Меню
Публикации
2024
2023
2022
2021
2020
2019
2018
2017
2016
2015
2014
2013
2012
2011
2010
2009
2008
2007
2006
2005
2004
2003
2002
2001
Главный редактор
![](/pic/nikiforov.jpg)
НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
Партнеры
doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-6-987-993
УДК 681.787
МИНИМИЗАЦИЯ УРОВНЯ СОБСТВЕННЫХ ШУМОВ МАССИВА ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ПУТЕМ РЕГУЛИРОВКИ ПАРАМЕТРОВ КАСКАДА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЕЙ.
Читать статью полностью
![](/images/pdf.png)
Язык статьи - русский
Ссылка для цитирования:
Аннотация
Ссылка для цитирования:
Быкадоров М.В., Плотников М.Ю., Киреенков А.Ю., Макаренко А.А. Минимизация уровня собственных шумов массива волоконно-оптических интерферометрических датчиков путем регулировки параметров каскада операционных усилителей // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2019. Т. 19. № 6. С. 987–993. doi: 10.17586/2226-1494-2019-19-6-987-993
Аннотация
Предмет исследования. Представлены результаты экспериментального исследования зависимости уровня собственных шумов массива волоконно-оптических интерферометрических датчиков от коэффициентов усиления операционных усилителей, расположенных на плате обработки интерференционных сигналов и объединенных последовательно в единый каскад. Метод. Массив волоконно-оптических датчиков построен на двухлучевых волоконных интерферометрах Майкельсона, объединенных в массив с мультиплексированием по времени. Каскад операционных усилителей состоит из усилителя с токовой обратной связью (трансимпедансный усилитель), который преобразует фототок с фотоприемника в напряжение, и программируемого операционного усилителя. В процессе работы схемы сигнал с фотоприемного устройства попадает на трансимпедансный усилитель, который работает в двух режимах с коэффициентами усиления 0 и 6 дБ, и затем на программируемый операционный усилитель, который дополнительно усиливает приходящий электрический сигнал в диапазоне 0–40 дБ. Далее усиленные сигналы с каскада подаются на аналого-цифровой преобразователь, после чего демодулируются. В ходе эксперимента исследуемый массив волоконно-оптических датчиков был изолирован от внешних виброакустических воздействий. Сигналы с четырех волоконно-оптических датчиков после демодуляции при различных значениях коэффициентов усиления каскада операционных усилителей записывались в файлы данных, после чего оценивался уровень собственных шумов датчиков с помощью метода модифицированных периодограмм в зависимости от коэффициентов усиления каскада операционных усилителей. Основные результаты. Минимальные средние значения уровня собственных шумов волоконно-оптических интерферометрических датчиков в режиме с усилением 6 дБ операционного усилителя с токовой обратной связью и усилением 12 дБ программируемого операционного усилителя составили 65 мкрад/Гц0,5 на частоте 1000 Гц, а в режиме с усилением 0 дБ (без усиления) операционного усилителя с токовой обратной связью и усилением программируемого операционного усилителя — 20 дБ 80 мкрад/Гц0,5 на частоте 1000 Гц. Практическая значимость. Было продемонстрировано наличие оптимальной рабочей области в режиме с усилением 6 дБ трансимпедансного усилителя в диапазоне коэффициентов усилений 5–20 дБ программируемого операционного усилителя, при которой наблюдаются наименьшие средние значения уровней собственных шумов исследуемого массива волоконно-оптических датчиков на уровне 65–70 мкрад/Гц0,5. Данный метод с использованием операционных усилителей можно применять в массиве волоконно-оптических интерферометрических датчиков для усиления оптических импульсов, приходящих на фотоприемник, без существенного ухудшения их шумохарактеристик при условии выбора оптимальной рабочей области.
Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, операционный усилитель, коэффициент усиления, уровень собственных шумов
Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 03.G25.31.0245).
Список литературы
Благодарности. Работа выполнена в Университете ИТМО при финансовой поддержке Министерства образования и науки Российской Федерации (проект № 03.G25.31.0245).
Список литературы
- Cole J.H., Kirkendall C., Dandridge A., Cogdell G., Giallorenzi T.G. Twenty-five years of interferometric fiber optic acoustic sensors at the Naval Research Laboratory // Journal of the Washington Academy of Sciences. 2004. V. 90. N 3. P. 40–57.
- Kirkendall C.K., Dandridge A. Overview of high performance fibre-optic sensing // Journal of Physics D: Applied Physics. 2004. V. 37. N 18. P. R197–R216. doi: 10.1088/0022-3727/37/18/R01
- Fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists / Ed. by E. Udd, W.B. Spillman, Jr. John Wiley & Sons, 2011. 512 p. doi: 10.1002/9781118014103
- Lee B., Jeong Y. Interrogation techniques for fiber grating sensors and the theory of fiber gratings // Fiber Optic Sensors, Second Edition. Boca Raton, FL, USA: CRC Press, 2008. P. 253–331. doi: 10.1201/9781420053661
- Kirkendall C., Barock T., Tveten A.B., Dandridge A. Fiber optic towed arrays. Naval Research Lab Washington Dc Optical Sciences Div., 2007.
