Автоматизация процессов технического контроля качества специальных волоконных световодов на этапах производства тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.06, кандидат технических наук Константинов, Юрий Александрович

• Константинов, Юрий Александрович
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Константинов, Юрий Александрович

Введение

1. Общие положения и состояние проблемы

1.1 Контроль качества на этапах производства специальных световодов

1.2 Системы автоматического контроля качества на производствах волоконных световодов

1.3 Итоговый рефлектометрический контроль специальных анизотропных волоконных световодов

1.4 Мировой опыт модификации и моделирования процесса рефлектометрии

1.5 Постановка задачи построения АСТК, ее подсистем и модулей.. 27 Выводы по главе 1

2. Моделирование процесса рефлектометрии волоконного световода

2.1 Постановка задачи моделирования процесса рефлектометрии волоконного световода

2.2 Описание основных свойств модели

2.3 Исходные данные для моделирования

2.4 Результаты моделирования

2.5 Программная реализация модели

2.6 Место модели в общей концепции автоматизированной

системы

2.7 Выводы по главе 2

3. Модификация методов итогового контроля специальных волоконных световодов

3.1 Поляризационная рефлектометрия

3.2 Автоматизированная корреляционная обработка рефлектограмм

3.2.1 Описание и оценка работоспособности

модифицированного метода

3.2.2 Результаты применения модифицированного корреляционного метода для анализа рэлеевских рефлектограмм

3.2.3 Результаты применения модифицированного корреляционного метода для анализа поляризационных рефлектограмм

3.3 Выводы по главе 3

4. Автоматизированная система контроля качества на этапах

производства

4.1 Описание общей концепции системы

4.2 Подсистема, предназначенная для измерения диаметра заготовок ВС

4.3 Подсистема корреляционного анализа границ слоев в заготовках ВС

4.4 Подсистема автоматизации процесса поляризационной рефлектометрии

4.5 Хранение и визуализация данных в АСТК качества ВС

4.6 Обработка данных в АСТК качества ВС

4.7 Результаты эксплуатации пилотной версии АСТК качества ВС

4.8 Выводы по главе 4

Заключение

Литература

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация процессов технического контроля качества специальных волоконных световодов на этапах производства»

Введение

Технический контроль качества специальных волоконных световодов (ВС) ввиду сложности и разнообразия технологий их производства является одной из важнейших задач при производстве волоконно-оптических компонентов и датчиков. Большое количество типов конструкций специальных ВС требует постоянного развития существующих и создания новых методик контроля.

Малые объемы производства отдельно взятого типа волоконного световода требуют гибкости автоматизированной системы технического контроля качества, способности ее быстрой перестройки с одного вида ВС на другой. Сложная по сравнению с телекоммуникационными волоконными световодами конструкция специальных ВС требует совершенствования существующих методик и методов технического контроля качества. Особенность процесса производства на всех стадиях требует обработки большого числа параметров технологического процесса, сопоставления их с данными, полученными в исследовательской лаборатории. Необходимость контроля каждого образца, возникающая при отработке технологии производства нового типа ВС, увеличивает длительность процесса исследования. При этом объемы получаемых данных серьезно осложняют унификацию, сохранение, отображение, визуализацию и анализ данных, делают невозможным в ручном режиме принимать решение об изменении параметров технологического процесса.

Автоматизация операций технического контроля на этапах производства специальных ВС, таким образом, является актуальной задачей.

Объектом исследования являются технологические процессы производства специальных волоконных световодов.

Предметом исследования являются методы контроля качества специальных волоконных световодов на этапах производства.

Цель работы

Разработка методов и алгоритмов технического контроля качества СВС в процессе производства, обеспечивающих повышение точности локализации дефектов в СВС, сокращение потерь времени в ходе технологического процесса.

Для достижения данной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Разработать структуру автоматизированной системы технического контроля (АСТК) качества СВС, обеспечивающей определение связей дефектов СВС с отклонениями параметров технологического процесса (ТП) и отбраковку продукции, не удовлетворяющий техническим требования (TT), на ранних стадиях ТП.

2. Разработать модифицированные методы технического контроля качества оптических параметров СВС, обеспечивающие достижение необходимой точности.

3. Разработать модель процесса рефлектометрии волоконного световода, учитывающую возможное нестационарное состояние любого из участков световода, имитирующую спектральные характеристики реальных рефлектограмм и учитывающую инструментальные погрешности конкретных типов рефлектометров.

4. Разработать модифицированные методы технического контроля качества геометрических параметров заготовок СВС, обеспечивающие достижение необходимой точности, основанные на оптимизации элементов алгоритмического обеспечения.

5. Провести апробацию разработанных модифицированных методов контроля в составе пилотной версии АСТК на действующем производстве.

Методы исследования:

Поставленные в работе задачи решены с использованием методов теории управления, математического моделирования, программирования, цифровой обработки сигналов, а также натурных экспериментов.

Научная новизна состоит в следующем:

- разработана структура АСТК качества специальных СВС, новизна которой заключается в возможности определения связей дефектов СВС с отклонениями параметров технологического процесса и отбраковки продукции, не удовлетворяющей техническим требованиям, на ранних стадиях ТП;

- построена новая модель одного из основных процессов контроля качества СВС - рефлектометрии волоконного световода, учитывающая возможное нестационарное состояние любого из участков световода, имитирующая спектральные характеристики реальных рефлектограмм, а также учитывающая инструментальные погрешности основных типов рефлектометров;

- разработаны модифицированные методы выявления дефектов в волоконных световодах, позволяющие выявлять поляризационные дефекты СВС, увеличить отношение сигнал - шум рефлектограммы. Новизна их состоит в применении специальных алгоритмов исследования образцов и обработки данных;

- созданы и реализованы модифицированные методы корреляционного анализа границ слоев заготовок СВС, позволяющие исследовать геометрические параметры заготовок СВС, в том числе и в процессе производства. Новизна их состоит в автоматической вариации параметров корреляционного алгоритма.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Пилотная версия АСТК качества специальных СВС благодаря своей структуре обеспечивает определение связей дефектов СВС с отклонениями параметров технологического процесса и отбраковку некондиционной продукции на ранних стадиях ТП, что снижает производственные затраты.

2. Модифицированные методы технического контроля качества оптических и геометрических параметров специальных СВС и их заготовок обеспечивают достижение необходимой точности результатов контроля на этапах производства.

3. Разработанная модель процесса рефлектометрии волоконного световода учитывает возможное нестационарное состояние любого из участков световода, имитирует спектральные характеристики конкретных рефлектограмм и учитывает инструментальные погрешности основных типов рефлектометров.

Личный вклад автора:

Все результаты, составляющие научную новизну настоящей работы, получены автором лично.

Достоверность полученных результатов:

Достоверность результатов подтверждается данными экспериментальных исследований (проведенных на оборудовании, внесенном в Госреестр средств измерений под номером 37663-08, по утвержденным производителем методикам) и математического моделирования, успешным применением разработанных методов на действующем производстве.

Практическая значимость работы:

- Пилотная версия АСТК качества СВС, внедренная на действующем производстве, позволяет определять связи дефектов СВС с отклонениями параметров ТП и вести отбраковку продукции, не удовлетворяющей техническим требованиям, на ранних стадиях ТП. Эксплуатация пилотной версии данной АСТК на действующем производстве позволила уменьшить общее время ТП на 12 %, ввести новые способы отбраковки СВС и установления причин брака, снизить количество брака на 10 %.

- Модифицированные методы выявления неоднородностей в волоконных световодах применяются при производстве СВС и анализе их качества и обеспечивают достижение необходимой точности результатов контроля.

- Построенная математическая модель процесса рефлектометрии СВС позволяет отрабатывать новые методы и методики выявления неоднородностей, которые применяются или будут применяться в данной АСТК. Программная реализация модели представляет собой эмулятор рефлектометра, пригодный для использования в производственной и педагогической практике.

-Для обработки данных с производства применен корреляционный анализ, что в случае зашумленных сигналов дает большую по сравнению с пороговыми алгоритмами точность локализации границ слоев или неоднородностей СВС.

Реализация результатов работы

Модифицированные методы контроля, реализованные на базе созданной пилотной версии АСТК качества СВС, внедрены на производственном участке и в волоконно-оптической лаборатории ОАО «Пермская научно-производственная приборостроительная компания» (Россия, 614990, г. Пермь, ГСП-590, ул. 25 Октября, 106).

