Pages Menu
TwitterRssFacebook
Categories Menu

Опубликовано Сен 18, 2018 в ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ | Нет комментариев

Свет будущего

Когда говорят о волоконной оптике, воображение рисует фантастические картины будущего со сложнейшими компьютерными технологиями и невероятными объемами самой различной информации, передаваемой с огромными скоростями. На самом деле мы уже живем в этом будущем: не только земля под нашими ногами пронизана оптоволоконными кабелями, теперь они еще и передвигаются вокруг нас по улицам и дорогам…

Все началось с изобретения в 1958 году лазера и создания вскоре после этого первых образцов оптических волокон (световодов), способных передавать информацию в виде импульсов света. Преимущества — очевидны. Высокая скорость распространения света (почти 300 000 км/с) открывает широкие перспективы в области передачи больших объемов информации, при этом затухание светового сигнала в современном оптическом кабеле намного меньше, чем электрического в традиционных проводах. Кроме того, подобные линии связи «равнодушны» к всевозможным помехам и не создают помех сами, а световоды к тому же служат своеобразными «предохранителями»: неисправности в одном блоке не могут воздействовать на другой, ведь кварцевое волокно не проводит электрический ток.

По мере развития технологий размеры волоконно-оптических кабелей уменьшались, пока не стали значительно меньше аналогичных электрических, а дальность передачи информации по волокну (без дополнительного усиления передаваемого сигнала) со временем увеличилась до десятков километров… В общем, сейчас уже практически не осталось сетей связи (компьютерных, телевизионных, телефонных), не использующих волоконную оптику. Наверное, еще долго оптические кабели применялись бы только в «неподвижных» сетях, если бы не появление на транспортных средствах множества сложных систем, осуществляющих контроль и управление, а также обеспечивающих комфорт и безопасность пассажиров. Волоконно-оптические линии передачи на движущихся объектах стали строить по обычным принципам, учтя, конечно, постоянные вибрации, ускорения, высокие температуры и другие специфические особенности «кочевой жизни». Сначала волоконной оптикой обзавелись самолеты, а на исходе девяностых появились и первые автомобили, оснащенные подобными системами. Ими стали новый Mercedes-Benz S-класса и купе CL.

Каждая из этих машин буквально напичкана сложными электронными системами. Эти системы настолько сложны, что в случае неисправности ни в коем случае нельзя заниматься самодеятельностью, вместо этого необходимо обратиться к профессионалам диагностики по ссылке https://avto-diagnostika24.ru/kruglosutochnyj-avtoelektrik-v-moskve/. Почти сорока блокам управления приходится по единой сети осуществлять обмен между собой 850 типами данных, включая сигналы с множества датчиков и управляющие команды различных приводов, и контролировать около 170 функций. Эта общая сеть состоит из трех связанных воедино локальных сетей, и в самой емкой из них передача сигналов осуществляется как раз по пластиковому волоконно-оптическому кабелю. Почему пластиковому? Для передачи информации внутри автомобиля (на относительно небольшие расстояния) пластиковые волокна благодаря своей мягкости и эластичности предпочтительнее кварцевых: их можно изгибать под значительными углами, легко соединять и ремонтировать. Информация по волокну передается почти в 60 раз быстрее, чем в каждой из двух других локальных сетей на медных кабелях (и, кстати, примерно во столько же больше средней скорости обмена данными с INTERNET домашних компьютеров). Такие возможности позволяют среди прочего передавать цветные видеоизображения и гарантировать высококачественный стереозвук.

