EVALUAREA PIERDERILOR IN SISTEMELE DE MASURARE CU FIBRE OPTICE

1 SISTEMUL EXPERIMENTAL. SCHEME UTILIZATE

Sistemul experimental cuprinde trei parti:

a) Sursa de emisie optica

b) Fibra optica

c) Sursa de receptie optica

1.1. Sursa de emisie optica

Schema folosita are ca element central un amplificator operational care are avantajul simplitatii si al unui cost redus. Amplificatorul operational (A.O.) este de tipul A741 care este usor de procurat si satisface pe deplin cerintele de performanta cerute oscilatorului (fig.1). Un alt tip de amplificator operational, mai performant, ar fi ridicat in mod inutil costul ansamblului, experimentarile ulterioare justificand pe deplin solutia aleasa.

Fig.1. Schema sursei de alimentare

Pentru comoditatea vizulalizarii pe ociloscop, cat si spre a evita eventualele probleme legate de ecranare am ales ca frecventa de oscilatie frecventa de 1000 Hz.

Forma semnalului la iesirea oscilatorului este dreptunghiulara cu factorul de umplere 0,5.

Amplificatorul operational functioneaza in regim de oscilator datorita reactiei pozitive realizata de rezistoarele R₃ si R₆ montate ca divizor de tensiune.

La momentul t 0, cand tensiunea de pe capacitorul C₃ este cea mai negativa, circuitul este basculat, tensiunea de iesire din A.O. fiind +U_z. Tensiunea adusa de la iesire prin rezistorul de reactie R₅ va produce in intervalul 0 t₁ incarcarea capacitorului C₃. In momentul t₁, tensiunea de pe intrarea inversoare ajunge egala cu tesiunea de pe intrarea neinversoare si circuitul basculeaza, tensiunea de iesire fiind -U_z (fig. 2).

Fig.2. Forma semnalului la iesire oscilatorului.

In intervalul t₁ t₂ capacitorul se descarca si in momentul t₂ tensiunea de pe intrerea inversoare este egala cu cea de pe intrarea neinversoare si circuitul iarasi basculeaza, procesul repetandu-se.

Frecventa de oscilatie este data de valorile componentelor din bucla de reactie negativa, R₅ si C₃:

; T 2RC ;

Diodele Zenner limiteza excursia tensiunii de iesire la o valoare egala cu tensiunea stabilita de ele.

Tensiunea de la iesirea oscilatorului este alternativa, de aceea am adaugat schemei o dioda redresoare (D₃) -pentru ca baza tranzistorului folosit pentru modulare (T₂) sa fie atacata de un curent cu polarizare fixa- iar pentru limitarea curentului absorbit de baza tranzistorului T₂ am adaugat si rezistorul R₇.

Datorita imprastierii mari a caracteristicilor pentru A.O. A741 calculate ale valorile calculate ale componentelor exterioare cipului, frecventa de oscilatie de 1000Hz, am obtinut 0 prin tatonari.

Componentele schemei utilizate sunt:

R₃ 56 kW; R₄ 2,2kW; R₅=10 kW; R₆=100 kW; R₇=20 kW

C₃=15nF; D₃=1N 4004; D₄, D₅=PL 5V6Z.

1.2. Sursa de detectie optica

Fotodiodele PIN pot functiona in doua moduri:

- modul fotoconductiv

- modul fotovoltaic

In prezentul proiect am ales ca sursa de detectie modul fotovoltaic.

Modul fotovoltaic

Dioda functioneaza ca sursa de curent sau ca o sursa de tensiune legata de fluxul incident dupa montajul asociat. Figura 3 da o tensiune de iesire proportionala curentului care parcurge dioda:

Fig.3. Montajul care da la iesire o tensiune proportionala curentului care parcurge dioda.

