Восстановление распределений физических полей с использованием волоконно-оптической измерительной сети тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.08.06, кандидат физико-математических наук Кириченко, Олег Викторович

• Кириченко, Олег Викторович
• кандидат физико-математических наук
• 1997

Оглавление диссертации кандидат физико-математических наук Кириченко, Олег Викторович

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение

1. Экспериментальные методики

1.1. Методы изготовления интерферометров для чувствительных элементов дискретных волоконно-оптических датчиков

1.1.1. Волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо

1.1.2. Одноволоконный двухмодовый интерферометр

1.1.3. Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера

1.2. Метод изготовления распределенных волоконно-оптических датчиков

1.3. Экспериментальная установка для исследования параметров распределенных волоконно-оптических датчиков

1.4. Экспериментальные установки для исследования параметров волоконно-оптической измерительной сети

1.5. Экспериментальная установка для исследования активного метода стабилизации распределенных волоконно-оптических интерферометрических датчиков

1.6. Выводы

2. Физические основы создания базовых конструкций волоконно-оптических чувствительных элементов

2.1. Чувствительный элемент на основе волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо

2.2. Чувствительный элемент на основе волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера

2.3. Чувствительный элемент на основе одноволоконного двухмодового интерферометра

2.4. Элементарные чувствительные элементы для распределенных волоконно-оптических датчиков колебаний

2.5. Выводы

3. Распределенные волоконно-оптические интерферометриче-ские датчики. Методы обработки сигналов и стабилизации параметров РВОД

3.1. Исследование процессов регистрации параметров физических полей распределенными волоконно-оптическими датчиками

3.2. Метод стабилизации параметров волоконно-оптических интерферометрических датчиков

3.3. Выводы

4. Принципы организации волоконно-оптической измеритель-

ной сети (ВОИС) на основе РВОД и изучение процессов сбора и обработки информации

4.1. Параметры ВОИС и характеристики алгоритма восстановления исследуемой функции распределения многомерных сигналов

4.2. ВОИС для исследования двумерных центрально-симметричных функций распределения параметров физических полей

4.3. ВОИС для исследования двумерных сложных несимметричных функции распределения параметров физических полей

4.4. Выводы

Заключение

Список литературы

Приложения

Акт внедрения научно-технической продукции

OCEANS'95 MTS/IEEE Student Poster Award

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Восстановление распределений физических полей с использованием волоконно-оптической измерительной сети»

Введение

В настоящее время волоконная оптика находит широкое применение в различных областях науки и техники, таких, как системы дальней связи, приборостроение, кабельное телевидение, информационно-измерительные комплексы и системы передачи данных и т.п. [1] . Прогресс освоения и изучения Мирового океана неразрывно связан с широкомасштабным применением автоматизированных измерительных комплексов, с созданием разнообразных средств дистанционного контроля и управления сложными многопараметрическими системами, что выдвигает на первый план проблему оперативного сбора и обработки информации о многомерных пространственно-временных функциях распределения параметров различных физических полей [2] . Особенно актуальными становятся такие задачи и при исследовании судовых конструкций в реальных условиях эксплуатации, а также при изучении взаимодействия корабля с океаном и атмосферой для оценки влияния антропогенных факторов на окружающую среду. В связи с этим возникает необходимость создания быстродействующих распределенных измерительных сетей датчиков физических величин, организации множества информационных каналов передачи данных между датчиками и системой запоминания и обработки информации.

Значительные объемы информационных массивов, подлежащих при этом запоминанию и обработке, предъявляют повышенные требования к обрабатывающим вычислитель ным системам. Анализ путей развития электронных вычислительных средств показывает, что производительность современных компьютеров принципиально ограничена конечной полосой пропускания соединительных линий, искажениями сигналов синхронизации с увеличением частоты обмена данными и ограничением числа возможных связей между элементами [3] . Кроме этого, передача информации по многочисленным каналам с ограниченной полосой пропускания при помощи электрических и электромагнитных сигналов существенно снижает быстродействие и помехозащищенность измерительной сети в целом. Перспективы увеличения производительности вычислительных систем видятся в использовании полностью параллельного вычислительного процесса [ 4 ], а трудности организации большого числа независимых и помехозащищенных информационных каналов приводят к необходимости поиска и разработки принципиально новых методов и средств сбора и передачи информации, обладающих новыми качественными показателями по быстродействию, пропускной способности и помехоустойчивости [5]. В связи с этим особую актуальность приобретает развитие оптических методов сбора и обработки информации, а также оптической связи, основанных на широком

применении волноводной оптики, которая предлагает наиболее радикальное решение перечисленных выше проблем [б].

Совершенствование систем автоматизированного контроля, управления и дистанционного сбора информации о различных объектах и процессах, что необходимо при изучении физических полей океана, атмосферы и корабля, во многом определяется достижениями в области измерительных преобразователей (датчиков). Для исследования пространственно-временных распределений параметров физических полей на больших площадях необходимы датчики нового, распределенного типа. Помимо высоких метрологических характеристик такие датчики должны обладать высокой надежностью, долговечностью, стабильностью параметров, малыми габаритами, массой и энергопотреблением, способностью интеграции в единую распределенную измерительную сеть, а также, для обеспечения наибольшей скорости ввода и обработки информации, совместимостью с оптоэлектронными и оптическими процессорами [7] . Наиболее радикальное решение перечисленных проблем предлагают волоконно-оптические датчики параметров физических полей. Они могут быть нечувствительны к влиянию электромагнитных помех, работать в условиях высокой взрыво- и пожароопасности, иметь малые размеры и массу, использоваться для дистанционных измерений, а также, благодаря использованию световой несущей,

достаточно просто согласовываться с оптическими процессорами, обеспечивая максимальную скорость ввода данных в системы обработки и хранения информации [8] . Использование в распределенных датчиках оптического волокна, обладающего практически неограниченной протяженностью и большой гибкостью [9], делает возможным создание измерительных элементов любой требуемой конфигурации и чувствительности. Это позволяют создавать протяженные измерительные линии с длиной, значительно превышающей характерные расстояния, на которых происходят изменения параметров исследуемого физического поля, что особенно важно при изучении полей океана и атмосферы.

С другой стороны, современное состояние элементной базы волоконно-оптической техники позволяет создавать не только датчики физических величин, но и открывает возможности для создания многоканальных и широкополосных линий оптической связи [10]. Значительное увеличение скорости передачи данных до 10 Гбит/с [11] , расширение полосы пропускания передаваемых сигналов до 10 ГГц [12], уменьшение потерь для каналируемого излучения до уровня менее 0,2 дБ/км [13] позволяют решить проблемы, возникающие при организации каналов передачи информации между датчиками и обрабатывающей системой.