Апробация работы

Основные положения диссертации докладывались и обсуждались на следующих конференциях:

Всероссийская конференция по волоконной оптике (г. Пермь, 2009, 2011 г.г.); XVIII Всероссийская научно-методическая конференция «Телематика' 2011» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.); XII Международная научно-практическая конференция «Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (г. Санкт-Петербург, 2011 г.).

Публикации:

Основные положения диссертации изложены в 8 работах, в том числе 3 - в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем работы:

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы, включающего 101 наименование, 1 приложения. Объем работы - 113 страниц, в том числе 38 рисунков, 2 таблицы.

Автор благодарит Поскребышева М.М., Смирнова A.C., Бурдина В.В., Торошина А.Ю. за содействие в проведении экспериментов; Крюкова И.И., Вотинова Г.Н., Давыдова А.Р., Оглезнева A.A. - за плодотворные дискуссии.

1. Общие положения и состояние проблемы

1.1 Контроль качества на этапах производства специальных световодов

Технология изготовления телекоммуникационных световодов [34] достаточно хорошо изучена, их характеристики регламентированы международными стандартами. Основными характеристиками таких волоконных световодов (ВС) являются дисперсия и затухание [13]. Производство специальных ВС (СВС) накладывает ограничения и на другие параметры изделия, устанавливает более жесткие требования [62]. Наглядно иллюстрирующим положение дел примером может послужить технология изготовления анизотропных волоконных световодов типа «Панда».

Для изготовления преформ анизотропных ВС типа «Панда» используется метод MCVD (Modified Chemical Vapor Deposition -Модифицированное парофазное осаждение) [82] - один из самых гибких и изученных методов, требующий контроля большого числа параметров [62]. Нередко данный метод применяется для изготовления телекоммуникационных ВС [22], однако основное его применение - ВС специального назначения [77, 96-100]. Схематичное изображение процесса представлено на рис. 1.1.

Пирометр и видеокамера

Барботер

Кислород

V

©

ft

ф

КисяЬрод Водород

Стаж к MCV.D

Реагенты

Í~

К скрубберу

А \ J / А

Персональный компьютер

Рис. 1.1. Схематичное изображение процесса MCVD

Изготовление преформы методом МСУБ состоит из четырех стадий -реакция, осаждение, консолидация и схлопывание. Внутрь чистой стеклянной опорной трубы вместе с кислородом подаются основные реагенты - это газы 81С14, ОеС14, РОС13 и ВВг3 [41]. Там при высокой температуре происходит реакция, осаждаются оксиды кремния, германия, фосфора и бора. Эти вещества формируют профиль показателя преломления, который далее передаётся световоду. Исследования показали, что оксид германия в сердцевине не всегда осаждается радиально, как в теории [3], а внешний диаметр, особенно в момент схлопывания, необходимо контролировать. Другая проблема - пузырьки, трещины и другие неоднородности, которые видны в изделии в электронный микроскоп. Все эти дефекты видны как пятна в сердцевине и оболочке [62].

Станки МСУБ последних лет поступают с набором измерительных приборов, включенных в систему программируемых контроллеров при помощи 8САБА. Этих измерительных приборов в ряде случаев недостаточно. Обычно это контроль потока реагентов, замкнутая система управления давлением внутри трубы (система с обратной связью), замкнутая система контроля температуры на поверхности трубы (измеряется пирометром) и система бесконтактного измерения диаметра [22]. Однако, сложность процесса МСУБ (изменение эксплуатационных режимов на каждом слое осаждения, вращение опорной трубы и подвижность внешней горелки), в комплексе с недостатками измерительных систем делают появление таких микронеоднородностей более вероятным.

Стержни, которые являются в анизотропном ВС типа «Панда» нагружающими элементами, также изготавливаются методом МСУБ. Несложно предположить, что описанные недостатки присущи и этому процессу. В комплексе со сверлением отверстий в заготовке под стержни, жакетированием (наращиванием отражающей оболочки) и сборкой заготовки изготовление изделия становится еще более сложным. Несмотря на контроль

на каждом этапе при помощи контактных и бесконтактных систем измерения, брак на стадии преформы - это довольно частое явление.

Контроль внутренней структуры заготовок ВС достаточно хорошо изучен. В сфере крупнопромышленного производства телекоммуникационных ВС, где перестройка с одних параметров ТП на другие является редким явлением, такой контроль сводится к эксплуатации известных методик. Специфика гибкого производства специальных ВС, наряду с повышенными требованиями к последним, а также необходимость уменьшения времени ТП и снижения процента брака требования разработки новых методик и совершенствования существующих методов контроля внутренней структуры заготовок ВС.

Установлено, что все недостатки преформы передадутся ВС после вытяжки и также могут спровоцировать появление новых дефектов, обрывов. Но и сама вытяжка является достаточно сложным процессом [31,101]. В башне вытяжки ВС преформа, закрепленная в патроне шагового двигателя, медленно подается в печь, где второй конец преформы нагревается и размягчается. Далее ВС вытягивается, его диаметр контролируется при помощи лазерного измерителя, и на него наносится два слоя полимерного покрытия. Диаметр ВС чувствителен к скорости вытяжки, поэтому система подачи преформы имеет свой собственный механизм обратной связи. Исследователи посвящают автоматизации процесса вытяжки большое количество работ [14,62,83], что свидетельствует об актуальности задачи. Несмотря на большое количество предложенных решений, нестабильность процесса производства световода на всех этапах часто приводит к вариации оптических параметров по длине световода. Подобные вариации контролируются при помощи рефлектометров разного типа [12, 29] -приборов обратного рассеяния.

Сложность процесса производства на всех стадиях требует фиксирования большого числа параметров технологического процесса, сопоставления их с данными, полученными в исследовательской

лаборатории. Сам технологический процесс требует автоматизированного технического контроля характеристик изделий на всех этапах, повышения точности контроля, уменьшения времени технологического цикла.

1.2 Системы автоматического контроля качества на производствах волоконных световодов

Как уже было отмечено, автоматизированные системы контроля качества, решающие круг задач, очерченный около отдельной исследовательской или технологической операции, представлены многими авторами.

Так, например, в работе [69] представлена автоматизированная система контроля параметров оптических волокон и кабелей, реализованная на базе оптического рефлектометра. Однако рефлектометрия, являясь одной из важнейших операций метрологического контроля, тем не менее, не может дать информацию обо всех отклонениях технологических параметров, не обеспечивает автоматизированного принятия решений для корректировки технологической и конструкторской документации, управления технологическим процессом.

Аналогичные системы созданы для отдельных производственных операций (например, вытяжка ВС или МСУЭ). Автоматизацию сбора, хранения и визуализацию данных, полученных со станков модифицированного парофазного осаждения, выполняют системы, разработанные самими производителями («Ор1асоге», Словения). Системы, управляющие контролем качества на всех главных этапах производства, автоматически или полуавтоматически принимающие решения в ходе технологических или исследовательских операций, в литературе не представлены.

Зарубежные производители не публикуют в открытой печати данных о разработке или эксплуатации автоматизированных систем контроля

качества специальных ВС на этапах производства. Связано это, с одной стороны, с опытным или даже лабораторным статусом большинства подобных производств, изготовление ВС на которых не осуществляется серийно. С другой стороны, промышленные производители ВС, внедрившие подобные системы собственной или сторонней разработки, не заинтересованы в раскрытии информации об их производстве.

Во многом, однако, принципы построения подобных систем могут быть схожи с принципами построения систем контроля качества других высокотехнологичных производств. К примеру, автор [54] описывает автоматизированную систему контроля качества и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры в процессе производства. В работе [54] представлена схема производства радиоэлектронного модуля с пошаговым описанием операций и способов межоперационного контроля, продемонстрирована схема программно-аппаратного комплекса контроля качества и диагностики неисправностей. Автором упомянутой работы, к тому же, обоснована задача создания единой базы данных прохождения модуля по всем технологическим операциям - от контроля на этапах производства до исследования готовых изделий. В базе данных описываемой системы содержится вся информация, привязанная к уникальному идентификатору изделия: дате изготовления модулей, сборки, упаковки, данных параметрического и функционального контроля и другая информация.

В [42] описывается аппаратно-программный комплекс для автоматизации технологического процесса производства приборов микро- и оптоэлектроники. Автором упомянутой работы спроектирован уникальный аппаратно-программный комплекс, во время одного измерительного цикла исследующий разными методами полупроводниковые приборы. В рамках своих систем оба автора [54, 42] применяют новые методики метрологического контроля, что, без сомнения, повышает эффективность работы всей системы.

