RU2029944C1

RU2029944C1 - Device for monitoring radiation resistance of fiber light guides

Info

Publication number: RU2029944C1
Authority: RU
Inventors: Анатолий Исаевич Журавин; Юрий Павлович Медведев; Виталий Валерьевич Лазарев
Original assignee: Анатолий Исаевич Журавин; Юрий Павлович Медведев; Виталий Валерьевич Лазарев
Priority date: 1991-11-04
Filing date: 1991-11-04
Publication date: 1995-02-27

Abstract

FIELD: measurement technology. SUBSTANCE: device has source of optical radiation, operating on wave lengths within "transparency window" of quartz light guide and absorption peak, two photoreceivers, two amplifiers, trigger, recording unit, fiber light guide, optical multiplexer, optical demultiplexer, two differential circuits, analog-to-digital converter, source of reference voltage. The device analyzes attenuating in "transparency window" of fiber light guide, and decision on radiation resistance of fiber light guide under investigation is made on the results of the analysis. EFFECT: increased speed of monitoring radiation resistivity of fiber light guide. 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться при испытаниях и отборе по радиационной стойкости (РС) оптических кабелей (ОК) и волоконных световодов (ВС), используемых в системах, на которые ожидается воздействие ионизирующих излучений (ИИ). The invention relates to measuring equipment and can be used in tests and selection for radiation resistance (RS) of optical cables (OK) and optical fibers (AF) used in systems that are expected to be exposed to ionizing radiation (AI).

При построении ряда волоконно-оптических систем передачи (ВОСП) могут предъявляться жесткие требования к их РС. Примером могут служить ВОСП на таких объектах как АЭС, объекты с ядерными энергетическими установками, ускорители частиц и т.п. Создание таких систем предполагает знание реальных радиационно-оптических свойств ОК и ВС. Известно, что при воздействии ИИ в ВС происходит увеличение затухания, которое после воздействия со временем уменьшается практически до исходного значения. Величина этого наведенного затухания (НЗ) и скорость его спада по окончании облучения зависят помимо внешних условий и от типа ВС, состава его материала, технологии изготовления и др. [1]. When constructing a number of fiber-optic transmission systems (FOTS), stringent requirements can be imposed on their RS. An example is FOTS at facilities such as nuclear power plants, facilities with nuclear power plants, particle accelerators, etc. The creation of such systems requires knowledge of the real radiation-optical properties of OK and aircraft. It is known that, when exposed to AI in the sun, an increase in attenuation occurs, which after exposure decreases with time to almost the initial value. The magnitude of this induced attenuation (NS) and its decay rate at the end of irradiation depend, in addition to external conditions, on the type of aircraft, its material composition, manufacturing technology, etc. [1].

Возникает проблема определения реальной РС ВС. Известен метод, который заключается в том, что исследуемые ВС, помещенные в испытательную камеру, облучаются ИИ с заданными параметрами (дозой и мощностью дозы), и наблюдается процесс изменения НЗ. Чаще всего облучение производится импульсным ИИ, и по характеру спада НЗ выносится суждение о РС. В качестве параметра РС в этом случае принимается длительность интервала времени, в течение которого НЗ превышает заданную величину, равную исходному затуханию. There is a problem of determining the real RS aircraft. The known method, which consists in the fact that the studied aircraft placed in the test chamber, are irradiated by AI with specified parameters (dose and dose rate), and the process of changing the NS is observed. Most often, irradiation is performed by a pulsed AI, and the judgment of RS is made by the nature of the recession of the NS. In this case, the duration of the time interval during which the NS exceeds a predetermined value equal to the initial attenuation is taken as the RS parameter.

Известно устройство [2], реализующее данный метод и содержащее источник оптического излучения, фотоприемник, усилитель, триггер, блок регистрации, причем выход фотоприемника соединен с входом усилителя, триггер подсоединен одним и другим выходами соответственно к аналоговым входам "Годен" и "Брак" блока регистрации, блок регистрации, кроме того, содержит узел отображения цифровой информации. A device [2] is known that implements this method and contains an optical radiation source, a photodetector, an amplifier, a trigger, a registration unit, the photodetector output being connected to an amplifier input, a trigger connected by one or the other outputs to the analog inputs of Goden and Marriage of the unit registration unit registration, in addition, contains a node display digital information.

