Разветвители
Разделение сигнала – базовый принцип работы любых коммуникационных комплексов, проводных и беспроводных. Специалисты ТУСУР разработали новые разветвители, по всем характеристикам, от размеров до частотного диапазона превосходящие аналоги.
Специфика передачи данных
База любой беспроводной системы – микроволновые схемы, выполняющие несколько задач:
- Определение направления передачи.
- Объединение разнородных сигналов в общий канал.
- Трансформация частоты.
- Повышение мощности и, следовательно, дальности и частоты передачи.
При сборке схем используются направленные ответвители, определяющие путь передачи. Суть их работы напоминает дорожного регулировщика, указывающего водителям повороты.
Модуль укомплектован четырьмя портами на паре связанных линий. Каждая линия – это полоска из металла или другого материала с высокой электрической проводимостью. Поступление сигнала на порт активирует его передачу через оба выхода. Общие недостатки большинства поперечно-направленных ответвителей – габариты и ограниченность поддерживаемого частотного диапазона. Совершенствование систем связи требует новых альтернатив.
Решение
Альтернатива недавно была предложена учеными ТУСУР. Основная идея – применение в устройствах материалов, характеризующихся максимальной диэлектрической проницаемостью. Этот параметр снижает скорость распространения ЭМ-волны. Одно из конструктивных решений – керамическая пластина с нанесенными проводящими линиями. Специалисты проверили две комбинации линий:
- Обе прямые.
- Прямая нижняя линия и изогнутая – верхняя.
Испытания показали, что обе конфигурации равны с позиции эффективности, функциональности, стабильности передачи. Выбор определяется конкретными эксплуатационными условиями. Модифицированная конструкция оказалась почти на 12 процентов компактнее классической, что упрощает монтаж, обеспечивает совместимость с портативными устройствами.
Помимо миниатюрности, были отмечено и другие сильные стороны – точность деления мощности поступающего сигнала, почти полное отсутствие вносимых потерь и помех.
Александр Сычев, один из ведущих специалистов, участвующих в исследованиях, подчеркнул универсальность разработки ТУСУР. Использовать ее можно при сборке фазовращателей, комплексов связи, радиолокации и навигации, усилителей.
Мониторинг инженерных объектов
Не отстают от томских коллег специалисты, представляющие петербургский СПбПУ. Они создали и провели испытания усовершенствованной оптоволоконной мониторинговой сети. Она состоит из единственного волокна, но может фиксировать состояние контролируемой конструкции сразу в нескольких точках.
Первичные испытания показали эффективность и универсальность структуры. Она позволяет держать под контролем состояние мостовых переходов, трубопроводов, независимо от назначения, прочих ответственных конструкций, вплоть до элементов планера самолетов, крыльев, хвостового оперения.
Необходимость
Системы контроля состояния ответственных систем и объектов должны постоянно собирать, передавать и анализировать данные. Это продиктовано требованиями инженерной безопасности, закреплено в отраслевых и государственных нормативно-технических актах. Специалисты сосредоточены на разработке и модернизации датчиков, помогающих в решении задачи. Устройство, максимально сбалансированное по цене и эффективности – межмодовый волоконный интерферометр.
Особенности датчика
В структуру стандартного интерферометра входит лазер, генерирующий световой поток, и приемник, улавливающий его. Между источником и приемником находится световод. Первый отрезок линии – одномодовое волокно, за ним – многомодовое, в конце – снова одномодовое.
Если линия находится под нагрузкой, улавливает колебания конструкции, изменения контролируемой среды, характеристики светового импульса изменяются. Каждое изменение, вплоть до незначительного – четко фиксируется фотоприемником.
Тестирования показали следующие достоинства индикатора:
- Миниатюрность, упрощающая монтаж, позволяющая провести его в ограниченном пространстве.
- Чувствительность, фиксируются изменения даже в 1 микрометр.
- Устойчивость к сложным эксплуатационным условиям, вплоть до радиации.
Инновационный подход
Оригинальность идеи ученых из Санкт-Петербурга заключается в объединении многомодовых волокон, выполняющих функцию датчиков. Из комплекса волокон формируется сеть, фиксирующая механические колебания и другие изменения.
Первичная теоретическая модель чувствительной сети была проверена на практике. Тест показал, что система мгновенно реагирует на воздействие, точно фиксирует координаты точки, где оно произошло.
Александр Петров, один из ведущих специалистов научной группы, обратил внимание на универсальность разработки. Она подойдет для следующих инженерных систем:
- Трубопроводы. От локальных, ограниченных небольшими площадками и зданиями, до магистральных, протяженность которых – десятки километров.
- Гидротехнические сооружения. Датчик зафиксирует минимальные изменения, прогресс которых приведет к разрушению конструкции.
- Высотные здания, независимо от спецификации, чувствительные к колебаниям, ветровой нагрузке.
- Фюзеляжи самолетов. Микронная чувствительность обеспечивает фиксацию даже дефектов малой выраженности, микроскопических трещин. Требования авиационной безопасности таковы, что и подобных повреждений достаточно для списания воздушного судна или немедленной отправки его в ремонт.
Оптоволоконные сети могут использоваться и как средство контроля грунта. Речь идет не только о сейсмической, но и об оползневой активности. Своевременная фиксация подвижек почвы позволяет избежать серьезного материального ущерба.
Олег Котов, также принявший активное участие в разработках, отметил ее превосходство над аналогами. Оптоволоконная мониторинговая сеть дешевле комплексов, основа работы которых – рефлектометрия, при этом, характеризуется повышенной точностью, способностью без погрешности обнаружить проблемную область. Уступают ей и индикаторы, базирующиеся на решетках Брэгга, не подходящие для слежения за системами и объектами большой протяженности.
Ученые не планируют ограничиваться достигнутыми результатами. Дальнейшие исследования будут направлены на увеличение количества датчиков, повышение чувствительности, расширения функциональности для одновременной фиксации не одной, а множества физических величин.
Источник материала - Ланарт.