Автор [50] описывает автоматизированную систему контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей. Высокоточная обработка деталей имеет огромное значение в волоконной оптике (обработка стеклянных заготовок волоконных световодов - травление кварца плавиковой кислотой, ультразвуковое сверление). В [50] задача решается при помощи математического моделирования инструментов и оборудования, предложена методика многоуровнего построения структуры изделия.

В [64] аналогичные задачи решаются созданием экспертной системы, способной к обучению, построением базы знаний, большое внимание уделено визуализации заготовок на основе их параметрического описания. Описано объединение экспертной системы с РБМ-системой (системой управления данными об изделии), а также ОАЭ-системой (системой компьютерной поддержки проектирования). Применен объектно-ориентированный подход к проектированию, описаны статистические методы обработки данных.

В [4] также описывается автоматизация контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей. В этой работе, однако, большее внимание уделяется математической модели управления точностью обработки деталей методами нечеткой логики. Нечеткая логика [76] осуществляет построение моделей приближенных рассуждений человека при принятии решений для применения их в автоматизированных системах.

В работе [44] описывается автоматизация контроля качества и система анализа характеристик лавинных фотодиодов. Авторы [44] разработали систему контроля, передачи, анализа и хранения данных, удобную и доступную для всех членов группы исследователей, занятых в разработке. Кроме сбора данных, разработанная система обладает вычислительными модулями, рассчитывающими дополнительные величины, необходимые для анализа характеристик детекторов. Они также заносятся в

базу данных. Графический интерфейс реализован при помощи APD Analysis Tool, копирование данных осуществляется на диск и в MySQL.

Несмотря на то, что серийное изготовление специальных волоконных световодов в России представлено лишь единицами производств, производства волоконно-оптических компонентов и кабелей получили некоторое развитие. Благодаря этому исследователи уделяют внимание автоматизированным системам контроля качества продукции, содержащей ВС в качестве комплектующих. Часть операций контроля качества, осуществляемых в процессе и по завершении производственного цикла волоконно-оптических приборов, совпадает с операциями контроля качества ВС на завершающих этапах их производства. После установки ВС в прибор или наложения на них кабельной оболочки нередко контролируются параметры затухания, дисперсии, бриллюэновского [25] или рэлеевского рассеяния, поэтому исследования данных направлений могут быть рассмотрены для достижения поставленных целей.

В работах [87,88] рассматриваются различные аспекты автоматизированного изготовления и контроля эксплуатационных характеристик оптических кабелей в технологическом процессе. В [87] обосновывается необходимость создания собственного программного обеспечения для конструирования новых марок оптических кабелей, описывается разработка отдельных модулей ПО, пригодных для совместной эксплуатации с уже существующими программными средствами. Это вполне уместно, когда отдельные производственные линии уже в определенной степени автоматизированы или имеют необходимый инструментарий для автоматизации (например, скриптовые языки). В [88] также описывается необходимость создания единой базы данных, в которую записываются вся информация на всех стадиях производства кабеля.

В работе [86] описан автоматизированный технологический комплекс для производства цифровых волоконно-оптических преобразователей перемещений. Как и в производстве ВС, исследуются разнесенные в

пространстве и времени отдельные этапы производства. Все они объединены общей системой контроля, а экспресс-анализ технических параметров изделий осуществляется при помощи моделирования процедур поверочных испытаний.

Таким образом, автоматизированная система контроля технического контроля качества специальных ВС на этапах производства должна осуществлять автоматическое или полуавтоматическое принятие решения, основанное на сравнении полученных с измерительных систем данных с эталоном (в некоторых случаях полученным при помощи моделирования); сохранение данных в унифицированном формате, объединять в себе выборочно функции аналитической системы, системы типов CAD, PDM. При этом обработка данных большого объема, которые поступают, к примеру, с приборов обратного рассеяния - рефлектометров, в ручном режиме невозможна. Рефлектометрия, являющаяся одним из самых мощных исследовательских инструментов, должна быть рассмотрена особенно подробно.

1.3 Итоговый рефлектометрический контроль специальных анизотропных волоконных световодов

Стандартный лабораторный рефлектометр чувствителен к вариации показателя преломления и диаметра сердцевины ВС [27]. Конструктивные элементы, необходимые для наведения двулучепреломления в ВС [60], могут создавать нежелательные вариации оптических и геометрических параметров сердцевины, ведущие к локальным изменениям коэффициента затухания порядков от тысячных до десятых долей децибел.

Немаловажным является выявление участков ВС, на которых нарушены допуски по геометрическим параметрам стержней и сердцевины. В [7, 35] приведены возможные варианты размеров и расположения стержней для получения оптимальной длины поляризационных биений и, как

следствие, двулучеиреломлеиия. Основной параметр анизотропного ВС типа «Панда» - параметр сохранения поляризации (/г-параметр) [7] может быть получен только при высоком двулучепреломлении. Таким образом, необходимо выборочно контролировать эволюцию геометрических параметров по длине световода. В условиях производства необходимо применение метода обратного рассеяния для выявления потенциально некондиционных фрагментов. Геометрические и оптические параметры, вместо которых рефлектометр выдает мощность обратного рассеяния, не могут быть получены точно, однако неравномерное изменение мощности обратного рассеяния по длине свидетельствует о необходимости дальнейшего исследования потенциально некондиционного фрагмента на специализированном оборудовании (например, бриллюэновский рефлектометр или анализатор [43, 81]).

Возможность регистрации малых величин затухания оптического сигнала ограничивается в основном шумами рефлектограммы [12]. Шумовая фильтрация или алгоритмы выявления неоднородностей, могут повысить достоверность выявления потенциально некондиционных фрагментов ВС. Подобные методы будут описаны в следующем пункте главы 1 настоящей работы.

Как уже отмечалось, контроль параметра сохранения поляризации в ВС типа «Панда» достаточно важен. Неоднородности, описанные выше, могут поворачивать плоскость поляризации света в сердцевине световода. Параметры сохранения поляризации могут изменять и другие факторы [78]. Для контроля эволюции состояния поляризации по длине ВС была разработана поляризационная рефлектометрия (РОТБЯ) [32]. В [32], например, РОТБЯ применена к стандартному телекоммуникационному волоконному световоду, в котором состояние поляризации должно изменяться случайным образом. В простейшем случае поляризационный рефлектометр состоит из коммерческого рефлектометра Рэлея с подсоединенным к выходу поляризатором и к входу - анализатором [12].

Поляризационный рефлектометр и работа с ним достаточно подробно описаны в литературе [47,57]. Многие исследователи отмечают, что модификация обычного рефлектометра до поляризационного требует «врезки» в разветвите ль рефлектометра [67]. Подобная модификация снижает динамический диапазон рефлектометра и сужает область его применения. К тому же, вскрытие и доработка поверенных и аттестованных производителем приборов не всегда возможна.

По информации автора, во всех известных работах исследователи используют РСУПЖ при вводе излучения в световод под углами 0°, 45° и 90°, в основном, чтобы получить информацию о перекачке энергии из основной моды в ортогональную, либо для исследования состояния поляризации используют установки, не позволяющие исследовать искомые характеристики во всех точках световода [74]. Методы и методики, позволяющие получать информацию о дефектах в анизотропных ВС, основанные на обработке данных обратного рассеяния при вводе поляризованного излучения под большим количеством различных углов, автору неизвестны.

1.4. Мировой опыт модификации и моделирования процесса рефлектометрии

Моделирование и обработкарефлектограмм

Моделирование в оптике [15, 16], в том числе и волоконной [56] достаточно хорошо рассмотрено исследователями. Обработке и интерпретации данных, получаемых с волоконно-оптических измерительных приборов (рефлектометров), посвящены работы, опубликованные сразу после широкого их распространения.

Согласно [59], существует два основных подхода описания распространения электромагнитной волны в волоконном световоде. Первый описывается в рамках теории геометрической оптики и имеет ряд

недостатков (например, пренебрежение волновыми эффектами, ведущее к накапливающейся с увеличением длительности погрешности). Второй метод опирается на решения уравнений Максвелла. Подобные методы очень часто описывают имитационные модели, являющиеся достаточно сложными в реализации. Для оперативного решения узкого круга задач пригодны специальные модели. О таких моделях пойдет речь далее.

