Оптико-электрический измерительный преобразователь.

Предназначены для преобразования оптического сигнала в электрический. OMT обладают высокой чувствительностью и могут быть использованы для работы с телекоммуникационным оборудованием В качестве световодов исследовались пустотелые трубки с полированной внутренней поверхностью, диэлектрические трубки, наполненные жидкостью, штанги из твердого, оптически прозрачного диэлектрического материала, гибкие волокна.
В волоконных световодах отдельные волокна представляют собой сердечники из оптически чистого стекла, покрытые тонким слоем стекла с коэффициентом преломления, несколько более низким, чем у сердечников. Эти волокна могут подвергаться воздействию масла, смолы и других загрязняющих веществ без нарушения способности передавать свет. Пучок оптических волокон обладает высокой гибкостью и позволяет передавать оптическую информацию по очень сложному пути, подобно электрическим проводам.
Работы в области исследования и создания оптикоэлектронных (ОЭ) измерительных устройств для РУ и ВЛ проводятся почти во всех промышленно развитых странах. Огромные успехи в этом направлении достигнуты в Японии.
Преимуществами световодной ОЭ-связи * являются: высокая степень уплотнения световодов, обеспечивающая огромный объем передаваемой информации, экономия цветных металлов, высокая помехозащищенность, устойчивость к внешним воздействиям и ряд других преимуществ, приводящих в конечном счете к высокой технико-экономической эффективности. Все это создает основания для принципиально качественных изменений в построении различных систем передачи информации и расширяет ее возможности.

Волоконно-оптическая связь, использующая в качестве носителя информации свет, представляющий собой электромагнитные колебания, обладает замечательными характеристиками передачи. Ее специфическими особенностями являются: малый диаметр и масса волоконных световодов, большой объем передаваемой информации, быстродействие; низкие потери передачи; надежность в статических режимах работы; высокая точность измерений в переходных режимах работы; помехозащищенность по отношению к шумам, наведенным внешними электромагнитными полями; возможность многих способов модуляции; отсутствие необходимости в заземлении; малый допустимый радиус изгиба; устойчивость к повреждениям; богатые природные ресурсы исходного материала.
Передаваемая информация на приемном конце демодулируется в оптическом детекторе.
Физическую основу ОЭ-методов измерения составляют процессы преобразования измеряемого (входного) электрического сигнала в световой и светового сигнала в выходной электрический сигнал [6].
Воздействие измеряемого параметра на свойства светового луча (модуляцию) можно осуществлять двояко: способом внутренней модуляции и способом внешней модуляции излучения (рис. 6-31).
При внутренней модуляции излучения измеряемый параметр (напряжение или ток) масштабируется с помощью согласующих устройств и воздействует на источник излучения. Модулированный световой поток преобразуется в фотоприемнике.

Рис. 6-31. Обобщенные структурные схемы ОЭ-устройств: а — с внутренней модуляцией светового потока 1 — первичный измерительный преобразователь; 2 — промежуточный измерительный преобразователь; 3 ~ автономный источник питания; 4 — источник излучения; 5 — передающий объектив; 6 — передающая среда; 7 — приемный объектив; 8 — фотоприемник; 9 — усилитель; 10 — измерительные приборы; 11 — преобразователь частота — аналог или код — аналог; 12 — выходной усилитель
б — с внешней амплитудной модуляцией светового потока 1 — источник излучения; 2 — оптическая система; 3 — оптический канал связи; 4 — возвратно-отражательная оптическая система; 5 -— модулятор (первичный преобразователь); 6 — поляризатор; 7 — элемент, управляемый измеряемым параметром (напряжение, ток); 8 — анализатор; 9 — оптический канал связи; 10 — приемная оптическая система; 11 — фотоприемник; 12 — усилитель; 13 — измерительные приборы или исполнительные устройства
В схеме на рис. 6-31, а измеряемый параметр (7Л) через первичный измерительный преобразователь (1) и промежуточный преобразователь (2), снабженный автономным источником питания (3), воздействует на источник излучения (4), вызывая соответствующие виду модуляции изменения потока излучения.
Промодулированный таким образом световой поток по оптическому каналу связи, состоящему из передающего объектива (5), передающей среды (6) и приемного объектива (7), подается на фотоприемник (8), выходной сигнал которого усиливается усилителем (9). С выхода усилителя сигнал может быть подан на измерительные приборы (10) или на исполнительные устройства (II, 12).
При внешней модуляции измеряемый параметр (напряжение, ток) воздействует на световой поток вне источника излучения (рис. 6-31, б). Здесь источник и приемник излучения располагаются на потенциале земли, а в зоне высокого потенциала располагается только первичный измерительный преобразователь, т. е. ячейка Керра, Поккельса при измерении напряжения или ячейка Фарадея при измерении тока, и необходимые элементы оптики.
По схеме рис. 6-31, б постоянный по интенсивности световой поток от источника излучения (/) формируется оптической системой в параллельный пучок лучей, который по оптическому каналу связи (3) передается на сторону высокого напряжения в возвратноотражательную оптическую систему (4). Отраженный пучок проходит через модулятор — первичный преобразователь (5), содержащий последовательно расположенные поляризатор (6), элемент, управляющий измерительным параметром (напряжением, током) (7), анализатор (8). I
Модулированный по интенсивности световой поток по оптическому каналу связи (9) поступает на землю, в приемную оптическую систему (10), и дальше в фотоприемник (11). Выходной сигнал фотоприемника, пропорциональный измеряемому параметру, усиливается усилителем (12) и подается к измерительным приборам или на исполнительные устройства (13).
Для передачи сигналов используются световые импульсы. Применяются разные виды модуляции, например аналоговая, при которой информация передается изменением амплитуды, ширины и положения импульсов, или цифровая с кодированием информации комбинацией группы импульсов (при частотной, частотно-импульсной и других видах модуляции).
Наиболее важные элементы оптической связи: источники света, модуляторы, волоконные световоды, детекторы света. В качестве источников света применяются светоизлучающие диоды (СИД) или лазерные диоды (ЛД). Наиболее высокой надежностью обладают светоизлучающие элементы на основе арсенида галлия. СИД и ЛД позволяют исключить модуляторы и использовать режим так называемой непосредственной модуляции интенсивности светового потока током накачки. Скорость передачи сигнала при непосредственной модуляции достигла 1 Гбит/с.
Для передачи измерительной информации применяются волоконные световоды — влагозащитные световоды жесткого или гибкого типа, а также гибкие невлагозащитные световоды с сухим волокном. Одномодовые волоконные световоды — это наиболее перспективные каналы широкополосной передачи информации.
Оптическое волокно сохраняет плоскость поляризации при двойном лучепреломлении. Двойное лучепреломление — это такое свойство материала, которое обусловлено зависимостью скорости света от поляризации. Когда плоскополяризованный пучок распространяется по двухлучепреломляющему волокну, он приобретает эллиптическую поляризацию и перемещается вдоль волокон по спиральной траектории, снижая чувствительность детектора к вращению.