NOVÝ ZPŮSOB MĚŘENÍ POMOCÍ VLÁKNOVĚ OPTICKÝCH SENZORŮ S FREKVENČNÍ

Transkript

1 NOVÝ ZPŮSOB MĚŘENÍ POMOCÍ VLÁKNOVĚ OPTICKÝCH SENZORŮ S FREKVENČNÍ ZMĚNOU NA VÝSTUPU F. Hanáček, J. Látal, P. Kodelka VŠB-TU Ostrava Faklta elektrotechniky a informatiky, Katedra telekomnikační techniky 17. listopad 15, , Ostrava-Porba frantisek.hanacek@vsb.cz Článek se zabývá novým způsobem vyžití optických vláken jako senzorů. Vláknově optické senzory jso již poměrně rozšířené a při různých měření jso nezastpitelné. Nová metoda měření se zabývá vyžitím optických vláken jako senzorických prvků v zapojení v elektronickém obvod. Snažíme se zde nastínit další možný způsob vyžití intenzitních vláknově optických senzorů. 1. TELEKOMUNIKAČNÍ VLÁKNA V telekomnikačních aplikacích se v sočastné době nejčastěji požívají křemenná optická jednomódová vlákna s pracovními vlnovými délkami λ = 1310 nm a 1550 nm pro přenos na páteřní komnikační síti. Pro požití v lokálních počítačových sítích se často vyžívají gradientní optická vlákna a plastová optická vlákna na pracovních vlnových délkách λ = 850 nm a λ = 650 nm [15].V metropolitních sítích se požívají skleněná mnohomódová nebo jednomódová vlákna. Pro WDM systémy se vyžívá výhradně skleněných jednomódových vláken s pracovní vlnovo délko λ = 1550 nm [2]. Optický signál se v jádře optického vlákna šíří pomocí módů. Každý mód šířící se podél osy optického vlákna má rčito hodnot konstanty šíření a grpové rychlosti, zachovává si své příčné rozložení a polarizaci. Každý mód je dán sperpozicí TEM rovinných vln šířících se prostřednictvím mnohonásobných odrazů pod jistým úhlem optickým vláknem. Je-li poloměr jádra dostatečně malý, může se jím šířit poze jediný mód, hovoříme o jednomódovém vlákně. Vlákna s větším průměrem jso mnohomódová [1,2]. Počet módů vyskytjících se v optickém telekomnikačním vlákně závisí na energii, které jednotlivé módy neso. Počet módů ve vlákně je závislý na normalizované frekvenci V, pro ktero platí v případě optického vlákna se skokovým průběhem index lom vztah č. 1 [1,2,3]. (1) Relace pro výpočet počt módů pro vlákna se skokovo změno (SI) (2) Relace pro výpočet počt módů pro gradientní vlákna (GI) (3) (4) Nmerická apertra závisí SI vláken ze vztah (4) na index lom jednotlivých sklovin optického vlákna. φ a je apertrní (příjmový) úhel, rčjící kžel, ve kterém leží vnější dopadající paprsky, jež bdo vláknem vedeny. Paprsky dopadající pod větším úhlem než φ a se lámo do vlákna, ale jso vedeny jenom na malo vzdálenost. Nmerická apertra tedy vyjadřje schopnost vlákna přijímat a vést světlo. Výpočet nmerické apertry znázorňje vzorec č. 4., výpočet příjmového úhl je znázorněn ve vzorci č. 5 [2]. Obrázek 1. Nmerická apertra. (5) Optické signály které dopadají na rozhraní jádra a pláště pod úhlem větším, než je mezní úhel se totálně odrážejí a jso jádrem optického vlákna vedeny, aniž by na rozhraní docházelo k jejich lom. Optické signály svírající s oso vlákna větší úhly se na rozhraní částečně lámo, část přenášeného výkon se při každém odraze ztrácí do pláště vlákna. Tyto paprsky nejso jádrem vedeny [1]. 2. VLÁKNOVĚ OPTICKÉ SENZORY Moderní vláknově optické senzory vděčí za svůj vývoj dvěma velmi důležitým vědeckým objevům zhrba konce 60-tých let. Jejich nástp byl velmi razantní, nicméně od té doby do dneška došlo, jak k dílčím pokles zájm, tak i k opětovné renesanci vláknově optických senzorů. Je možné konstatovat, že i když dnes neexistje fyzikální veličina, ktero by nebylo možné jimi 19-1