Задачи моделирования и обработки рефлектограмм зачастую решаются комплексно. Такой подход положительно зарекомендовал себя в мировой практике ввиду удобства компьютерного моделирования труднореализуемых и затратных экспериментов с немедленной обработкой полученных данных. Так, при разработке новой методики обработки рефлектограмм авторы работы [26] сначала произвели моделирование исходного массива данных [2, 26, 29]:

h(t) = EtS T]i —/? exp(-2«z) ? (1Л)

¿пср

Отклик h{t) вернувшегося на фотоприемное устройство импульса может быть рассчитан с использованием выражения (1.1) лишь с тем допущением, что оптические характеристики в точке световода, удаленной от лазера на расстояние /, однозначно определяют мощность обратного

рассеяния лишь в trй момент обратно-рассеянного импульса. Однако в реальности каждая i -я точка рефлектограммы несет в себе информацию о всех точках от (0, i), что на практике усложняет ее интерпретацию и установление непосредственной связи между уровнем мощности на рефлектограмме и характеристиками световода в i -й точке.

В [21] применен так называемый «блочный» подход к моделированию, удобный для эмуляции конкретных инженерных задач волоконно-оптической рефлектометрии. Принципы, описанные в [21], во многом могут быть полезны для высококачественного моделирования зондирования световода импульсами, однако реализация предлагаемой

модели не применима для моделирования других видов рассеяния и учета нестационарных и нелинейных оптических эффектов [39,94].

В [72] выбран следующий подход к моделированию рефлектограммы. Вся рефлектограмма разделена на фрагменты длиной АЬ, внутри которых задана общая вероятность рассеяния и поглощения. Авторами [72], однако, не указана связь данных вероятностей с оптическими характеристиками световода. Не смотря на это, очевидно, такой подход пригоден для моделирования сигнала обратного рассеяния, однако в [72] не исследованы спектральные характеристики смоделированных рефлектограмм, что ставит под вопрос возможность их применения в разрабатываемой автоматизированной системе и для отладки новых методов цифровой обработки сигнала.

В работе [1] авторы производят моделирование процесса рамановской рефлектометрии и сравнивают экспериментальные данные с натурным экспериментом. Выведены выражения для стоксовой и антистоксовой компонент рассеяния, произведен расчет рефлектограммы методом конечных элементов. Авторы работы [1] подтвердили корректность модели экспериментальными данными, собранными при помощи специально разработанной исследовательской установки. Узкая область применения модели (моделируется только рассеяние Рамана) ограничивает ее использование до эмуляции волоконно-оптических температурных датчиков.

В работе [59] описывается моделирование процессов распространения импульсов в кусочно-регулярной волоконно-оптической линии передачи с использованием преобразования Лагерра. Смоделированы линии с нормальной и аномальной дисперсиями. Исследованы спектральные характеристики моделей. Допущение о регулярности последовательно соединенных волоконно-оптических линий делает сложнореализуемым моделирование протяженных дефектов ВС.

В упомянутых выше работах представлены модели, пригодные для решения задач, поставленных их авторами. Однако модели рефлектограмм,

созданные с учетом специфики отдельных рефлектометров и параметров зондирования, по информации автора, в литературе не описаны. Как показала производственная практика, данная специфика является важной.

Немало работ посвящено и обработке рефлектограмм. Первый этап, на который обращают внимание исследователи - это визуальный осмотр. Все события на рефлектограмме должны быть идентифицируемы согласно карте дефектов. Для рефлектометрии стандартных одномодовых ВС [52] такие карты широко представлены в литературе [12] (Рис. 1.2).

О 0.2 0,4 0,6 0.8 1,0 1,2 1.4 1.6 км Рис. 1.2. Карта событий ОТОЯ

Во многом они справедливы и для анизотропных ВС. Большинство современных систем анализа рефлектограмм выполняет простые операции над рефлектограммами. Самая распространенная из них - аппроксимация близких к линейным фрагментов ВС линейными функциями. Всплески, вызванные отражением Френеля (На рис. 1.2 обозначены как «Соединение» и «Конец линии») и спады, вызванные потерями мощности на изгибах и сварных соединениях (На рис. 1.2 обозначены как «Изгиб» и «Сварка») локализуются исследователем или специальным алгоритмом лишь в том случае, если амплитуда последних не превышает характерный размах

шумовых вариаций рефлектограммы. Следующие работы посвящены повышению точности выявления неоднородностей на рефлектограммах при помощи различных методов.

В описанной выше работе [26] кроме модели обратного рассеяния предлагается методика повышения разрешения оптического рефлектометра временной области при помощи комбинированного использования дискретных прямых и обратных Фурье и вейвлет-преобразований. Благодаря восстановлению сигнала по так называемым «материнским» вейвлетам, авторы [26] добились увеличения разрешения по длине, что актуально как при отбраковке негодных участков световода, так и локализации точки воздействия на волоконно-оптический распределенный датчик.

Работа [58] также посвящена вейвлет-обработке рефлектограмм (этот тип преобразования часто используется в волоконной оптике [5]). В ней проведен сравнительный анализ возможности разложения сигналов на основе БПФ (Быстрого преобразования Фурье) и вейвлет-анализа. Отмечается, что недостатки преобразования Фурье очевидны и связаны с тем, что локализация особенностей сигнала происходит либо только по частоте, либо только по времени (в случае с рефлектограммой - по длине). Преобразование Фурье идеально подходит для исследования стационарных сигналов (в отличие от нестационарных), и применимо к нестационарным, когда необходимо получить лишь данные о частотах на интервале, а сам интервал существования спектральной составляющей неважен. В [58] приведен пример того, что БПФ, например, не может дать исследователю информацию, позволяющую отличить суперпозицию нескольких периодических сигналов от тех же сигналов, следующих во временной (пространственной) области один за другим. Комплексное использование методов, таким образом, является одним из решений поставленной задачи. Само же преобразование Фурье, как известно, широко используется в рефлектометрических методах. Например, для вычисления длины поляризационных биений [48] (Рис. 1.3).

дБ г

Рис. 1.3. Определение длины поляризационных биений при помощи БПФ

Такая техника вычислений использована для анализа результатов исследований на рефлектометрах частотной области (OFDR - Optical Frequency Domain Reflectometer) [48,24] и поляризационных рефлектометрах (POTDR - Polarization Optical Time Domain Reflectometer) [57].

В [48] используется методика, согласно которой частота источника излучения является линейной функцией времени. В месте неоднородности сигнал отражается и интерферирует с зондирующим сигналом, изменившим свою частоту на некую величину. Подобная методика требует специальный источник излучения, схему управления им. Таким образом, математическая обработка лишь помогает интерпретировать данные, полученные после существенной модернизации аппаратной части рефлектометра.

Однако применение преобразования Фурье этим не ограничивается. Часто рефлектограммы, полученные разными методами, имеют ярко выраженные периодические составляющие. БПФ даст информацию о периоде колебаний, после чего можно найти соответствие последних со слоями намотки на катушке или (при наличии информации о скорости вытяжки) найти корреляцию с какими-либо событиями, произошедшими в ходе технологического процесса. Природа появления колебаний различна -

от периодически возникающих отклонений от режима в ходе изготовления световода или установки (прокладки) световода в прибор (объект) - до шумов измерительного оборудования.

Диссертационная работа [68] посвящена вейвлет-обработке рефлектограмм с оптимизацией параметров генетическим алгоритмом. Отмечается, что вейвлет-образы функций более применимы для широкого круга задач, чем Фурье образы, ввиду того, что в качестве материнской вейвлет-функции может быть использован любой из возможных базисов. Генетический алгоритм, впервые использованный в [68] для вейвлет-обработки сигналов, позволил добиться полностью автоматической обработки информации.

Вообще, применение БПФ и вейвлет-преобразование достаточно хорошо описаны исследователями и могут быть применены в тех случаях, когда требуется выявить связь исследуемой функции с базисными (периодическими функциями или материнским вейвлетом).

Большое внимание авторы - как отечественные [6, 53], так и зарубежные [36] - уделяют улучшению эксплуатационных характеристик рефлектометров при помощи кода Голея. Так в [53] предлагается использовать последовательность Голея для задания формы зондирующего импульса. Таким образом, рефлектограммой является не мощность обратно-рассеянного излучения, а взаимно-корреляционная функция (ВКФ), рассчитанная для отправленного и отраженного импульса. Необходимо заметить, что методика зондирования сложными импульсами также имеет недостатки: полученную функцию достаточно сложно интерпретировать. Использование в [53] последовательностей Голея позволило авторам увеличить отношение сигнал-шум, однако лишь с использованием сложного метода генерации импульса, неиспользуемого в стандартной рефлектометрической технике. Такой метод, к тому же, не дает возможности одновременного получения обычной рефлектограммы, построенной по обратно-рассеянному прямоугольному импульсу. В [36] также используют

корреляционный рефлектометр, генерирующий импульс заданной формы. В целом работы, посвященные улучшению эксплуатационных характеристик при помощи последовательностей Голея, описывают специальные методы, неприменимые для распространенных лабораторных и полевых рефлектометров.