Недостатками данного устройства являются низкая оперативность и значительная стоимость испытаний вследствие наличия в схеме измерения РС ВС специальной испытательной камеры, дающей мощный поток ИИ и являющейся уникальной, дорогостоящей, стационарной установкой. В связи с этим возникают большие трудности практического использования установки многочисленными пользователями ВОСП. Для проведения контроля необходимо образцы определенной длины, достаточной для суждения о РС всего ВС, доставить к испытательной камере. Причем процесс транспортировки может занимать значительное время, определяемое пространственным разнесением пользователя ВОСП и места установки испытательной камеры. Доставленные образцы должны быть уложены в испытательную камеру, предварительно подготовленную к применению. The disadvantages of this device are the low efficiency and significant cost of testing due to the presence of a special test chamber in the RS RS measurement circuit, which provides a powerful AI stream and is a unique, expensive, stationary installation. In this regard, great difficulties arise in the practical use of the installation by numerous users of the FOTS. To carry out the control, it is necessary to bring samples of a certain length sufficient for judging the RS of the entire aircraft to the test chamber. Moreover, the transportation process can take a considerable time, determined by the spatial diversity of the FOTS user and the installation location of the test chamber. Delivered samples should be placed in a test chamber previously prepared for use.

Таким образом, время, необходимое для проведения контроля РС ВС,
Т_к = Т_пп + Т_нп + Т_и, где Т_пп - время предварительной подготовки, необходимое для транспортировки исследуемых образцов к месту проведения измерений;
Т_нп - время непосредственной подготовки, необходимое для приведения испытательной камеры в рабочее состояние, укладки в камеру исследуемого ВС (ОК) и подготовки всех приборов к работе;
Т_и - непосредственное время проведения измерений и анализа результатов, причем
Т_пп >> Т_нп >> Т_и.Thus, the time required to control the aircraft RS,
T _k = T _pp + T _np + T _and , where T _pp is the preliminary preparation time necessary for transportation of the samples to the place of measurement;
T _np - the time of direct preparation required to bring the test chamber to working condition, laying in the chamber of the investigated aircraft (OK) and preparing all the instruments for operation;
T _and - the direct time of measurement and analysis of the results, and
T _np >> T _np >> T _and .

Таким образом, собственно время проведения контроля, равное сумме времен непосредственной подготовки и проведения измерений, намного меньше реального времени проведения контроля. Вследствие этого возникает задача сокращения времени контроля за счет уменьшения времени предварительной подготовки к измерению. Данная задача решается, если измерительные установки находятся непосредственно у пользователей ВОСП либо у изготовителя ВС. Однако вследствие использования испытательной камеры возникают значительные трудности, связанные с большой ее стоимостью и стационарностью установки, что препятствует решению вышеуказанной задачи. Thus, the actual time of the control, equal to the sum of the times of direct preparation and conduct of measurements, is much less than the real time of the control. As a result of this, the task arises of reducing the monitoring time by reducing the time of preliminary preparation for measurement. This problem is solved if the measuring installations are located directly with the users of the VOSP or the manufacturer of the aircraft. However, due to the use of the test chamber, significant difficulties arise associated with its high cost and the station's stationarity, which hinders the solution of the above problem.

Вместе с тем имеется возможность оценки РС ВС без использования сложной и дорогостоящей испытательной камеры. Такое решение технической задачи основано на использовании зависимости радиационно-оптических свойств кварцевых ВС от концентрации гидроксильных групп в материале световода. Установлено, что РС ВС в значительной степени определяется составом материала, из которого изготовлен ВС, в частности количеством гидроксильных групп. При возрастании концентрации гидроксильных групп РС ВС увеличивается. Количество гидроксильных групп можно оценить по величине затухания оптических сигналов в пике поглощения при сравнении с затуханием в соседнем "окне прозрачности". Наличие и величина пиков поглощения обусловлены присутствием гидроксильных групп в материале кварцевого ВС. Для оценки концентрации гидроксильных групп необходимо измерить "приращение затухания" в пике поглощения. Для этого производят измерение затухания ВС в пике поглощения и в "окне прозрачности", разность этих затуханий определяется концентрацией гидроксильных групп. At the same time, it is possible to evaluate aircraft RS without the use of a complex and expensive test chamber. Such a solution to the technical problem is based on the use of the dependence of the radiation-optical properties of quartz BC on the concentration of hydroxyl groups in the fiber material. It has been established that RS of the Armed Forces is largely determined by the composition of the material from which the Armed Forces are made, in particular, by the number of hydroxyl groups. With an increase in the concentration of hydroxyl groups, the RS of the sun increases. The number of hydroxyl groups can be estimated from the attenuation of the optical signals at the absorption peak when compared with the attenuation in the adjacent "transparency window". The presence and magnitude of the absorption peaks are due to the presence of hydroxyl groups in the material of silica BC. To estimate the concentration of hydroxyl groups, it is necessary to measure the "attenuation increment" at the absorption peak. To do this, measure the attenuation of the sun at the absorption peak and in the "transparency window", the difference of these attenuations is determined by the concentration of hydroxyl groups.

