Технологические методы и средства повышения точности волоконно-оптических преобразователей линейных и угловых перемещений отражательного типа тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.11.14, кандидат технических наук Юрова, Ольга Викторовна

• Юрова, Ольга Викторовна
• кандидат технических наук
• 2012

Оглавление диссертации кандидат технических наук Юрова, Ольга Викторовна

СОДЕРЖАНИЕ

г

ВВЕДЕНИЕ

1 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ СОЗДАНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ДЛЯ

СПЕЦИАЛЬНЫХ ИНЖЕНЕРНО-ТЕХНИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ

1.1 Обоснование выбора предмета исследований

1.2 Новые технологические и конструктивные решения базовых волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения отражательного типа

1.3 Определение влияния конструктивно-технологических параметров оптических систем на метрологические характеристики волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения отражательного типа

37

46

48

54

1.3.1 Определение математической зависимости преобразования волоконно-оптических преобразователей линейного перемещения при модуляции оптического сигнала зеркально отражающей поверхностью

1.3.2 Определение математической зависимости преобразования волоконно-оптических преобразователей углового перемещения

, при модуляции оптического сигнала зеркально отражающей

поверхностью

Основные выводы и результаты

2 ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ СНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛИНЕЙНЫХ

И УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

2.1 Разработка технологических процессов изготовления базовых волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения

отражательного типа

2.1.1 Основные технологические принципы оптимизации параметров волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения отражательного типа

61

2.1.2 Исследование и анализ параметров функции преобразования волоконно-оптических преобразователей

линейного и углового перемещения отражательного типа

2.1.3 Технологические способы и устройства процедуры юстировки приемо-передающей оптической системы преобразователей

линейного и углового перемещения отражательного типа

2.2 Анализ метрологической модели волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения

отражательного типа

2.3 Способ снижения дополнительных погрешностей при дифференциальном

преобразовании оптических сигналов

Основные выводы и результаты

3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛИНЕЙНЫХ И

УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

3.1 Определение условий реализации дифференциального преобразования оптических сигналов в волоконно-оптических преобразователях линейного и углового перемещения

отражательного типа

3.2 Технологическая последовательность юстировки оптической системы дифференциальных волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения отражательного типа

3.3 Обоснование и разработка конструктивно-технологической базы волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения отражательного типа

3.4 Метрологическое обеспечение изготовления дифференциальных волоконно-оптических преобразователей линейного и углового перемещения

отражательного ..ТУ) fid

Основные результаты и выводы

4 КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕНИЯ ДАТЧИКОВ НА ОСНОВЕ РАЗРАБОТАННЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ЛИНЕЙНЫХ И УГЛОВЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ОТРАЖАТЕЛЬНОГО ТИПА

4.1 Особенности конструктивно-технологической реализации

и принцип действия дифференциальных волоконно-оптических

179

датчиков давления отражательного типа

4.2 Особенности конструктивно-технологической реализации

и принцип действия дифференциальных волоконно-оптических

датчиков ускорения и деформации отражательного типа

4.3 Унифицированный промежуточный преобразователь для

дифференциальных волоконно-оптических датчиков

Основные выводы и результаты

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

ПРИЛОЖЕНИЕ А Программы моделирования распределения светового потоке

пространстве ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа

ПРИЛОЖЕНИЕ Б Программа расчета конструктивных параметров упругого

элемента

ПРИЛОЖЕНИЕ В Фотографии измерительных установок для исследования

ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа

ПРИЛОЖЕНИЕ Г Технологический процесс сборки волоконно-оптического

999

кабеля

ПРИЛОЖЕНИЕ Д Технологический процесс сборки дифференциального волоконно-оптического датчика давления

999

отражательного типа

ПРИЛОЖЕНИЕ Е Технологический процесс сборки

г

дифференциального волоконно-оптического датчика ускорений

937

отражательного типа

ПРИЛОЖЕНИЕ Ж Акты внедрения результатов диссертации

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Технологические методы и средства повышения точности волоконно-оптических преобразователей линейных и угловых перемещений отражательного типа»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Создание и внедрение информационно-измерительных приборов (ИИП) нового поколения для отечественных инженерно-технических объектов (ИТО) ракетно-космической, авиационной, машиностроительной, судостроительной и др. отраслей техники требуют разработки и совершенствования технологических процессов и процедур изготовления волоконно-оптических датчиков (ВОД) различных физических величин: давления, перемещения, деформации, ускорений, уровня жидкости и др.

Отсутствие широкой номенклатуры ВОД и недостаточные темпы в области их разработок являются сдерживающими факторами широкого внедрения волоконно-оптических информационно-измерительных систем (ВОИИС). Поэтому существует реальная потребность в быстрейшем создании ВОД различных типов, сопрягаемых с разрабатываемыми ВОИИС.

Основное преимущество ВОД перед электрическими обусловлено их возможным использованием в ситуациях, в которых электронные устройства либо вообще нельзя использовать, либо такое использование сопровождается значительными трудностями и расходами. ВОД обеспечивают чрезвычайно высокий уровень безопасности при эксплуатации в потенциально и9кро- пожаро- и взрывоопасных условиях. Важнейшим достоинством ВОД является невосприимчивость их к высокочастотным и импульсным электромагнитным помехам. Внедрение ВОИИС существенно уменьшает массу и объем измерительных средств и кабельных сетей на ИТО различных отраслей техники.