Некоторые методики, представленные в литературе [27], указывают на возможность фиксирования и исключения рефлектометрической техникой систематической погрешности измерений, вносимых вариациями диаметра модового пятна в световоде. Методика реализуется при помощи получения двух рефлектограмм одного и того же световода, снятых с двух сторон. Результатом специальной обработки таких рефлектограмм могут быть данные о вариации диаметра в каждой точке световода. Подобные алгоритмы реализованы в большинстве систем автоматической обработки рефлектограмм. При проектировании централизованной системы обработки данных необходимо учитывать подобный опыт мировых производителей и исследователей.

Некоторые исследователи применяют так называемый рефлектометр с фотонным счетом (PCOTDR - Photon Counting OTDR) [23], позволяющий в некоторых случаях производить более точные измерения. Подобные рефлектометры требуют специальной обработки сигнала [30, 49], достаточно сложны, и рассматриваться далее не будут.

В [69] для удобства интерпретации рефлектограмм, а также для применения пороговых алгоритмов для нахождения неоднородностей предлагается использовать производные первого и второго порядка. Для сведения влияния шума на результат вычисления к минимуму предлагается применять в узлах сетки усредненные значения исходной функции. Получение значений в узлах сетки выполнено различными методами, для локализации неоднородностей применена сверточная функция. В настоящее время подобные алгоритмы используются практически во всех

рефлектометрах, однако их использованию в пост-обработке по-прежнему уделяется внимание исследователей.

Также в [69] предлагается методика расчета ПМД по данным рефлектометрических измерений с использованием дифференциальной матрицы Джонса, а также при исследованиях на двух близких длинах волн. Несмотря на то, что методика реализована именно как автоматизированная система (она будет рассмотрена далее), программа является узкопрофильным решением для поляризационного рефлектометра.

1.5 Постановка задачи построения АСТК, ее подсистем и модулей

Теоретические основы проектирования автоматизированных систем технического контроля качества специальных волоконных световодов в процессе производства включают в себя структуру системы, методы технического контроля ВС, математические модели процессов технического контроля (Рис. 1.4).

Технологический процесс Процесс контроля Следствие контроля

Н о

В

Я О

аз

о №

« К о н

д £

о

о ч о и

Е

о тз

3

£

го

а к о аз аз Е

Рис. 1.4. Взаимодействие ТП и процесса комплексного контроля ВС

Технический контроль качества ВС включает в себя как текущий контроль параметров заготовок ВС, так и итоговый контроль готовых ВС [92]. Важнейшим компонентом итогового контроля является рефлектометрия ВС. По этой причине данный процесс заслуживает всестороннего изучения и исследования. Рефлектометрии подвергаются все типы волоконных световодов, в том числе и специальных. Современные мировые тенденции итогового контроля ВС диктуют ужесточение требований к времени операции, ее точности и удобству. Более детально обоснование выбора моделирования процесса рефлектометрии дано в главе 2.

Поскольку все основные свойства заготовки передаются ВС, а отбраковка на ранних стадиях является экономически более выгодной, чем по завершении ТП, улучшение функциональных и точностных характеристик методов контроля заготовок является также обоснованным.

В системотехнике существует несколько подходов к проектированию подобных систем. В данном случае применимо восходящее проектирование [40], то есть последовательность решения задач в направлении от нижних уровней к более высоким. Объясняется это наличием уже частично решенных задач низкого уровня. Однако четкое определение общей концепции системы и требование неукоснительного выполнения унификации данных внутри нее не исключает изменения, исключения или даже полной замены отдельного уже разработанного блока, поэтому выбранный стиль проектирования в большей степени можно отнести к смешанному.

1.6 Выводы по главе 1

1. В главе 1 было показано, что изготовление специальных ВС, в том числе - анизотропных ВС типа «Панда», является сложным процессом и требует определения связей дефектов ВС с отклонениями параметров ТП, а также отбраковки некондиционной продукции на ранних стадиях ТП.

Отмечено, что на этапах производства заготовки ВС методом модифицированного химического парофазного осаждения и контроля профиля -показателя преломления необходимо использование модифицированных корреляционных методов, повышающих точность локализации границ в заготовках ВС.

2. Рефлектометрия является важным элементом технического контроля, позволяющим исследовать характеристики ВС по всей длине. Продемонстрировано, что процесс рефлектометрии, примененный к специальным ВС, нуждается в улучшении точностных характеристик, адаптации под отдельные типы световодов, внедрении автоматических операций. Таким образом, ставится задача создания модифицированных методов технического контроля качества оптических параметров специальных ВС, обеспечивающих достижение необходимой точности результатов контроля. Обращено внимание на то, что для установления причин появления дефектов в специальных волоконных световодах необходимо комплексное исследование рефлектограмм и данных ТП. Произведен обзор методов обработки и моделирования рефлектограмм.

3. Показано, что для автоматической отбраковки некондиционных образцов ВС, а также для создания моделей рефлектограмм, предназначенных для верификации модифицированных корреляционных методов цифровой обработки сигнала, необходима разработка программного эмулятора оптического рефлектометра. Следовательно, необходимо разработать новую модель процесса рефлектометрии волоконного световода. Эта модель должна учитывать возможное нестационарное состояние любого из участков световода и при этом имитировать спектральные характеристики реальных рефлектограмм. Немаловажным является также возможность учета нелинейных оптических эффектов.

4. Показано, что необходимо улучшение функциональных и точностных характеристик методов контроля заготовок.

5. АСТК должна быть расширяемой и доступной для интеграции новых приборов (таких, как рефлектометры Рамана и Бриллюэна). В модели необходимо учесть инструментальные погрешности реальных рефлектометров. Отмечено, что разработанные модифицированные методы должны пройти апробацию на действующем производстве.

6. Выбран смешанный способ проектирования АСТК.

2. Моделирование процесса рефлектометрии волоконного световода

2.1 Постановка задачи моделирования процесса рефлектометрии волоконного световода

Как уже было отмечено в главе 1, автоматизация технического контроля параметров ВС на этапах производства требует создания оптимальных методов машинной отбраковки некондиционных фрагментов световодов по их рефлектограммам. В таком случае необходимо сравнение рефлектограммы с эталоном. Эталон может быть получен при помощи моделирования. К тому же, в ходе проектирования автоматизированной системы контроля качества волоконных световодов необходима отработка модифицированных методов рефлектометрического контроля. Уже было показано, что только такие методы позволяют получать объективную информацию о распределении оптических характеристик по длине световода. Отработка методов может быть сведена к двум видам испытаний:

- физический эксперимент;

- компьютерный эксперимент.

Физический эксперимент может быть осуществлен на различных образцах ВС с использованием лабораторных исследовательских рефлектометров. В ходе эксперимента может быть исследована чувствительность световода к макро- и микроизгибам, а также применимость метода для локализации подобных дефектов. В дальнейшем подобные неоднородности, чья природа не связана с появлением в сердцевине ВС области с показателем преломления, резко отличающимся от заданного, в соответствии с принятым термином, будем называть «неотражающими». Получение «отражающих» дефектов заданной величины, в свою очередь, достаточно затруднительно. Одним из способов получения такого дефекта

является ручная разбалансировка соединения в неавтоматизированном устройстве для коммутации ВС [55]. Подобная разбалансировка представлена на рис. 2.1.

Однако такой метод является достаточно грубым и недостаточно гибким - вариация расстояния X создает в месте стыковки воздушную полость заданного расстояния и меняет затухание на соединении. При этом коэффициент отражения Френеля от границы раздела сред (кварцевое стекло, легированное германием / воздух) достаточно высок. Возможно заполнение пространства X жидкостями с разными показателями преломления, но это малоэффективно.

В таком случае уместно применение компьютерного эксперимента.

Входными параметрами модели в таком случае будут являться: показатель преломления сердцевины и отражающей оболочки, диаметр сердцевины в каждой точке ВС, мощность источника излучения, рабочая длина волны источника излучения, длительность и форма зондирующего импульса, форма спектра шумов фотоприемного устройства рефлектометра. На выходе модели - рефлектограмма ВС, представляющая собой функцию мощности обратного рассеяния от координаты ВС. В разработанной АСТК модель необходима для генерации эталонных рефлектограмм. Происходит их сравнение с рефлектограммами, полученными на этапе технического контроля готовых ВС - вычисляется коэффициент корреляции спектров реальной и смоделированной рефлектограммы.

В модели приняты следующие допущения:

- ВС и световедущая жила внутри него обладают цилиндрической симметрией.

- ВС условно разделен на фрагменты, внутри которых оптические и геометрические свойства были приняты постоянными.