При наличии статистических сведений о зависимости РС конкретных типов ВС от концентрации гидроксильных групп в материале ВС, которые определяют пороговые значения приращения затухания, этот подход позволяет с помощью относительно дешевого прибора быстро и достаточно просто отобрать радиационно-стойкие ВС. If there is statistical information about the dependence of RS of specific types of aircraft on the concentration of hydroxyl groups in the material of the aircraft, which determine the threshold values of the attenuation increment, this approach allows using a relatively cheap device to quickly and simply select radiation-resistant aircraft.

Цель изобретения - повышение оперативности контроля РС ВС за счет сокращения времени предварительной подготовки путем исключения из схемы измерения испытательной камеры. The purpose of the invention is to increase the efficiency of control of aircraft RS by reducing the time of preliminary preparation by excluding from the measurement circuit of the test chamber.

Цель достигается тем, что в устройство введены дополнительный источник оптического излучения, оптический мультиплексор, последовательно соединенные оптический демультиплексор, дополнительный фотоприемник, дополнительный усилитель, первая и вторая разностные схемы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), а также источник опорного напряжения, причем исследуемый ВС подключен одним выводом к выходу оптического мультиплексора, соединенного входами с выходами источника оптического излучения и дополнительного источника оптического излучения, а другим выводом - к входу оптического демультиплексора, второй выход которого соединен с входом фотоприемника, выход усилителя подключен к второму входу первой разностной схемы, к второму входу второй разностной схемы подключен выход источника опорного напряжения, выход второй разностной схемы подключен к входу триггера, цифровые выходы АЦП подключены к входной шине блока регистрации. The goal is achieved by the fact that an additional optical radiation source, an optical multiplexer, a series-connected optical demultiplexer, an additional photodetector, an additional amplifier, the first and second difference circuits, an analog-to-digital converter (ADC), and a reference voltage source are introduced into the device, and the aircraft under study connected by one output to the output of the optical multiplexer, connected by inputs to the outputs of the optical radiation source and an additional source of optical radiation the output, and the other output to the input of the optical demultiplexer, the second output of which is connected to the input of the photodetector, the output of the amplifier is connected to the second input of the first difference circuit, the output of the reference voltage source is connected to the second input of the second difference circuit, the output of the second difference circuit is connected to the trigger input, ADC digital outputs are connected to the input bus of the registration unit.

Структурная схема предлагаемого устройства приведена на чертеже. The structural diagram of the proposed device is shown in the drawing.

Устройство содержит источник 1 оптического излучения, дополнительный источник 2 оптического излучения, оптический мультиплексор 3, исследуемый ВС 4, оптический демультиплексор 5, фотоприемник 6, усилитель 7, дополнительный фотоприемник 8, дополнительный усилитель 9, первую разностную схему 10, вторую разностную схему 11, источник 12 опорного напряжения, АЦП 13, триггер 14, блок 15 регистрации, содержащий индикатор 16 ГОДЕН, индикатор 17 БРАК и узел 18 отображения цифровой информации. The device comprises an optical radiation source 1, an additional optical radiation source 2, an optical multiplexer 3, an investigated VS 4, an optical demultiplexer 5, a photodetector 6, an amplifier 7, an additional photodetector 8, an additional amplifier 9, a first difference circuit 10, a second difference circuit 11, a source 12 of the reference voltage, the ADC 13, the trigger 14, the block 15 registration, containing the indicator 16 HOLIDAY, the indicator 17 BRAC and the node 18 display digital information.

