●
Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
225
Собственные и частотные характеристики оптоволоконного кабеля.
В отличие от традиционных четырехполюсников, когда нормируется только форма входного
испытательного сигнала, например, в виде единичного сигнала или в виде гармонического сигнала,
для оптоволоконного кабеля должны оговариваться особенности источника излучения, а именно:
- распределение интенсивности по излучающей поверхности;
- распределение мощности излучения по модам (или по углу) диаграммы излучения;
- спектр излучения (по оптическим частотам).
Как показывает теория, и подтверждают экспериментальные данные характеристики передачи,
оптические кабели оказываются различными при разных показателях, относящихся к перечисленным
особенностям. Действительно, искажение сигналов зависит, в частности, от распределения мощности
излучения между модами, введенными в кабель и распространяющимися в нем. В свою очередь это
распределение зависит от первых двух факторов. Кроме того, в зависимости от состава оптического
спектра излучения степень материальной дисперсии будет различной. Поэтому при измерениях кабе-
лей, возбуждаемых источником излучения с различными характеристиками и при идентичных усло-
виях ввода излучения в кабель, характеристики передачи могут быть разными. Таким образом, харак-
теристики передачи оптические кабели не могут рассматриваться в отрыве от излучателя.
В связи с вышеизложенным, необходимо различать два вида характеристик передачи: соб-
ственные характеристики и частные характеристики.
Собственная характеристика – это характеристика, которая свойственна данному оптическому
кабелю при условии, что он возбуждается строго одной оптической несущей, причем мощность всех
мод, введенных в кабель, одинакова. В идеальном случае это возможно при возбуждении кабеля точ-
ным монохроматическим источником, расположенным на оси световода.
Частные характеристики соответствуют конкретным условиям возбуждения световода от опре-
деленного источника с известными характеристиками излучения. Эти характеристики не являются
универсальными и не могут быть непосредственно использованы тогда, когда применяются источни-
ки излучения, отличные от тех, для которых эти характеристики были определены.
Необходимо заметить, что на расстоянии длины нормализации для узкой спектральной полосы
излучения частные характеристики приближаются к собственным.
Частотные и переходные характеристики относятся к вторичным оптическим параметрам све-
товодов, тогда как первичными параметрами являются геометрические размеры световодов (сердеч-
ника и оболочки), профиль показателя преломления и коэффициент затухания.
Диаграмма излучения и поглощения энергии в световоде.
Рассмотрим случай многомодового световода со ступенчатым профилем показателя преломления.
Пусть угловая диаграмма излучателя описывается некоторой зависимостью
)
(
p
. Энер-
гия излучения, введенная в световод, распространяется под различными углами
1
u
в пределах апер-
турного угла. При
1
0
n
n
,
1
u
. Если световод прямолинейный и не имеет никаких неоднородно-
стей, то каждый луч, введенный в световод, будет распространяться в нем под тем же углом, под ко-
торым он был введен в световод. Потери мощности, распространяющейся в элементарном пучке в
направлении данного луча под углом
1
u
, зависят от коэффициента затухания
в материале сердеч-
ника, длины пути, проходимого пучком в процессе многократных отражений, коэффициента отраже-
ния
на границе сердечник-оболочка и от числа отражений на всем пути распространения.
Длина пути луча, распространяющегося под углом
1
u
, составляет:
1
cos u
u
,
(4)
где
– длина световода.
Число отражений на той же длине
1
2
tgu
a
.
(5)
●
Технические науки
226
№2 2016 Вестник КазНИТУ
Коэффициент отражения
, определяемый формулой Френеля, зависит от потерь в оптиче-
ской оболочке, отражающей лучи и от угла
1
u
, и уменьшается с его увеличением. Такая зависимость
)
(
1
u
приводит к тому, что мощность пучков излучения, соответствующая лучам, распространяю-
щимся под большими углами, испытывает большие потери на отражение, чем мощность пучков из-
лучения, соответствующая лучам, распространяющимися под меньшими углами (так как меньше ко-
эффициент отражения, тем больше потери). При многократных отражениях их общий эффект опре-
деляется произведением отдельных коэффициентов отражения, а так как
1
, то потери будут воз-
растать с увеличением числа отражений, т.е. даже при
)
( u
, близких к единице, полные потери
при многократных отражениях оказываются достаточно ощутимыми.
