Быстродействующая система измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.07, кандидат технических наук Лазарев, Владимир Алексеевич

• Лазарев, Владимир Алексеевич
• кандидат технических наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат технических наук Лазарев, Владимир Алексеевич

СОДЕРЖАНИЕ стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ ПУТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ БРЭГГОВСКИХ ДАТЧИКОВ

1.1. Анализ существующих методов измерения деформации и температуры

1.2. Классификация и сравнительный анализ волоконно-оптических датчиков для измерения деформации и температуры

1.3. Исследование основных характеристик волоконно-оптических брэгговских датчиков для измерения деформации

и температуры

1.4. Анализ существующих методов построения волоконно-оптических систем измерения деформации и температуры на основе брэгговских датчиков

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ОБОСНОВАНИЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ

СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ БРЭГГОВСКИХ

ДАТЧИКОВ

2.1. Обоснование структурной схемы быстродействующей системы измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков

2.2. Математическая модель быстродействующей системы измерения деформации и температуры

2.3. Методика расчета быстродействующей системы измерения деформации и температуры на основе волоконно-

оптических брэгговских датчиков

2.4. Разработка методики исследований метрологических характеристик быстродействующей системы измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков

2.5. Анализ алгоритма обработки сигналов от брэгговских датчиков

2.6. Методика получения независимых оценок деформации и температуры

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТА

БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ БРЭГГОВСКИХ ДАТЧИКОВ

3.1. Разработка макета быстродействующей системы измерения деформации и температуры

3.2. Лабораторные испытания макета быстродействующей системы измерения деформации и температуры

3.3. Результаты экспериментальных измерений деформации деталей с помощью макета быстродействующей системы измерения деформации и температуры

ВЫВОДЫ

ЛИТЕРАТУРА

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АОС - анализатор оптического спектра

АЦП - аналогово-цифровой преобразователь

ВОБР - волоконно-оптическая брэгговская решётка

ВОД - волоконно-оптический датчик

ВС - волоконный световод

ИК - инфракрасный

ИФП - интерферометр Фабри-Перо

ОБВ - объектив

ОВ - оптическое волокно

ПП - показатель преломления

УФ - ультрафиолетовый

ФПУ - фотоприёмное устройство

ЭВМ - электронно-вычислительная машина

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Быстродействующая система измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков»

ВВЕДЕНИЕ

За последнее десятилетие отмечается стремительное развитие производственной и социальной инфраструктуры. В связи с этим всё чаще возникает задача контроля параметров таких инфраструктурных объектов и сооружений, как мосты, тоннели, трубопроводы, гражданские и промышленные здания различного назначения. Одними из основных параметров таких объектов, подлежащих измерению, являются механическая деформация и температура. Своевременное обнаружение достижения указанными параметрами критических значений позволяет предотвратить возникновение аварийных ситуаций или катастроф.

Для решения указанной задачи применяют различные датчики. До недавнего времени основным типом датчиков для измерения механической деформации и температуры были тензодатчики, пьезодатчики, терморезисторы и др. Однако благодаря интенсивному развитию волоконной оптики были разработаны и получают всё большее распространение волоконно-оптические датчики, обладающие рядом преимуществ по сравнению с тензо-датчиками: более высокой чувствительностью, помехозащищенностью и устойчивостью к воздействиям агрессивных сред, а также меньшей стоимостью. Среди волоконно-оптических датчиков перспективными являются ква-зираспределённые волоконно-оптические датчики на основе брэгговских решёток (далее - брэгговские датчики), позволяющие контролировать состояние объекта во многих точках одновременно благодаря возможности спектрального и временного мультиплексирования.

Разработка методов измерения деформации и температуры с использованием волоконно-оптических датчиков и работы по созданию систем измерения на их основе ведутся во многих научных организациях и научно-производственных компаниях как в России, так и за рубежом. Стоит отметить основополагающие работы А. Керсея в США и Б. Кулшоу в Великобритании, М. Дигонне в Стенфордском университете. В России данной тематике посвящены работы О. И. Медведкова и С. А. Васильева в НЦВО РАН, Ю. Н.