Научно-технические и технологические предпосылки к решению проблем проектирования и изготовления ВОД созданы как зарубежными, так и отечественными учеными: В. Д. Бурковым, В. И. Бусуриным, М. М. Бутусовым, А. В. Горишем, В. М. Гречишниковым, В. Г. Жилиным, Е. А. Заком, Н. Е. Конюховым, Я. В. Малковым, Т. И. Мурашкиной, А. Л. Пат-лахом, В. Т. Потаповым, Н. П. Удаловым и др. В то же время в известной

научно-технической литературе недостаточно отражены технологические особенности проектирования и изготовления ВОД, эксплуатируемых в специальных условиях ИТО.

Для достижения требуемых метрологических и эксплуатационных характеристик ВОД на первый план выступают технологические вопросы проектирования и изготовления оптических систем измерительных преобразователей. До настоящего времени не разработаны технологические процессы, обеспечивающие эффективную сборку, настройку, регулировку, юстировку оптической системы волоконно-оптических преобразователей линейных (ВОПЛП) и угловых перемещений (ВОПУП), являющихся основными технологическими базовыми элементами ВОД различных физических величин.

Особенности проектирования высокоточных и надежных ВОД для ИТО различных отраслей требуют исключения влияния на результат измерения изгибов оптических волокон и различных внешних влияющих факторов, что можно обеспечить применением дифференциальных методов преобразования оптических сигналов, несущих информацию об измеряемой физической величине. Данное преобразование оптических сигналов необходимо реализовать непосредственно в зоне восприятия измеряемой информации, для чего необходимо разработать новые адекватные конструктивно-технологические решения дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП.

Наибольшее применение получили ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, принцип действия которых основан на изменении интенсивно-

V и ^ 1

сти светового потока в оптическои системе под действием измеряемой физической величины. Однако для достижения высокой точности и надежности ВОД на основе дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа необходимо разработать соответствующее технологическое обеспечение процессов их проектирования, сборки и изготовления.

Создание новых технологических процессов и средств изготовления

дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа с реализацией теории дифференциального преобразования оптических сигналов в зоне восприятия измерительной информации, обеспечивающих повышение точности и надежности ВОД, является актуальной задачей.

Цель исследований. Целью диссертационной работы является решение научной задачи совершенствования известных и разработка новых технологий производства ВОД повышенной точности и надежности для измерения, контроля и диагностики физических процессов на основе дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа.

Научная задача, решенная в работе, - научное обоснование, разработка новых методов, средств, процедур и технологий изготовления ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для перспективных ИИП ракетно-космической и авиационной техники.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

- проведен анализ известных методов и процедур проектирования ВОПЛП и ВОПУП, на основании которого разработана методика математического моделирования базовых решений ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, обеспечивающая проектирование и изготовление ВОД с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками;

- разработаны базовые унифицированные конструктивно-технологические элементы и узлы дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП на основе модулирующих отражательных элементов (МОЭ), а также специальные волоконно-оптические кабели (ВОК), отличающиеся схемой позиционирования оптических волокон в рабочих торцах, обеспечивающих дифференциальный алгоритм преобразования оптических сигналов, что существенно уменьшает дополнительные погрешности ВОД отражательного типа для измерения различных физических величин;

- разработаны структурные математические и метрологические модели дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, позволяющие на этапе проектирования определять источники погрешностей и конструктивно-технологическими методами и процедурами уменьшать их до минимально возможных значений;

-разработаны технология позиционирования элементов, технологические процедуры юстировки и регулировки оптических систем дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, обеспечивающие максимальную глубину модуляции и высокую чувствительность преобразования оптического сигнала;

- разработана технологическая последовательность изготовления оптической системы ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, обеспечивающая реализацию дифференциального преобразования оптических сигналов, что повышает точность и надежность ВОД в целом;

-разработаны технологические установки для юстировки, настройки и сборки дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа.

Методы исследований. При проведении исследований использовались методы математического анализа, геометрической оптики, интегрального и дифференциального исчисления, математической физики, численного анализа, имитационного моделирования на ЭВМ. В экспериментальных исследованиях применялись положения теории измерений, планирования эксперимента и математическая обработка полученных результатов. Достоверность полученных теоретических результатов и выводов подтверждалась экспериментальными исследованиями созданных образцов ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа.

На защиту выносятся:

1 Научно обоснованные базовые технологические и конструктивные решения оптических систем дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, в которых новый способ позиционирования подводящих и отводящих оптических волокон (ОВ) двух измерительных каналов отно-

сительно друг друга и относительно отражающих поверхностей дифференциального модулирующего элемента, обеспечивает улучшение метрологических и эксплуатационных характеристик ВОД различных физических величин

2 Методика математического моделирования оптических систем ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, основанная на определении местоположения сечений в полом усеченном конусе светового потока с равномерным распределением освещенности, обеспечивающая компактную математическую модель преобразования измеряемой физической величины в изменение параметров оптического сигнала, определяющая технологическую последовательность изготовления, юстировки и конструктивной оптимизации ВОД.