- Отражения Френеля, идущие в направлении, противоположном направлению зондирования, не претерпевают вторичных отражений на пути следования.

- Длина когерентности источника не превышает длины фрагмента.

- Скорость звука в кварцевом стекле пренебрежимо мала по сравнению со скоростью света в этой же среде.

Предполагается, что одним из определяющих параметров для смоделированной рефлектограммы будет ее спектр.

2.2 Описание основных свойств модели

Согласно допущениям, отобразим схематично световод, разбитый на фрагменты (рис. 2.2).

п,

Р ист.

Ч

Рна ФЛ.\

Р

* с

РЯ

х,

Рна Ф.П.

Рис. 2.2. Схематичное изображение модели ВС

Мощность светового импульса, идущего в прямом направлении, обозначена буквой Т7, а в обратном - В. Способность каждого фрагмента пропускать свет -/а отражать - Ъ. По оси абсцисс отложено расстояние Ь, по оси ординат на рис.ба отложена мощность Р (Рис.2.3а), на рис.2.3б -время Т.

Р А

ги

Тз Т4 Ъ Те г

......ф

(..,«___( В]

—ф-

Заключение диссертации по теме «Автоматизация и управление технологическими процессами и производствами (по отраслям)», Константинов, Юрий Александрович

4.8 Выводы по главе 4

1.Были разработаны и описаны подсистемы, каждая из которых решает узкий круг отдельных задач автоматизации и оптимизации контроля качества специальных волоконных световодов на этапах производства.

2. Была разработана и описана концепция автоматизированной системы контроля качества на этапах производства специальных волоконных световодов, общий подход к хранению, визуализации и обработке информации. Внедрение тестовой версии системы на действующем производстве позволило оперативно отслеживать качество изделия на этапах производства, снизить процент брака готовой продукции за счет отбраковки заготовок на ранних стадиях. Данные в главе рекомендации по оптимизации и автоматизации контроля качества на разных этапах производства специальных ВС реализованы или готовы к реализации на современном волоконно-оптическом производстве.

Заключение

1. Разработана структура автоматизированной системы технического контроля качества специальных волоконных световодов, обеспечивающей определение связей дефектов волоконных световодов с отклонениями параметров технологического процесса и отбраковку продукции, не удовлетворяющей техническим требованиям, на ранних стадиях технологического процесса.

2. Построена модель процесса рефлектометрии волоконного световода, учитывающая возможное нестационарное состояние любого из участков световода, имитирующая спектральные характеристики реальных рефлектограмм, а также учитывающая инструментальные погрешности реальных рефлектометров. Модель функционирует в рамках разработанной пилотной версии автоматизированной системы технического контроля качества специальных волоконных световодов, в качестве эмулятора оптического рефлектометра, тренажера оператора. Показано, что программная реализация модели позволяет адаптировать ее для новых применений.

3. Разработаны модифицированные методы контроля качества волоконных световодов, позволяющие повысить точность выявления неоднородностей в специальных волоконных световодов. Их эффективность оценена как на рефлектограммах реальных образцов волоконных световодов, так и на моделях рефлектограмм. Применение данных методов позволило добиться повышения отношения сигнал - шум рефлектограммы, что привело к достижению необходимой точности метода.

4. Созданы и реализованы модифицированные методы корреляционного анализа границ слоев заготовок волоконных световодов, позволяющие исследовать геометрические параметры заготовок волоконных световодов, в том числе и в процессе производства. Применение их позволило устранить ошибки вычисления границ слоев при расчете эквивалентного профиля показателя преломления, привело к достижению необходимой точности метода.

5. Разработанная пилотная версия автоматизированной системы технического контроля качества специальных волоконных световодов предоставляет дополнительные возможности отбраковки волоконных световодов, не удовлетворяющих техническим требованиям. Ее пилотная версия внедрена на действующем производстве. Ее эксплуатация позволила уменьшить общее время технологического процесса на 12 %, ввести новые способы отбраковки волоконных световодов и установления причин брака, снизить количество брака на 10 %. Предполагается, что введение системы в полнофункциональную эксплуатацию позволит снизить брак на 20 % и более.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Константинов, Юрий Александрович, 2012 год

Литература

1. Yilmaz G., Karlik S.E. A distributed optical fiber sensor for temperature detection in power cables // Science Direct, Sensors and Actuators. - 2006. -A 125, P. 148-155.

2. Hartog A.H., Gold M.P. On the Theory of Backscattering in SingleMode Optical Fibers // Journal of Lightwave Technology, Vol.LT-2, No.2, -1984. -P. 76-82.

3. McNamara P., Lyytikaynen K.L., Ryan Т., Kaplin I.J., Ringer S.P. Germanium-Rich «Starburst» cores in silica-based optical fibers fabricated by modified chemical vapour deposition // Accepted for publication in Optics Communication. - 2003. - 230 (1-3) - P. 45-53.

4. Милостная H.A. Автоматизация контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей на основе теории нечеткой логики: дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06. Курск, 2008. -113 С.

5. Henderson R.D., Day-Lewis F.D., Harvey C.F. Investigation of Aquifer-Estuary Interaction Using Wavelet Analysis of Fiber-Optic Temperature Data // Geophysical Research Letters, 36, L06403, Vol. 36, No.L06403 - 2009. - P.6.

6. Архангельский В.Б., Глаголев С.Ф., Марченко K.B., Семин А.В. Корреляционный рефлектометр со сложным зондирующим сигналом // Фотон-Экспресс. - 2004. - № 5 - С. 42-44.

7. Alam М., Guertin D., Farroni J., Abramczyk, J., Jacobson N., Tankala K. Small form-factor Panda-type HiBi fiber for sensing applications // In Proc. SPIE vol. 5272: Industrial Highway Sensors Technology, doi: 10.1117/12.514751.

8. Константинов Ю.А., Крюков И.И., Поскребышев M.M., Харламова H.A. Телевизионная система измерения размеров заготовки волоконных световодов в ходе процесса химического парофазного осаждения // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского

государственного политехнического университета. - 2010. - № 6 (113). - С. 155-158.

9. Гмурман В.Е. Теория вероятностей и математическая статистика: Учебное пособие для вузов. —М.: Высшая школа, 2004. — 479 С.

10. Juan J.C. Distributed fiber optic intrusion sensor system for monitoring long perimeters, PhD Dissertation, Texas A&M University, 2005. — 73 P.

11. Оптика. Ландсберг Г.С. 6-е изд., стереот. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. —848 С.

12. Листвин A.B. Листвин, В.Н. Рефлектометрия оптических волокон, - М.: ЛЕСАРарт, 2005. - 208 С.

13. Дмитриев А.Л. Оптические системы передачи информации / Учебное пособие. - СПб: СпбГУ ИТМО, 2007. - 96 С.

14. Крюков И.И. Автоматизация и управление процессами проектирования и производства специальных кварцевых оптических волокон: дис. ... канд. тех. наук : 05.13.06 : Пермь, - 2006. - 123 С.

15. Братченко И.А., Воробьева Е.В., Захаров В.П., Тимченко П.Е., Котова С.П. Экспериментальные исследования и математическое моделирование оптических характеристик растительной ткани // Известия Самарского научного центра Российской академии наук, т. 9, №3, - 2007. - С. 620-625.

16. Пушкарева А.Е. Методы математического моделирования в оптике биоткани. Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО, - 2008. - 103 С.

17. Пашеку X. Программирование в Borland Delphi 2006 для профессионалов. — М.: Вильяме, 2006. — 944 С.

18. Константинов Ю.А., Мазунина Т.В., Торошин А.Ю. Адаптивная система оптимизации параметров оптической рефлектометрии волоконных световодов // Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности: сб. науч. тр. - СПб.: Том 1, 2011. - С.118-120.

19. Константинов Ю.А., Крюков И.И. Программный эмулятор оптического рефлектометра в исследовательском и образовательном процессе // Телематика - 2011: тр. конф. - СПб., 2011. - Т. 2. - С. 325-326.

20. Vinegoni С. Nonlinear Effects in Optical Fibers, Pour obtenir le grade de Docteur 'es sciences mention physique, 2001, - 280 P.

21. Свинцов А.Г. Программы моделирования в волоконной оптике. Моделирование метода оптической рефлектометрии // Фотон-Экспресс, №1, -2008. - С.21-23.

22. Kude V.P., Khairnar R.S. Fabrication of silicon based glass fibres for optical communication//Bull. Mater. Sci., Vol. 27, No. 1.-2004- P. 73-77.