! II 1- % £ 4 I I *

6

Кульчина в ДВО РАН, группы микроволновой плазмохимии для фотоники ИРЭ РАН, лаборатории волоконной оптики Института автоматики и телеметрии СО РАН, лаборатории ФГУП «ВНИИОФИ» под руководством С. В. Тихомирова. Измерительные системы на основе брэгговских датчиков успешно реализованы компаниями БтаЛРШегз, ОсеапОрйсБ, отечественными компаниями «Оптолекс», «СибСенсор», «Мониторинг-Центр», «Телеком-прибор».

Серийно выпускаемые измерительные системы, предназначенные для опроса брэгговских датчиков, обладают одним весьма существенным недостатком - низким быстродействием, обусловленным существующими методами получения информации о состоянии брэгговских датчиков с использованием перестраиваемых по длине волны элементов. Указанный недостаток не позволяет использовать эти системы для контроля быстропротекающих процессов. В то же время задача мониторинга таких процессов становится всё более актуальной вследствие возрастающей значимости непрерывного контроля параметров объектов инфраструктуры. В современных условиях часто возникает задача контроля деформаций, изменяющихся с частотами до 5 кГц. Прежде всего, это область авиастроения, в которой необходимо проводить контроль корпусных элементов летательных аппаратов, подверженных длительным высокочастотным нагружениям и климатическим воздействиям. Широкое применение волоконно-оптических датчиков обусловлено активным внедрением в сферу авиастроения композиционных материалов, обладающих высокой коррозионной стойкостью, прочностью, малой массой. Однако композиционные материалы подвержены многим видам повреждений: появлению трещин, нарушению структуры, расслоению и т. д. Всё это может стать причиной аварийно-опасных ситуаций и катастроф. Усугубляет ситуацию также сложность своевременного выявления этих повреждений. Поэтому разработка метода высокоскоростного получения информации от брэгговских датчиков деформации и температуры без использования перестраиваемых элементов, который позволит создать быстродействующую си-

*

I

стему измерения деформации и температуры объектов и сооружений, является актуальной и перспективной научно-технической задачей.

Существующие схемные решения измерительных систем имеют предел по быстродействию и не позволяют решать указанных задач. В особенности это относится к отечественным образцам измерительных систем. Указанное обстоятельство свидетельствует о том, что измерительные системы, построенные по таким схемам, не могут быть полноценными системами мониторинга. Поэтому целью данной диссертационной работы является разработка метода высокоскоростного получения информации от брэгговских датчиков деформации и температуры и создание быстродействующей многоканальной системы измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков.

Для достижения поставленной цели требуется решить следующие основные научно-технические задачи.

1. Исследовать основные параметры волоконно-оптических брэгговских датчиков применительно к использованию в системах измерения деформации и температуры.

2. Провести анализ существующих методов и схем измерения деформации и температуры.

3. Разработать метод высокоскоростного получения информации от брэгговских датчиков деформации и температуры.

4. Синтезировать математическую модель системы измерения деформации и температуры с целью проведения анализа процесса преобразования сигналов.

5. Разработать метод калибровки по шкале длин волн системы измерения деформации и температуры.

6. Создать методику исследований метрологических характеристик системы измерения, а также методику расчёта ее основных параметров.

7. Разработать методику получения независимых оценок температуры и деформации.

8. Создать макет системы измерения деформации и температуры, реализующий разработанный метод получения информации от брэгговских датчиков деформации и температуры.

9. Разработать программу и методики лабораторных испытаний макета системы измерения.

Ю.Провести лабораторные испытания созданного макета быстродействующей системы измерения деформации и температуры с целью проверки основных теоретических положений и расчетных соотношений.

11. Провести экспериментальные измерения деформации различных деталей с помощью созданного макета системы измерения. Диссертация содержит введение, три главы и выводы.

В первой главе проводится обзор и классификация существующих методов измерения деформации й температуры и дается сравнительный анализ традиционных датчиков на основе пьезоэлектрического эффекта и волоконно-оптических датчиков. Проводится исследование передаточной характеристики брэгговских датчиков, определяющей зависимость длины волны отражённого излучения от деформации и температуры. На основе метода волновых функций Блоха проводится исследование зависимости спектра отраженного излучения от механической деформации или температуры. Рассматриваются методы изготовления брэгговских решёток. Проводится сравнительный анализ методов получения информации от брэгговских датчиков деформации и температуры.