Однако, не смотря на очевидное преимущество волоконно-оптических датчиков и линий связи, распределенные волоконно-оптические измерительные сети не получили широкого распространения. Главным образом, это обусловлено тем, что на данный момент практически не разработаны физические принципы организации и функционирования распределенных измерительных сетей волоконно-оптических датчиков, не предложены методы расчета параметров сетей, способных функционировать в условиях сильной дискретизации чувствительных элементов сети по пространству. Помимо этого, многие известные конструкции волоконно-оптических датчиков имеют дискретный по пространству характер измерения исследуемой физической величины [14], что приводит к необходимости организации очень большого числа информационных каналов передачи данных. Разработанные же распределенные волоконно-оптические датчики [15] представляют собой отдельные измерительные устройства со сложной, и, порой, громоздкой аппаратурой формирования, регистрации и обработки выходного сигнала, что значительно затрудняет интеграцию их в единую распределенную измерительную сеть. Например, при разработке обычных распределенных волоконно-оптических датчиков необходимо иметь способ, позволяющий выделять из выходного сигнала информацию, соответствующую воздействию измеряемого параметра физического

поля в конкретной точке пространства. Для этого применяют методы радиочастотного мультиплексирования [16] или поляризационного когерентного мультиплексирования [17] сигналов от элементарных чувствительных элементов квазираспределенных датчиков, а также методы анализа частотного спектра вынужденного рассеяния света [18,19]. При этом, не смотря на достигнутые высокие метрологические характеристики, техническая реализация измерительных комплексов на базе таких датчиков очень сложна. Это выдвигает на первый план проблему разработки физических принципов создания и способов интеграции распределенных волоконно-оптических датчиков для работы в единой распределенной измерительной сети, обеспечивающей сбор информации о распределении параметров физических полей на больших площадях.

Наиболее радикальный способ решения проблемы исследования функций распределения параметров физических полей дает томографический метод сбора и обработки информации [20]. Такой подход предполагает использование единой измерительной сети, состоящей из распределенных или квазираспределенных датчиков, которые фиксируют интегральную (суммарную) информацию о величине внешнего воздействия на чувствительные элементы вдоль линии их укладки. В этом случае восстановление исследуемой многомерной функции распределения осуществляется при обработке

сигналов сразу всех датчиков, образующих измерительную сеть. Это значительно упрощает конструктивное исполнение, схему формирования и систему обработки выходного сигнала каждого из распределенных датчиков сети, так как отпадает необходимость в выделении информации о величине измеряемого параметра физического поля в конкретной точке пространства из выходного сигнала каждого датчика. Кроме того, применение томографических методов позволяет значительно уменьшить число каналов передачи данных, что упрощает конструкцию измерительной системы в целом, уменьшает объем передаваемых данных и обеспечивает более высокую помехозащищенность каналов передачи информации. Наряду с уже перечисленных выше достоинствами, измерительный комплекс, основанный на томографических принципах сбора и обработки информации, может обеспечить наибольшую скорость получения и ввода данных в обрабатывающую систему, что особенно важно для систем контроля и управления различными объектами, работающих в реальном масштабе времени.

Как известно, томографические принципы предполагают получение многих интегральных данных (интегральных проекций исследуемой функции распределения) при различных углах ориентации измерительных линий [20]. В настоящее время хорошо разработаны методы применения томографии к исследованию объектов при помо-

щи проникающего ультразвукового, оптического или мягкого рентгеновского излучения [20,21] для восстановления двумерных образов. Однако эти методы имеют существенное ограничение, когда применение проникающего излучения затруднено или просто невозможно (например, исследование параметров технических конструкций в реальных условиях эксплуатации, изучение распределения параметров физических полей на очень больших площадях), либо при исследовании двумерных, но не плоских функций распределения параметров (напряжения в обшивках самолетов, судов и т.п.). Кроме того, в ряде работ [20-22] показано существование и единственность решения томографической задачи (относящейся к некорректным задачам) в том случае, когда известен полный непрерывный набор интегральных образов как по углу, так и по направлению сканирования, что достаточно легко реализуется при использовании проникающего излучения. Вместе с тем, дискретный характер интегрального образа, получаемого при использовании волоконно-оптической распределенной измерительной сети, обладающий сильной дискретизацией отсчетов как по углу, так и по числу интегральных проекций, должен приводить к весьма низкой точности обратных интегральных преобразований и, как следствие, к невысокому качеству восстановления исследуемой функции [23] . Это снижает эффективность применения волоконно-

оптических распределенных измерительных сетей, что выдвигает на первый план необходимость поиска оптимальной конфигурации сети и эффективных алгоритмов восстановления исследуемых функций.

Таким образом, для успешного решения перечисленных выше проблем актуальной является разработка и экспериментальная проверка физических принципов создания распределенных волоконно-оптических измерительных сетей, основанных на применении томографических принципов сбора и обработки информации. Эта задача включает в себя разработку методов и исследование качества восстановления многомерных пространственно-временных функций распределения в условиях сильной дискретизации интегральных проекций.

Широко известные схемы распределенных и квазираспределенных волоконно-оптических датчиков в основном используют амплитудный или спектральный способы формирования и регистрации выходного сигнала. Однако многообразие физических эффектов взаимодействия оптического излучения с веществом, схем формирования выходного сигнала, модуляции и демодуляции световой несущей обуславливает множество возможных вариантов реализации датчиков даже при регистрации одной и той же физической величины [24,25] . Анализируя различные схемы формирования сигнала воло-

конно-оптического датчика, надо отметить, что благодаря высокой чувствительности и большому динамическому диапазону измерений, интерферометрические схемы формирования сигнала представляют наибольший интерес [26] . По сравнению с традиционными оптическими интерферометрами волоконно-оптические двухволокон-ные, а особенно одноволоконные интерферометрические датчики обладают повышенной устойчивостью к неблагоприятным внешним воздействиям, слабо зависят от атмосферных условий и, что очень важно, позволяют объединять функции чувствительного элемента и канала передачи информации в едином волоконно-оптическом тракте [27].

На данный момент теоретически хорошо изучены и практически реализованы волоконно-оптические интерферометры следующих типов: Саньяка, Фабри-Перо, кольцевого Фабри-Перо, Маха-Цендера, Майкельсона, межмодовой интерференции [7,8,14,26,28]. Волоконно-оптические интерферометры Саньяка и кольцевой Фабри-Перо имеют замкнутый чувствительный волоконно-оптический тракт, что затрудняет их использование для получения интегральных проекций при реализации томографических принципов сбора и обработки информации. Такие типы интерферометров нашли наибольшее применение в волоконно-оптических угломерах и гироскопах. Интерферометр Майкельсона имеет два перекрестных волоконно-оптических

тракта и несколько сложных оптических компонентов (волоконно-оптический разветвитель и система зеркал) , что усложняет интерпретацию выходного сигнала и его реконструкцию. Одноволо-конные же (Фабри-Перо, межмодовой интерференции) и двухволо-конные (Маха-Цендера) интерферометры имеют достаточно простую техническую реализацию и позволяют производить измерения вдоль линии укладки чувствительного оптического световода датчика, что необходимо для формирования интегральных проекций.

Из одноволоконных интерферометров большой интерес, благодаря высокой чувствительности, представляют одноволоконные многомо-довые интерферометры [28]. Однако изменение пространственного распределения световой интенсивности в выходной картине межмодовой интерференции, являющееся выходным сигналом, не связано прямой зависимостью с величиной внешнего воздействия на световод. Как показано в [29], эффективным элементом, выделяющим полезный сигнал одноволоконного многомодового интерферометра, является пространственный фильтр корреляции интенсивностей. Однако применение "мокрого" фотографического процесса и необходимость перезаписи фильтра при изменении условий измерения ограничивают применение данного типа интерферометров.

Для одноволоконного двухмодового интерферометра, где интерферируют только две направляемые моды излучения низших поряд-

ков, методы обработки выходного сигнала упрощаются [30,31]. Обрабатывающий элемент может быть реализован в виде волоконно-оптического фильтра, осуществляющего преобразование фазовой модуляции в амплитудную [32,33], что значительно упрощает конструкцию датчика и расширяет область его применения.