Solutia aleasa:

Schema electrica pe care am folosit-o la realizarea practica a receptorului cu fotodioda in montaj fotovoltaic este urmatoarea:

Fig     Schema electrica folosita la realizarea practica a receptorului cu fotodioda in montaj fotovoltaic

Elementele principale ale schemei sunt:

1) fotodioda BPX 65

Ca senzor fotoelectric am ales aceasta dioda deoarece raspunde bine la un spectru larg de lungimi de unda si are o suprafata a jonctiunii suficient de mare pentru a asigura ca fluxul optic cade pe jonctiune.

Parametrii electrici si optici ai acestei diode sunt prezentati in anexele 7 si respectiv 8.

Fotocurentul variaza liniar cu intensitatea luminoasa.

2) amplificatorul de curent TL071 (Texas Instruments)

Schema capsulei circuitului integrat este data in figura urmatoare:

Fig. 5. Schema capsulei circuitului integrat

Circuitul TL071 este un amplificator BIFET (cu impedanta foarte mare de intrare) fiind indicat pentru amplificarea smnalelor mici de intrare (de ordinul nanoamperilor). L-am folosit cu rolul de amplificator inversor.

Pentru reactia amplificatorului am ales o rezistenta R 5MW astfel incat la iesire sa se obtina un semnal usor de citit.

In paralel cu rezistenta R am conectat un condensator de valoare foarte mica pentru a asigura o forma corecta a semnalului dreptunghiular de la iesire.

Valorile maxime ale tensiunii de alimentare citate din catalog sunt:

+V_cc +18 V

-V_cc -18 V

Pentru alimentarea dispozitivului am folosit o sursa de +/- 15 V_cc tinand cont si de necesitatile celorlalte blocuri electronice din compunerea schemei electrice generale.

2. DETERMINARI EXPERIMENTALE

2.1. Studiul calitatii fibrei

Cele doua fibre optice folosite sunt doua fibre din plastic (PMMA).

LED-ul folosit este un LED albastru cu I 20 mA

A) folosim fibra neslefuita

Masuratori efectuate la fotodetector

Observatie

A patra valoare a tensiunii se datoreaza taieturii oblice a fibrei optice.

a) Masuratori efectuate la sursa (s-a folosit un LED u.b.)

Observatii

A treia valoare a tensiunii se datoreaza taieturii foarte proaste a fibrei;

2. Ultimele trei valoari ale tensiunii se datoreaza rotirii fibrei.

B) slefuim fibra

a) Masuratori efectuate la fotodetector la primul capat al fibrei

b) Masuratori facute la fotodetector la primul capat al fibrei

Fig.5.Graficul tensiunilor in functie de finetea slefuirii

2.2. Studiul pierderilor datorate deplasarii fibrelor

a) deplasarea sus-jos a fibrei de receptie fata de cea de emisie

b) deplasarea lateral stanga-dreapta a fibrei de receptie fata de cea de emisie

Grafic, dependenta tensiunii de deplasarea fibrelor, este de forma:

Fig.5. Dependenta tensiunii de deplasarea fibrelor

c) Deplasarea pe orizontala a celor doua fibre

Fig.6. Dependenta tensiunii de deplasarea pe orizontala a fibrelor una de cealalta.

2.3. Studiul pierderilor datorate deplasarii LED-fibra

a) deplasarea pe orizontala LED-fibra

Fig.7. Dependenta tensiunii de deplasarea pe orizontala LED-fibra.

b) deplasarea lateral stanga-dreapta a fibrei de receptie fata de LED

c) deplasarea lateral sus-jos a fibrei de receptie fata de LED

Fig.6. Dependenta tensiunii de deplasarea LED-ului fata de fibra

2. Studiul pierderilor datorate deplasarii fotodioda-fibra

a) deplasarea pe orizontala fotodioda-fibra

Fig.7. Dependenta tensiunii de deplasarea fotodiodei fata de fibra

b) deplasarea lateral sus-jos fotodioda-fibra optica.

Fig 8.Dependenta tensiunii de deplasarea lateral sus-jos a fotodiodei fata de fibra.