Во второй главе с использованием графового представления разрабатывается структурно-функциональная схема многоканальной быстродействующей системы измерения деформации и температуры на основе брэгговских датчиков, реализующая метод регистрации спектра без использования перестраиваемых элементов. Разрабатывается оригинальный метод калибровки системы измерения по шкале длин волн. На основе структурно-функциональной схемы разрабатывается математическая модель многоканальной быстродействующей системы измерения деформации и температуры

на основе брэгговскнх датчиков. На основе математической модели быстродействующей системы измерения создаются методика расчета быстродействующей системы измерения деформации и температуры. Разрабатывается методика исследований метрологических характеристик, а также методика получения независимых оценок температуры и деформации на основе многорешётчатых брэгговских датчиков, позволяющая одновременно измерять деформацию и температуру.

В третьей главе приводятся результаты лабораторных испытаний макета быстродействующей многоканальной системы измерения деформации и температуры. Разрабатываются стенды для исследований технических и метрологических характеристик созданного макета. Разрабатывается стенд для калибровки брэгговских датчиков по шкале деформации. Приводятся результаты испытаний балок из полимерных композиционных материалов с помощью разработанного макета и проводится сравнение с показаниями тензо-датчиков.

В выводах формулируются основные результаты диссертации.

Заключение диссертации по теме «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы», Лазарев, Владимир Алексеевич

8. Результаты работы докладывались на 8 конференциях, в том числе 4 международных, и опубликованы в 9 публикациях, в том числе 7 статей опубликованы в центральных научно-технических журналах, входящих в перечень рецензируемых научных журналов и изданий ВАК Минобрнауки России.

173

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Лазарев, Владимир Алексеевич, 2013 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Джексон Р. Г. Новейшие датчики. М.: Техносфера, 2007. 384 с.

2. Finkelstein, L., Watts, R.D. Systems Analysis of Instruments // Journal of the Institute of Measurement & Control. 1971. Vol. 4. P. 236-237.

3. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. М. : Техносфера, 2005. 592 с.

4. White R. М. A Sensor Classification Scheme // IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics and Frequency Control. 1987. Vol. UFFC-34, No 2. P. 124-126.

5. Nye J. F. Physical Properties of Crystals. Oxford : Oxford Univ., 1957. 329 p.

6. Mason W. P. Crystal Physics of Interaction Process. New York : Academic, 1966.354 p.

7. Holman J. P. Experimental Methods for Engeneers. New York: McGraw-Hill, 1978.616 р.

8. Piezo Film Sensors Technical Manual. Norris-town (PA) : Measurement Specialties Inc., 1999. 257 p.

9. Del Prete Z., Monteleone L., Steindler R. A Novel Pressure Array Sensor based on Contact Resistance Variation Metrological Properties // Rev. Sci. Instrum. 2001. Vol. 72(3). P. 1537-1548.

10. Benes E. Groschi M., Burger W., Schmid M. Sensors based on piezoelectric resonators // Sensors Actuators. 1995. A 48. P. 1-21.

11. Corbett J.P. Quatz steady-state force and pressure sensor // Sensors Expo West. Proceedings. Peterborough, 1991. 12 p.

12. Fabrication and Testing of a PZT Strain Sensor for Soil Applications / J. Soman [et al.] // IEEE Sensors Journal. 2011. Vol. 11, Issue 1. P. 78-85.

13. Young, S., Peters, K. Self-Repairing Packaged Strain Sensor With High Repeatability// IEEE Sensors Journal. 2012. Vol. 12, Issue 12. P. 3432-3437.

14. Study of Strain Sensor Using FeSiB Magnetostrictive Thin Film / Y. Suwa [et al.] // IEEE Transactions on Magnetics. 2010. Vol. 46, Issue 2. P. 666-669.

15. Field-Controllable Flexible Strain Sensors Using Pentacene Semiconductors / Ji. Taeksoo [et al.] // IEEE Electron Device Letters. 2007. Vol. 28, Issue 12. P. 1105-1107.

16. A novel integrated acoustic gas and temperature sensor / J. D. Sternhagen [et al.] // IEEE Sensors Journal. 2002. Vol. 2, Issue 4. P. 301-306.

17. A Low-Profile Wireless Passive Temperature Sensor Using Resonator/Antenna Integration Up to 1000 °C / C. Haitao [et al.] // IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters. 2012. Vol. 11. P. 369-372.