Источник 1 оптического излучения и дополнительный источник 2 оптического излучения подключены к двум входам оптического мультиплексора 3, исследуемый ВС 4 подключен одним выводом к выходу оптического мультиплексора 3, а другим выводом к входу оптического демультиплексора 5, к одному выходу которого подключены последовательно соединенные фотоприемник 6 и усилитель 7, а к другому выходу - последовательно соединенные дополнительный фотоприемник 8 и дополнительный усилитель 9. Входы первой разностной схемы 10 подключены к выходам усилителя 7 и дополнительного усилителя 9, входы второй разностной схемы 11 подключены к выходу первой разностной схемы и выходу источника 12 опорного напряжения, а ее выход подключен к входу триггера 14 и аналоговому входу АЦП 13, выходы которого подключены к входам узла 18 отображения цифровой информации блока 15 регистрации. Триггер 14 подсоединен одним и другим выходами соответственно к входам индикатора 16 ГОДЕН и индикатора 17 БРАК блока 15 регистрации. В качестве триггера используется триггер Шмитта. Варианты построения разностных схем широко известны (см. например, Горошков Б. И. Элементы РЭУ: справочник. - М.: Радио и связь, 1988, - 176 с.). Коэффициенты усиления приемных трактов на обеих длинах волн одинаковы. The optical radiation source 1 and the additional optical radiation source 2 are connected to two inputs of the optical multiplexer 3, the investigated aircraft 4 is connected by one output to the output of the optical multiplexer 3, and the other output to the input of the optical demultiplexer 5, to one output of which the photodetector 6 and amplifier are connected in series 7, and to another output, an additional photodetector 8 and an additional amplifier 9 are connected in series. The inputs of the first difference circuit 10 are connected to the outputs of the amplifier 7 and additional amplifier 9, the inputs of the second differential circuit 11 are connected to the output of the first differential circuit and the output of the reference voltage source 12, and its output is connected to the input of the trigger 14 and the analog input of the ADC 13, the outputs of which are connected to the inputs of the digital information display unit 18 of the registration unit 15. The trigger 14 is connected by one and the other outputs, respectively, to the inputs of the indicator 16 GODEN and indicator 17 BRAC unit 15 registration. Schmitt trigger is used as a trigger. Options for constructing difference schemes are widely known (see, for example, Goroshkov B.I. Elements of REU: a reference book. - M.: Radio and communications, 1988, - 176 p.). The gain of the receiving paths at both wavelengths are the same.

При подготовке устройства к работе необходимо установить коэффициенты усиления усилителей, учитывающие во сколько раз длина исследуемого ВС больше расчетной длины ВС; используя индикацию узла 18 отображения цифровой информации, выставить напряжение на выходе источника 12 опорного напряжения для данного вида исследуемого ВС, определяющее порог отбраковки (на основе статистических сведений), при этом триггер 14 находится в нулевом состоянии, горит индикатор 7 ГОДЕН; подсоединить исследуемый ВС 4 к выходу оптического мультиплексора 3 и входу оптического демультиплексора 5. In preparing the device for operation, it is necessary to establish the amplification factors of the amplifiers, taking into account how many times the length of the investigated aircraft is greater than the estimated length of the aircraft; using the indication of the digital information displaying unit 18, set the voltage at the output of the reference voltage source 12 for a given type of the aircraft under study, which determines the rejection threshold (based on statistical data), while trigger 14 is in the zero state, LED 7 is ON; connect the investigated aircraft 4 to the output of the optical multiplexer 3 and the input of the optical demultiplexer 5.

Устройство работает следующим образом. Источник 1 оптического излучения выдает оптический сигнал на длине волны, соответствующей "окну прозрачности" кварцевого ВС, источник 2 оптического излучения выдает оптический сигнал на длине волны, соответствующей пику поглощения кварцевого ВС, величина которого определяется концентрацией гидроксильных групп. Оба оптических сигнала через оптический мультиплексор 3 поступают на вход исследуемого ВС 4, при распространении по которому претерпевают различные затухания, в результате чего напряжение на выходе фотоприемника 6 больше напряжения на выходе дополнительного фотоприемника 8, принимающих соответственно оптические сигналы на длинах волн в "окне прозрачности" и пике поглощения, разделенные оптическим демультиплексором 5. Так как усилитель 7 и дополнительный усилитель 9 имеют одинаковые коэффициенты усиления, то напряжение на выходе усилителя 7 больше, чем на выходе усилителя 9. Первая разностная схема 10 выделяет эту разницу напряжений, определяющую величину приращения затухания в пике поглощения, а вторая разностная схема 11 вычитает ее из напряжения источника 12 опорного напряжения, определяющего порог отбраковки ВС. The device operates as follows. The optical radiation source 1 produces an optical signal at a wavelength corresponding to the transparency window of the quartz BC, the optical radiation source 2 produces an optical signal at a wavelength corresponding to the absorption peak of the quartz BC, the value of which is determined by the concentration of hydroxyl groups. Both optical signals are fed through an optical multiplexer 3 to the input of the studied aircraft 4, during which they undergo various attenuation, as a result of which the voltage at the output of the photodetector 6 is greater than the voltage at the output of the additional photodetector 8, which respectively receive optical signals at wavelengths in the "transparency window" and the absorption peak, separated by an optical demultiplexer 5. Since the amplifier 7 and the additional amplifier 9 have the same gain, the output voltage is amplified I 7 is larger than the output of the amplifier 9. The first difference circuit 10 selects the voltage difference defining the attenuation increment in the absorption peak and the second difference circuit 11 subtracts it from a reference voltage source 12, voltage determining threshold reject aircraft.