При помощи волоконно-оптических интерферометров Фабри-Перо [34,35] и Маха-Цендера [36,37] возможна регистрация изменения фазы несущего оптического излучения до Ю-^ рад, что, с учетом малости длины волны (доли микрометра), позволяет производить измерения очень малых эффективных изменений длины световода .

В реальных условиях применения распределенных измерительных сетей, например, при проведении геофизических исследований, подводных гидроакустических измерений и других, наличие постоянно изменяющихся градиентов плотности, температуры, давления окружающей среды, когда эти параметры не являются объектами исследования, становится причиной значительных шумов волоконно-оптических измерительных систем. Такого рода шумы в интерферометрах, проявляющиеся в изменении положения рабочей точки на характеристике преобразования сигнала, приводят к нестабильности метрологических параметров датчиков. На данный момент разработан ряд активных и пассивных методов стабилизации

параметров волоконно-оптических интерферометрических датчиков [38] . Однако, как правило, эти методы предполагают наличие сложной аппаратуры для формирования, регистрации и обработки выходных сигналов датчиков, что значительно ограничивает возможности интегрирования датчиков в единую измерительную сеть.

Отметим также, что все перечисленные выше типы волоконно-оптических интерферометров и методы стабилизации их параметров разработаны применительно к дискретным (точечным) датчикам, тогда как физические принципы организации высокочувствительных и стабильных распределенных и квазираспределенных волоконно-оптических датчиков интерферометрического типа с большой базой измерения сигнала до сих пор еще не были исследованы.

. Таким образом, существует насущная необходимость в разработке физических принципов построения и создания конструкций распределенных волоконно-оптических датчиков интерферометрического типа, способных интегрироваться в единую распределенную измерительную сеть, основанную на томографических принципах сбора и обработки информации. Следует также отметить, что данная проблема не была бы решена полностью без разработки методов стабилизации метрологических параметров распределенных волоконно-оптических датчиков.

Целью настоящей работы является изучение физических принципов функционирования и организации распределенных волоконно-оптических измерительных сетей томографического типа, создание

I

алгоритмов обработки получаемых информационных массивов данных для восстановления многомерных функций распределения параметров физических полей, а также разработка и исследование элементной базы измерительных сетей на основе распределенных волоконно-оптических датчиков интерферометрического типа.

На защиту выносятся следующие результаты, полученные впервые в настоящей работе:

1.Впервые разработаны и изучены физические принципы организации распределенных измерительных сетей на базе распределенных волоконно-оптических датчиков, основанные на томографических принципах сбора и обработки информации. Установлены основные закономерности в соотношении характеристических пространственных частот исследуемого многомерного сигнала и структуры измерительной сети.

2.Разрботан новый быстродействующий итерационный алгоритм восстановления исследуемой многомерной функции распределения параметров физических полей по интегральным данным измерительной сети, основанный на критерии минимума дисперсии восстанавливаемой функции.

3. Разработаны и исследованы конструкции распределенных и квазираспределенных волоконно-оптических датчиков на основе интерферометров Фабри-Перо, Маха-Цендера и одноволоконного двухмодового интерферометра, предназначенные для создания распределенных измерительных сетей. Показано, что для квазираспределенных волоконно-оптических датчиков, состоящих из набора элементарных чувствительных элементов (ЭЧЭ), выходной сигнал прямо пропорционален количеству задействованных ЭЧЭ.

4.Предложен и экспериментально исследован метод активной стабилизации рабочих характеристик распределенных интерферо-метрических волоконно-оптических датчиков, основанный на линейном сканировании положения рабочей точки интерферометра.

Практическая значимость работы заключается в том, что представленные в работе исследования описывают физические принципы формирования выходных информационных массивов распределенных волоконно-оптических измерительных сетей томографического типа, принципы обработки их выходных сигналов и восстановления многомерных пространственно-временных функций распределения параметров физических полей. Изучены физические явления модуляции параметров волоконных световодов, используемые при создании распределенных волоконно-оптических датчиков интерферо-метрического типа для томографических измерительных сетей. По-

лученные результаты позволяют определять оптимальные параметры распределенных волоконно-оптических измерительных сетей в зависимости от характера спектра пространственных частот исследуемых функций распределения.

Исследования физических явлений формирования информационных массивов томографической распределенной волоконно-оптической измерительной сетью позволили предложить принципы создания информационно-измерительных комплексов, предназначенных для создания систем управления сложными многопараметрическими процессами (технологические линии, экологические задачи и др.), охраны различных объектов и территорий, а также для исследования параметров технических конструкций, в том числе судовых, в процессе эксплуатации. Полученные результаты могут быть использованы для создания новых эффективных методов регистрации и обработки сигналов в сейсморазведке, геофизике, гидроакустике, физике океана и атмосферы, процедурах неразрушающего контроля. Основные результаты, полученные в диссертационной работе, использовались при проведении исследовательских работ и испытаний новой техники на сейсмоакустическом полигоне отраслевого НИИ.

Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в. работах [32,33,39-58] и докладывались на следующих конференциях:

1.3-th International Soviet Fiber-Optic and Telecommunication Conference, St. Petersburg, 1993.

2.XXIII Юбилейная научно-техническая конференция ДВГТУ, Владивосток, 1993.

3.International Conference "Optical Information Processing", St. Petersburg, 1993.

4.OWLS III: International Conference on Optical Methods in Bio-Medical and Environmental Sciences, Tokyo, 1994.

5.International Symposium on Surface Waves in Solid Structures and National Conference on Acoustoelectronics, St. Petersburg, 1994.

6.International Conference "Distributed and Multiplexed Fiber Optic Sensors IV", San Diego, USA, 1994.

7.Международная конференция "Моделирование технологических процессов и систем в машиностроении", Хабаровск, 1994 г.

8.XXXIV Юбилейная научно-техническая конференция ДВГТУ, Владивосток, 1994 г.

9.XXXVIII Всероссийская межвузовская научно-техническая конференция, Владивосток, 1995.

10.International Conference OCEANS'95, San Diego, USA, 1995.

Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения. Общий объем диссертации составляет 180 страниц и включает

36 рисунков и список литературы из 80 наименований.

Во введении обсуждается современное состояние развития волоконно-оптических измерительных систем, ставится задача исследований, определяется цель работы, выдвигаются защищаемые положения .

В первой главе приводится описание экспериментальной установки, позволяющей производить весь комплекс работ по созданию и исследованию распределенных волоконно-оптических датчиков и измерительных сетей на их основе. Также рассматриваются методики изготовления дискретных и распределенных волоконно-оптических датчиков и измерительных сетей.

Во второй главе рассматриваются физические принципы создания чувствительных элементов волоконно-оптических датчиков на основе интерферометрических схем Фабри-Перо, Маха-Цендера и од-новолоконного двухмодового интерферометра. Изложен разработанный метод расчета параметров чувствительного элемента датчика сейсмоакустических колебаний для обеспечения требуемых метрологических характеристик.

Третья глава посвящена результатам исследований, направленных на разработку физических принципов создания распределенных волоконно-оптических датчиков (РВОД). Рассмотрены вопросы формирования и обработки выходных сигналов РВОД. Представлен разработанный метод активной стабилизации параметров интерферо-метрических РВОД и даны результаты его экспериментального исследования .