3 Дифференциальный способ снижения дополнительной погрешности ВОД, основанный на использовании двух оптических измерительных каналов, отличающийся тем, что световой поток в них вводится по двум подводящим оптическим волокнам (ПОВ) от одного источника излучения, а отраженные от двух зеркальных перемещающихся поверхностей одного дифференциального МОЭ световые потоки, интенсивность одного из которых уменьшается, а другого увеличивается при перемещении МОЭ и по отводящим оптическим волокнам (ООВ) первого и второго измерительных каналов направляются на соответствующие приемники излучения.

4 Технологические установки и приспособления, технологические процедуры юстировки, регулировки и сборки элементов оптической системы ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, построенные на основе выведенных математических зависимостей, обеспечивающие реализацию дифференциального преобразования оптических сигналов, повышение чувствительности и линейности преобразования оптических сигналов в зоне восприятия измерительной информации и снижение суммарной погрешности ВОД.

5 Технологическая последовательность изготовления унифициро-

ванного ВОК для дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП, учитывающая новую схему позиционирования оптических волокон в рабочих торцах ВОК, снижающая аддитивную составляющую основной погрешности и дополнительную погрешность, обусловленную изгибами оптических волокон.

Новизна научных результатов заключается в следующем.

1. Разработаны и экспериментально подтверждены технологические и конструктивные решения ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, обеспечивающие при проектировании исключение изгибов оптических волокон и обусловливающие модуляцию интенсивности светового потока за счет механического перемещения элементов оптической системы при воздействии измеряемой физической величины в разрыве волоконно-оптического канала, что обеспечивает их высокую надежность и точность в эксплуатационных условиях.

2. Разработана методика математического моделирования ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, отличающаяся тем, что учитывает особенности и связь предложенной последовательности математических преобразований с конструктивно-технологической оптимизацией ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа на этапе проектирования, это позволяет существенно сократить материальные и временные затраты на изготовление датчиков.

3. Усовершенствован дифференциальный способ преобразования оптических сигналов, отличающийся тем, что два канала дифференциальной схемы, находящиеся в одинаковых рабочих условиях, воспринимающие и преобразующие одну и ту же измеряемую физическую величину с помощью одного и того же МОЭ, преобразуют ее в изменение интенсивности оптического сигнала от одного и того же источника излучения, что обеспечивает снижение аддитивных и мультипликативных погрешностей ВОД.

4. Разработана процедура юстировки оптической системы дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, основанная на выполнении условия дифференциального преобразования оптических сигна-

лов непосредственно в зоне восприятия измерительной информации, когда расстояние, которое проходят отраженные лучи первого измерительного канала в направлении -2, должно быть равно по абсолютному значению расстоянию, которое проходят отраженные лучи второго измерительного канала в направлении +1. При этом отраженные лучи должны перемещаться в противоположных направлениях.

Впервые разработаны технологические установки, обеспечивающие технологические процедуры юстировки, регулировки и сборки ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, в конструкции которых применена система задания угла, обеспечивающая расчетное начальное расстояние между ОВ и ОМЭ, требуемые угловые отклонения МОЭ в обе стороны от вертикального положения, точность позиционирования элементов оптической системы и реализацию условий, при которых осуществляется дифференциальное преобразование оптических сигналов в зоне восприятия измерительной информации.

5. Предложена технологическая последовательность изготовления унифицированного ВОК, отличительной особенностью которой является то, что для реализации условия дифференциального преобразования оптических сигналов оптические волокна делят на три пучка со стороны расположения источника и приемников излучения в соответствии с новой схемой позиционирования в общем торце ВОК, со стороны МОЭ формируют два пучка ОВ в соответствии с новой схемой позиционирования ОВ в рабочих торцах ВОК.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором в Пензенском государственном университете (ПТУ) на кафедре «Приборостроение» в НТЦ «Нанотехнологии волоконно-оптических систем». Проведенные теоретические и экспериментальные исследования, создание технологии изготовления опытных образцов дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП позволяют перейти к промышленному производству и внедрению дифференциальных ВОД

(давления, деформации, частоты вращения, линейного и углового перемещения, виброперемещений, виброускорений, линейных ускорений), для которых они являются базовыми в различных отраслях науки, техники и технологии.

Научная и практическая значимость исследований подтверждается тем, что работа проводилась в соответствии с «Комплексной программой НИР и ОКР по созданию средств измерений, контроля и диагностики для космических аппаратов, испытательных центров наземной экспериментальной базы на период до 2010 г.», в рамках договора № 20 от 30.09.2008 г. между НТЦ «НАНОТЕХ» ПГУ и ОАО ЭОКБ «Сигнал» им. А. И. Глухарёва, а также в рамках аналитических ведомственных целевых программ «Развитие научного потенциала высшей школы (2006-2008, 2009-2011 гг.)» в форме грантов Федерального агентства по образованию «Разработка теории распределения светового потока в пространстве ВОП физических величин с открытым оптическим каналом» (шифр РНП.2.1.2.2827) и «Разработка теории функционирования волоконно-оптических лазерных интер-ферометрических систем на основе методов идентификации динамических систем с распределенными параметрами» (№ 2.1.2/937).

