Прототип системы мониторинга с энергоснабжением по оптическому волокну

Исследованы возможности готовых систем электроснабжения по оптическому волокну (PoFплатформ) малой мощности до единиц ватт для разработки систем сбора информации, поступающей с датчика угарного газа. Продемонстрирована работоспособность системы, отмечены ее недостатки: низкий коэффициент полезного действия, сложность модернизации, отсутствие системы регулировки мощности лазерного диода с компьютерным управлением через микроконтроллер. Разработана система энергоснабжения по оптическому волокну средней мощности (десятки ватт), на основе которой создан прототип системы мониторинга удаленных датчиков физических величин. Проведено испытание прототипа в различных режимах работы. Выработаны рекомендации по использованию количества каналов энергоснабжения в зависимости от пиковой электрической мощности, потребляемой отдельными датчиками и системой в целом. Разработаны рекомендации по оптимизации режимов работы с целью повышения коэффициента полезного действия и надежности системы путем уменьшения рабочей температуры лазерного диода и фотоэлектрического преобразователя.

1. Зеневич А. О., Жданович С. В., Новиков Е. В., Матковская Т. А., Коваленко Т. О. Исследование возможности совмещения волоконно-оптической линии связи и системы мониторинга объекта //Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 6. С. 406—412.

2. Sun T., Xie X., Wang Z. Wireless power transfer for medical microsystems. N. Y.: Springer, 2013. Р. 5—7.

3. Gopinath A. All about transferring power wirelessly // Electronics for You E-zine. 2013. Р. 52—56.

4. Agbinya J. I. Wireless power transfer. CRC Press, 2022.

5. Optically Powered Radio-Over-Fiber Systems in Support of 5G Cellular Networks and IoT / M. A. Fahad, J. D. López Cardona, D. S. Montero, C. Vázquez // IEEE Journal of Lightwave Technology. 2021. Vol. 39, N 13.

6. Системы передачи энергии по оптическому волокну / А. А. Гаркушин, В. К. Струк, В. В. Криштоп, Е. С. Бойчук, Ю. М. Карпец // Бюл. науч. сообщений: Сб. науч. тр. 2020. Вып. 25, № 25. С. 48—53.

7. Smart Remote Nodes Fed by Power Over Fiber in Internet of Things Applications / J. D. López-Cardona, D. S. Montero, C. Vázquez // IEEE Sensors Journal. 2019. Vol. 19, N 17.

8. Зависимость характеристик системы PoF от расстояния передачи энергии / А. А. Гаркушин, Е. С. Бойчук, И. Р. Дроздов, В. К. Струк, Ю. А. Конин, В. А. Щербаков, В. А. Максименко, В. В. Криштоп // Бюл. науч. сообщений: Сб. науч. тр. 2021. Вып. 6, № 6. С. 42—43.

9. Расулев Р. П., Гаркушин А. А., Нифонтова Е. В., Криштоп В. В., Вольхин И Л. Разработка системы мониторинга с энергоснабжением по оптическому волокну // Физика для Пермского края: Сб. 2022. Вып. 15 [Электронный ресурс]: http://www.psu.ru/files/docs/science/books/sborniki/fizika-v-permskom-krae2022.pdf.

10. Соколовский А. А., Черторийский А. А., Веснин В. Л. Волоконно-оптический датчик напряжения гибридного типа // Радиоэлектронная техника. 2010. № 1. С. 7—12.

11. Бойчук Е. С. и др. Передача энергии лазерным излучением в свободном пространстве // Бюл. науч. сообщений. 2020. № 25. С. 91—102.

12. Chen Y. et al. Optically powered gas monitoring system using single-mode fibre for underground coal mines // Intern. Journal of Coal Science & Technology. 2022. Vol. 9, N 1. P. 26.

13. López-Cardona J. D. et al. Remote optical powering using fiber optics in hazardous environments // Journal of Lightwave Technology. 2018. Vol. 36, N 3. P. 748—754.

14. Rosolem J. B., Roka R. Power-over-fiber applications for telecommunications and for electric utilities // Optical Fiber and Wireless Communications. 2017. Vol. 2. P. 255—278.

15. Haid M. et al. 5 W optical power link with generic voltage output and modulated data signal // Proc. of the 1st Optical Wireless and Fiber Power Transmission Conf. (OWPT2019). 2019. P. 23—25.

16. Helmers H. et al. 6-W optical power link with integrated optical data transmission // IEEE Trans. on Power Electronics. 2020. Vol. 35, N 8. P. 7904—7909.

17. Cardona J. D. L. et al. Optically feeding 1.75 W with 100 m MMF in efficient C-RAN front-hauls with sleep modes // Journal of Lightwave Technology. 2021. Vol. 39, N 24. P. 7948—7955.

18. MH GoPower: официальный сайт [Электронный ресурс]: http://www.mhgopower.com/images/PoF%20Sensing%20Platform_Datasheet_Rev_1.5_10-01-2021.pdf, 15.06.23.

19. Свойства световода, основанные на законах электромагнитного поля [Электронный ресурс]: http://foos.sfedu.ru/glava1/1.3.html, 15.06.2023.

20. Zhengzhou Winsen Electronics Technology Co.: официальный сайт [Электронный ресурс]: https://www.winsensensor.com/d/files/PDF/MEMS%20Gas%20Sensor/gm-702b%EF%BC%88ver1_1%EF%BC%89manual.pdf, 15.06.23.

21. Yang H. et al. 10-W power light co-transmission with optically carried 5G NR signal over standard single-mode fiber // Opt. Letters. 2021. Vol. 46, N 20. P. 5116—5119.

22. Борейшо А. С., Ким А. А., Страхов С. Ю. Ограничения в применении волоконно-оптических технологий для дистанционной передачи энергии // Радиопромышленность. 2017. №. 4. С. 34—41.

23. MH GoPower: официальный сайт [Электронный ресурс]: http://www.mhgopower.com/images/YCHH6424_15V_PPC_Datasheet_Rev_3.0_04-29-2022.pdf , 15.06.23.

24. lenlasers: официальный сайт [Электронный ресурс]: https://lenlasers.ru/product/70-vt-976-nm-lazernyj-diodbwt-s-neskolkimi-izluchatelyami/?ysclid=liwusl8v5w947228029, 15.06.23.

25. Fafard S., Masson D. P. 74,7 % Efficient GaAs-Based Laser Power Converters at 808 nm at 150 K // Photonics, MDPI, 2022. Vol. 9, N 8. С. 579.