23. Brendel J. High Dynamic Range Photon-Counting OTDR, Patent No.: US7,593,098 B2, Date of Patent: Sep.22, 2009.

24. Froggatt M.E., Gifford D.K., Kreger S., Wolfe M., Soller B.J. Characterization of Polarization-Maintaining Fiber Using High-Sensitivity Optical-Frequency-Domain Reflectometry // Journal of Lightwave technology, vol. 24, no. 11, November - 2006. - P. 4149-4154.

25. Bigelow M., Skeldon M., Lukshina S., Boyd R. Transient stimulated Brillouin scattering dynamics in polarization-maintaining optical fiber // CLEO'Ol, -2001.-P. 256.

26. Maasoumi F., Bahrampour A.R. Employing the Forward Method to Improve Resolution of Conventional OTDR for Application in SHM // Journal of electric science and technology. - 2010. - Vol. 8(1). - P. 69-73.

27. Листвин A.B., Листвин B.H., Швырков Д.В. Оптические волокна для линий связи - М.: ЛЕСАРарт, 2003. - 288 С.

28. Константинов Ю.А., Крюков И.И., Первадчук В.П., Торошин А.Ю. Поляризационная рефлектометрия анизотропных волоконных световодов // Квантовая электроника. - 2009. - № 39 (11). - С. 1068-1070.

29. Иванов А.Б., Соколов И.В. Современные технологии OTDR // Электросвязь, 11, -1998.- С.29-33.

30. Jasenek J. The theory and application of fiber optic sensors with spread parameters, // THEIERE project No. 10063-CP-1 -2000- 1-PT-ERASMUS-ETNE URL: http://www.eaeeie.org/theiere bratislava/index.html (дата обращения 31.03.2012)

31. Lyytikainen К. Control of complex structural geometry in optical fibre drawing, PhD thesis, University Of Sydney, 2004, 273 P.

32. Hartog A.H., Payne D.N., D.U.S., Conduit A.G., Polarization measurements on monomode fibres using optical time domain reflectometry // IEE Proc., Vol. 128, Pt.H,No.3, June 1981, P. 168-170.

33. Воронин В.Г., Долгалева К.П., Наний O.E., Туркин А.Н., Щербаткин Д.Д., Хлыстов В.И. Интегральные потери в элементах волоконно-оптических линий связи, Учебное пособие, М.: МГУ, 22 С.

34. John М., Senior М., Yousif J., Optical fiber communications: principles and practice, Harlow, England ; New York : Financial Times/Prentice Hall, 2009, 1075 P.

35. Tankala K., Carter A., Machewirth D., Farroni J., Abramczyk J., Manyam U. PM double-clad fibers for high power lasers and amplifiers // Presented at Photonics West 2003 - San Jose, CA, Tuesday, January 28. - 2003.-P. 220-229.

36. Lee D., Yoon H., Kim P., Park J., Park N. Optimization of SNR Improvement in the Noncoherent OTDR Based on Simplex Codes, Journal of Lightwave technology, vol. 24, no. 1, - 2006. - P. 322-328.

37. Guenot P.L., Nouchi P., Poumellec В., Mercereau O. Investigation of single-mode fiber loss properties by OTDR measurements, International Wire & Cable Proceedings, -1996.- P. 679-688.

38. Shiraki К., M. Ohashi M., Tateda M. Suppression of stimulated Brillouin scattering in a fiber by changing the core diameter // Electron. Lett., vol. 31,-1995.-P. 668-669.

39. Singh, S.P. Singh N. Nonlinear effects in optical fibers: origin, management and applications // Progress In Electromagnetics Research, PIER 73, -2007. - P. 249-275.

40. Норенков И.П. Основы автоматизированного проектирования: Учеб. для вузов. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2002. - 336 С.

41. Окатов М.А., Окатов ЭЛ., Байгожин А. и др. Справочник технолога-оптика. Под ред. М.А.Окатова. - 2-е изд., перераб. И доп. - СПб.: Политехника, 2004. - 679 С.

42. Зайцев Н.Г. Аппаратно-программный комплекс для автоматизации технологического процесса производства приборов микро- и оптоэлектроники: дис. ... канд. техн. наук : 05.13.06. Томск, - 2007. - 205 С.

43. Горлов Н.Ю., Ситнов Н.Ю. Анализ современного состояния техники ранней диагностики ВОЛП // Инфосфера №46, июль 2010 год, С.5-12.

44. Дорохов А.В., Кузнецов А.В. Автоматизация контроля качества и система анализа характеристик лавинных фотодиодов // Программные продукты и системы. - 2011, N 2. - С. 125-129.

45. Novel Sensors and Sensing, Jackson R.G. // Taylor & Francis 2004 Print ISBN: 978-0-7503-0989-9.

46. Трещиков B.H., Наний O.E., Нестеров E.T. Когерентный рефлектометр с полупроводниковым источником излучения // Всероссийская конференция по волоконной оптике: сб. науч. тр. - Пермь: 2009. - С.92-93.

47. Schuh R.E., Siddiqui A.S. Measurement of SOP evolution along a linear birefringent fibre with twist using polarization OTDR // NIST/IEEE/OSA Symposium on Optical Fibre Measurements, Boudler, USA -1996.- P. 158-162.

48. Huttner В., Reecht J., Gisin N., Passy R., Von der Weid J.P. Polarisation OFDR for measurements of birefringence and polarization mode coupling lengths in optical fibres // NIST SP-930, Technical Digest - Symposium on Optical Fiber Measurements - 1998.- P. 101-103.

49. Hlavac, M., Jasenek, J., Novel approach to signal processing in the PC-OTDR, Radioelektronika 2004 : 14th international Czech-Slovak scientific conference. Bratislava, SK, 27.-28.april 2004. - Bratislava : STU v Bratislave, 2004. - P. 95-99.

50. Бобырь M.B. Автоматизированная система контроля и управления технологическим процессом высокоточной обработки деталей : дис. ... канд. тех. наук : 05.13.06. Курск, 2003, - 131 С.

51. ShibataN., Kawachi М., Edahiro Т. Optical-loss characteristics of high Ge02 content silica fibers // The Transactions of the IECE of Japan, v. E 63,-1980. -P. 837-841.

52. Gold M.P., Hartog A.H. Long-range single-mode OTDR: ultimate performance and potential uses // 10th European Conference on Optical Communication, 1984, P. 127-129.

53. Семин A.B. Разработка и исследование рефлектометрических методов контроля волоконно-оптических направляющих систем связи в процессе их строительства и эксплуатации, дис. ... канд. тех. наук : 05.12.13. СПб, 2004, - 136 С.

54. Легкий Н.М. Автоматизированная система контроля качества и диагностики неисправностей радиоэлектронной аппаратуры в процессе производства: дис. ... канд. тех. наук : 05.02.22. М., 2004, - 168 С.

55. Quian С. Impact Study of multimode fibre taper in modal noise under restricted offset launch conditions, MS degree thesis, Queen's University, Kingston. - 2007, 149 P.

56. Головашкин Д.Л., Дегтярёв A.A., Сойфер B.A. Моделирование волноводного распространения оптического излучения в рамках электромагнитной теории // Компьютерная оптика, в. 17, 1997, С. 5-9.

57. Бурдин В.А., Дашков М.В. Метод измерений длины биений оптических волокон с линейной вариацией длительности зондирующих импульсов // Всероссийская конференция по волоконной оптике: сб. науч. тр. -Пермь.: 2011. -С.115-116.

58. Харитонов A.B., Вейвлет-преобразование для анализа измерительной информации // Материалы VII Международной научно-технической конференции, INTERMATIC: сб. науч. тр. - 2009.- часть 4 -2009,- С.263-264.

59. Бур дин В. А. Развитие теории кусочно-регулярных волоконно-оптических линий передачи и ее приложения на сетях связи : дисс. ... д. техн. Наук : 05.12.13. Самара., - 2002. - 294 с.

60. Сметанников О.Ю., Труфанов А.Н. Анализ технологических и остаточных напряжений в элементах анизотропного оптического волокна // Всероссийская конференция по волоконной оптике: сб. науч. тр. - Пермь: 2011. - Всероссийская конференция по волоконной оптике: - Пермь, 2009, С.163-164.

61. Цифровая обработка сигналов / А. Б. Сергиенко — СПб.: Питер, 2002. — 608 С.

62. Barton G.W., Law S.H., McNamara P., Phan T.N. Measurement and Control Challenges for the Specialty Optical Fibre Industry in the 21st Century // Proc.5th Asian Control Conf. -2004.- P.l 137-1144.