Реализация результатов работы. Полученные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора реализованы при разработке конструкторской и технологической документации датчиков давления для изделий ракетно-космической и авиационной техники - шифр ВОДО-НАНОТЕХ отражательного типа, ВОДА-НАНОТЕХ аттенюаторного типа, ускорений - шифр ВОДУ-НАНОТЕХ отражательного типа, в которых базовым элементом являются разработанные дифференциальные ВОПЛП и ВОПУП.

Элементы теории проектирования дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа реализованы в НИР «Разработка теории распределения светового потока в пространстве волоконно-оптических преобразователей физических величин с открытым оптическим каналом»,

«Разработка теории функционирования волоконно-оптических лазерных интерферометрических систем на основе методов идентификации динамических систем с распределенными параметрами», а также в лабораторном практикуме на кафедре «Приборостроение» ПГУ. Практическая значимость исследований подтверждается актами о внедрении результатов диссертационных исследований и предложенных технологий изготовления ВОД в НТЦ «НАНОТЕХ» ПГУ, на предприятиях ЗАО «РУСПРОМ» и НИИКИРЭТ- филиал ФГУП ФНПЦ «ПО «СТАРТ» им. М.В.Проценко».

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на II Инвестиционном форуме Пензенской обл. (Пенза, 2008 г.), Международных выставках «НеНгшз1а-2009», «НеНгшз1а-2011» (Москва, «Экспо-Крокус», 2009, 2011 г.г.), Международных научно-технических симпозиумах «Надежность и качество» (Пенза, 2009, 2010, 2011 гг.), IX Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, ВВЦ, 2009 г.), П-ом, Ш-ем, 1У-ом Российских Форумах «Российским инновациям -Российский капитал» и УП-ой, УШ-ой и 1Х-ой ярмарках бизнес-ангелов и инноваторов (Саранск, 2009 г., Ижевск, 2010 г., Оренбург, 2011 г.), У1-ом и УП-ом Саратовских салонах изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2011, 2012 г.г.), Международной технической конференции «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (Пенза, 2011 г.), Всероссийской конференции «ИСПЫТАНИЯ-2011» (Пенза, 2011 г.)

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 работы, из которых 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 1 патент на изобретение. Без соавторов опубликована 1 работа.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, семи приложений. Основная часть изложена на 223 страницах машинописного текста, содержит 79 рисунков, 11 таблиц. Библиографический список содержит 86 наименований.

Заключение диссертации по теме «Технология приборостроения», Юрова, Ольга Викторовна

Основные результаты и выводы

1 Разработаны конструктивно-технологические исполнения дифференциальных ВОД отражательного типа для разных физических величин, в которых в качестве измерительных преобразователей используются разработанные в диссертации дифференциальные ВОПУП и ВОПУП

2 Разработана конструкторская и технологическая документация ВОД давления, ускорения и деформации отражательного типа, позволяющая перейти к промышленному внедрению результатов работы.

3 Разработана технологическая процедура установки дифференциального модулирующего элемента (например, в виде металлической пластины) в несущий конструктивный элемент ВОПЛП или ВОПУП с помощью специально разработанного технологического приспособления - кондуктора, обеспечивающая точность позиционирования элементов оптической системы и, соответственно, достижение требуемых метрологических характеристик.

4 Разработан унифицированный по схемному и конструктивному исполнению промежуточный преобразователь для любого ВОД, построенного по дифференциальной или компенсационной схеме, улучшающий технологичность разработанных ВОД.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Работа обеспечивает создание и совершенствование технологического обеспечения изготовления перспективных средств измерения: дифференциальных ВОД с высокими метрологическими и эксплуатационными характеристиками для систем инженерно-технических объектов различных отраслей науки, техники и технологии.

1. Разработаны новые технологические и конструктивные решения базовых ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, в которых применены новые МОЭ, схемы позиционирования оптических волокон в ВОК, взаимное расположение элементов оптической системы, обеспечивающие реализацию дифференциального преобразования светового потока, позволяющие конструировать новые образцы высокоточных и надежных ВОД разных физических величин отражательного типа для разных диапазонов измерения и разных условий применения.

2. Разработаны структурные математические и метрологические модели дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, позволяющие на этапе проектирования определять источники погрешностей и конструктивно-технологическими методами и процедурами уменьшать их до минимально возможных значений.

3. Модернизирован способ снижения дополнительной погрешности ВОД отражательного типа за счет применения модулирующих отражательных элементов, реализующих дифференциальный алгоритм преобразования оптических сигналов, новых схем компоновки и позиционирования оптических волокон в волоконно-оптическом кабеле и взаимного расположения элементов оптической системы.

4. Разработаны технология позиционирования элементов, технологические процедуры юстировки и регулировки оптических систем дифференциальных ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, обеспечивающие в процессе функционирования максимальную глубину модуляции и высокую чувствительность преобразования оптического сигнала.

5. Разработана технологическая последовательность изготовления оптической системы ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа, обеспечивающая реализацию дифференциального преобразования оптических сигналов, что обеспечивает существенное уменьшение дополнительной погрешности ВОД отражательного типа.