2 měřit, nedošlo nich k tak velkém rozšíření, jak se z počátk předpokládalo. Jako hlavní důvod této sktečnosti lze považovat, jak ekonomicko stránk věci, tak i rčitý konzervativní přístp živatelů měřící a reglační techniky [3] a zejména sktečnost, že rozvoj VOS je podmíněn technologickým rozvojem výroby a požití vláknově optických komnikací. Požití vláknově optických senzorů je v některých aplikacích nenahraditelné (hydrofony a gyroskopy)[3,4], protože i nejlepší klasické senzory nedosahjí tak vynikajících parametrů. Tato sktečnost vyplývá ze zcela odlišného fyzikálního charakter nosiče informací [3,4,5]. Mezi základní výhody vláknově optických senzorů patří jejich nízká hmotnost, velmi malé rozměry, pasivita, vysoká citlivost, linearita, široké spektrm požití a hlavní výhodo je odolnost proti elektromagnetickém ršení. Mezi hlavní nevýhody patří vysoká cena [3]. Vláknově optické senzory můžeme vyžít jako senzory rotace, zrychlení, elektrického pole a magnetického pole, teploty, tlak, vlhkosti, viskozity, chemických a biochemických vlastností. Obrázek 2. Základní blokové schéma. Zdroj optického záření je podle požadavků nejčastěji tvořen bď lminiscenční diodo (nekoherentní zdroj záření), nebo laserovo diodo (koherentní zdroj záření) a je charakterizován zejména vlnovo délko λ, šířko pásma Δλ, optickým výkonem, stabilito a drhem provoz (kontinální nebo plsní). Snímač optického záření, představje obvykle fotodioda, PIN dioda, nebo lavinová dioda podle požadované citlivosti, odstp signál šm, zisk a podle způsob dalšího zpracování snímaného signál. je dělení dvě základní skpiny a to intenzitní VOS a interferometrické VOS. Pro můj měřící systém se bd více zajímat o intenzitní VOS, a to z důvod konstrkce VOSsFV, což je popsáno níže v kapitole č. 3. Další způsoby dělení VOS je dělení podle působení snímané veličiny vzhledem k senzor: Vnější (3a) Vnitřní (3b) Obrázek 3. Způsoby snímání a) vnější, b) vnitřní. Snímaná fyzikální veličina působí na vláknově optický senzor prostřednictvím změn, proto další kritérim dělení může být podle: index lom optického vlákna absorpce emise, resp. florescence [3] Podle požadavků na snímací systém, jak je znázorněno na obrázk 4. a) Bodové snímání b) Vnitřní distribované c) Rozprostřené snímání Vláknově optický senzor se volí s ohledem na drh měřené veličiny x, způsob modlace, metod měření a dále podle požadovaných parametrů (nároků na měření)[3,4,5,6]. Optické vlákno může být v závislosti na měřené veličině x a konkrétních požadavcích bď telekomnikačního typ (mnohomódové se skokovo změno index lom, mnohomódové gradientní, jednomódové, případně polarizační) nebo speciální [3] DĚLENÍ VLÁKNOVĚ OPTICKÝCH SENZORŮ Vláknově optické senzory můžeme rozdělit podle mnoha kriterií na několik skpin. Základní dělení senzorů Obrázek 4. a) Bodové snímání, b) Vnitřní distribované c) Rozprostřené snímání. 19-2

3 2.2. INTENZITNÍ VLÁKNOVĚ OPTICKÉ SENZORY Jeden z nejrozšířenějších typů optických senzorů jso senzory vyžívající intenzitní (amplitdovo) modlaci nosného snímaného optického signál. Princip intenzitních vláknových senzorů vyžívám svého měřícího systém VOSsFV. U VOSsFV je senzorická část tvořena z intenzitních VOS. Amplitdová modlace optického signál se může sktečnit jedním z následjících způsobů: a) změno útlm, to je přímé zeslabení světla průchodem optickým prostředím, b) změno přechod a odraz světla, c) poršením okrajových podmínek šíření světelného signál v optickém prostředí, d) změno vzájemné vazby světlovodů, e) generací záření SENZORY SE ZMĚNOU ÚTLUMU Pro konstrkci senzorů se změno útlm se platňjí dva přístpy, jako citlivá část senzor se vyžívá optické vlákno (obrázek 3 b.), snímaná veličina mění útlm optického vlákna, nebo optické prostředí mezi vstpním a výstpním optickým vláknem (obrázek 3.a), mění se útlm tohoto