования. Использование оптических волокон для мониторинга позволит обеспечить широкую полосу пропускания, высокую помехозащищенность, малый вес и объем системы, сравнительно низкую стоимость
    Exact
    [2, 6-11]
    Suffix
    . Постановка задачи и ее решение Для создания волоконно-оптической системы мониторинга необходимо обеспечить с помощью оптических волокон подвод излучения ко всем счетчикам от одного лазера и подачи оптического сигнала от счетчиков на фотоприемники, расположенные в центре управления.
    (check this in PDF content)

  3. Start
    6829
    Prefix
    Оптическое волокно 13 расположено в переднем фокусе линзы 8,поэтому линза 9 будет освещаться параллельным пучком и фокусировать его в измерительный объем Диаметр пучка излучения в фокусе можно определить исходя из теории дифракции
    Exact
    [3]
    Suffix
    : ' 1,229 из f d d  , (1) Здесь d - диаметр пучка, падающего на линзу 9; - длина волны лазера; ' f9- фокусное расстояние линзы 9. Расходимость излучения на выходе оптического волокна13 определяется его числовой апертурой [3].
    (check this in PDF content)

  4. Start
    7040
    Prefix
    9 будет освещаться параллельным пучком и фокусировать его в измерительный объем Диаметр пучка излучения в фокусе можно определить исходя из теории дифракции [3]: ' 1,229 из f d d  , (1) Здесь d - диаметр пучка, падающего на линзу 9; - длина волны лазера; ' f9- фокусное расстояние линзы 9. Расходимость излучения на выходе оптического волокна13 определяется его числовой апертурой
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Тогда диаметр пучка излучения на линзе 8 можно найти по выражению: 82 sinAdf, (2) Здесь 2212sinAnn- числовая апертура оптического волокна 13; n1 - показатель преломления сердцевины оптического волокна; n2 - показатель преломления оболочки оптического волокна; 8f - фокусное расстояние линзы 8.
    (check this in PDF content)

  5. Start
    7991
    Prefix
    Под крупными частицами понимают частицы, радиус которых превосходит длину волны излучения. Положим, что частица имеет сферическую форму. Тогда угол рассеяния света для первого максимума дифракции дается выражением
    Exact
    [3]
    Suffix
    : 1 1,62 sin dч  . (6) Здесь - длина волны света; dч - диаметр частицы. Из выражения (4) следует, что при изменении диаметра частицы угол рассеяния света будет меняться в широких пределах.
    (check this in PDF content)

  6. Start
    8627
    Prefix
    линзу 11, а после линзы 12 вошел в оптическое волокно 15 необходимо выполнить условия: 1min max 0,81 sinsin 2 п dч  ;12sinsinA. (7) Здесь dчmax - максимальный диаметр частицы; sinп- апертура волокна с учетом оболочки; 11sin, 12sin- апертуры линз 11 и 12. Определим теперь рассеянную на частице мощность излучения, поступающую на фотоприемник 4. Используя результаты работы
    Exact
    [4]
    Suffix
    ,можно получить следующее выражения для мощности на фотоприемнике: 22 11 42 sin ( ) , погl ooч из P ed P d     (8) Здесь Po - мощность излучения лазера; o- потери света в линзах счетчика частиц и в оптических волокнах, не связанных с длинной волокна (апертурные потери, френелевские потери, потери на границе сердечник-оболочка, потери в оптических разъемах); l - потери света
    (check this in PDF content)

  7. Start
    9762
    Prefix
    Кварцевые волокна обладают низкими потерями света и малой дисперсией, что позволяет использовать их для передачи информации с высокой скоростью и на большие расстояния. Однако потери в них сильно зависят от длины волны излучения. Так если в первом окне прозрачности
    Exact
    [2]
    Suffix
    (длина волн 0,6-0,8мкм) потери равны 2-3 дб/км, то в диапазоне длин волн 1550-1620 нм они составляют 0,2-0,3 дб/км. Диаметр сердцевины таких волокон составляет 5-60 мкм, а диаметр оболочки 125мкм.
    (check this in PDF content)

  8. Start
    10222
    Prefix
    Полимерные волокна обладают значительно меньшей стоимостью, но имеют высокие потери света (порядка 200дб/км) и диаметр волокна порядка 1мм. Учитывая высокие потери света в полимерных волокнах, выберем в качестве оптических волокон кварцевые волокна
    Exact
    [2]
    Suffix
    с апертурой 0,2. Поскольку существующие счетчики частиц используют лазерный диод с длиной волны излучения 650нм и мощностью излучения 50мВт, то потери света в оптическом волокне составят около3дб/км.
    (check this in PDF content)

  9. Start
    12552
    Prefix
    Учитывая, что данная система может быть использована для мониторинга счетчиков, расположенных на значительных расстояниях друг от друга, выберем длину волокон для самого удаленного счетчика порядка l=21,5км=3 км. Остальные параметры выберем согласно работе
    Exact
    [4]
    Suffix
    соответственно sin11=0.4, o=0,5. Апертуру линзы 12 выберем из условия (5) равной 0,2. Для первого максимума дифракции коэффициент дифракции равен 0,0175 [3]. Подставляя указанные выше параметры в (8) и (9), получим Iчmax=3600нА, Iчmin=560нА, что значительно превосходит темновой ток фотоприемника.
    (check this in PDF content)

  10. Start
    12708
    Prefix
    Остальные параметры выберем согласно работе [4] соответственно sin11=0.4, o=0,5. Апертуру линзы 12 выберем из условия (5) равной 0,2. Для первого максимума дифракции коэффициент дифракции равен 0,0175
    Exact
    [3]
    Suffix
    . Подставляя указанные выше параметры в (8) и (9), получим Iчmax=3600нА, Iчmin=560нА, что значительно превосходит темновой ток фотоприемника. Однако нужно учесть, что пучок излучения на выходе каждого счетчика будет промодулирован составляющей, обусловленной рассеянием света на частицах, что может сказаться на величине шума на выходе фотоприемника.
    (check this in PDF content)

  11. Start
    15066
    Prefix
    Такое отношение сигнал-шум говорит о том, влияние модуляционного шума незначительно. Оценим быстродействие системы. Скорость движения частиц через измерительный объем обычно находится в пределах (0,1-10) м/с
    Exact
    [4]
    Suffix
    . Тогда при выбранном диаметре сфокусированного пучка равным 10 мкм и максимальной скорости пролета частиц 10м/с длительность импульса составит T=10 -6 с и соответственно ширина его спектра будет равна f=1/T=1МГц.
    (check this in PDF content)

  12. Start
    15391
    Prefix
    Тогда при выбранном диаметре сфокусированного пучка равным 10 мкм и максимальной скорости пролета частиц 10м/с длительность импульса составит T=10 -6 с и соответственно ширина его спектра будет равна f=1/T=1МГц. Для выбранного многомодового волокна диаметром 60 мкм коэффициент широкополосности равен 200 МГцкм
    Exact
    [2]
    Suffix
    , что позволяет обеспечить длину линии связи не менее 200 МГцкм/1MГц=200км. Заключение В результате проведенной работы была разработаны схемы волоконно-оптической системы и счетчика частиц. Выбраны параметры оптических волокон, рассчитана оптическая схема счетчика частиц, определен диапазон измерения размеров частиц и допустимое максимальное расстояние между счетчиками.
    (check this in PDF content)