6. Разработано технологическое оборудование для воспроизведения линейного и углового перемещения, обеспечивающее проведение технологических процедур настройки и юстировки оптической системы ВОПЛП и ВОПУП отражательного типа.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АК - автоколлиматорный АЦП - аналогово-цифровой преобразователь БИ - блок индикации БП - блок питания БПИ - блок преобразования информации ВВФ - внешний влияющий фактор

ВЛ - волоконный лазер ВОД - волоконно-оптический датчик ВОДД - волоконно-оптический датчик давления ВОДУ - волоконно-оптический датчик ускорений ВОДФ - волоконно-оптический датчик деформации ВОИИС - волоконно-оптические информационно-измерительная система ВОК - волоконно-оптический кабель ВОП - волоконно-оптический преобразователь ВОПЛП - волоконно-оптический преобразователь линейных перемещений

ВОПП - волоконно-оптический преобразователь перемещения ВОПУП - волоконно-оптический преобразователь угловых перемещений ВОССД - волоконно-оптическая сеть сбора данных ВУ - вычитающее устройство ИИ - источник излучения ИИС - информационно-измерительная система ИК - измерительный канал ИМ - инерционная масса ИП - измерительный преобразователь ИТО - инженерно-технический объект ЛА - летательныеаппараты

ЛД - лазерный диод ЛФД - лавинный фотодиод МХ - метрологические характеристики МЭ - модулирующий элемент НИОКР - научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа ОА - отражательный аттенюатор ОВ - оптическое волокно ОК - оптический канал ОКР - опытно-конструкторская работа ООВ - отводящее оптическое волокно

ОР - оптический разъем ОЭБ - оптоэлектронный блок ПВО - полное внутреннее отражение ПИ - приемник излучения ПЛ - полупроводниковый лазер ПОВ - подводящее оптическое волокно ПП - показатель преломления Р - разветвитель волоконно-оптический РК и АТ - ракетно-космическая и авиационная техника РПИ - рабочий приемник излучения

СД - светодиод СИД - светоизлучающий диод СЛД - суперлюминесцентный диод СУ - согласующее устройство СЭ - сенсорный элемент ТКЛР - температурный коэффициент линейного расширения ТО - техническое описание ТТ - технические требования

ТУ - технические условия УВД - установка для воспроизведения давления УП - упругая пластина

УУ - управляющее устройство (устройство управления) УЮ - узел юстировки ФВ - физическая величина ФД - фотодиод ФП - функция преобразования ЧЭ - чувствительный элемент

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Юрова, Ольга Викторовна, 2012 год

Библиографический список

1 Авдошин Е. С., Авдошин Д. Е. Волоконно-оптические измерительные датчики и приборы // Зарубежная радиоэлектроника. - 1991.- № 2.-С. 35-55.

2 Аксененко М. Д., Бараночников М. JI. Микроэлектронные фотоприемные устройства. - М.: Энергоатомиздат, 1984. - 208 с.

3 Ананьев Ю. Г. Оптические резонаторы и проблема расходимости лазерного излучения. - М.: Наука, 1979. - 328 с.

4 Андреева J1.E. Упругие элементы приборов. М.: Машиностроение, 1981.

5 Ахмадиев А.Т., Белоцерковский Э.Н., Патлах A.JI. Современное состояние и перспективы развития волоконно-оптических преобразователей уровня // Оптико-механическая промышленность. - 1986. - № 6. - С. 5155.

6 Бадеева Е.А., Гориш A.B., Пивкин А.Г. Анализ механической надежности волоконно-оптического кабеля волоконно-оптических датчи-ков//Труды. Межд-го симпозиума "Надежность и качество", 26 мая - 1 июня 2003, Пенза - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та,- 2003.- С. 366 - 370.

7 Бадеева Е.А., Мещеряков В. А., Мурашкина Т. И. Классификация амплитудных волоконно-оптических преобразователей //Датчики и системы. - 2003.-№ 2. - С. 20-25

8 Бегунов Б. Н., Заказнов Н. П. Теория оптических систем. - М.: Машиностроение, 1973. - 392 с.

9 Белоцерковский Э. Н. Многомодовые поверхностно-нерегулярные световоды и датчики физических и механических величин на их основе // Оптико-механическая промышленность. - 1987.

10 Бердичев Б.Е. и др. Состояние и перспективы развития оптоволоконных измерительных систем // Зарубежная электронная техника. - 1987. - № 3. - С. 3-68.

11 Бусурин В. И., Носов Ю. Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990.-256 с.

12 Ваганов В.И. Интегральные преобразователи. - М.: Энергоатомиздат, 1983. - 136 с.

13 Вейнберг В. Б., Саттаров Д. К. Оптика световодов. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1977. - 320 с.

14 Волоконная оптика и приборостроение / М.М. Бутусов, С.Г. Галкин, С.П. Орбинский, Б.П. Пал; Под общ. ред. М.М. Бутусова. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. - 328 с.

15 Волоконно-оптическая связь: Приборы, схемы и системы: Пер. с англ. / Под ред. М. Дж. Хауэса и Д. В. Моргана. - М.: Радио и связь, 1982. -272 с.

16 Волоконно-оптические датчики / Окоси Т., Окамато К., Оцу М. и др.; Под ред. Т. Окоси: Пер. с япон. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1990. - 256 с.

17 Волоконно-оптические датчики аттенюаторного типа для летательных аппаратов / В. А Мещеряков, Т. И. Мурашкина, Е. А. Бадеева, А.Г. Пивкин //Датчики и системы.-2003.-№.4. - С. 11-14.