prostředí [3]. Důležito skpin senzorů se změno koeficient útlm optického vlákna tvoří senzory radiačního záření, které vyžívají radiační poškození optického vlákna. Radiačním poškozením skla se zvětší útlm, tzn., zvýší se absorpce optického vlákna. Tyto senzory lze požít na měření dávek záření v rozsah od 10-3 Rad až do 10 6 Rad [3]. Velikost přídavného útlm jádra závisí na parametrech radiačního záření (drh záření, energie částic, intenzita, dávka), konstrkce a složení optického vlákna, na vlnové délce požitého optického signál[5,6,23]. Pro konkrétní požití (drh záření, rozsah měření) se vyvíjejí optické vlákna se speciálním složením. Při interakci radiačního záření s materiálem optického vlákna probíhá sočasně s procesem nárůst útlm i proces obnovení původní průhlednosti optického vlákna, který ovlivňje zejména složení skla, teplota okolí a intenzita světla, které se šíří optickým vláknem. Čas obnovení je maximální pro olovnatosilikátové vlákna (pro skla s příměsí fosfor to jso řádově desetiny sekndy) a minimální pro polymerová optická vlákna (10-3 s). Dynamika obnovení původní průhlednosti (pokles přídavného útlm) všeobecně nezávisí na vlnové délce a dávce záření, ale výrazně závisí na intenzitě světla, šířící se v optickém vlákně. Významno skpin senzorů se změno útlm optického vlákna tvoří senzory teploty[37,38,39]. Teplotní změny senzor útlm optických vláken se speciálním složením (Er 3+ nebo Nd 3+ ), vyžívají pro měření teploty v rozsah od 0ºC do 300 ºC [11,37,38] SENZORY SE ZMĚNOU PŘECHODU A ODRAZU SVĚTLA Změny intenzity světelného signál přenášeného optickým vláknem, lze dosáhnot nejenom změno vlastností homogenního materiál, ale i přeršením optického vlákna a ovlivňování vazby na jejím konci. Tohoto lze dosáhnot vzájemným pohybem konců vstpního a výstpního optického vlákna nebo pohybem clony, optických mřížek mezí konci. Takto se konstrjí přenosové i odrazové senzory [5,6]. Nejčastěji vyžívaný princip (obrázek 5.) s jedním vysílaným se dvěma přijímacími vlákny. Obrázek 5. Senzor s jedním vysílacím se dvěma přijímacími vlákny. Obrázek 6. Senzor pro měření vzdálenosti. Jedno z možných úprav konců vláken je jejich šikmé obrošení, vyžívá se kromě vzájemného pohyb konců vláken i úplný odraz na rozhraní vstpního vlákna venkovního prostředí [3]. Nevýhodo vedených senzorů jso vysoké nároky na přesnost zhotovení mechanických prvků, tto nevýhod lze částečně odstranit požitím spořádání, ve kterém je vstpní i výstpní vlákno pevně chycené v tělese senzor a modlace intenzity světla se sktečňje vzájemným pohybem dvo absorpčních mřížek [3.5,6] SENZORY S PORUŠENÍM OKRAJOVÝCH PODMÍNEK ŠÍŘENÍ SVĚTLA Významná skpina intenzitních optických vláknových senzorů pracje na princip poršení 19-3

4 okrajových podmínek šíření (v optickém vlákně) vlivem snímané fyzikální veličiny. Nejčastěji se vyžívá poršení podmínky úplného vnitřního odraz, např. na rozhraní mezi jádrem a pláštěm optického vlákna. Podmínk úplného odraz lze poršit bď změno zakřivení optického vlákna, nebo změno poměr index lomů [3]. Obrázek 7. Mikroohyby. Při ohyb optického vlákna pod kritický poloměr nastává průnik světla do pláště optického vlákna, to se může šířit podél optického vlákna jako plášťové módy, nebo moho niknot do okolního prostředí, tím se snižje intenzita světelného signál, šířícího se jádrem optického vlákna, nebo se intenzita zvýší, průnikem světla z okolního prostředí do jádra vlákna [3,5,6]. Senzor na obrázk č. 7 složí k měření mechanických veličin působících na tlakovo destičk. Mají velké výhody a ty jso vysoká citlivost, velký dynamický rozsah a kompaktnost, vyplývající z toho, že není ntné optické vlákno