Если мощность излучения в элементарном пучке, распространяющемся в световоде под углом
1
u
, в его начале равна
u
P
, то учитывая потери на отражение, а также на поглощение на пути
u
,
можно определить мощность пучка на расстоянии
:
1
1
gu
2
cos
t
a
u
e
P
P
u
u
.
(6)
Здесь принято
)
( u
, т.е. некоторому среднему значению. Тогда получим отношение мощ-
ностей:
1
1
gu
2
cos
t
a
u
u
u
e
P
P
y
.
(7)
Для получения соответствующего отношения всей мощности
P
на расстоянии
к полной
мощности P
0
, введенной в начале световода необходимо произвести суммирование мощности пучков
на расстоянии
, распространяющихся под всеми углами в пределах апертурного угла
m
. При этом
следует учитывать значения мощностей каждого из пучков, введенных в световод под соответству-
ющим углом. Такая операция дает весьма сложное выражение, в котором учитывается угловая диа-
грамма излучения мощности, введенной в световод, в свою очередь определяемая угловой диаграм-
мой излучателя. Из приведенного соотношения следует, что отношение
0
P
P
должно сложным обра-
зом зависеть от длины световода
и апертурного угла
m
. Соответствующими преобразованиями
можно представить связь
0
P
P
в виде
)
(
0
e
P
P
,
(8)
причем зависимость затухания от длины
в свою очередь связана также с видом диаграммы
излучения, введенного в начале световода. Таким образом,
)
(
– затухание на длине световода
.
Вследствие сложной зависимости этой функции от
не правомочно обычное соотношение для по-
казателя затухания
)
(
.
По мере распространения энергии вдоль пути
характер диаграммы излучения изменяется,
так как лучи, распространяющиеся под различными углами, испытывают различное затухание с ро-
стом
1
u
. Таким образом, происходит деформация диаграммы излучения в световоде (рис 1.).
●
Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
227
Рис.1. Деформация диаграммы излучения в световоде
Значение затухания зависит от формы этой диаграммы, следовательно, на различных по угло-
вым положениям лучей, на равных отрезках пути затухание не может быть пропорциональным этим
отрезкам, так как в начале каждого отрезка диаграммы излучения отличаются друг от друга. Следо-
вательно, в этих условиях
)
(
. По мере распространения по световоду энергии диаграмма
излучения становится более вытянутой, основная часть энергии сосредотачивается в области мень-
ших углов, причем в этой области мощности пучков мало различаются.
По мере увеличения
степень деформации диаграммы уменьшается и форма ее стремится к
некоторому устойчивому виду. Чем больше исходная диаграмма излучения приближается к диаграм-
ме точечного излучателя (т.е. к окружности), тем больше она деформируется в процессе распростра-
нения по световоду.
По мере приближения формы диаграммы к стабильной
)
(
стремится к постоянному значе-
нию
, т.е. к обычному коэффициенту затухания, не зависящему от длины. Это практически имеет
место уже при
N
, где
N
– длина нормализации, т.е. длина, на которой форма диаграммы
излучения является практически установившейся.
При
N
диаграмма излучения, распространяющегося по световоду, практически не зави-
сит от угловой диаграммы излучения источника и определяется только параметрами световода. Из
этого следует, что расчет затухания оптоволоконного кабеля по постоянному значению коэффициен-
та ослабления, т.е. по формуле
e
P
P
0
,
(9)
можно проводить лишь для длин
N
.
Все вышеизложенное относилось к прямолинейному световоду без неоднородностей. В дей-
ствительности, в реальном оптическом кабеле заложены световоды, обладающие различными видами
неоднородностей (геометрическими и физическими), кроме того, имеют место нарушения прямоли-
нейности (повивы кабеля, криволинейная трасса, микроизгибы и т.д.).
Влияние этих неоднородностей выражается в увеличении потери на рассеяние и нарушении
постоянства углов распространения различных лучей. В результате этого более интенсивно ослабля-
ются лучи, распространяющиеся под большими углами, а часть энергии, переносимая пучками, соот-
ветствующими этим лучам, переходит в пучки, распространяющиеся под меньшими углами.