В четвертой главе излагаются принципы организации волоконно-оптической измерительной сети (ВОИС) и приводятся результаты исследований процессов сбора и обработки информации при помощи ВОИС. Изучены параметры ВОИС и характеристики алгоритма восстановления исследуемой функции распределения многомерных сигналов. Предложены и экспериментально испытаны реальные конструкции макетов ВОИС для исследования симметричной и сложной несимметричной функции распределения интенсивности колебаний исследуемой поверхности.

1. Экспериментальные методики

Для исследования параметров распределенных волоконно-оптических датчиков (РВОД), изучения процессов сбора и обработки информации при помощи волоконно-оптических измерительных сетей (ВОИС) и восстановления многомерных функций распределения параметров физических полей необходим экспериментальный комплекс, позволяющий производить весь спектр работ по созданию и исследованию датчиков и сетей. В данной главе рассматриваются методики изготовления дискретных и распределенных волоконно-оптических датчиков и измерительных сетей на их основе. Описаны экспериментальные установки, разработанные для исследования параметров различных типов датчиков и ВОИС.

1.1. Методы изготовления интерферометров для чувствительных элементов дискретных волоконно-оптических датчиков

Для предварительной подготовки волоконных световодов (ВС) при изготовлении высококачественных чувствительных элементов (ЧЭ) волоконно-оптических датчиков прежде всего необходимо обеспечить высокое качество торцов. Торцы световодов должны быть строго ортогональны оптической оси и иметь достаточно

гладкую поверхность, чтобы размер неоднородностей не превышал длины волны излучения в световоде. В технологическом процессе на заводе-изготовителе для защиты от механических повреждений и от влияния окружающей среды наружную поверхность ВС покрывают защитным покрытием, первым слоем которого является лаковое покрытие толщиной 5-10 мкм, на который наносят вторичный упрочняющий полимерный слой из полиамида, фторопласта, полиэтилена, поливинилхлорида, пентапласта или других материалов

[59] . В таком случае для подготовки торцов прежде всего следует снять эту защитную оболочку на малом участке световода. Для этого нами использовалось устройство УН-1, принцип действия которого основан на способности горячих паров ацетона размягчать покрытие ВС, которое после этого без усилий снимается с поверхности световода. После удаления защитного покрытия необходимо подготовить ровные торцы ВС, ортогональные оптической оси световода. В настоящее время для получения таких торцов используют два метода: метод полировки торцов ВС и метод скола

[60] . Полировка технологически более сложна, но дает больший процент выхода гладких поверхностей, однако по качеству обеспечения перпендикулярности торцов к оптической оси уступает методу, основанному на механическом сколе ВС. С другой стороны ортогональность к оптической оси торцов световода является

одним из важнейших факторов для обеспечения малых потерь при стыковке ВС распределенных датчиков, а также для получения высокой добротности волоконных интерферометров Фабри-Перо. Поэтому в настоящей работе применялся метод скола световодов. В нашей работе использовалось устройство УЭС-1, позволяющее осуществлять скалывание оптических волокон с помощью алмазного резца, вибрирующего с ультразвуковой частотой. Вибрация резца обеспечивалась колебаниями пьезокерамического элемента. Резец, оснащенный алмазным лезвием, отшлифованным с высокой точностью, плавно подводится к предварительно натянутому оптическому световоду и в момент касания скалывает его без сжимающей нагрузки и без внедрения лезвия в материал ВС. Контроль за качеством сколотых торцов световодов в дальнейшем осуществлялся визуально с помощью микроскопа с ортогональной координатной сеткой в поле зрения.

1.1.1. Волоконно-оптический интерферометр Фабри-Перо

Интерферометр Фабри-Перо (ИФП) является очень точным измерительным устройством [61]. Как показано в параграфе 2.1., выходным сигналом, зависящим от величины внешнего воздействия, в нашей работе является интенсивность прошедшего через интерфе-

рометр лазерного излучения. По сравнению с классическим ИФП волоконно-оптический интерферометр имеет ряд конструктивных особенностей и представляет собой отрезок ВС с нанесенными на предварительно подготовленные торцы зеркальными покрытиями. Такая конструкция обладает малой массой, большой механической гибкостью, простотой изготовления и высокой надежностью при эксплуатации благодаря отсутствию каких-либо юстируемых элементов оптической схемы.

В наше работе волоконно-оптические ИФП создавались термическим напылением в вакууме на установке ВУП-5 зеркального отражающего покрытия из алюминия на торцы анизотропных (с сохранением поляризации) одномодовых волоконных световодов. Отрезки ВС соответствующей длины, подготовленные по методике, описанной в параграфе 1.1., помещались в специально изготовленную кассету, позволяющую напылять покрытие из алюминия одновременно на торцы 20 световодов. Для того, чтобы оба зеркала интерферометра имели одинаковые характеристики, кассета выполнена таким образом, чтобы было возможно напыление отражающих покрытий одновременно на оба торца одного и того же ВС. Для контроля коэффициента отражения зеркал интерферометров в процессе напыления вместе с подготовленными световодами в установку помещалась стеклянная пластина, коэффициент отражения которой

измерялся при помощи рефлектометра, размещенного в установке и обеспечивающего погрешность измерений не более 5%.

Для улучшения адгезии пленки к поверхности ВС помещенные в установку образцы подвергались предварительному отжигу в вакууме в течении 10 минут при температуре 300°С. При этой температуре еще не происходит разрушение защитного полимерного покрытия световодов. Далее, с целью лучшей очистки поверхности торцов, ВС подвергались ионной бомбардировке при помощи электрического разряда в среде аргона в течении 3 минут. Напыление отражающего покрытия производилось при остаточном рабочем давлении, равном 6,7*10~4 Па (5*10~6 торр). Дозировка количества осаждаемого алюминия на поверхности торцов ВС производилась с помощью электромеханического затвора вакуумной установки, время срабатывания которого составляет 0,5 с. Такое время срабатывания затвора позволяло достаточно точно дозировать доступ паров алюминия к обрабатываемым поверхностям при полном времени напыления порядка 15-20 с. Данное время определяется давлением в рабочей камере и расстоянием от мишени до испарителя алюминия. В нашей работе это расстояние составляло 15 см. Экспериментально полученная зависимость коэффициента отражения зеркальных покрытий от времени напыления приведена на Рис.1.1. Зависимость имеет рабочий линейный участок и область насыце-

ния, связанную с приближением коэффициента отражения И к единице, когда дальнейшее увеличение толщины отражающего покрытия не приводит к увеличению Для предотвращения окисления и отслаивания пленки алюминия от торцов ВС готовые образцы охлаждались до комнатной температуры и только после этого вынимались из установки.

Данная методика нанесения отражающего покрытия позволила получать волоконно-оптические ИФП для чувствительных элементов датчиков с хорошо воспроизводимыми характеристиками зеркального покрытия: коэффициентом отражения от 0.3 до 0.9 и хорошей адгезией алюминия к кварцевому стеклу волоконного световода.

Рис.1.1.Экспериментальная зависимость коэффициента отражения зеркал от времени напыления

tr сек

Рис .1.2. Вид интерференционной картины ОДИ в зависимости от длины ВС.