přeršit. Na obrázk č.8 se pro modlaci optického signál požívá silikátová optomodlační destička. Při působení fyzikální veličiny na tto destičk dochází vlivem elastooptického jev k modlaci vstpního signál. Tento senzor lze požít např. pro měření tlak. Obrázek 9. kazje senzor s poršení okrajové podmínky ponořením do kapaliny, k poršení podmínky dochází ponořením konce vlákna nebo holého jádra do kapaliny. Na tomto princip jso založeny senzory optické hstoty, koncentrace, úrovně kapaliny. Přesnost měření změn index lom je velmi velká, což možňje požití senzorů například na měření koncentrace oleje ve vodě [3] SENZORY SE ZMĚNOU VZÁJEMNÉ VAZBY SVĚTLOVODŮ Modlace světla se v těchto senzorech sktečňje pomocí poršením synchronizace módů šířících se ve vláknech nebo přenosem části energie do sosedního vlákna [3]. Modlace světla poršením synchronizace módů v páskových světlovodech se sktečňje pomocí prostřednictvím změny vlastností elektrooptického materiál, ze kterého je vyroben světlovod nebo podložka. Přenos energie z jednoho mód do drhého lze dosáhnot vytvořením optického kontakt s anizotropním materiálem. Na konstrkci tohoto senzor se požívá přenos části energie z jednoho optického vlákna do drhého pomocí optického tnelového jev. Na úsek dlohém několik centimetrů jso k sobě přiložena holá jádra dvo optických vláken. Vazba mezi nimi, záleží na jejich vzájemné vzdálenosti (několik µm). Měří se intenzita světla, které přešlo ze vstpního do výstpního optického vlákna. Senzor vyžívající optický tnelový jev lze konstrovat na základě jednomódových i mnohomódových optických vláken [3,5,6,14]. Hlavní výhodo vedeného typ senzor je vysoká citlivost. Pro optimalizaci jeho parametrů je ntno zvládnot mechanické i optické problémy. Praktické platnění těchto senzorů je však vázané na technologické zvládntí výroby mechanických prvků s mikrometrovo přesností [3]. Obrázek 8. Vložená elastooptická destička. Obrázek 10. Senzor se změno vzájemné vazby světlovodů. Obrázek 9. Poršení okrajových podmínek vložením do kapaliny SENZORY S GENERACÍ ZÁŘENÍ Tvoří zvláštní skpin intenzitních optických vláknových senzorů, pro svo činnost vyžívají záření indkované v optickém materiál působením optických, tepelných a radiačních vlivů [3,5,6,14]. 19-4

5 Senzory teploty s generací záření založeny na detekci tepelného záření, vznikající ohřevem úsek optického vlákna, resp. ve vhodném materiál místěném na konci vlákna. Velko výhodo je, že nepotřebjí zdroj světelného záření a teplot lze rčit nezávisle na místě ohřívaného bod. Výkon vyzařovaný na všech vlnových délkách rychle narůstá se zvyšováním teploty. Konvenční optické vlákno lze požít pro měření teploty od 135 ºC do 300 ºC. Nižší teploty až do 100 K lze měřit s požitím optických vláken vyrobených z floridových a chalkogenních skel. Tyto materiály mají dostatečně malý útlm i v oblasti 3µm až 1µm což je infračervená oblast a moho přenášet k detektor tepelné záření těles s nižší teploto [3,5,6,13] INTERFEROMETRICKÉ SENZORY Nejcitlivější optické vláknové senzory jso založeny na fázové modlaci světelné vlny, která se síří optickým vláknem. Změny fáze světelné vlny se měří interferometrickými metodami. Těmito metodami je možno měřit změny fáze řádově o 10-8 (přičemž vlnová délka světla v optickém vlákně je kolem 1µm) proto můžeme měřit extrémně malé změny dráhy optického signál [3,5,6,14]. Snímaná veličina x (obrázek č. 2) způsobje změn fáze světelné vlny prostřednictvím změny délky, index lom a průřez optického vlákna. Vliv změny průřez optického vlákna na fázovo modlaci je ve většině případů zanedbatelný [3]. Jako základ konstrkce fázových optických senzorů se požívají