Все это приводит к тому, что диаграмма излучения, распространяющегося по световоду, нор-
мализуется на длине
N
меньшей, чем длина нормализации при отсутствии неоднородностей. Сама
диаграмма становится более сжатой, и распределение мощностей по углам оказывается более равно-
мерным. Деформацию диаграммы излучения можно получить, воспользовавшись и модовым описа-
нием.
N
N
●
Технические науки
228
№2 2016 Вестник КазНИТУ
Действительно, совокупность мод, образующих электромагнитное поле в многомодовых свето-
водах, при распространении излучения по световоду меняет свою структуру, так как моды более вы-
соких порядков испытывают большее затухание. Этим модам и соответствуют лучи, распространяю-
щиеся под большими углами. Согласно теории при наличии неоднородностей последние создают
связи между отдельными модами, приводящими к частичному переходу энергии от одних мод к дру-
гим, а также появлению мод, которые не могут распространяться в данном световоде и поэтому излу-
чаются во внешнее пространство, что создает дополнительные потери энергии на рассеяние.
В то же время часть энергии высших мод переходит в энергию низших, увеличивает их мощ-
ность. В результате такого преобразования мод, т.е. частичного перехода энергии из одних мод в
другие, диаграмма излучения нормализуется.
ЛИТЕРАТУРА
[1] Дмитриев С.А., Слепов Н.Н. Волоконно-оптическая техника: история, достижения, перспективы.
– М.: Connect, 2005.
[2] Никитин В.А., Ефимов М.Е., Рывкин А.А. Особенности проектирования одномодовых волоконно-
оптических линий связи. – М.: 2009. – 425 с.
[3] Листвин А.В., Листвин В.Н., Швырков Д.В. Оптические волокна для линий связи. – Вэлком, 2002.
REFERENCES
[1] Dmitriyev S.A., Slepov N.N. Volokonno-opticheskaya tekhnika: istoriya, dostizheniya, perspektivy.
– M.: Connect, 2005.
[2] Nikitin V.A., Yefimov M.Ye., Ryvkin A.A. Osobennosti proyektirovaniya odnomodovykh volokonno-
opticheskikh liniy svyazi. – M.: 2009. – 425 s.
[3] Listvin A.V., Listvin V.N., Shvyrkov D.V. Opticheskiye volokna dlya liniy svyazi. – Velkom, 2002.
Ботаева С.Б., Умарова Ж.Р., Маханова З.А., Досаева А.С.
Оптикалық-талшықты коммуникацияларда сигналдарды моделдеу
Түйіндеме. Мақалада кабель арқылы таралатын оптикалық сигнал өкілдігі талқыланады, сондай-ақ көп
модалды бөлу болып табылатын талшықты кабель арқылы сигнал беру ерекшеліктері қарастырылады. Жұмыс-
та талшықты-оптикалық кабельдің деректер өткізу жиілігі мен уақыт сипаттамаларын, меншікті және жиілік
сипаттамаларын анықтау модельдері және талшықты сәуле энергиясын сіңіру диаграммалары ұсынылады.
Түйін сөздер: Талшықты-оптикалық тарату желісі, оптикалық сигнал, көп модалды талшықтар, модуля-
ция, оптикалық кабель.
Botayeva S.B., Umarova Zh.R., Makhanova Z.A., Dosayeva A.S.
Modeling of signals in the fiber-optic communications
Summary. The article discusses the representation of the optical signal propagating through the cable, and sig-
nal feature for optical cable, as a multimode distribution. The paper presents the model for determining the frequency
and time characteristics of the data, and the frequency characteristics of its own fiber-optic cable, and diagrams of emis-
sion and absorption of energy in the fiber.
Key words: Fiber-optic transmission line, an optical signal, multimode fiber, modulation, optical cable.
УДК 637.1
Ф.Т. Диханбаева, Э.Ч. Базылханова, А.А.Абишева
(Алматинский технологический университет, Алматы, Республика Казахстан,
fatima6363@mail.ru)
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КВАСА НА ОСНОВЕ МОЛОЧНОЙ
СЫВОРОТКИ С ПОВЫШЕННОЙ ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТЬЮ
Аннотация. В статье рассмотрена разработка технологии производства кваса на основе молочной сыво-
ротки, обладающего высокой пищевой и биологической ценностью, а так же целебным свойством, которое
объясняется наличием в нем молочной кислоты и настойки перечной мяты.