И а * ЕЯ м

1.1.2. Одноволоконный двухмодовый интерферометр

Важным достоинством одноволоконного двухмодового интерферометра (ОДИ) является простота его конструкции [62]. Интерферометр представляет собой отрезок ВС с характеристиками, при которых каналируемое лазерное излучение можно представить в виде двух линейно поляризованных мод ЬРо1 и ЪРц. Однако, вследствие поляризационных свойств световода вид распределения интенсивности излучения в выходной интерференционной картине в конечном итоге зависит от длины световода, образующего интерферометр . Данная зависимость является повторяющейся с периодом, равным длине поляризационных биений (Рис.1.2).

Для обеспечения работоспособности чувствительного элемента необходимо изготовить интерферометр с определенным пространственным распределением интенсивности излучения в выходной плоскости. Данная операция осуществлялась путем многократного скалывания с малым шагом выходного торца ВС и наблюдения вида интерференционной картины. Скалывание прекращалось при получении двух ярко выраженных пространственно разделенных световых пятен. Дальнейшая тонкая подстройка рабочей точки на характеристике интерферометра производилась при помощи устройства, обеспечивающего фиксированное удлинение ВС в малых пределах.

Чувствительным элементом интерферометра является открытый участок световода, тогда как остальной световод защищен от внешних воздействий жестким полимерным покрытием с наполнением, значительно ослабляющим нежелательные механические деформации и температурные воздействия на ВС. Интенсивность в двух световых пятнах на выходе интерферометра зависит от внешнего воздействия на ВС и изменяется в противофазе относительно друг друга. Таким образом, выходной сигнал ЧЭ датчика может быть получен при помощи дифференциальной схемы обработки сигналов интенсивности интерференционных пятен.

1.1.3. Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера

Волоконно-оптический интерферометр Маха-Цендера (ИМЦ) изготавливался на основе одномодового волоконно-оптического раз-ветвителя (Рис.1.3).

Рис.1.3. Волоконно-оптический интерферометр Маха-

Цендера.

1-входной световод, 2-опорное плечо интерферометра,

3-сигнальное плечо инетрферометра.

I

Входной световод 1 служит для ввода излучения лазера, мощность которого затем равномерно делится разветвителем между двумя выходными световодами 2 и 3. Один из выходных ВС (2), являющийся опорным каналом, полностью изолируется от внешних воздействий путем помещения его в специальное защитное покрытие . Сигнальное плечо (3) , являющееся чувствительным элементом, подвергается внешним воздействиям. Необходимым условием для нормального функционирования интерферометра является требование, чтобы первоначальная оптическая разность длин плеч не превышала длины когерентности используемого источника лазерного излучения. При использовании газовых Не-Ые лазеров проблем практически не возникает, так как характерные длины когерентности для них превышают сотни метров [63] . При использовании полупроводниковых лазеров (ПГШ) , для которых, если не прибегать к специальным мерам, длина когерентности составляет от 0,1 мм до 90 мм [64], данный параметр конструкции чувствительного элемента становится чрезвычайно важным. В нашей работе использовались как Не-Ые, так и полупроводниковые лазеры. При использовании ППЛ с длиной когерентности излучения порядка 5 мм для обеспечения работоспособности интерферометра применялся метод последовательного, с мальм шагом, скола ВС в одном из плеч интерферометра и наблюдения интерференционной картины.

При формирования интерференционной картины световоды, образующие плечи интерферометра, сводились параллельно на оптическом столике и юстировались таким образом, чтобы в результате интерференции двух пучков получались световые полосы с периодом порядка 10 мм. Интерференционная картина фильтровалась щелевой диафрагмой размером 0,1 от ширины интерференционной полосы. Внешнее воздействие приводит к сдвигу интерференционных полос, что вызывает изменение интенсивности прошедшего через диафрагму излучения, которое является выходным сигналом ЧЭ датчика.

1.2. Метод изготовления распределенных волоконно-оптических

датчиков

Распределенный волоконно-оптический датчик (измерительная линия) представляет собой непрерывный чувствительный участок волоконного световода, воспринимающий внешние воздействия. Измерительная линия, состоящая из упорядоченного набора дискретных элементарных чувствительных элементов (ЭЧЭ), последовательно соединенных между собой нечувствительным к внешним воздействиям каналом передачи информации, является квазираспределенным датчиком. В случае, когда характерное расстояние, на котором происходят изменения исследуемого поля, значительно

превышают расстояние между ЭЧЭ, квазираспределенный датчик можно считать просто распределенным (Рис.1.4). В этом случае расстояние между ЭЧЭ должно удовлетворять условиям, зависящим от характера исследуемого поля и описанным в параграфе 4.1.

Световоды канала передачи информации и чувствительных элементов соединяются последовательно. От качества используемых для этих целей оптических соединений зависят метрологические параметры и сроки эксплуатации измерительных систем. Таким образом, стыковка волоконно-оптических световодов является одним из ответственнейших этапов создания распределенных волоконно-оптических датчиков. Поэтому к соединениям предъявляются очень жесткие требования по стабильности, затуханию, устойчивости к внешним воздействиям, надежности, герметичности, простоте сборки [65].

Рис.1.4. Устройство распределенного волоконно-

оптического датчика.

Рис.1.5. Узел стыковки ВС.

2

3 4

1-подводящий ВС, 2-капилляр, 3-эпоксидная смола, 4-ВС чувствительного элемента, 5-иммерсия, 6-зеркальное

покрытие.

1

В случае применения интерферометра Фабри-Перо в качестве чувствительного элемента распределенного датчика при стыковке оптических волокон с зеркальными покрытиями возникают дополнительные сложности, связанные с необходимостью защиты зеркал. Для удовлетворения этих требований нами было разработано неразъемное оптическое соединение с использованием стеклянного капилляра в качестве элемента центрирования ВС и элемента жесткости. Этот способ оказался весьма технологичным и обеспечил хорошие характеристики соединения. Структура используемого соединителя представлена на Рис.1.5.

Стеклянный капилляр подбирался по внешнему диаметру световода со снятым защитным слоем. После этого капилляр и ВС закреплялись на зажимах микроманипуляторов оптического стола КСС-121. Данное устройство имеет в своем составе микроскоп с оптической системой, которая позволяет контролировать перемещения ВС в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. Световод и капилляр юстировались друг относительно друга с точностью до 0,1 мкм. На торец ВС для лучшего оптического согласования наносилась капля иммерсионного масла и световод с помощью микроманипуляторов аккуратно вводился в капилляр. Затем капилляр и ВС разворачивались и после аналогичной процедуры с другой стороны капилляра вводился световод чувствительного элемента.

Световоды закреплялись в капилляре небольшим количеством эпоксидной смолы марки ЭД-20, которая была выбрана ввиду того, что она обладает малой усадкой и при затвердевании практически не влияет на взаимное расположение оптических элементов. Выходной торец световода ЧЭ по методике, аналогичной вышеизложенной, стыковался с отводящим излучение световодом, обеспечивающим связь данного чувствительного элемента с последующим ЧЭ или с измерительной системой.

При проектировании измерительной линии на базе одноволокон-ного двухмодового интерферометра или интерферометра Маха-Цендера использовалась более простая оптическая схема. Датчик изготавливался в виде непрерывного оптического световода, отдельные участки которого открыты для внешних воздействий и представляют собой чувствительные элементы, а остальные участки надежно защищены специальным покрытием и выполняют функции канала передачи информации. Кроме этого, для схемы с ИМЦ дополнительно защищается ВС опорного канала. Такая конструкция гораздо более технологична из-за отсутствия стыковочных узлов, однако предъявляет повышенные требования к защитному покрытию каналов передачи информации для обеспечения требуемой помехоустойчивости измерительной системы.

