Малая проектная команда ПИШ ТУСУР разрабатывает сенсорную систему для измерения напряженности электрического поля

«Конечным продуктом проекта будет являться программно-аппаратный комплекс сенсорной системы для измерения напряженности электрического поля, – рассказал заведующий лабораторией фотонных интегральных схем (ЛФИС) ТУСУРа Антон Перин. – «Сердце» сенсора – фотонная интегральная схема (ФИС) электрооптического модулятора на основе тонкопленочного ниобата лития. Но важным также является и программное обеспечение, которое будет реализовывать управление комплексом: контроль уровня сигнала источника лазерного излучения, регистрация данных приемного модуля, сохранение данных, их визуализация и анализ; контроль рабочей точки модулятора».

Электрооптическая модуляция сигналов является важным инструментом в разработке устройств для систем оптической связи, сенсорики, требующих высокой скорости передачи данных и чувствительности к сверхмалым и высоким значениям внешних электромагнитных полей. Технологии и разработки сегодняшнего дня требуют модулировать оптические сигналы с частотой до нескольких десятков ГГц.

В настоящий момент ученые завершили разработку базовых моделей оптического, радиотехнического и программного компонентов системы, собрали аппаратную часть комплекса для тестирования прототипа электрооптического преобразователя. Тестирование комплекса целиком планируется в 2025 году. В случае успешных испытаний, к середине года будет получен прототип готового устройства для измерения напряженности электрического поля.

По словам Антона Перина, в настоящее время на рынке широко представлены аналоги разрабатываемого устройства. Наличие электрической емкости у компонентов таких измерителей обуславливает некоторые ограничения, например по ширине полосы пропускания прибора. У представленных на рынке устройств ширина полосы не превышает 26,5 ГГц: «Принципиальным отличием нашей разработки от аналогов является то, что в качестве чувствительного элемента будет использоваться электрооптический модулятор, который позволит обеспечить ширину полосы пропускания не менее 40 ГГц».

«С точки зрения применения, разрабатываемый в проекте программно-аппаратный комплекс сенсорной системы для измерения напряженности электрического поля – это решение для проведения всевозможных испытаний на электромагнитную совместимость, в частности на помехоустойчивость, – рассказал директор ООО НПК «ТЕСАРТ» и партнер ПИШ Артем Семкин. – В настоящее время востребованы как датчики электрического поля низкой частоты (от 30 МГц до 6 ГГц) с измеряемой напряженностью от 1 до 30 В/м, так и системы сенсоров сверхвысоких частот, обладающие более широким диапазоном измерений».

Он отметил, что датчики, способные измерять высокие поля (сотни В/м, кВ/м и выше) особенно актуальны для военного применения и авиастроительства, где необходимо сохранить работоспособность оборудования даже при прямом попадании молнии.

«Датчики представляют собой комбинацию электронных компонентов, которые нуждаются в источнике питания, – добавил Семкин. – Существуют решения, при которых питание осуществляется через оптическое волокно с последующим преобразованием света в электрический ток, а также используются альтернативные источники энергии. Этот проект предполагает разработку полностью пассивного решения, что исключает необходимость в дополнительном питании. Это является значительным преимуществом, способствующим миниатюризации датчика и минимизации его влияния на измеряемое поле».

По словам Семкина, датчики, которые используются сегодня в РФ – импортные. При этом возможности их закупки ограничены или отсутствуют вовсе: «Законодательно их требуется вносить в реестр средств измерений. Отечественные решения с широким диапазоном частот и измеряемой напряженности электрического поля – это отлично, мы бы такое покупали и использовали».

Над проектом работают не только ученые ТУСУРа, но и студенты-магистранты Передовой инженерной школы «Электронное приборостроение и системы связи» им. А.В. Кобзева. Проект является междисциплинарным, объединяя в себе фотонику, радиотехнику и IT.

«Этот проект является первым моим опытом в разработке технического продукта, – рассказал магистрант Игорь Кузнецов, работающий над проектом. – Основные навыки, которые я получил в ходе работы – это навыки моделирования и проектирования фотонных интегральных схем. Основная моя задача в проекте – разработка фотонной интегральной схемы чувствительного элемента нашего комплекса. Мой интерес вызван в первую очередь азартом к поиску новых технических решений для улучшения характеристик разработки».