18. Temperature Sensor Using Thin-Film Transistor / A. Nakashima [et al.] // IEEE Sensors Journal. 2011. Vol. 11, Issue 4. P. 995-998.

19. Miniaturized Flexible Temperature Sensor / Y. Moser [et al.] // Journal of Mi-croelectromechanical Systems. 2007. Vol. 16, Issue 6. P. 1349-1354.

20. Inductive Sensor for Temperature Measurement in Induction Heating Applications / C. Franco [et al.] // IEEE Sensors Journal. 2012. Vol. 12, Issue 5. P. 9961003.

21. Волоконно-оптические датчики / Под ред. Э. Удда. М.: Техносфера, 2008. 520 с.

22. Кульчин Ю. Н. Распределенные волоконно-оптические измерительные системы. М.: Физматлит, 2001. 272 с.

23. Othonos A. Fundamentals and Applications in Telecommunications and Sensing. London: Artech House, 1999.422 p.

24. Marcuse D. Theory of Dielectrical Optical Waveguides. New York: Academic Press, 1974. 267 p.

25. Yariv A. Optical Electronics. Oxford: Oxford Univ. Press, 1990. 736 p.

26. Брэгговские решетки показателя преломления / С. А. Васильев [и др.] // Квантовая электроника. 2005. 35, № 12. С. 1085-1103.

27. Сравнение методов измерения и моделирования спектров отражения волоконных брэгговских решеток / В. А. Лазарев [и др.] // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2012. № 6. URL:

http://technomag.edu.ru/doc/422468.html (дата обращения: 12.08.2012). С. 319-326.

28. Квазираспределенная измерительная система на основе брэгговских датчиков механических напряжений с повышенной частотой опроса /В.А.Лазарев [и др.] // Автоматизация в промышленности. 2008. № 11. С.58-62.

29. Kogelnik Н., Shank С. W. Coupled wave theory of distributed feedback lasers // Journal of Applied Physics. 1972. Vol. 43. P. 2327-2335.

30. Winick K. A. Effective-index method and coupled-mode theory for almost periodic waveguide gratings: A comparison // Applied Optics. 1992. Vol. 31. p. 757-764.

31. Yamada M., Sakuda K. Analysis of almost-periodic distributed feedback slab waveguide via a fundamental matrix approach // Applied Optics. 1987. Vol. 26. P. 3474-3478.

32. Bragg solitons in the nonlinear Schrodinger limit: experiment and theory / B. J. Eggleton [et al.] // Journal of OS A B. 1999. Vol. 16, Issue 4. P. 587-599.

33. Yariv A. Coupled mode theory for guided-wave optics // IEEE Journal of Quantum Electronics. 1973. Vol. QE-9. P. 919-933.

34. Russell P. St. J. Bloch wave analysis of dispersion and pulse propagation in pure distributed feedback structures // Journal of Modern Optics. 1991. Vol. 38. P. 1599-1619.

35. Борн M., Вольф. Э. Основы оптики. M.: Наука, 1973. 720 с.

36. Многоканальная квазираспределенная информационно-измерительная система на основе наноразмерных волоконно-оптических структур датчиков механических напряжений / В. А. Лазарев [и др.] // Заводская лаборатория. 2008. Том 74, специальный выпуск. С. 70-75.

37. Пнев А. Б. Оптико-электронные измерительные системы на основе квази-распределенных волоконно-оптических брэгговских датчиков: Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.07. М., 2008. 175 с.

38. Culshaw В. Fiber-Optic Sensing: A Historical Perspective // Journal of Lightwave Technology. 2008. Vol. 26, Issue 9. P.1064-1078.

39. Kashyap R. Fiber Bragg Gratings. San Diego: Academic Press, 1999. 460 p.

40. Butcher P. N., Cotter D. Elements of Nonlinear Optics. Cambridge: Cambridge University Press, 1990, 348 p.

41. High pressure H2 loading as a technique for achieving ultrahigh UV photosensitivity and thermal sensitivity in Ge02 doped optical fibres / P. J. Lemaire [et al.] // Electronics Letters. 1993. Vol. 29, Issue 13. P. 1191-1993.

42. Агравал Г. П. Применение нелинейной волоконной оптики: Учебное пособие // СПб: Лань, 2011. 592 с.

43. Bragg gratings in Се -doped fibers written by a single excimer pulse / L. Long [et al.] // Optics Letters. 1993. Vol. 18, Issue 11. P. 861-863.