1.3. Экспериментальная установка для исследования параметров распределенных волоконно-оптических датчиков

Параметры РВОД колебаний исследовались на установке, представленной на рисунке 1.6а. В качестве источника когерентного излучения в экспериментальной установке использовался Не-Ые лазер 1 непрерывного излучения марки ЛГ52-1. Излучение лазера собиралось микрообъективом 2 марки РЕ0-20х и направлялось в подводящий световод датчика 3. Интенсивность выходного сигнального излучения датчика регистрировалась обрабатывающей системой, имеющей в своем составе фотоприемник 7 (фотодиод марки ФД-7К) , широкополосный усилитель 8, осциллограф 10 (С1-75) и селективный микровольтметр 9 (В6-9) . Для датчика на основе ОДИ обрабатывающая система дополнялась вторым фотоприемником с усилителем и дифференциальным усилителем У7-1 (Рис.1.66). Каждый из фотоприемников регистрирует интенсивность одного из двух интерференционных пятен. Как сказано в параграфе 1.1.2., их интенсивность изменяется в противофазе. Таким образом, применение дифференциального метода обработки сигналов интенсивности интерференционных пятен позволяет увеличить уровень полезного сигнала в практически в два раза.

Рис.1.6. Экспериментальная установка для исследования РВОД колебаний, а) для РВОД на основе ИФП и ИМЦ, б) дополнительная обрабатывающая система для РВОД на основе ОДИ.

а).

2

3

7

Л

10

1-лазер, 2-микрообъектив, 3- подводящий ВС, 4-чувствительный элемент, 5-вибростенд, 6-задающий генератор, 7-фотоприемник, 8-ширкополосный усилитель, 9-микровольтметр, 10-осциллограф, 11-дифференциальный уси-

литель .

Для изучения характеристик датчиков чувствительные элементы помещались на рабочую площадку калиброванного вибростенда, управляемого прецизионным генератором синусоидальных колебаний ГЗ-118. Данный вибростенд позволял задавать с большой точностью амплитуду и частоту колебаний рабочей площадки в вертикальном направлении. Исследование чувствительности и амплитудно-частотной характеристики датчика проводились при помощи регистрации выходного сигнала датчика для различных параметров колебательных воздействий на ЧЭ. Для исследования процесса интегрирования сигнальных воздействий измерительной линией, рассмотренного в параграфе 3.1, на рабочую поверхность последовательно помещались от одного до пяти ЧЭ датчика, тогда как остальные оставалась не задействованными.

Экспериментальные исследования параметров РВОД удлинения и их чувствительных элементов проводились на установке, схема которой представлена на рисунке 1.7. Также как и в вышеописанной установке в качестве источника излучения использовался Не-

Ые лазер 1 (ЛГ52-1) и микрообъектив 2 (марки Рг0-20х). Отрезок волоконного световода 4, составляющий ЧЭ, жестко закрепляется между двух опор 5 и 6. Центральная часть отрезка ВС прикреплена к пьезокерамической пластине 12 из материала марки ЦТС-23. При подаче напряжения на пластину с генератора 11 (ГЗ-7А) про-

исходит периодическое изменение ее толщины, что обеспечивает смещение центральной части отрезка ВС в направлении, перпендикулярном оси световода. Это вызывает изменение выходного сигнала датчика. Выходной оптический сигнал датчика регистрируется фотоприемной системой. Также, как и в предыдущей установке, для датчика на основе ОДИ применялась фотоприемная система, изображенная на Рис.1.66. Для обеспечения высокого отношения сигнал/шум при проведении измерений работа микровольтметра обрабатывающей системы производится в режиме узкой полосы частот, согласованной с частотой задающего генератора.

Рис .1.7. Экспериментальная установка для исследования РВОД статического удлинения.

1 2 3 4 7 8

1-лазер, 2-микрообъектив, 3- подводящий ВС, 4-чувствительный элемент, 5,6-опоры, 7-фотоприемник, 8-ширкополосный усилитель, 9-микровольтметр, 10-

осциллограф, 11-задающий генератор, 12-пьезокерамическая пластина.

Для того, чтобы связать величину сигнала на выходе ЧЭ с амплитудой поперечной деформации (или с величиной удлинения) отрезка ВС, составляющего чувствительный элемент, необходимо было установить соответствие между амплитудой напряжения на пье-зокерамической пластине с величиной смещения ее поверхности. С целью проведения таких вспомогательных калибровочных измерений в настоящей работе использовалась установка, в основу работы которой положен принцип измерения малых перемещений с помощью интерферометра Майкельсона. Схема этой установки представлена на рисунке 1.8. Излучение лазера 1 делится полупрозрачной поверхностью светоделительного куба 2 на два пучка А и Б, направленных под прямым углом друг к другу. Отразившись от плоских зеркал 3 и 4 они возвращаются назад к светоделительной поверхности, где вновь соединяются и результирующий интерференционный пучок попадает на чувствительную площадку фотоприемника 5. Зеркало 4 оставалось неподвижным, тогда как зеркало 3 жестко прикреплено к поверхности исследуемой пьезокерамиче-ской пластины 6 и перемещается при приложении к пластине напряжения генератора 7. Когда зеркала 3 и 4 строго ортогональны световым пучкам, реализуется режим "бесконечной полосы" интерферометра Майкельсона [61]. В этом случае интенсивность света в интерференционном пучке становится равномерной по апертуре

светового поля и ее величина зависит только от разности оптических путей - А8 пучков А и Б в соответствии с выражением: 1=10 (1+соб (2я;Д8/А,) ), где X - длина волны излучения лазера. Из приведенного выражения видно, что возможно проводить измерение приращения оптического пути пучков, регистрируя изменения интенсивности света в интерференционном сигнале.

Экспериментально полученная зависимость деформации пьезоке-рамической пластины от величины приложенного напряжения в диапазоне частот колебаний от 20 до 1000 Гц приведена на рисунке 1.9. Как видно, полученная зависимость является практически линейной, что позволяет считать коэффициент преобразования модулятора экспериментальной установки постоянным в используемом диапазоне частот.

Таким образом, разработанные экспериментальные установки позволяют производить весь комплекс измерений параметров дискретных ЧЭ и распределенных волоконно-оптических датчиков.

Рис.1.8. Экспериментальная установка калибровочного стенда.

1-лазер, 2-светоделитель, 3,4-зеркало, 5-фотоприемник, 6-калибруемая пластина, 7-генератор

Рис.1.9.Экспериментальная зависимость деформации пьезокерамической пластины от приложенного напряжения.

