3. Сташевский С. Ю. Алгоритм векторизации растровых изображений в общем виде // Автоматизированные системы обработки информации, управления и проектирования: Доклады Томского государственного университета систем управления и радиоэлектроники (ТУСУРа), 2004. С. 124—130.
4. Kumaravel S., Ramkumar T., Gurunanam B., Suresh M. Quantitative estimation of shoreline changes using remote sensing and GIS: A case study in the parts of Cuddalore district, East coast of Tamil Nadu, Indiа. // Int. J. Environmental Sciences. 2012. V. 2. N. 4. P. 2482—2490.
5. Tang Yanli. The Application of GIS and RS for Coastline Change Detection and Risk Assessment to Enhanced Sea Level Rise. Yellow River delta, China.
6. Armah F. A. GIS-based Assessment of Short Term Shoreline Changes in the Coastal Erosion-Sensivive Zone of Accre, Ghana // J. Environmental Sciences. 2011. V. 5. N. 7. P. 643—654.
Дата принятия 24.03.2015 г.
ОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ
535.231.63
Метрологическое обеспечение измерений средней мощности оптического излучения в волоконно-оптических системах связи
и передачи информации
А. И. ГЛАЗОВ, В. С. ИВАНОВ, М. Л. КОЗАЧЕНКО, С. В. ТИХОМИРОВ
Всероссийский научно-исследовательский институт оптико-физических измерений,
Москва, Россия, e-mail: mkozachenko@vniiofi.ru
Рассмотрены развитие метрологического обеспечения в области измерений средней мощности оптического излучения в спектральном диапазоне 0,6—1,7 мкм для волоконно-оптических систем связи и передачи информации, создание Государственного первичного специального эталона единиц длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для волоконно-оптических систем связи и передачи информации ГЭТ 170—2011.
Ключевые слова: эталон, излучение, волоконно-оптические системы передачи информации, средняя мощность, ослабление, длина волны.
The problems associated with the development of the field of metrological assurance of measurements of optical radiation average power in the spectral range of 0,6—1,7 microns for optical fiber communication and information transfer sistems, the creation of the State primary standard 170-GET.
Key words: standard, radiation, fiber-optical communication transfer systems, average power, attenuation, wavelength.
В настоящее время область метрологии волоконно-оптических систем связи и передачи информации (ВОСП) продолжает бы стро развиваться, ч то находит отражение не только в расширении динамических диапазонов характеристик передаваемого по световодам излучения, но и в увеличении перечня параметров, характеризующих эти системы. Примером служит разработанный Государственный первичный специальный эталон единиц длины и времени распространения сигнала в световоде, средней мощности, ослабления и длины волны для волоконно-оптических систем связи и передачи информации ГЭТ 170—2011. Такое развитие связано с интенсивным поиском наиболее эффективных решений основных задач, направленных на увеличение объемов, скорости и качества передаваемой информации. Главным являлись измерения амплитудно-частотных (АЧХ) и спект-
ральных характеристик излучения. Естественно, что измерительная аппаратура, оптические схемы, алгоритмы измерительных процессов и методики, применяемые в этой области, широко использовались на практике. В то же время повышение точности измерений средней мощности оптического излучения не являлось решающим, поэтому накопление опыта по измерениям происходило не столь интенсивно. В этом и кроются основные причины недостатков, выявленных при исследовании высокоточных средств измерений (СИ) средней мощности излучения в ВОСП [1]. Например, при проведении различных метрологических работ основное внимание традиционно уделяли быстродействию измерительной аппаратуры и подавлению факторов, вызывающих искажения АЧХ передаваемого и измеряемого излучений, а оценке потерь излучения на различных участках и эле-
ментах оптических схем и апертурах применяемой аппаратуры, как правило, не придавали особого значения. Такой подход можно считать в определенной степени оправданным при измерениях, например, АЧХ и спектральных характеристик излучения, когда даже значительные потери последнего не вызывают дополнительных погрешностей измерений, поскольку они не являются потерями измеряемого информативного параметра. Однако для высокоточного воспроизведения и последующей передачи единицы средней мощности на уровне высшего звена поверочной схемы аналогичный подход недопустим, так как в этом случае потери излучения являются потерями именно информативного параметра.
Быстрое развитие науки, практическое применение ВОСП и соответствующее повышение требований к СИ параметров передаваемого по оптическому волокну излучения, в том числе средней мощности, относятся к началу 1990-х гг., что потребовало создания и совершенствования соответствующего метрологического обеспечения. Поэтому в 1994 г. перед ВНИИОФИ была поставлена задача разработки эталонного комплекса высшей точности для СИ средней мощности оптического излучения в ВОСП, поверочной схемы, ряда рабочих эталонов (РЭ) и методов, обеспечивающих передачу воспроизводимой на эталонном комплексе единицы рабочим СИ, а также методов и средств метрологической аттестации создаваемых эталонов и поверок рабочих СИ [2].