Ключевые слова: квас, вторичное молочное сырье, молочная сыворотка, дрожжи прессованные,
настойка мяты, сахар жженый.
●
Техникалық ғылымдар
ҚазҰТЗУ хабаршысы №2 2016
229
При выборе молочной основы будущих композиций внимание привлекает квас на основе мо-
лочной сыворотки, который можно поставить на первое место в ряду функциональных продуктов,
которые прекрасно утоляют жажду, освежают, повышают тонус, придают энергию и благотворно
действуют на организм в целом.
Квас - один из лучших безалкогольных напитков. Изобретенный более тысячи лет назад, квас
пользуется заслуженной популярностью и в настоящее время. Квас повышает аппетит, обладает вы-
сокой энергетической ценностью.
Если учесть, что наряду с микроэлементами в квасе содержится более 10 аминокислот и из них
8 незаменимых, то значение кваса становиться еще более весомым. Количество витаминов в квасе на
первый взгляд не очень велико, но их регулярное поступление в организм дает ощутимый положи-
тельный эффект.
Целебность кваса объясняется содержанием в нем молочной кислоты, витаминов группы «В»
(В-1,2,6,12,15) и аскорбиновой кислоты, свободных аминокислот (в том числе восьми незаменимых),
кальция, магнезии и других макро- и микроэлементов [1].
Выбор основывался также на стремлении решить некоторые технологические проблемы, такие
как: рациональное использование сырья на принципах безотходной технологии. Анализ литератур-
ных данных, а также научных трудов известных отечественных и зарубежных ученых позволил
установить, что при создании рецептур и технологий кваса на основе молочной сыворотки использу-
ются различные методы проектирования, конструирования и т.д.
Разработанный квас на основе молочной сыворотки должен обладать следующими свойствами:
- высокая пищевая и биологическая ценность продукта, за счет добавления в него настойки пе-
речной мяты, максимальная утилизация организмом человека, благотворное действие на организм в
целом;
- разработанный квас должен прекрасно утолять жажду, освежать, повышать тонус, придавать
энергию;
- целебность кваса, которая объясняется наличием в нем молочной кислоты и настойки переч-
ной мяты.
Промышленная переработка молока с получением молочных продуктов связана с образованием
большого количества вторичного молочного (белково-углеводного) сырья. Это обезжиренное моло-
ко, пахта и молочная сыворотка, которые обладают ценнейшим составом и свойствами.
Разрабатывая рецептуру нового напитка, в частности кваса, внимательно изучив химический
состав вторичного молочного сырья (таблица 1), было решено использовать в композиции только
один вид: сыворотку молочную.
Молочная сыворотка является побочным продуктом при производстве сыров, творога и казеи-
на. В зависимости от вида вырабатываемого продукта получают подсырную, творожную и казеино-
вую сыворотку.
В результате исследования химического состава (таблица 2) и свойств молочной сыворотки,
было решено использовать для приготовления кваса сыворотку творожную.
По органолептическим показателям сыворотка молочная должна соответствовать требованиям,
приведенным в таблице 1 [1].
Таблица 1. Органолептические показатели сыворотки молочной
Наименование показателя
Характеристика
Внешний вид и цвет
Однородная жидкость зеленоватого цвета, без посторонних примесей.
Допускается наличие белкового осадка. Для сыворотки, полученной
после частичного удаления белка методом ультрафильтрации (филь-
трата) – однородная, прозрачная жидкость зеленоватого цвета. Допус-
кается слабая опалесценция
Вкус и запах
Чистый, свойственный молочной сыворотке, для казеиновой и тво-
рожной – кисловатый, для соленой подсырной – от солоноватого до
соленого, без посторонних привкусов и запахов
●
Технические науки
230
№2 2016 Вестник КазНИТУ
Критерии безопасности молочной сыворотки нормируются в соответствии с СанПиН
2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».
Молочная сыворотка богата белковыми веществами. Белковые вещества представлены сыворо-
точными белками, протеозо-пептонами, γ-казеином, который не свертывается сычужным ферментом.
Физические и химические показатели сыворотки молочной приведены в таблице 2 [2].
Достарыңызбен бөлісу: |