Autoři: Petr Münster, Radim Šifta
Licence:
This software is licensed as closed source software under exclusive legal right of the copyright holder. The software is free for personal use only. For more information about the license, please contact:
Technology Transfer Office
Brno University of Technology
E-mail: info@tt.vutbr.cz
https://www.vutbr.cz/utt
Popis
Simulace distribuovaného senzorického systému byly vytvořeny v simulačním prostředí optSim 5.2 a Matlab. Pomocí těchto specializovaných simulačních programů byly vytvořeny modely pro Rayleighův a Brillouinův rozptyl v optických vláknech. Na základě vytvořeného matematického modelu byla vytvořena teoretická a praktická zhodnocení použitelnosti jednotlivých zapojení.
OptSim
OptSim je specializovaný software vyvinutý společností RSoft Design Group verze 5.2, určený k návrhu a simulaci optických sítí. Tímto softwarem je možné propočítat přesné parametry navrhované sítě s možností ověření chování zkoumaného systému na různé vnější i vnitřní faktory. Díky takto provedené simulaci sítě je možné odhalit případné nedostatky v návrhu.
Simulační software optSim je určený k simulování optických sítí obecně, dále pak i optických přístupových sítí. Díky rozsáhle knihovně je také možné simulování různých lineárních a nelineárních jevů, disperze, různé modulační formáty, multiplexy atd.
Vlastní simulace
Protože OptSim neumožňuje simulaci reflektometrických metod, byl v Matlabu vytvořen speciální modul, kterému je možné měnit parametry, a tak simulovat vznik Rayleighova a stimulovaného Brillouinova rozptylu v optickém vlákně, a dále s těmito daty pracovat v softwaru OptSim.
Byly vytvořeny tři bloky simulující vznik stimulovaného Brillouinova rozptylu v závislosti na změně indexu lomu jádra, teploty a prodloužení optického vlákna. Tyto bloky jsou dále podrobněji popsány.
Základní zapojení
Na obr. 1.1 je znázorněno blokové zapojení navržené v softwaru OptSim, za účelem ověření správné funkce nově vytvářených bloků.
Návrh má simulovat optickou trasu složenou ze zdroje optického paprsku a optického vlákna, na kterém v jeho polovině dojde ke zkoumané události, vznikne tak stimulovaný Brillouinův rozptyl.
Ostatní bloky slouží pouze pro monitorování optického paprsku a pro zjištění, jak se změní průchodem jednotlivými bloky.
Blok CCM
Tento blok je odlišný od ostatních bloků v softwaru OptSim. Umožňuje uživateli vytvořit zcela nový blok pomocí matematických rovnic a pravidel funkčních v prostředí MATLAB.
Je možné tento blok popsat jako prostor, ve kterém platí rovnice a příkazy odpovídající prostředí softwaru MATLAB. Rozdíl od plnohodnotného prostředí MATLAB je, že uživatel nemá možnost kontrolovat posloupnost matematických operací a úpravu jednotlivých proměnných postupně, a nemůže tak najít případnou chybu v kódu. Při simulaci chybného kódu nedojde k žádnému varování, simulace se provede až po poslední funkční blok, v našem případě fiber1, a zde optický signál skončí. Za blokem CCM1 už nelze žádný optický signál detekovat.
Jako nejefektivnějším řešením se ukázalo uložení všech dostupných dat z OptSimu do jednoho souboru typu *.mat.
Takto získaná data je možné nahrát do nástroje MATLAB, kde je můžeme dále zpracovávat. Získáme tak přesný přehled, s jakými hodnotami pracujeme, jakých nabývají hodnot a v jakém formátu se musí zpracovávat, případně jaký musí být výstup, aby s takto získanými informacemi mohl software OptSim dále pracovat.
Blok CCM je uložen ve stejné databázi jako předcházející použité bloky. Při jeho přetažení z databáze do pracovní plochy nelze tento blok přímo připojit do simulačního systému. Nejdříve je potřeba pro tento blok napsat kód, který mu definuje jeho funkci a účel.
Při vytváření bloku CCM je nutné definovat označení vstupních a výstupních optických a elektrických veličin, pod kterými budou vystupovat jako soubor čísel v prostředí MATLAB. Je potřebné zachovat formát výstupních dat, jinak s nimi OptSim není schopen nijak pracovat.
Dále je nutné nastavit proměnné, které bude chtít uživatel v průběhu jednotlivých simulací měnit. Například bude-li uživatel využívat vzorce pracující s vlnovou délkou laseru, je dobré tuto hodnotu nezadávat přímo do matematického výpočtu, ale pomocí proměnné, kterou jednoduše změní stejným postupem, jako by změnil vlnovou délku laseru. V případě, kdy by uživatel měnil vlnovou délku zdroje a neměl by rovnici takto upravenou, musel by vždy vstoupit do vnitřního matematického kódu bloku.
Profil SBS_n
Byl vytvořen za účelem výpočtu stimulovaného Brillouinova rozptylu v závislosti na změně indexu lomu optického vlákna.
Profil SBS_mikrodeformace
Byl vytvořen za účelem výpočtu stimulovaného Brillouinova rozptylu v závislosti na změně mikrodeformace optického vlákna.
Profil SBS_teplota
Byl vytvořen za účelem výpočtu stimulovaného Brillouinova rozptylu v závislosti na změně teploty optického vlákna.
Výstupy simulací
Výstupem simulace jsou grafy spekter optického paprsku procházejícího optickým vláknem, ve kterém vznikne stimulovaný Brillouinův rozptyl v závislosti na změně teploty, indexu lomu a prodloužení optického vlákna.
Zobrazené grafy odpovídají profilu bloku CCM1 SBS_n, grafy ostatních profilů jsou velice podobné a rozdíl je patrný při velkém přiblížení, v tomto případě zaniká ale možnost zobrazení celého spektra a samotný graf se stává nepřehledný.