18 Волоконно-оптические датчики физических величин// Радиоэлектроника за рубежом (образцы), М., НИИЭКР. - 1985. - Вып.8. - С. 65 -71.

19 Волоконно-оптические датчики фирмы А и Е // Электроника. -1986.-т. 59.-№6.-С. 9-11.

20 Волчихин В. И., Мурашкина Т. И. Проблемы создания волоконно-оптических датчиков // Датчики и системы. Измерения, контроль, автоматизация- 2001.- № 7. - С.54-58.

21 Выгодский М. Я. Справочник по элементарной математике. - М.: Физматгиз, 1958. - 350 с.

22 Гольдфарб И. С. Характеристики передачи оптических кабелей при воздействии механических нагрузок // Электросвязь. - 1980. - № 12. -С. 16-19.

23 ГОСТ Р В 50899-96. Сети сбора данных волоконно-оптические на основе волоконно-оптических датчиков. Общие требования. - М.: Изд-во стандартов, 1997. - ДСП. -117 с.

24 Греченский Д.А., Патлах А.Л. Современное состояние и перспективы развития волоконно-оптических преобразователей механических величин// Оптико-механическая промышленность. - 1983. - № 4. - С. 57-59.

25 Гридчин В.А., Драгунов В.П. Физика микросхем: Учеб. пособие. В 2ч. Ч. 1 - Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2004. - 416 с.

26 Гроднев И. И. Волоконно-оптические линии связи: Учеб. пособие для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1990. - 224 с.

27 Гроднев И. И., Ларин Ю. Т., Теумин И. И. Оптические кабели: конструкции, характеристики, производство и применение. - М.: Энерго-атомиздат, 1985.- 176 с.

28 Дианов Е. М. и др. Радиационно-оптические свойства волоконных световодов на основе кварцевого стекла //Квантовая электроника. - 1983. -№ 3. - С. 473-496.

29 Дмитриев А. В. Волоконно-оптические преобразователи перемещений и параметров движения // Зарубежная радиоэлектроника. - 1985. -№ 5. - С. 64-70.

30 Дональд Дж. Стерлинг, младший. Техническое руководство по волоконной оптике: Пер. с англ. - М.: Изд-во "Лори", 1998. - 288 с.

31 Жилин В.Г. Волоконно-оптические измерительные преобразователи скорости и давления. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 112с.

32 Зак Е. А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией. - М.: Энергоатомиздат, 1989. - 128 с.

33 Иванов В.И., Аксенов А.И., Юшин A.M., Полупроводниковые оп-тоэлектронные приборы: Справочник. 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1997. - 227 с.

34 Интегральная оптика / Под ред. Т. Тамира.- пер. с англ. - М.: Мир,

1978.

35 Кабардин О. Ф. Физика: Справ, материалы: Учеб. пособие для учащихся. - 3-е изд. - М.: Просвещение, 1991. - 303 с.

36 Коптев Ю. Н., Гориш А. В. Датчиковая аппаратура для ракетно-космической техники // Радиотехника. - 1995. - № 10. - С. 5-6.

37 Красюк Б. А., Корнеев Г. И. Оптические системы связи и свето-водные датчики. - М.: Радио и связь, 1985.

38 Круглов В. В., Годнев А. Г. Волоконно-оптический датчик давления // Приборы и системы управления. - 1993.- № 5.

39 Крупкина Т.Ю. Распределение светового потока в волоконно-оптических преобразователях перемещения с отражающим управляющим элементом/ Т.Ю. Крупкина, Н.П. Кривулин, Л.Н. Коломиец, Т.И. Мураш-кина// Датчики и системы. - 2007 - № 6. с. 14-16.

40 Мурашкина Т. И. К вопросу применения терминов при проектировании волоконно-оптических средств измерения // Элементы и приборы систем измерения и управления автоматизированных производств: Меж-вуз. сб. науч. тр., Вып. 4 - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. - С. 69-74.

41 Мурашкина Т. И. Особенности построения амплитудных волоконно-оптических датчиков // Состояние и проблемы технических измерений: Тез. докл. Всероссийск. науч.-техн. конф. 24-26 ноября 1998. - Москва, 1998.-С. 185-186.

42 Мурашкина Т. И., Волчихин В. И. Амплитудные волоконно-оптические датчики автономных систем управления: Монография. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. - 173 с.

43 Мурашкина Т. И., Волчихин В. И. Стандартизация параметров амплитудных волоконно-оптических датчиков для волоконно-оптических сетей сбора данных // Датчики и системы. - 2001.- № 6 . -с. 16-18.

44 Мурашкина Т. И., Пивкин А. Г. Волоконно-оптические датчики давления аттенюаторного типа для космической техники: Монография. -Пенза: Издательский центр ПГУ- 2005. - с. 150

45 Пароль Н. В., Кайдалов С. А. Фоточувствительные приборы и их применение: Справочник. - М.: Радио и связь, 1991. - 112 е.- (Массовая радиобиблиотека. Вып. 1168).