- Nash P.J., Cranch G.A., Hill D.J. Large scale multiplexed fibre-optic arrays for geophysical applications // Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE), 2000. V. 4202. P. 55–66. doi: 10.1117/12.411727
- Paulsson B.N.P., Toko J.L., Thornburg J.A., Slopko F., He R., Zhang Ch. A high performance fiber optic seismic sensor system // Proc. 38th Workshop on Geothermal Reservoir Engineering. 2013.
- Berg C., Langhammer J., Nash P. Lifetime stability and reliability of fibre-optic seismic sensors for permanent reservoir monitoring // Proc. Society of Exploration Geophysicists International Exposition and 82nd Annual Meeting 2012 (SEG). 2012. P. 1472–1476. doi: 10.1190/segam2012-1236.1
- Nakstad H., Kringlebotn J.T. Realisation of a full-scale fibre optic ocean bottom seismic system // Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2008. V. 7004. P. 700436. doi: 10.1117/12.791158
- Souto F. Fibre optic towed array: The high tech compact solution for naval warfare // Annual Conference of the Australian Acoustical Society 2013, Acoustics 2013: Science, Technology and Amenity. 2013. P. 297–301.
- De Freitas J.M. Recent developments in seismic seabed oil reservoir monitoring applications using fibre-optic sensing networks // Measurement Science and Technology. 2011. V. 22. N 5. P. 052001. doi: 10.1088/0957-0233/22/5/052001
- Hill D., Nash P. Fiber-optic hydrophone array for acoustic surveillance in the littoral // Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2005. V. 5780. P. 1–10. doi: 10.1117/12.607550
- Borowski B., Sutin A., Roh H.S., Bunin B. Passive acoustic threat detection in estuarine environments // Proceedings of the Society of Photo-Optical Instrumentation Engineers (SPIE). 2008. V. 6945. P. 694513. doi: 10.1117/12.779177
- Meggitt D., Wilson J., Warren D. Project Centurion: installation of lightweight acoustic arrays in shallow water // Proc. of OCEANS 2005 MTS/IEEE. 2005. P. 1339–1344. doi: 10.1109/OCEANS.2005.1639940
- Беликин М.Н., Плотников М.Ю., Стригалев В.Е., Куликов А.В., Киреенков А.Ю. Экспериментальное сравнение алгоритмов гомодинной демодуляции сигналов для фазового волоконно-оптического датчика // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 6. С. 1008–1014. doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-6-1008-1014
- Plotnikov M.J., Kulikov A.V., Strigalev V.E., Meshkovsky I.K. Dynamic range analysis of the phase generated carrier demodulation technique // Advances in Optical Technologies. 2014. P. 815108. doi: 10.1155/2014/815108
- Volkov A.V., Plotnikov M.Y., Mekhrengin M.V., Miroshnichenko G.P., Aleynik A.S. Phase modulation depth evaluation and correction technique for the PGC demodulation scheme in fiber-optic interferometric sensors // IEEE Sensors Journal. 2017. V. 17. N 13. P. 4143–4150. doi: 10.1109/JSEN.2017.2704287
- Plotnikov M.Y., Lavrov V.S., Dmitraschenko P.Y., Kulikov A.V., Meshkovsky I.K. Thin cable fiber-optic hydrophone array for passive acoustic surveillance applications // IEEE Sensors Journal. 2019. V. 19. N 9. P. 3376–3382. doi: 10.1109/JSEN.2019.2894323
- Быкадоров М.В., Плотников М.Ю., Волков А.В., Дмитращенко П.Ю. Исследование влияния коэффициента усиления эрбиевого волоконно-оптического усилителя на шумы волоконно-оптического интерферометрического датчика // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2018. Т. 18. № 4. С. 561–566. doi: 10.17586/2226-1494-2018-18-4-561-566
- Плотников М.Ю. Волоконно-оптический гидрофон: диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. СПб.: НИУ ИТМО, 2014.
- Park S.M., Yoo H.J. 1.25-Gb/s regulated cascode CMOS transimpedance amplifier for gigabit ethernet applications // IEEE Journal of Solid-State Circuits. 2004. V. 39. N 1. P. 112–121. doi: 10.1109/JSSC.2003.820884
- Park S.M. Gigabit CMOS transimpedance amplifiers for optical communication applications // Proc. 7th Korea-Russia International Symposium on Science and Technology (KORUS 2003). V. 2. 2003. P. 211–215.
- Song W.C., Oh C.J., Jung H.B. CMOS variable gain amplifier and control method therefor. Patent US6259321B1. 2001.
- Solomon O.M., Jr. PSD computations using Welch's method [Power Spectral Density (PSD)]: NASA STI/Recon Technical Report. 1991. doi: 10.2172/5688766
- Evans J.R., Followill F., Hutt C.R., Kromer R.P., Nigbor R.L., Ringler A.T., Steim J.M., Wielandt E. Method for calculating self-noise spectra and operating ranges for seismographic inertial sensors and recorders // Seismological research letters. 2010. V. 81. N 4. P. 640–646. doi: 10.1785/gssrl.81.4.640