44. Chirped in-fiber Bragg gratings for compensation of optical-fiber dispersion /К. O. Hill [et al.] // Applied Physics Letters. 1994. Vol. 62, Issue 17. P. 13141316.

45. Efficient mode conversion in telecommunication fibre using externally written gratings / К. O. Hill [et al.] // Electronics Letters. 1990. Vol. 26, Issue 16. P. 12701272.

46. Femtosecond Laser-Induced Damage and Filamentary Propagation in Fused Silica / L. Sudrie [et al.] // Physical Review B. 2005. Vol. 71, Issue 12. 11 p.

47. Fiber Bragg gratings made with a phase mask and 800-nm femtosecond radiation / S. J. Mihailov [et al.] // Journal of Lightwave Technology. 2003. Vol. 28, Issue 12. P. 995-997.

48. Formation of Type I-IR and Type II-IR gratings with an ultrafast IR laser and a phase mask / C. W. Smelser [et al.] // Optics Express. 2005. Vol. 13, № 4. 10 p.

49. Statistical Analysis of Fracture Strength of Composite Materials Using Weibull Distribution / M. Dirikolu [et al.] // Turkish Journal of Engineering and Environmental Science. 2002. Vol. 26. P. 45-48.

50. Type II high-strength Bragg grating waveguides photowritten with ultrashort laser pulses / H. Zhang [et al.] // Optics Express. 2007. Vol. 15, Issue 7. P.4182-4191.

51. Compact optical fiber sensor smart node / S. W. Lloyd [et al.] // Review of Scientific Instruments. 2007. Vol. 78, Issue 3. 6 p.

52. Compact acousto-optic interrogator for fiber optic Bragg sensors / A. V. Tsarev [et al.] // International Conference on Numerical Simulation of Optoelectronic Devices. Rome (Italy), 2011. P. 83-84.

53. Multiplexed Fiber Bragg Grating Interrogation System Using a Microelectro-mechanical Fabry-Perot Tunable Filter / W. R. Allan [et al.] // IEEE Sensors Journal. 2009. Vol. 9, Issue 8. P. 936-943.

54. Spectrometer : Pat. USA № US6862092; date of publishing 28.03.2002; date of patent 01.03.2005.

55. Карасик В. E., Лазарев В. А. Современные проблемы встроенного нераз-рушающего контроля конструкционных элементов из полимерных материалов на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Приборостроение. 2011. Специальный выпуск «Современные проблемы оптотехники». С. 157-167.

56. Карасик В. Е., Лазарев В. А., Неверова Н. А. Измерительное устройство контроля деформации и температуры на основе наноразмерных волоконно-оптических датчиков // Научно-технический вестник СПбГУ ИТМО. 2008. №58. С. 51-58.

57. Немтинов В. Б., Жирнов А. А., Степанов К. В. Инженерно-графовая методика проектирования оптико-электронного сканирующего устройства кругового обзора пространства (ОЭСУ КОП) // Наука и образование: электронное научно-техническое издание. 2011. № 10. URL: http://technomag.edu.ru/doc/253373.html (дата обращения: 20.01.2012).

58. Немтинов В. Б. Модельные факторы структурной теории оптико- и ла-зерно-электронных систем // Наука и образование: электронное научно-

техническое издание. 2008. № 4. URL: http://technomag.edu.ru/doc/89026.html (дата обращения: 21.01.2012).

59. Немтинов В. Б. Структурная теория оптико- и лазерно-электронных систем. 4.5. Математическое моделирование системы // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Приборостроение. 1995. Выпуск 3. С. 17-27.

60. Устройство для измерения деформаций на основе квазираспределенных волоконно-оптических датчиков на брэгговских решетках / В. А. Лазарев [и др.] : Пат. 2377497 Рос. Федерация. № 2008128572/28 ; заявл. 15.07.2008 // Б.И. 2009. №36.

61.Fabry-Perot / Fiber Bragg Grating Mult-Wavelength Reference: Pat. 6327036 USA № 09654824; date of publishing 05.09.2000 ; date of patent 12.04.2001.

62. Круглов О. В. Разработка и исследование приборов для измерения оптических параметров и характеристик светодиодов : Дис. ... канд. техн. наук : 05.11.07. М., 2011. 152 с.