46 Патент 2419765 РФ, МПК в01 В 21/00. Волоконно-оптический преобразователь углового перемещения / Серебряков Д. И., Мурашкина Т. И., Пивкин А. Г., Юрова О. В. - заявл. № 2008134277/28 от 20.08.2008; опубл. 27.05.2011, Бюл. № 15.

47 Патлах А. Л. Амплитудные преобразователи физических величин на основе нерегулярных световодов // Измерения, контроль, автоматизация. - 1987. - № 2 (62) - С. 14-30.

48 Патлах А. Л. Влияние изгибов на параметры волоконных световодов // Светотехника. - 1986. - № 4. - С. 8-10.

49 Пивкин А. Г. Источники погрешностей дифференциальных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа и пути их уменыпения//Информационно-измерительная техника, экология и монито-ринг//Науч. тр. - Вып. 7 (2005). - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 440 с.-С. 218-229.

50 Пивкин А. Г. Метрологический анализ дифференциальных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа// Сб. докладов

международной НТК «Метрологическое обеспечение измерительных систем», 3-7 октября 2005, Пенза, 2005. - С. 242 - 250

51 Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник / В. И. Иванов, А. И. Аксенов, А. М. Юмин. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 448 с.

52 Попов С. Н., Парасына А. С., Чагулов В. С. Влияние механических нагрузок на светопропуекание волоконных световодов // Квантовая электроника. - 1979. - № 3.

53 Проектирование датчиков для измерения механических величин / Под ред. Е. П. Осадчего. - М.: Машиностроение, 1979.-480 с.

54 Распопов В.Я. Микромеханические приборы: учебное пособие. -М.: Машиностроение, 2007. 400 с.

55 Рождественский Ю. В., Вейнберг В. Б., Саттаров Д. К. Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике. - М.: Машиностроение, 1977. -168 с.

56 Сайгел X. Потери в оптических волокнах, вызываемые сильными полями ионизирующего излучения. - ТИИЭР. Тематический выпуск. Волоконно-оптическая связь, 1980. - т. 68. - вып. 10 - С. 81-85.

57 Световодные датчики / Б. А. Красюк, О. Г. Семенов, А. Г. Шереметьев и др. - М.: Машиностроение, 1990. - 256 с.

58 Теоретические основы проектирования амплитудных волоконно-оптических датчиков давления с открытым оптическим каналом: Монография / А. Г. Пивкин, Е. А. Бадеева, А. В. Гориш [и др.]. - М.: МГУЛ, 2004. - 246 с.

59 Теумин И. И. Дополнительные потери в оптическом кабеле. -Электросвязь, 1980. - № 12. - С. 20-23.

60 Теумин И. И., Попов С. Н., Мишнаевский П. А., Оввян П. П. Влияние изгибов и повивов на затухание многомодового волновода. -ЖТФ, 1980. - № 7.

61 Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. - М.: Эко-тренз, 1998.-267 с.

62 Фотоэлектрические полупроводниковые приемники излучения и фотоприемные устройства: Справ, для гражданского применения / Под ред. Ушаковой. - М.: НТЦ "Информатика", 1991. - 100 с.

63 Шлыков Г.П. Статические предельные метрологические модели линейных измерительных преобразователей. Серия "Метрология", Вып.1:- Пенза: ПТУ, каф. МСК, 2003.-24 с.

64 Юрова О. В. Волоконно-оптический датчик давления на основе туннельного эффекта / Е. А. Бадеева, С. А. Бростилов, О. В. Юрова // Современная электроника. - 2011. - № 2 - С. 26-27.

65 Юрова О. В. Волоконно-оптический датчик частоты вращения / О.

B. Юрова// Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т. - Пенза: Информ.-издат. центр ПТУ, 2008. - Т. 1. - С. 524-525.

66 Юрова О. В. Вывод функции преобразования дифференциального волоконно-оптического преобразователя угловых перемещений / О. В. Юрова, С. А. Бростилов, А. С. Щевелев, Т. И. Мурашкина // Датчики и системы: сб. докл. XXX науч.-техн. конф. молодых специалистов (30-31 марта 2011 г.) / под ред. акад. Ака-демии проблем качества РФ А. В. Блинова. - Пенза: ОАО «НИИФИ», 2011. - С. 45-51.

67 Юрова О. В. Дифференциальный волоконно-оптический датчик вибро-ускорения. Конструкция и технология / А. С. Щевелев, О. В. Юрова,

C. А. Бростилов // Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т. -Пенза: Изд-во ПТУ, 2011. - Т. 2. - С. 235-237.

68 Юрова О. В. Дифференциальный волоконно-оптический преобразователь угловых перемещений / Е. А. Бадеева, О. В. Юрова, А. С. Щевелев, Ю. Н. Макаров, А. В. Гориш // Современная электроника. - 2010. - № 8.-С. 32-33.

69 Юрова О. В. Лабораторный макет и экспериментальные исследования волоконно-оптического датчика частоты вращения. Блок формирования сигналов. Часть I / В. Д. Зуев, О. В. Юрова // Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2009. - Т. 1. - С. 232-235.

70 Юрова О. В. Лабораторный макет и экспериментальные исследования волоконно-оптического датчика частоты вращения. Блок формирования сигналов. Часть II / В. Д. Зуев, О. В. Юрова // Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2009. - Т. 1. - С. 230232.