optické vláknové interferometry. Optické vláknové interferometry lze rozdělit do tří základních skpin: a) Dvoramenný jednomódový interferometr (Machův-Zehnderův nebo Michelsonův) vyžívající porovnání fáze světelné vlny, která se šíří senzorovým optickým vláknem a vlny, která se šíří referenčním optickým vláknem. Požívá se homodynní nebo heterodynní způsob detekce vlny. b) Jednovláknový interferometr s obosměrno opticko vazbo (Sagnacův interferometr) porovnávající fázi dvo světelných vln, které se šíří proti sobě v cívce optického vlákna. c) Mezimódový interferometr vyžívající interferenci dvo anebo více módů světelné vlny, které se šíří stejným optickým vláknem, jeho výhodo je možnost požití mnohomódových optických vláken, nevýhodo jso problémy při vyhodnocování interferenčního obraz [3,5,6,14]. 3. REALIZACE VLÁKNOVĚ OPTICKÉHO SENZORU S FREKVENČNÍM VÝSTUPEM Měřící systém vláknově optického senzor s frekvenčním výstpem VOSsFV, je založen na princip zesilovacího systém, který je zaveden do stav, poršjící podmínk stability. Ve zpětné vazbě zesilovacího systém je bdící prvek optické vazby, senzorický prvek (optické vlákno) a detekční prvek optické vazby. Při poršení amplitdové a fázové podmínky stability zesilovače[7,8,9] v přímé větvi se obvod s optickým vláknem ve zpětné vazbě rozkmitá na vlastní kmitočet. Optické vlákno ve zpětné vazbě snímá okolní změny prostředí podle svého spořádání. Výhodo požití VOSsFV je dynamický rozsah změn měřené veličiny, který dosahje db. Výstpní signál VOSsFV je změna frekvence vlastních kmitů, samotný signál tak může být snadno přizpůsoben pro další zpracování. Stabilita operačního obvod je cholostivá věc. Nasazení atooscilací se rovná havarijním stav operačních zesilovačů a v tomto stav rosto chyby na stovky procent a aplikace ztrácí smysl [7]. Nikde však není řečeno, že není možno tohoto stav vyžít v nové myšlence měřícího zařízení, v kterém se vyžívají výhody optických vláken - senzorů ŘEŠENÍ STABILITY A AUTOOSCILACÍ ZESILOVACÍHO SYSTÉMU K řešení problém vláknově optického senzor s frekvenčním výstpem VOSsFV je ntné si nadefinovat podmínky pro stabilit operačních obvodů. Z těchto podmínek stability pak můžeme následně rčit pracovní podmínky VOSsFV. Problém stability zesilovačů úzce sovisí s problematiko zpětné vazby. Zpětná vazba zavádí část energie z výstp zesilovače na vstp zesilovače a to se stejno fází kladná zpětná vazba KZV nebo s opačno fází záporná zpětná vazba ZZV. Díky existenci parazitních členů RC i neideálních vlastností operačních obvodů, však není sitace tak jednoznačná, fázový posv ve smyčce zpětné vazby je frekvenčně závislý a ZZV se může pro rčité frekvence změnit ve vazb kladno, čímž můžo vznikat oscilace nestabilita operačního obvod [7,8,20]. Stabilit systémů se zpětno vazbo zajišťjeme pomocí korekcí (kompenzací) to je takovo úpravo frekvenčních vlastností zesilovače (i vazeb), aby nevznikaly nežádocí kmity (oscilace) v systém. Opačným požadavkem je zajištění kmitů na rčité frekvenci, při konstrkci oscilátor. Na obrázk č. 11 je formální model systém se zpětno vazbo [7,8,9,20]. 19-5

6 Obrázek 11. Formální model systém se zpětno vazbo Platí zde vztah: 1 k1 i + 0, 0 = A 1 = β Potom strktra se zpětno vazbo má zisk A z (6) Ze vztah β A 1 je zřejmé že pro β = 1 je kritický bod (-1,j0) na pravé straně a systém je nestabilní. Pokd se kritický bod nachází na levé straně, systém je stabilní [7,8]. Nestabilní systém stabilizjeme pomocí korekce frekvenční závislosti zesílení A tak, aby podmínka stability byla splněna. Korekce se provádí pomocí zavedení vhodné časové konstanty τ k, která od rčité frekvence ω k = 1/ τ k omezje zesílení