63. Fastie W. G. A small plane grating monochromator // Journal of Optical Society of America 1952. Vol. 42. P. 641-647.

64. Fastie W. G. Image forming properties of the Ebert monochromator // J. Opt. Soc. Am. 1952. Vol. 42. P.647-652.

65. Rosfjord К. M., Villalaz R. A. and Gaylord Т. K. Constant-bandwidth scanning of the Czerny-Turner monochromator // Appl. Opt. 2000. Vol. 39. P. 568-572.

66. Koike M. and Namioka T. Grazing-incidence Monk-Gillieson monochromator based on surface normal rotation of a varied line-spacing grating // Appl. Opt. 2002. Vol. 41. P. 245-257.

67. Hutley M. C. Diffraction Gratings. New York: Academic Press, 1970. 330 p.

68. Meltzer R. J. Spectrographs and Monochromators // Applied Optics and Optical Engineering. 1969. Vol. V, chapter 3. P. 47-84.

69. Wadsworth F. The modern spectroscope // Astrophysics Journal. 1896. Vol. 3. P. 47-62.

70. Оптико-электронные приборы для научных исследований: Учеб. пособие / JL А. Новицкий [и др.]. // М.: Машиностроение, 1986. 432 с.

71. Palmer С. Theory of second-generation holographic diffraction gratings // Journal of Optical Society of America. 1989. Vol. A 6, P. 1175.

72. Ахманов С. А., Никитин С. Ю. Физическая оптика: Учебник. 2-е изд. // М.: Изд-во МГУ; Наука, 2004. 656 с.

73. Розеншер Э., Винтер Б. Оптоэлектроника. М.: Техносфера. 2004. 592 с.

74. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи: 3-е дополненное изде-ние. М.: Техносфера, 2006. 496 с.

75. Garcia С. Characterization of InGaAs Linear Array for Applications to Remote Sensing // Proc. SPIE 5783, Infrared Technology and Applications XXXI. Belling-ham (WA), 2005. Vol. 57. P. 57-64.

76. Li X., Huang S. Noise characteristics of short wavelength infrared InGaAs linear focal plane Arrays // Journal of Applied Physics. 2012. Vol. 112. P. 1-5.

77. Janesick J. Scientific Charge-Coupled Devices, Bellingham: SPIE, 2001. Chap. 2, 3. P. 101-105.

78. Lin M. Stray light characterization of an InGaAs anamorphic hyperspectral imager// Optics express. 2010. Vol. 18, №. 16. P. 1-11.

79. Russell P., Archambault J., Reekie L. Fibre Gratings // Physics World. 1993. V. 41. P. 41-46.

80. ГОСТ 8.381-80 Государственная система обеспечения единства измерений. Эталоны. Способы выражения погрешностей. М.: Изд-во стандартов, 1980. 9 с.

81. Lee Н. W. Accuracy improvement in peak positioning of spectrally distorted fiber Bragg grating sensors by Gaussian curve fitting // Applied optics. 2007. Vol. 46, №. 12. P. 2205-2208.

82. Mooney, Т., Martin, D. Increasing Metering Accuracy by Optimizing the Analog to Digital Converter Characteristics // Power Systems Conference. Clemson (CS), 2006. P. 96-98.

83. ГОСТ P 54500.1-2011 Руководство ИСО/МЭК 98-1: 2009. Неопределённость измерения. M.: Стандартинформ, 2012. 24 с.

84. High Resolution Fibre Bragg Grating Sensor Demodulation Using a Diffraction Grating Spectrometer and CCD Detection / Ezbiri A. [et al.] // Proceedings of the 1997/033 IEE Colloquium on Optical Techniques for SMART Structures and Structural Monitoring (OTSMARTSSM'97). London, 1997. P. 5/1-5/6.

85. SOA-Based Multi-Wavelength Fiber Laser for FBG Vibration Sensor Array / K. Inamoto [et al.] // Optical Fiber Sensors (OFS) conference. Gancun (Mexico), 2006. 4 p.

86. Three axis strain and temperature sensor / E. Udd [et al.] // Proceedings of the Fiber Sensor Conference (OFS-11). Sapporo (Japan), 1996. P. 224-247.

87.Possible approach for the simultaneous measurement of temperature and strain via first and second diffraction from Bragg grating sensors / K. Kalli [et al.] // Proceedings of the Fiber Sensor Conference. Glasgow (Scotland), 1994. P. 200-204.