0,8

2 0,6 2 0,4

^ 0,2

0

0 10 20 30 40

и, В

1.4. Экспериментальные установки для исследования параметров волоконно-оптической измерительной сети

В работе экспериментально исследовались два вида волоконно-оптических измерительных сетей (ВОИС), предназначенных для исследования простых центрально-симметричных функций распределения интенсивности колебаний плоской поверхности и для исследования сложной несимметричной функции распределения интенсивности колебаний прямоугольной вертикальной пластины. Принципы работы данных сетей рассмотрены в параграфах 4.2, 4.3. Экспериментальная установка для исследования параметров ВОИС, предназначенной для восстановления симметричной функции распределения интенсивности колебаний плоских симметричных поверхностей приведена на рисунке 1.10. С учетом центральной симметрии исследуемой функции распределения ВОИС представляет собой упорядоченный набор распределенных волоконно-оптических датчиков, расположенных только в одном направлении. Датчики изготовлены на основе одноволоконного двухмодового интерферометра. ВС датчиков закреплялись на расстоянием 30 мм друг от друга на опорах высотой 5 мм, расположенных на исследуемой поверхности. В нашем случае была выбрана круглая однородная пластина из лату-

ни диаметром 150 мм и толщиной 0,25 мм, жестко закрепленной по краю.

Выбранное расстояние между измерительными линиями и их количество (пять) обеспечивает получение восстановленных значений интенсивности колебаний пластины в 25 равноотстоящих точках

(пространственная частота 0,04 мм~1), что, согласно результатам, изложенным в параграфе 4.1. о соотношении характеристических пространственных частот сети и исследуемой функции, позволяет достаточно точно восстанавливать распределение интенсивности колебаний поверхности пластины на частотах колебаний, меньших второй резонансной частоты (пространственная частота более 0,013 мм~1). Исследуемая пластина механически возбуждается в центре в перпендикулярном плоскости направлении с помощью электромагнитной системы, состоящей из закрепленного на основании кольцевого постоянного магнита и прикрепленной к пластине легкой катушки. Измерения проводились на частотах вынуждающих колебаний 300 и 1000 Гц. Выходной сигнал каждой измерительной линии регистрируется обрабатывающей системой, описанной в параграфе 1.3.

Рис.1.10.Экспериментальная установка ВОИС для исследования симметричной функции распределения.

1-лазер, 2-исследуемая поверхность, 3-ЭЧЭ, 4-фотоприемник, 5-усилитель, б-вольтметр, 7-задающий генератор

Экспериментальная установка ВОИС предназначенная для восстановления сложной несимметричной функции распределения интенсивности колебаний плоских прямоугольных поверхностей представлена на рисунке 1.11. Исследуемой поверхностью являлась боковая вертикальная стенка специального вибростенда, воспроизводящего колебания вертикальных стенок топливных танков и расходных емкостей судов при различных уровнях заполняющей их жидкости. Размеры исследуемой поверхности составляли 800x200 мм. ВОИС состояла из трех вертикальных и восьми горизонтальных измерительных линий на основе ОДИ. В данном случае отношение характеристических пространственных частот исследуемой функции и измерительной сети при условии возбуждения максимум третей гармоники составляет 0,6, что вполне достаточно для качественного восстановления исследуемой функции распределения . Измерения производились на частоте вынуждающих колебаний 100 Гц при различных уровнях заполнения бака вибростенда жидкостью. Одновременно с регистрацией сигналов сети производились контрольные измерения параметров колебаний поверхности стандартными датчиками ускорения ДУ-5, расположенными вертикально по осевой линии вибростенда.

Таким образом, разработанные экспериментальные установки и модели ВОИС позволяли провести весь набор измерений, необходимых для исследования принципов сбора данных, их регистрации и обработки для восстановления как простых, так и сложных функций распределения параметров физических полей.

Рис.1.11. Экспериментальная установка ВОИС для исследования сложной несимметричной функции распределения интенсивности колебаний.

1-лазер, 2-исследуемая поверхность, 3-измерительные линии, 4-фотоприемник, 5-усилитель, б-вольтметр, 7-устройство возбуждения механических колебаний, 8-контрольные датчики, 9-уровень заполняющей жидкости.

1.5. Экспериментальная установка для исследования активного метода стабилизации распределенных волоконно-оптических интерферометрических датчиков

При проведении измерений распределенными датчиками необходимо учитывать возникновение значительных шумов, связанных с наличием постоянно изменяющихся градиентов температуры, внешнего давления, когда эти параметры не являются объектами исследования. Такого рода шумы для волоконных интерферометров проявляются в изменении положения рабочей точки и приводят к нестабильности метрологических параметров (линейность, коэффициент преобразования).

Принципы разработанного активного метода стабилизации параметров распределенных волоконно-оптических интерферометрических датчиков изложены в параграфе 3.2. Для проверки метода была создана экспериментальная установка, изображенная на Рис.1.12. Излучение Не-Ые лазера 1 при помощи микрообъектива

2 вводилось во входной волоконный световод датчика на основе интерферометра Маха-Цендера (волоконно-оптический разветвитель

3 и волокна 4 и 5 длиной 5 метров). Опорное плечо 4 защищалось от внешних воздействий методом пассивного термостатирования, а сигнальное плечо 5 было навито последовательно на два пьезоке-

рамических цилиндра б и 7, выполняющих функции калиброванного имитатора внешних воздействий и модулятора соответственно. Световое поле интерферометра фильтровалось щелевой диафрагмой 8. Выходной оптический сигнал датчика регистрировался фотоприемной системой 9 и после согласования 10 подавался на аналого-цифровой преобразователь 11 компьютера.

Цикл аналого-цифрового преобразования синхронизировался с началом рабочего хода пилообразной модуляции по отдельному каналу 12 и не включал в себя обратного хода. Получение и обработка данных производились одновременно по специально разработанной программе. Пьезокерамические модуляторы (марки ЦТС-23) калибровались при отсутствии пилообразной модуляции по выходному сигналу интерферометра. Фиксировалось несколько точек в диапазоне от нуля до волнового напряжения модулятора, когда смещение полосы составляет период интерференционной картины, т.е. удлинение плеча интерферометра равно длине волны излучения в световоде Д1=А/п=0,63/1,5=0,42 мкм. Период пилообразной модуляции составлял 1,8 мс. Частота дискретизации АЦП 1 МГц, дискретность оцифровки 8 бит.

Рис.1.12. Экспериментальная установка для исследования метода активной стабилизации параметров РВОД.

2 1

1-лазер, 2-микрообъектив, 3-волоконно-оптический развет-витель, 4-опорный канал, 5-сигнальный канал, 6-имитатор внешних воздействий, 7-модулятор, 8-диафрагма, 9-фотоприемник, 10-усилитель согласования, 11-АЦП, 12-линия синхронизации.

Частота и амплитуда пилообразной модуляции могли изменяться в широких пределах. Данная экспериментальная установка позволила исследовать разработанный метод стабилизации и показать, что возможно достижение уровня нестабильности коэффициента преобразования волоконно-оптического датчика 0,5%/час при осуществлении оптимального подбора параметров модуляции для различных сигналов.

1.6. Выводы

В данной главе рассмотрены экспериментальные методы изготовления чувствительных элементов распределенных волоконно-оптических датчиков интерференционного типа. Разработанные способы и схемы позволяют получать высокочувствительные стабильные РВОД и измерительные сети на их основе для регистрации различных физических величин. Разработаны конструктивные схемы элементарных чувствительных элементов на база волоконно-оптических интерферометров Фабри-Перо, Маха-Цендера и одново-локонного двухмодового интерферометра. Создан узел стыковки ВС, обеспечивающий надежное соединение для любых световодов, даже с нанесенными зеркальным покрытием, без его разрушения. Разработаны схемы распределенных волоконно-оптических датчиков для регистрации колебательных процессов. Созданы макеты изме-

рительных сетей на основе РВОД. Экспериментально исследована система активной стабилизации распределенных интерферометриче-ских датчиков. Созданные экспериментальные установки позволяют производить весь комплекс измерений метрологических параметров РВОД и осуществлять сбор и восстановление информации о распределении физических полей при помощи волоконно-оптической измерительной сети.