63. Takada K. Noise in optical low-coherence reflectometry // Quantum Electronics, IEEE Journal of, Jul -1998.- P. 1098-1108.

64. Сисюков А.Н. Разработка и применение специализированных экспертных систем для САПР технологических процессов механической обработки заготовок : дис. ... канд. техн. наук : 05.11.14. СПб.: - 2007. - 151С.

65. Miya T., Terunuma Y., Hosaka T., Miyashita T. Ultra low loss singlemode fibers at 1.55 |im // Rev. Electr. Comm. Lab., -1979. - vol.27, P. 497-506.

66. Константинов Ю.А., Крюков И.И., Поскребышев M.M., Харламова H.A. Автоматизация и сбор данных при исследовании характеристик волоконных световодов на этапах производства // Научно-технические ведомости Санкт-Петербургского государственного политехнического университета. - 2011. - № 6-2 (138). - С. 30-34.

67. Galtarossa A., Palmieri L. Reflectometric measurements of polarization properties in optical-fiber links // J. Opt. Fiber Commun. Rep. 1 -2004. - P. ISO-HQ.

68. Ширяев В .В., Обработка сигналов на основе вейвлет-анализа с оптимизацией параметров генетическим алгоритмом: дис. ... канд. физ.-мат. наук : 01.04.03. М.: - 2006. - 94 С.

69. Азаров А.А., Система автоматического контроля параметров оптических волокон и волоконно-оптических кабелей: дис. ... канд. техн. наук : 05.13.05. М., - 2001. - 114 С.

70. Perlicki К. Calculation of birefringence distribution in optical fiber based on analysis of angle between states of polarization // Optical and Quantum Electronics (2005) 37, P. 1141-1148.

71. Константинов Ю.А. Корреляционный анализ, примененный для локализации границ слоев в заготовках волоконных световодов // Фундаментальные и прикладные исследования, разработка и применение высоких технологий в промышленности: тр. междунар. конф. - СПб., 2011. -Т. 3.-С. 239-240.

72. Dyrda О., Katok V., Koshman I., Manko A. Modeling of reflectogramms of optical line that includes fibres with different level of Rayleigh scattering // LFNM 2004, 6-9 September 2004, Kharkiv, Ukraine, P. 167-169

73. Ab-Rahman M.S., Ng В., Jumari K. Fiber Fault Localization with Centralized Failure Detection System (CFDS) in FTTH Access Network // Australian Journal of Basic and Applied Sciences, 2(4) -2008.- P. 977-986.

74. Vinegoni C., Wegmuller M., Huttner В., Gisin N. Measurement of nonlinear polarization rotation in a highly birefringent optical fibre using a Faraday mirror // J. Opt. A: Pure Appl. Opt. 2 -2000.- P. 314-318.

75. Лихачёв M.E. Механизмы оптических потерь в высоколегированных германосиликатных и фосфоросиликатных одномодовых световодах : дисс. канд. физ.-мат. наук: 01.04.21. М.: - 2005. -126 С.

76. Понятие лингвистической переменной и его применение к принятию приближенных решений / Заде JI. - М.: Мир, 1976. 166 С.

77. Хи Т., Tang F., Jing W., Zhang H., Jia D., Zhang X., Zhou G., Zhang Y. Distributed measurement of mode coupling in birefringent fibers with random polarization modes // Optica Applicata, Vol. XXXIX, No. 1, -2009,- P. 77-90.

78. Wolinski Т. B. Stress effects in twisted highly birefringent fibers // SPIE Vol. 2070 Fiber Optic and Laser Sensors XI -1993.- P. 392-403.

79. MacChesney J. В., DiGiovanni D. J. Materials development of optical fiber // Journal of the American Ceramic Society, Vol. 73, No. 12, -1990.- P. 35373556.

80. Stone F.T. Loss reduction in optical fibers // J. Non-Cryst. Solids, v.42, -1980.- P. 247-260.

81. Григорьев B.B., Митюрев A.K., Лященко O.B., Наумов А.Н. Результаты испытаний бриллюэновского рефлектометра // Фотон-Экспресс. -2005.-№5.-С. 36-37.

82. Biswas P., Li X., Pratsinis S.E. Optical waveguide perform fabrication: Silica formation and growth in a high-temperature aerosol reactor // J. Appl. Phys. 65 (6)-1989.-P. 2445-2450.

83. Kostka F. Control Systems in Optical Fibre Industry // Computacion у Sistemas: Vol.1 No 4, -1998.- P. 195-200.

84. Коротаев В.В., Краснящих А.В. Телевизионные измерительные системы / Учебное пособие. - СПб: СПбГУ ИТМО, 2008. - 108 С.

85. Фёдоров Е.М., Гольдштейн А.Е., Редько В.В. Методы и приборы оптического контроля диаметра и овальности электрических кабелей в процессе их производства // Ползуновский вестник № 2. -2010.- С. 141-148.

86. Лофицкий И.В. Автоматизированный технологический комплекс для производства цифровых волоконно-оптических преобразователей перемещений, дис. ... канд. техн. наук : 05.11.14. М., - 2005. - 173 С.

87. Стародубцев И.И. Управление разработкой и производством волоконно-оптических кабелей с помощью математического моделирования

и разработки программных комплексов : дис. ... канд. техн. наук : 05.09.02. М.,-2003.-251 С.

88. Барышников E.H. Исследование процесса регулирования технологических параметров при изготовлении оптических модулей с целью оптимизации эксплуатационных характеристик волоконно-оптических кабелей: дис. ... канд. техн. наук : 05.09.02 : М., - 2003. -221 С.

89. Мельникова Е. Ю. Разработка критериев диагностирования насосно-компрессорных труб виброакустическим методом в промысловых условиях: дис. ... канд. техн. наук: 05.02.13. Уфа, - 2002. - 150 С.

90. Горшков Б.Г. Распределенные датчики на основе когерентно-импульсной рефлектометрии и практика применений // Фотон-Экспресс. -2011.-№6(94).- С. 66-67.

91. Акопов С.Г. Новые телекоммуникационные волокна компании Corning // Фотон-Экспресс. - 2011. - № 6 (94). - С. 177-178.

92. Сажнев C.B. Требования к проектированию и инженерному оснащению оптоволоконных производств // Фотон-Экспресс. - 2011. - № 6 (94). - С.245-246.

93. Константинов Ю.А., Крюков И.И., Первадчук В.П., Торошин А.Ю. Экспериментальные методики рефлектометрии волоконных световодов типа «Панда» // Фотон-Экспресс. - 2009. - № 6 (78). - С. 152.

94. Singh S.P., Gangwar R., Singh N. Nonlinear scattering effects in optical fibers // Progress In Electromagnetics Research, PIER 74, - 2007. - P. 379405.

95. Константинов Ю.А., Мазунина T.B. Разработка модифицированного корреляционного метода локализации дефектов в волоконных световодах // Фотон-Экспресс. - 2011. - № 6 (94). - С. 179-180.

96. Андреев А.Г., Буреев C.B., Дукельский К.В., Ермаков B.C., Ероньян М.А., Комаров A.B., Полосков A.A., Цибиногина М.К. Анизотропный волоконный световод с эллиптической

фторфосфорсиликатной оболочкой // Фотон-Экспресс. - 2011. - № 6 (94). -Пермь: 2011.-С. 137-138.

97. Лихачёв М.Е. Волоконные световоды на основе запрещенной фотонной зоны // Фотон-Экспресс. -2011. -№ 6 (94). - Пермь: 2011. - С. 145146.

98. Демидов В.В., Дукельский К.В., Комаров А.В., Шевандин B.C. Вариация микростуктур для улучшения характеристик одномодовых световодов с большой сердцевиной // Фотон-Экспресс. - 2011. - № 6 (94). -Пермь: 2011.-С. 147-148.

99. Алёшкина С.С., Лихачёв М.Е., Прямиков А.Д., Гапонов Д.А., Денисов А.Н., Бубнов М.М., Салганский М.Ю., Гурьянов А.Н., Февриер, С., Успенский Ю.А., Попов Н.Л. Одномодовый поляризующий брэгговский световод с большим полем моды, действующий в широком спектральном диапазоне // Фотон-Экспресс. - 2011. - № 6 (94). - Пермь: 2011. - С. 149-150.

100. S.B. Pool, D.N. Payne, М.Е. Fermann, Fabrication of low-loss optical fibers containing rare-earth ions, Electr. Lett., 1985, v.21, P. 737-738.

101. Бубнов M.M. Физические основы процесса вытяжки волоконных световодов с малыми потерями: дис. ... д. физ.-мат. наук : 01.04.07: М., -2009.-321 С.