По оптическому кабелю передаются сигналы цифровой системы COMAND (Cockpit Management and Data System), благодаря которой стал возможным доступ к функциям многих устройств с одной центральной контрольной панели. Аудио- и телевизионная системы, автомобильный телефон, система автоматического оповещения об аварии TELE-AID (Telematic Alarm Identification on Demand), система навигации APS (Auto Pilot System) используют общие исполнительные устройства и канал передачи данных, распознавая только «свои» управляющие сигналы. К тому же в топ-моделях Mercedes-Benz используется не просто APS, а ее «динамический» вариант, DynAPS (DynamicAPS), получающий из эфира и от операторов сетей мобильной связи информацию о пробках, ремонте дорог и прочих текущих неприятностях и учитывающий их при прокладке маршрута. Но функции системы COMAND этим не ограничиваются. В нее могут быть включены чейнджер компакт-дисков, высококачественная аудиосистема Bose и система голосового управления LINGUATRONIC. Применение волоконной оптики вместо электрических систем передачи позволило существенно уменьшить общую длину кабелей и, как следствие, массу автомобиля. Кроме того, меньше стало и всевозможных соединителей…

Описанное выше представляет собой не эксперименты по использованию новых технологий в одной-двух моделях. Всю серьезность продвижения в этом направлении компания DaimlerChrysler продемонстрировала не так давно на примере нового C-класса, где также получила, пусть и в меньшей степени, прописку волоконная оптика. Если процесс будет идти такими темпами, вскоре любой автомобиль станет также немыслим без оптического волокна, как без обычных проводов или, скажем, без магистралей топливной системы и тормозов. Что же дальше? А вот что! Инженерам исследовательского центра DaimlerChrysler (г. Ульм) показалось мало тех преимуществ, которые предлагают традиционные волоконно-оптические системы. И они решили модернизировать уже саму передающую среду, придав ей вид плоской синтетической светопроводящей полосы длиной до 50 см, получившей название «Оптическая объединительная плата». Передача сигналов производится параллельными лучами по нескольким таким полосам, включающим в свою структуру и другие оптические элементы. Теперь информацией можно обеспечивать одновременно до восьми различных модулей с общей скоростью, в тысячу раз превышающей скорость передачи данных в обычном «мерседесовском» волоконно-оптическом тракте! Новая конструкция не так чувствительна к вибрациям или ударам и, по сравнению с оптическими волокнами, меньше боится грязи. Ее производство обещает стать очень выгодным благодаря простоте конструирования системы передачи и облегчению процесса сборки.

Сначала, по старой традиции, плоская оптическая объединительная плата будет использоваться DaimlerChrysler в авиации, где существуют потребности не только в передаче больших объемов информации, но и в существенном уменьшении места и массы. А к моменту отработки технологии эстафету наверняка примут все усложняющиеся и совершенствующиеся автомобили.

ОПТИЧЕСКАЯ ОБЪЕДИНИТЕЛЬНАЯ ПЛАТА

Способ ввода информации в объединительную плату должен при невысокой требовательности к точности сборки системы обеспечивать минимальное затухание сигнала. Вместо традиционных оптических разъемов здесь используется способ соединения с применением свободного луча, преобразуемого обычными линзами в несколько почти параллельных лучей. Получается своеобразный световой мост, которым объединительная плата связана с компонентами системы

ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ТРАКТА

В передатчике электрический сигнал преобразуется в оптический источником оптического излучения и с помощью специального разъема вводится в торец волокна. Каждый такой импульс состоит из нескольких лучей, которые распространяются (если смотреть на процесс чисто геометрически) путем многократного внутреннего отражения от границы волокна и окружающего его воздуха (или оболочки, если она присутствует). На «принимающей» стороне оптический сигнал из световода через разъем поступает на фотодиод, благодаря которому «превращается» обратно в электрический.

Внутри любой волоконно-оптической линии могут содержаться устройства для разветвления, ослабления светового сигнала и многие другие элементы для управления импульсами света и их свойствами.

В качестве оптического источника обычно используют лазерные диоды, которые, в отличие от светодиодов, также применяющихся в некоторых оптических системах, обладают когерентным излучением и большой его интенсивностью. И те и другие компактны, прочны, имеют небольшую массу и позволяют легко управлять излучением. От оптических же разъемов требуется точное совмещение волокна с лазерным диодом и фотодиодом, а также поддержание герметичности торцевых поверхностей волокон для обеспечения чистоты в зоне соединения.

Текст Юрий Хайкевич

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.