71 Юрова О. В. Технология дифференциального волоконно-оптического датчика виброускорения / А. С. Щевелев, О. В. Юрова, С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина // Датчики и системы: сб. докл. XXX науч.-техн. конф. молодых специалистов (30-31 марта 2011 г.)/ под ред. акад. Академии проблем качества РФ А. В. Блинова. - Пенза: ОАО «НИИФИ», 2011.-С. 61-67.

72 Юрова О. В. Установка для экспериментального исследования диффе-ренциального волоконно-оптического преобразователя угловых / О. В. Юрова, М. М. Мышева, Т. И. Мурашкина // Проблемы автоматизации и управления в технических системах: тр. междунар. техн. конф. (г. Пенза 19-22 апреля): в 2 т. / под ред. д-ра техн. наук, проф. М. А. Щербакова. -Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - Т. 1. - С. 303-306.

73 Юрова О. В. Установка для экспериментальных исследований волоконно-оптического преобразователя угловых перемещений / О. В. Юрова, Т. И. Мурашкина, М. М. Мышева // Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2010. - Т. 2. - С. 143-145.

74 Юрова О. В. Экспериментальные исследования волоконно-оптического преобразователя угловых перемещений / О. В. Юрова, А. В. Архипов, М. М. Мышева, Т. И. Мурашкина // Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПГУ, 2011. - Т. 2. - С. 237-240.

75 Юрова, О. В. Измерительная установка для исследований дифференциальных волоконно-оптических преобразователей углового перемещения / О. В. Юрова, А. С. Щевелев, С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - № 6. - С. 58-64.

76 Юрова О. В. Измерительная установка для исследования дифференциальных волоконно-оптических преобразователей углового перемещения / О. В. Юрова, И. Т. Назарова, Т. И. Мурашкина // Надежность и качество: тр. междунар. симп.: в 2 т. - Пенза: Изд-во ПТУ, 2011. - Т. 2. - С. 295-296.

77 Юрова О. В. Теоретические исследования волоконно-оптического преобразователя угловых перемещений отражательного типа / О. В. Юрова, А. В. Архипов, И. Т. Назарова, Т. И. Мурашкина // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - № 10. - С. 48 - 51.

78 Юрова О. В. ВОД физических величин [Электронный ресурс] / Т. И. Мурашкина, А. С. Щевелев, О. В. Юрова [и др.] // Материалы VI Саратовского салона изобретений, инноваций и инвестиций (г. Саратов 23-25 марта 2011). - Саратов, 2011. - С. 42.

79 Юрова О. В. Технологические основы проектирования волоконно-оптического датчика ускорения / А. С. Щевелев, О. В. Юрова, С. А. Бростилов, Т. И. Мурашкина, А. В. Архипов // Промышленные АСУ и контроллеры. - 2011. - № 8. - С. 39-43.

80 Юрова О. В. Метрологическое обеспечение испытаний волоконно-оптических преобразователей угловых перемещений / О. В. Юрова, С. А. Бростилов, И. Т. Назарова, М. М. Мышева, Т. И. Мурашкина // Испыта-ния-2011: Сборник науч.-техн. конф. в рамках Всероссийской научной школы (г. Пенза 3-7 октября) - Пенза : Изд-во ПТУ, 2011. - С. 68 - 74.

81 Юрова О. В. Методика выполнения температурных испытаний волоконно-оптического датчика давления на основе туннельного эффекта / О. В. Юрова, С. А. Бростилов, Т. Ю. Бростилова, А. В. Бадеев, Т. И. Му-

рашкина // Испытания-2011: Сборник науч.-техн. конф. в рамках Всероссийской научной школы (г. Пенза 3-7 октября) - Пенза : Изд-во ПГУ,

2011.-С. 86-89.

82 Юрова О. В. Установка для проверки волоконно-оптического

датчика давления отражательного типа / О. В. Юрова, А. Ю. Удалов, И. Т. Назарова, Е. А. Бадеева, Т. И. Мурашкина// Испытания-2011: Сборник на-уч.-техн. конф. в рамках Всероссийской научной школы (г. Пенза 3-7 октября) - Пенза : Изд-во ПГУ, 2011. - С. 93 - 96.

83 Якушенков Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов: Учебник для вузов. - 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Советское радио, 1980.-392с.

84 Comparison of U.S. and Japanese efforts// Transactions of the Institute of Measurement and Control. - 2000, p.p. 112-118.

85 Elazar J., Selmic S., Prokin Milan A fibre-optic displacement sensor for a cyclotron environment based on a modified triangulation method // Pure and Applied Optics. - 2002, p.p. 347-354.

86 Electromechanical sensors and transducers // Springer. - 1998. - 398

87 Jung H.I. Spectral Nonlinearity Characteristics of Low Noise Silicon Detectors and their Application to Accurate Measurements of Radiant Flux Ration // Metrologia. - 1979. - vol. 15, N4. - P. 174-181

88 Optical sensors technologies // Transactions of the Institute of Measurement and Control. - 2000, p.p. 3-17.

89 Zhang F.H., Lewis E. and Scully P.J. An optical fibre sensor for concentration measurement in water systems based on inter- fibre light coupling between polymer optical fibres // Transactions of the Institute of Measurement and Control. - 2000, p.p. 413-430.