Если величина приращения затухания в пике поглощения, определяемая концентрацией гидроксильных групп в материале ВС, больше установленного порога, что соответствует большей РС исследуемого ВС, то напряжение на выходе разностной схемы 11 положительно. Триггер 14 находится в нулевом состоянии. При этом в блоке 15 регистрации горит индикатор 16 ГОДЕН. Узел 18 отображения цифровой информации индицирует значение разностного напряжения. If the magnitude of the attenuation increment in the absorption peak, determined by the concentration of hydroxyl groups in the BC material, is greater than the established threshold, which corresponds to a larger RS of the investigated SC, then the voltage at the output of the difference circuit 11 is positive. The trigger 14 is in the zero state. At the same time, in the block 15 of the registration indicator 16 is ON. The node 18 display digital information indicates the value of the differential voltage.

Если величина пика поглощения меньше установленного порога, то напряжение на выходе разностной схемы 11 отрицательно, триггер 14 переходит в единичное состояние. В блоке 15 регистрации гаснет индикатор 16 ГОДЕН и загорается индикатор 17 БРАК. If the magnitude of the absorption peak is less than the set threshold, then the voltage at the output of the differential circuit 11 is negative, the trigger 14 goes into a single state. In the block 15 of registration, the indicator 16 is OFF and the indicator 17 MARRIAGE.

Технико-економический эффект предлагаемого устройства состоит в том, что использование его по сравнению с прототипом дает возможность не только повысить оперативность контроля за счет исключения из схемы измерения дорогостоящей испытательной камеры, требующей высококвалифицированного обслуживающего персонала, но и резко снизить стоимость испытаний. Кроме того, отпадает необходимость транспортировки исследуемых образцов от потребителей к испытательной камере, что связано с определенными затратами времени и материальных средств. Предлагаемое устройство исключает подготовительный этап и позволяет проводить оценку РС световодов в непосредственной близости от мест изготовления ВС. При этом для обслуживания устройства при контроле РС не требуется персонал высокой квалификации. Устройство может использоваться для отбора ВС с требуемой РС для ВОСП информации, используемых на объектах с ядерными энергетическими установками, АЭС, ускорителях частиц и т.п. The technical and economic effect of the proposed device is that its use in comparison with the prototype makes it possible not only to increase the efficiency of control by eliminating the expensive test chamber from the measurement scheme, requiring highly qualified maintenance personnel, but also to drastically reduce the cost of testing. In addition, there is no need to transport the test samples from consumers to the test chamber, which is associated with certain time and material costs. The proposed device eliminates the preparatory phase and allows the assessment of RS optical fibers in the immediate vicinity of the aircraft manufacturing sites. At the same time, highly qualified personnel are not required for servicing the device during RS monitoring. The device can be used to select aircraft with the required RS for FOTS information used at facilities with nuclear power plants, nuclear power plants, particle accelerators, etc.

Claims

DEVICE FOR CONTROL OF RADIATION STABILITY OF FIBER FIBERS, containing a main source of optical radiation, a photodetector, first and second conclusions for connecting an object under study, an amplifier, a trigger, a recording unit, the photodetector output connected to the amplifier input, the trigger connected to one and the other outputs respectively to the analog inputs "Goden" and "Marriage" of the registration unit, characterized in that an additional source of optical radiation, an optical multiplexer, an optical demultiple are introduced into it XOR, additional photodetector, additional amplifier, first and second difference circuits, an analog-to-digital converter, and a reference voltage source, the first and second inputs and the output of the optical multiplexer are connected respectively to the outputs of the main and additional sources of optical radiation and to the first output for connection the studied object, the second output of which is connected to the input of the optical demodulator, the first output of which is connected to the input of the photodetector, and the second output through the additionally connected additional photodetector and amplifier is connected to the first input of the first difference circuit, the second input and output of which are connected respectively to the output of the amplifier and to the first input of the second difference circuit, the second input of which is connected to the output of the reference voltage source, and the output to the inputs of the trigger and analog -digital converter, the digital outputs of which are connected to the input bus of the registration unit.