systém (zesilovače). Čím menší je zesílení se zpětno vazbo (tedy čím větší je β), tím větší korekční kapacit msíme požít pro daný zesilovač, aby byla zajištěna stabilita obvod. Nevýhodo je ovšem zhoršení dynamických vlastností zesilovače, zmenšje se doba přeběh [7,8]. A z = 0 i k1 A = 1 ( β A ) (7) 3.2. KONSTRUKCE VOSSFV β je činitel zpětné vazby, jež dává mír přenos z výstp na vstp. k 1 je přenosová konstanta vstpního obvod. Pro stabilní systém, msí platit, výraz : 1 β A 0; (8) Z toho plyne podmínka pro zisk zpětnovazební smyčky: Z předešlých bodů je zřejmé, že zásadní fnkci tohoto měřícího systém tvoří nedílno sočástí zesilovací (oscilační) část, stejně jako část senzorická a bdící. Vláknově optický senzor s frekvenčním výstpem VOSsFV se skládá ze tří důležitých částí, jak můžeme vidět na obrázk č.13 Jedná se o zesilovací systém, bdící systém, senzorický systém [3]. β A 1 (9) Obecně se zde jedná o komplexní číslo, zobrazje se závislost β A v komplexní rovině a pro stabilit strktry vyplývá ze vztah β A 1 Nyqistovo kritérim stability. Systém se zpětno vazbo je stabilní, jestliže bod (-1;j0) leží po levé straně orientované charakteristiky rozpojené smyčky β ( ω) A( ω),orientací se myslí fakt, že postpje od ω = 0 k ω, jak je vidět na obrázk č. 12 [7]. Obrázek 13. Formální obrázek vláknově optického senzor s frekvenčním výstpem Obrázek 12. Určení stability systém pomocí Nyqistova kritéria stability. Obrázek 14. Schéma zapojení zesilovacího systém 19-6

7 a) Zesilovací systém Zesilovací systém je založen na jednodchém oscilátor viz blokové schéma na obrázk č. 14, který je vhodně složen z operačních zesilovačů, které osciljí na kmitočt f ot, ten je brán jako prahový, od této hodnoty se odvíjí závislost útlm na senzorickém prvk, optické vlákno, na výstpní frekvenci. Pro zesilovací systém jso zapojeny kaskádovitě tři operační zesilovače OP 37GP v neinvertjícím zapojení. prvního OZ v zesilovacím systém. Problém nastává ve stabilizaci teploty, protože jakýkoliv šmový signál je naveden do zesilovacího signál a následně nám naršje námi požadovano hodnot frekvence. Zesilovací systém v tomto stav pracje jako oscilátor řízený změno prod[8]. Dle nastavení zesilovacího systém můžeme mlvit o množině oscilačních frekvencí, kde každá lze požít ke měření jiné veličiny s jino přesností PRŮBĚŽNÉ VÝSLEDKY MĚŘENÍ VOSSFV b) Bdící systém U bdícího systém se jedná o část obvod, jehož hlavní fnkcí je nastavení vstpních parametrů optického zdroje, protože na velikosti nastavení výstpních parametrů (napětí a svítivosti) laserové diody závisí prahová frekvence VOSsFV. Parametry bdícího systém jso závislé na optimálním nastavení požitého optického zdroje, na jeho mezních hodnotách a to tak, aby bylo možno požít v senzorické části různé drhy optických vláken. c) Senzorický systém V této části systém závisí na předchozím rozdělení sočástek, neboli zda je zahrnt do senzorické části i část emitjící a detekjící optické záření. V tablce jso zhodnoceny výsledky z měření na VOSsFV, trasa na které se mění útlm je složena z optického vlákna s konektorem ST a útlmem 2,4 db, změna útlm je dosažena vložením útlmových členů. Výsledná změna útlm je dána sočtem velikosti A trasy a A vložného útlm. Těmto hodnotám odpovídá příslšná frekvence snímaná na výstp VOSsFV, f ot, citlivost tohoto senzor je definovaná jako rozdíl frekvencí. Charakteristiky definjící VOSsFV jso na obrázk 16 a 17. A trasy [db] A vložného útlm [db] A c [db] U [V] U pk-pk [V] f ot [khz] f [khz] 2,4 0 2,4-0,632 0, ,4 5 7,4-0,576 0, , ,4-0,512 0, , ,4-0,512 0, Obrázek 15. Senzorický systém Na obrázk č.15 je znázorněno zapojení optického vlákna, což je hlavní