Система мониторинга для контроля натяжения воздушной ВОЛС

1. Казанский национальный исследовательский технический университет имени А. Н. Туполева – КАИ

Презентация
к выпускной квалификационной работе магистерской диссертации
по направлению «Инфокоммуникационные технологии
и системы связи»
«Система мониторинга для контроля натяжения
воздушной ВОЛС »
Обучающийся:
Руководитель ВКР:
Казань 2022

2.

Цель работы: Разработка системы мониторинга для контроля
натяжения ВОЛС на подвешенных кабелях связи.
Актуальность: С развитием сенсорных волоконно-оптических
технологий волоконно-оптические датчики (ВОД) становятся
одним из перспективных инструментов, применяемых для
измерительных систем. ВОД имеют существенные
преимущества по высокой чувствительности, простоте
структуры, компактности, возможности контроля широкого
спектра параметров, высокой помехоустойчивости к
электромагнитным помехам, а также устойчивости к коррозии.
2

3.

Задачи ВКР:
1. Проанализировать существующие методы контроля параметров волоконно-
оптических линий связи подверженных механическим натяжениям.
2. Смоделировать работу датчика на основе волоконно-оптической брэгговской
решетки при натяжении в конструкции кабеля.
3. Разработать систему мониторинга датчиков ВБР на базе систем интеррогации.
3

4. Волоконно-оптическая брэгговская решетка

1-волокно
2-оболочка
3- внешняя оболочка
4- решетка

5. Рассмотрим модуляцию датчика на основе ВБР в прогамме OptiSystem.

• Стандартное одномодовое
оптическое волокно фирмы
CorningSMF-28
• λ =1550нм, neff =1,4682
В
• L решетки = 10 мм;
• Ширина сердцевины = 2
мкм;
• Ширина оплетки = 8 мкм;
λ В 2neff ,
•n = 1,4552592
Изменение показателя преломления
•Период решетки = 0,532551177мкм;

6. Амплитуда электрического поля (профиль интенсивности) для направляемых мод оптического волокна.

3D модель электрического поля

7. При изменении индекса LP моды, и уменьшении длины волны, можем увидеть появление мод более высокого порядка

3D модель электрического поля

8. Спектральные характеристики ВБР

ширина полосы не превышает необходимые 1.4 нм по уровню -20 дБ и равна 0,4 нм.

9. Воздействие продольного растяжения

Фотоупругий эффкт в ВБР
λ В λ В 0 1 pB ε,
pb
n2
p12 ν p11 p12 ,
2
где pe – эффективная упругооптическая постоянная,
определяется как:
где p11 и p12 – компоненты упругооптического тензора
и равны 0,121 и 0,27 соответственно, n – ПП сердцевины.
тензор упругости:
νε 0 0
ε ij 0 νε 0 ,
0
0 ε
10

10. При задании линейного изменения растяжения от 0 до 1000 нм, получаем следующие результаты:

11. Зависимость смещения длины волны оптического датчика от деформации

12. Принцип функционирования рассматриваемой системы мониторинга провисания воздушных оптических линий

4

13. ОКЛЖ-ВС

вынесенный силовой элемент, стальной канат;
водоблокирующие материалы, заполняющие
пустоты скрутки по всей длине;
оптические волокна свободно уложены в
полимерных трубках;
(оптические модули), заполненных
тиксотропным гелем по всей длине;
центральный силовой элемент (ЦСЭ),
диэлектрический стеклопластиковый пруток,
вокруг которого скручены оптические модули;
поясная изоляция в виде лавсановой ленты,
наложенная поверх скрутки;
наружная оболочка выполнена из композиции
полиэтилена;
встроенный ВОД ВБР.
Конструкции кабеля ОКЛЖ-ВС

14. Общий принцип устройства и подключения оптического интеррогатора и последовательно расположенных датчиков ВБР

ВБР1
Широкополосный
источник
излучения
ВБР2
ВБРN
λ1λ2 ...λN
d
Оптический
интеррогатор
Оптический спектр
анализатор
Рассматривая предельно допустимые значения
длины пролета воздушной линии связи до 200 м,
можно рассчитать количество необходимых
датчиков на всю линию связи.
n 50000 200 250 датчиков.
Внешний вид интеррогатора MicronOpticsSi 255
5

15. Пример подключения измерительной системы интеррогации

Структурная схема взаимодействия системы интеррогации и системы хранения данных

16. Вывод

Таким образом , в рассматриваемом оптическом диапазоне (1530-1625 нм)
выбранный интеррогатор будет обеспечивать считывание данных со всех
250 датчиков, установленных в оптической линии.
Спектральная полоса одного оптического датчика ВБР будет составлять
0,38 нм (95 нм 250 датчиков).
Спектральная ширина полосы интеррогатора =160нм, что позволяет на
одном оптическом канале расположить все необходимые датчики
деформации на основе ВБР.

17.

Благодарю за внимание!