Несколько лет назад мы разрабатывали накладной фотометр – портативный прибор для безразрывного измерения, который можно было закрепить на оптическом волокне связи для определения наличия света, направления его распространения и присутствия комбинаций низкочастотной модуляции тестового тонального сигнала. Его назначение заключалось в том, чтобы точно идентифицировать конкретное оптическое волокно в люке или палатке перед резкой и сращиванием, поскольку случайной резки неправильно идентифицированного волокна, несущего «живой» трафик, нужно избегать любой ценой.
В месте изгиба волокно зажимается в V-образный блок под давлением легкой пружины. Изгиб позволяет небольшой части внутреннего сигнала выходить через относительно прозрачный материал оболочки; пара фотодиодов, расположенных по обе стороны от изгиба, регистрирует выходящий свет. Направление распространения определяется тем, какой из двух фотодиодов принимает более сильный сигнал. Для наиболее чувствительного обнаружения низкоуровневых сигналов усилители должны работать в диапазоне микровольт, что требует использования стабилизированных прерывателем операционных усилителей для минимизации входного напряжения смещения.
На первый взгляд этот подход казался простым – подать сигналы фотодиода на аналоговый компаратор, стабилизированный прерывателем, для определения направления. Однако здесь возникла небольшая проблема. Если бы в волокне присутствовали двунаправленные сигналы, например, используемые при грубом спектральном уплотнении (1310 нм и 1550 нм, распространяющиеся в противоположных направлениях), мы хотели, чтобы загорались оба светодиода указателя направления. Это, конечно, невозможно сделать с помощью компаратора с двумя состояниями.
Схема на Рисунке 1 позволяет обойти эту проблему, зажигая только соответствующий светодиод указателя направления, если существует большая разница между уровнями двух сигналов или если один из сигналов отсутствует, но зажигает оба светодиода, когда фотодиоды реагируют на сигналы с близкими уровнями. Желаемые пороговые значения зависят от механической конструкции оптического зажима, описание которой выходит за рамки настоящей статьи. Если сигналы в любом направлении отсутствуют, оба светодиода остаются выключенными, указывая на неработающее волокно оптического кабеля.
 |
|
| Рисунок 1. | Поскольку оптические сигналы необходимо усреднить до постоянного значения, для удаления из них данных и модуляции тестового тона используются конденсаторы. Конденсаторы C2, C7 и C10 обеспечивают устойчивость операционных усилителей. Конденсаторы C4 и C8 являются необязательными и предназначены для замедления мерцания светодиодов, когда входные напряжения компараторов U3 и U4 близки к порогам переключения; в качестве альтернативы для жесткого переключения без мерцания светодиодов вместо этих конденсаторов можно использовать резисторы положительной обратной связи RH. Если необходимо предотвратить насыщение операционного усилителя очень сильными оптическими сигналами, сопротивления резисторов R2 и R11 можно при необходимости уменьшить. |
В этом примере используются стабилизированные прерывателем операционные усилители ICL7650S, которые были доступны на момент разработки схемы (на Рисунке 1 для ясности не показаны необходимые внешние стабилизирующие конденсаторы), но могут использоваться и другие типы операционных усилителей. С помощью двух последовательных диодов D1 устанавливается смещение, равное примерно 1 В, которое служит опорным уровнем для нулевого сигнала. В отсутствие входных сигналов резистор R15 поддерживает низкий уровень на входах обоих компараторов U3 и U4 со смещением около +2 мВ относительно этого опорного уровня.
Принцип работы схемы прост. Каждый фотодиод, работающий в фотогальваническом режиме, создает на выходах соответствующих трансимпедансных усилителей U1 и U2 напряжение, зависящее от интенсивности регистрируемого света. Затем каждое напряжение поступает на соответствующий компаратор U3 и U4. Уровень напряжения сравнения задается путем объединения выходов трансимпедансных усилителей через буфер U5, имеющий коэффициент усиления, немного превышающий единицу. Таким образом, этот уровень соответствует максимальному сигналу фотодиода, деленному на минимальный уровень сигнала фотодиода посредством делителя напряжения R5 и R12, чтобы обеспечить поддержку широкого диапазона уровней сигнала в оптическом волокне. При указанных сопротивлениях резисторов оба сигнала будут активными до тех пор, пока меньший ток фотодиода не будет составлять менее чем примерно 0.22 от большего тока фотодиода. Ниже этого значения только самый сильный сигнал зажжет соответствующий светодиод.
 |
|
| Рисунок 2. | Это моделирование показывает сигналы обоих фотодиодов при постоянном смещении 0.5 мкА (2 В на левой шкале) и размахе ±0.6 мкА, чтобы продемонстрировать отклики компараторов при номиналах резисторов, указанных на Рисунке 1. Уменьшение сопротивлений резисторов R8 и R9 сузит диапазон сигналов, при которых включаются оба светодиода; уменьшение сопротивлений R6 и R17 расширит этот диапазон. |
Купить ICL7650S на РадиоЛоцман.Цены