88. Simultaneous independent strain and temperature measurement usinf in-fiber Bragg grating sensors / S. W. James [et al.] // Electronic Letters. 1997. Vol. 22. P. 790-792.

89. Transparent Network for Hybrid Multiplexing of Fiber Bragg Gratings and Intensity-Modulated Fiber-Optic Sensors / S. Abad [et al.] // Applied Optics. 2003. Vol. 42, Issue 25. P. 5040-5045.

90. Highly birefringent photonic bandgap Bragg fiber loop mirror for simultaneous measurement of strain and temperature / M. S. Ferreira [et al.] // Optics Letters. 2011. Vol. 36, Issue 6. P. 993-995.

91. Simultaneous Measurement of Strain and Temperature by use of a Single-Fiber Bragg Grating and an Erbium-Doped Fiber Amplifier / J. Jung [et al.] //Applied Optics. 1999. Vol. 38, Issue 13. P. 2749-2751.

92. Use of Dual-Grating Sensors Formed by Different Types of Fiber Bragg Gratings for Simultaneous Temperature and Strain Measurements / X. Shu [et al.] //Applied Optics. 2004. Vol. 43, Issue 10. P. 2006-2012.

93. Simultaneous measurement of temperature and pressure by a single fiber Bragg grating with a broadened reflection spectrum / T. Guo [et al.] // Applied Optics. 2006. Vol. 45, Issue 13. P. 2935-2939.

94. Fiber Bragg grating and long period grating sensor for simultaneous measurement and discrimination of strain and temperature effects / K. Srimannarayana [et al.] // Optica Applicata. 2008. Vol. XXXVIII, № 3. p. 601-608.

95. Hybrid Fiber Bragg Grating and Long Period Fiber Grating Sensor for S train/Temperature Discrimination / H. J. Patrick [et al.] // IEEE Photonics Technology Letters. 1996. Vol. 8, №. 9. P. 1223-1225.

96. ГОСТ 15.101-98. Система разработки и постановки продукции на производство Порядок выполнения научно-исследовательских работ. М.: Изд-во стандартов, 1998. 12 с.

97. ГОСТ 16504-81. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения. М.: Изд-во стандартов, 1981. 26 с.

98. Shidlovski V. R., Wei J. Superluminescent diodes for optical coherence tomography // Proc. SPIE. 2002. Vol. 4648. P. 139-147.

99. Li Z. Q., Simon Li Z. M. Comprehensive modeling of superluminescent light-emitting diodes // IEEE J. Quantum Electron. 2010. Vol. 46 (4), P. 454-461.

100. Суперлюминесцентные диоды и модули. Каталог продукции / Компания Superlum. 2012. URL: http://www.superlumdiodes.com/slds overview.htm (дата обращения: 22.09.2012).

101. InGaAs-линейки. Каталог продукции / Компания Hamamatsu. 2012. URL: http://ip.hamamatsu.com/products/sensor-ssd/pdl28/pdl09/4042/index en.html (дата обращения: 22.09.2012).

102. ГОСТ 8.381-2009 ГСИ. Эталоны. Способы выражения точности. М. : Стандартинформ, 2011. 24 с.

103. Лазарев В. А., Шелестов Д. А. Разработка многоканальных квазираспре-деленных информационно-измерительных систем на основе наноразмерных волоконно-оптических датчиков механических напряжений // Наука и образование : электронное научно-техническое издание. 2012. № 4. URL: http://technomag.edu.ru/doc/355592.html (дата обращения: 10.04.2012). 16 с.

104. Оптико-электронная измерительная система мониторинга деформации на основе наноразмерных волоконно-оптических периодических структур / В. А. Лазарев [и др.] // Фотон-экспресс. 2009. Спец выпуск, № 6. С. 156-157.

105. Быстродействующий измеритель длины волны лазерного излучения для волоконно-оптических систем передачи информации / В. А. Лазарев [и др.] : Пат. 2425338 Рос. Федерация. № 2009131082/28 ; заявл. 17.08.2009 // Б.И. 2011. №21.

106. Современные проблемы оптотехники / В. А. Лазарев [и др.] : Учеб. пособие /Под ред. В. Е. Карасика. М. : Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2010. С. 60-70.