část nejenom senzorického systém, ale i celkového měřícího systém. V měřícím systém VOSsFV je hlavní požadavek na stabilizaci teplotní závislosti, čím je větší teplotní stabilita, tím lze dosáhnot větší přesnosti měření. Do senzorické části lze poté zapojit optické vlákno, které bde mít přímo námi požadované měřící vlastnosti. Možnost změny a kalibrace senzorické části systém nám možňje široké spektrm požití VOSsFV VOSsFV má velko možnost vyžití, je to perspektivní měřící systém. Požitím různých drhů optických, nebo speciálních vláken v senzorické části systém nám možňje nazývat FOSsFV, měřícím systémem. Ze zapojení zesilovací části systém vyplývá,viz obrázek č.14, že se zde nejedná o jedn oscilační frekvenci, která se bde měnit v závislosti na změně útlm na senzorické části. Změno útlm dochází ke změně detekované energie na detektor, tato energie se navádí na vstp 2, ,4-0,512 0, , ,4-0,512 0, Tablka naměřených hodnot výstp VOSsFV Obrázek 16. Graf závislosti f ot na A c. 19-7

8 Obrázek 17.Graf závislost f ot na Ac. Na obrázk č. 17 je znázorněna důležitá vlastnost tohoto senzor což je citlivost, jak je z graf vidět největší citlivost je VOSsFV při změně z 2,4 db na 17,4 db je v ní pokryt rozsah změny frekvence 1689 khz což je 88 % rozsah senzor. V této části bde tento senzor nejcitlivější, což lze vyžít pro měření s velko citlivostí, např. přesné měření teploty a tlak v malém rozsah. 4. ZÁVĚR V článk je shrntá myšlenka požití optických vláken jako vláknově optických senzorů, která volně navazje na novo myšlenk Vláknově optických senzorů s frekvenčním výstpem. Jso zde shrnty závěry vývoje a první poksné měření tohoto měřícího systém. LITERATURA [1] Saleh, B. E. A., Teich, M. C., Základy fotoniky 1., 2.,3.,4. svazek MATFYZPRESS, 1994 ISBN [2] Vašinek, V., Přednášky Optoelektronika I.-III. (neveřejný text) [3] Bejček, L.,Vláknová optika v řídící a měřící technice, FEKT VUT Brno, 2002 (neveřejný text) [4] Grattan, K.T.V., Sn, T., Fiber optic sensor technology: an overview, Sensors nd Actators A: Physical; 2000 p [5] Udd, E., Fiber Optic Sensors An Introdction for Engineers and Scientists John Wiley & Sons, New York, 1991 ISBN [6] Lopez-Higera, J.M., Handbook of Fibre Optics sensing technology, JOHN WILEY and SONS ISBN [7] Pnčochář J., Operační Zesilovače v elektronice, BEN- technická literatra 2002 ISBN [8] Dostál, J., Operační Zesilovače v elektronice, BENtechnická literatra 2005 ISBN [9] Brandštetter, P. Elektronika, VŠB TU Ostrava c 1999, ISBN [10] A.Ghatak, K. Thyagarajan, Introdction to Fiber Optics, Cambridge niversity. ISBN [11] Bck, J. A., Fndamentals of optical fibers, John Wiley & Sons, New York, 2004 ISBN [12] Bass, M., Van Stryland, E. W., Williams, D. R.,Wolfe W. L., Handbook of optics volme II devices, measrements,and properties, 1995 ISBN [13] Lade, J. P. DWDM fndamentals, Components and applications, Artech hose, inc ISBN [14] Yin, S.,Rffin, P. B., Y F.T. S., Fiber Optics sensors, Second edition, CRC press. 2008, ISBN-13: [15] Weiner, A., Plastic optical Fibers: Principles, component, instalation. MCD Verlag München 1999, ISBN [16] Bailey, D., Wright E., Practical Fiber Optics, 2003, Elsevier Ltd. ISBN: [17] DeCsatis, C. M.,Sher DeCsatis, C. J., Fiber optic essentials, Elsevier Inc.2002, ISBN [18] Yang, Ch., Zhao, Ch., Wold, L., Kafman, K. R., Biocompability of physiological pressre sensor, Biosensors and Bioelectronics, 2003 p [19] Kafmann, K.R., Wavering, T., Morrow, D., Davis, J., Lieber, R.L., Performance characteristics of a pressre microsensor, Jornal of Biomechanics, 2002 [20] Christiansen, D. Electronics Engineers Handbook, McGraw-Hill, 4th ed. 1996, p ISBN