Волоконно-оптические преобразователи (ВОП).

Волоконно-оптические преобразователи достаточно широко внедряются на зарубежных железных дорогах в последнее десятилетие.

1 — передающий полукомплект видеоматричным переключателем и устройством ввода текста; t*— передающий полукомплект с функцией выделения каналов;

2 — приемный полукомплект

Рисунок 73 - Основные компоненты системы видеонаблюдения

На их основе создаются различные типы датчиков контроля и регистрации физических воздействий (давления, температуры, механических напряжений, электрического и магнитного полей и др.), а также системы датчиков контроля и регистрации многих, одновременно действующих, однородных и неоднородных величин. Такими датчиками оборудуется подвижной состав (электровозы, высокоскоростные поезда), горки, терминальные площадки, тоннели, мосты, приборы неразрушающего контроля и др. Область их применения на транспорте постоянно расширяется. Это связано с рядом преимуществ, присущих ВОП, и общей концепцией интеграции различных средств волоконно-оптической связи на основе ВОЛС и ЛВОС.

Очевидным преимуществом ВОП по сравнению с другими типами преобразователей является отсутствие электрического потенциала, что устраняет проблемы электромагнитной совместимости и безопасности. Оптическое волокно является чувствительным элементом ВОП и представляет собой низкоинерционный датчик, различные физические воздействия на который вызывают изменения параметров оптической волны: интенсивности, фазы, поляризации, длины волны и спектрального уплотнения.

Высокая разрешающая способность ВОП, относительная простота, низкая стоимость и универсальность способствуют их внедрению на железнодорожном транспорте, особенно при создании цифровых волоконно-оптических сетей связи.

С помощью нескольких интерфейсов ВОП могут взаимодействовать с цифровыми системами передачи информации и обеспечивают простоту мультиплексирования, демультиплексирования оптических сигналов. Это позволяет осуществлять централизованный сбор информации о состоянии объектов, создавать интегральные системы видеонаблюдения, контроля и регистрации параметров удаленных объектов, устройств и систем, работающих по волокнам ЛВОС и ВОЛС.

Различают два типа ВОП: с внешней и внутренней модуляцией параметров светового потока.

Принцип действия первых основан на том, что в оптическое волокно введена нерегулярность в виде разрыва, в результате чего световой поток, покидающий ОВ, модулируется в пространстве вне его, а затем собирается и отводится этим же или другим ОВ. Изменения параметров самого ОВ не происходит.

ВОП второго типа основаны на том, что измеряемая величина через физическое воздействие на ОВ приводит к изменению его оптических параметров. Этот тип ВОП наиболее часто используется в зарубежных железнодорожных системах и устройствах. В них применяются как одномодовые (с реализацией задержки фазы излучений и фазовых эффектов), так и многомодовые ОВ с реализацией изменения интенсивности потока излучения. По этому признаку ВОП делятся на преобразователи с модуляцией фазы и с модуляцией интенсивности. Оба типа ВОП обладают высокой чувствительностью и достаточно широким диапазоном измеряемых воздействий.

Среди них выделяются преобразователи на микроизгибах, имеющие простую конструкцию, высокую чувствительность и низкую стоимость. Этот тип преобразователей широко используется на железных дорогах Японии, Германии, Франции. Структурная схема такого преобразователя показана на рисунок 74. Чувствительным оптическим элементом в нем является отрезок ОВ, зажатый между двумя профилированными пластинами. Внешнее физическое воздействие (давление, температура, ускорение, магнитное и электрическое поле) преобразуется в силу, которая прижимает верхнюю пластину к нижней и деформирует ОВ. В результате входное излучение от лазерного диода (ЛД) частично вытекает через микроизгибы. Для повышения чувствительности в ВОП используются селекторы мод. Применение оптических волокон, кабелей и ВОП в системах и устройствах железнодорожного транспорта будет возрастать в связи с их высокой надежностью, техническими возможностями и постоянно снижающейся стоимостью изготовления. В первую очередь это относится к ВОК, стоимость которых сегодня сопоставима, а для отечественных кабелей, ниже стоимости симметричных кабелей связи.

1— оптическое волокно; 2 — селектор мод; ЛД — лазерный диод; ФД — фотодиод

Рисунок74 - Преобразователь на микроизгибах оптического волокна с одной подвижной пластиной