107. Измерение деформации и температуры датчиками на основе брэгговских решеток / В. А. Лазарев [и др.] // Датчики и системы. 2009. № 1. С. 15-19.

Генеоальныи липектог>иАи :«НИАТ»

АКТ ВНЕДРЕНИЯ результатов диссертации Лазарева Владимира Алексеевича

Результаты диссертации Лазарева Владимира Алексеевича, выполненной на тему «Быстродействующая система измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков» и представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы, в виде разработанного под руководством автора метода одновременной регистрации спектра, отраженного от брэгговских датчиков, с использованием широкополосного источника излучения и созданного при участии автора макета быстродействующей многоканальной системы измерения деформации и температуры, были использованы и апробированы в Национальном институте авиационных технологий при разработке и эксплуатации в 2011 -2012 гг. системы мониторинга состояния деталей из полимерных композиционных материалов со встроенными волоконно-оптическими брэгговскими датчиками.

Данные результаты диссертации актуальны и имеют большое практическое значение при разработке высокоточных быстродействующих измерительных систем для контроля состояния композиционных конструкций. Разработанный высокоскоростной метод получения информации о состоянии брэгговских датчиков деформации и температуры и быстродействующая многоканальная система измерения, построенная на его основе, будут использованы в дальнейшем при создании современных измерительных комплексов диагностики конструкционных элементов, изготовленных из полимерных композиционных материалов.

Ученый секретарь д.т.н., проф.

В.Н.Егоров

А. К. Проценко

2013 г.

результатов диссертации Лазарева Владимира Алексеевича

Результаты диссертации Лазарева Владимира Алексеевича, выполненной на тему «Быстродействующая система измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков» и представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы, в виде разработанной под руководством и с участием автора методики получения независимых оценок температуры и деформации на основе применения многорешётчатых брэгговских датчиков, были использованы и апробированы в ОАО «НИИграфит» в ходе выполнения НИР по договору №3198 с ОАО«АК «Рубин» при разработке и эксплуатации экспериментального стенда для измерения прогиба балок при различных климатических условиях с целью одновременного контроля деформации и температуры. Необходимо отметить научную новизну предложенной методики и достоинства реализованного на ее основе стенда, связанные со стойкостью брэгговских датчиков к электромагнитным помехам и воздействию агрессивных сред. Предложенная методика позволяет проводить измерения деформации в более широком диапазоне по сравнению с тензодатчиками.

Данные результаты диссертации актуальны и имеют большое практическое значение при разработке высокоточных испытательных систем на изгиб и растяжение, а также будут использованы в дальнейшем при создании современной аппаратуры для контроля прочностных характеристик различных элементов конструкций, в том числе изготовленных из полимерных композиционных материалов.

Z

'Начальник лаборатории физико-механических и теплофизических методов измерений, к.т.н.

Г.Е.Мостовой

УТВЕРЖДАЮ: ^рн0гда£ктор ФГУП «ВНИИОФИ,

В. Н. Крутиков 2013 г.

/ АКТ ВНЕДРЕНИЯ

результатов диссертации Лазарева Владимира Алексеевича

Результаты диссертации Лазарева Владимира Алексеевича, выполненной на тему «Быстродействующая система измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков» и представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.07 — Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы, в виде разработанного под руководством и при участии автора метода калибровки системы измерения деформации и температуры, основанного на применении брэгговской решётки и волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо, и предложенной методики исследования метрологических характеристик системы измерения были использованы и апробированы в ФГУП «ВНИИОФИ» в ходе выполнения НИР «Разработка многоканальных систем мониторинга на основе наноразмерных волоконно-оптических структур датчиков механических напряжений», ОКР «Разработка и изготовление малогабаритных сенсорных систем» при разработке и исследовании многоканальной системы мониторинга на основе брэгговских датчиков деформации.

Данные результаты диссертации актуальны и имеют большое практическое значение при разработке быстродействующих систем измерения деформации и температуры с высокими точностными характеристиками. Предложенный автором метод калибровки и методика исследований метрологических характеристик будут использованы в дальнейшем при создании современных рабочих средств измерений деформации и температуры с высокими метрологическимихарактеристиками.

Начальник лаборатории метрологии у ' С. В. Тихомиров малоинтенсивного лазерного излучения и волоконно-оптических систем, д-р техн. наук,