Выполнение указанной задачи было связано, в первую очередь, с поиском принципов построения и технических решений высокоточной эталонной измерительной аппаратуры. Также необходимо было учесть положительный опыт, полученный при разработке эталонной калориметрической системы для Государственного первичного эталона единицы средней мощности лазерного излучения [3]. В результате был разработан эталонный калориметрический измерительный преобразователь (далее — преобразователь) средней мощности оптического излучения ПСМ.ПЭ, принципы построения которого практически аналогичны разработанному ранее эталонному преобразователю СИСМ-С.
В основу принципа работы ПСМ.ПЭ положен метод замещения оптического излучения (его среднюю мощность измеряют в процессе воспроизведения единицы) постоянным электрическим током, средняя мощность которого определяется с высокой точностью в процессе предварительной электрической калибровки преобразователя. Реализованные в ПСМ.ПЭ технические решения направлены на достижение высокой эквивалентности замещения, складывающейся из эквивалентности тепловых потерь в окружающую среду конвекцией, теплопроводностью и излучением с поверхности приемного элемента преобразователя, а также эквивалентности тепловых режимов работы термобатареи при оптическом и электрическом воздействиях. Достижение высокой эквивалентности замещения также требует минимизации прямых и отраженных потерь измеряемого оптического излучения и учета, что все виды тепловых потерь с поверхности приемного элемента зависят от его размеров и температуры нагрева.
Для минимизации потерь измеряемого оптического излучения необходимо придать приемному элементу форму глубокой полости, характеризующейся высокой поглощатель-ной способностью и неселективностью. Именно такая полость реализована в приемном элементе ПСМ.ПЭ. Исполь-
зование волоконно-оптического световода для ввода излучения позволило уменьшить диаметр входного окна полости до 0,8 мм, что дало возможность минимизировать размеры полости, сохранив высокую поглощательную способность и неселективность. В преобразователе использован градиентный тип приемного элемента — теплопровод, связывающий зону интенсивных выделений тепловых энергий при оптическом и электрическом воздействиях с медным термостатом, по большой массе и объему которого эта энергия интенсивно рассеивается. Отток теплоты способствует снижению температуры нагрева приемного элемента в зоне очагов тепловыделений при оптическом и электрическом воздействиях, уменьшению тепловых потерь с его поверхности и повышению эквивалентности замещения. Указанные очаги сосредоточены в одной и той же зоне приемного элемента (в донышке), что достигнуто нанесением со стороны полости поглощающего покрытия и размещением с внешней стороны калибровочного электрического нагревателя. Чтобы исключить прямые тепловые потери, нагреватель отгорожен от окружающей среды тонкостенным медным экраном, имеющим тепловой контакт с цилиндрической стенкой полости градиентного приемного элемента, а через нее — и с термостатом. Поэтому теплота, уходящая от поверхности электронагревателя, перехватывается тепловым экраном, вливается в русло основного теплового потока, вместе с ним направляется к термостату и далее к термобатарее. Аналогичная картина наблюдается и с тепловыми потоками, вызванными оптическим воздействием на полост-ный приемный элемент ПСМ.ПЭ. Поскольку внутренние стенки полости элемента (кроме донышка) зеркально отражающие, то небольшая доля оптического излучения, отраженная от черненого донышка, возвращается обратно на него после переотражений от зеркальных стенок. Таким образом, и в случае оптического воздействия практически все излучение преобразуется в тепловой поток в зоне донышка и по теплопроводу направляется к термостату. Так как тепловые потоки, образовавшиеся при оптическом и электрическом воздействиях на приемный элемент преобразователя, проходят от донышка к термостату практически по одному и тому же теплопроводу, то относительные доли их тепловых потерь являются эквивалентными.
В преобразователе достигнута эквивалентность воздействия на его термобатарею протекающих по градиентному приемному элементу тепловых потоков независимо от природы и пространственного характера источников потоков. Это обеспечено тем, что термобатарея реагирует на перепад температуры на небольшом участке теплопровода, расположенном в непосредственной близости к термостату и на достаточно большом удалении от донышка полости, являющегося зоной активных тепловыделений. Расстояние от донышка до термобатареи превышает длину полуокружности сечения полости, значит, при условии изотропии температуропроводности материала полости время прохождения тепловой волны от очага тепловыделений до термобатареи превышает время, необходимое для ее
Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.