2. Физические основы разработки базовых конструкций волоконно-оптических чувствительных элементов

В данной главе рассматриваются физические принципы создания чувствительных элементов волоконно-оптических датчиков на основе широко распространенных интерферометрических схем Фабри-Перо, Маха-Цендера и одноволоконного двухмодового интерферометра. Разработан метод расчета параметров чувствительного элемента для обеспечения необходимых метрологических характеристик датчика колебаний.

2.1. Чувствительный элемент на основе волоконно-оптического

интерферометра Фабри-Перо

Классический ИФП представляет собой два плоскопараллельных зеркала, расположенных на некотором расстоянии с! друг от друга, называемом базой интерферометра. По сравнению с классическим ИФП волоконно-оптический интерферометр имеет ряд конструктивных особенностей и представляет собой отрезок волоконного световода длиной с! с нанесенными на торцы зеркальными покрытиями . Интерференционная картина на выходе прибора образуется в результате многолучевой интерференции из-за многократ-

ных отражений светового луча от зеркал. Функции пропускания Тг

и отражения при отсутствии потерь световой энергии внутри

интерферометра и в предположении зеркал бесконечного размера

(или, что то же самое, при попадании всех световых лучей на

зеркала, что как раз и реализуется в случае волоконно-

оптического ИФП) имеют вид [66]:

Ъ (1 - Ип) (1 - Я?) (2.1) Тг = — = -----

1о (1 - + б1п / 2)

к£ = 12 = (л/% - л/^2)2 + 4Л/^2 8±П2[<р / 2) (2-2)

10 (1 " 7К1К2) + 4л/К1К2 / 2)

где 1о ~ интенсивность падающего света, 1]_ - интенсивность прошедшего света, 12 ~ интенсивность отраженного света, и 1*2 - коэффициенты отражения зеркал ИФП, (р - фаза, равная

(р = к п 2с1 (2-3)

где к=2л/Я - волновой вектор, п - показатель преломления среды

между зеркалами (материала световода), с1 - база интерферометра. При К]_=К2=:К зависимости (2.1) и (2.2) несколько упрощают-

ся:

(1_К1)2 (2.4)

Тг = ---

(1 - И)2 + 4И Б±п2((р / 2)

_ 4И з±п2[(р / 2) (2*5)

(1 - К)2 + 4Ы Б±п2(<р / 2)

Вид функций пропускания и отражения в зависимости от фазы, рассчитанные по (2.4) и (2.5), приведены на рисунках 2.1 и 2.2. Выражения для функций пропускания и отражения ИФП при наличии поглощения в среде между зеркалами даны в работе [67] .

Как видно из (2.3), при неизменных параметрах с1 и п фаза (р зависит от длины волны Я, или от частоты светового излучения V -с /Я, и интерферометр можно рассматривать как частотно-

зависимый фильтр. Расстояние между соседними максимумами функции пропускания, называемое дисперсионной областью, равняется

с (2.6)

А у = -

2пс1

Ширина максимума на половине высоты

с 1-Й (2.7)

5 у =--=-

27гпс1 л/И

При фиксированной длине волны излучения Я и изменяющейся базе с1 аналогичные характеристики ИФП имеют вид

Я (2.8)

Ас! = — 2п

Рис.2.1. Функция пропускания интерферометра Фабри-Перо

Тг

1.0

0.5 —

0.0

<р/п

Рис.2.2. Функция отражения интерферометра Фабри-Перо

1.0

0.5

0.0

9/

71

Рис.2.3. Зависимость функции отражения интерферометра Фабри-Перо от удлинения базы

1 1 - К (2.9)

ос! =--1=—

27Ш Л/и

На Рис.2.3 приведена расчетная зависимость функции отражения Б^ от удлинения интерферометра 5с1 в случае, когда коэффициент преломления материала сердцевины световода п=1,5, ив предположении, что при 5с1=0 интерферометр настроен таким образом, что

пропускает весь световой поток (т.е. ср = 2к ш, ш - целое) .

Расчет произведен для различных длин волн светового излучения и коэффициентов отражения зеркал. Данные для дисперсионной области ширины максимума, рассчитанные по формулам (2.8) и (2.9), представлены в таблице 2.1. Как видно из приведенных графиков и значений, характеристика отражения ИФП (как и ха-

Таблица 2.1.

длина волны X, мкм дисперсионная область 5с1,мкм ширина максимума 8с1, мкм

И=0, 5 И=0, 9

0, 63 0,21 0, 047 0, 007

0,84 0,28 0, 063 0,009

1,3 0,43 0, 098 0, 015

рактеристика пропускания) имеет почти линейный участок, причем линейность тем лучше, чем выше коэффициент отражения зеркал и короче длина волны излучения. В пределах этого участка можно получить наилучшую линейность передачи сигнала о величине удлинения световода. Очевидно, что положение рабочей точки ИФП должно быть выбрано в середине линейного участка (примерно на половине высоты пика пропускания для достаточно больших значений И). Из формулы (2.9) видно, что как только отстройка длины базы интерферометра от начальной, определяемой положением ра* - ян + Я 1 ~ к бочеи точки, достигает значения оа = ±---¡=—, величина

2%п У И

пропускания изменяется от максимальной до минимальной. Таким образом, рабочий диапазон измерений длины деформируемого ВС интерферометра Фабри-Перо равен

Заключение диссертации по теме «Физические поля корабля, океана, атмосферы и их взаимодействие», Кириченко, Олег Викторович

164 4.4.Выводы

Таким образом, на основании проведенных исследований были заложены физические принципы создания волоконно-оптических распределенных измерительных сетей для восстановления многомерных пространственно-временных распределений параметров физических полей. Определены основные соотношения между характером исследуемой функции и параметрами измерительной сети, по-I зволягацие оценить качество восстановления исследуемой функции.

Разработан и исследован быстродействующий итерационный алгоритм обработки интегральных данных, формируемых распределенной ВОИС в условиях сильной дискретизации интегральных проекций. Созданы и экспериментально испытаны модели распределенных ВОИС для исследования распределения интенсивности колебаний судовых конструкций.

165 Заключение

В результате проведенных научных исследований заложены физические принципы функционирования и организации распределенных волоконно-оптических измерительных сетей томографического типа. Еще раз отметим основные результаты, полученные впервые в настоящей работе:

1.Впервые разработаны и изучены физические принципы организации распределенных измерительных сетей на базе распределенных волоконно-оптических датчиков, основанные на томографических принципах сбора и обработки информации. Установлены основные закономерности в соотношении характеристических пространственных частот исследуемого многомерного сигнала и структуры измерительной сети.

2.Разрботан новый быстродействующий итерационный алгоритм восстановления исследуемой многомерной функции распределения параметров физических полей по интегральным данным измерительной сети, основанный на критерии минимума дисперсии восстанавливаемой функции.

3.Разработаны и исследованы конструкции распределенных и квазираспределенных волоконно-оптических датчиков на основе интерферометров Фабри-Перо, Маха-Цендера и одноволоконного двухмодового интерферометра, предназначенные для создания распределенных измерительных сетей.

4. Предложен и экспериментально исследован метод активной стабилизации рабочих характеристик распределенных интерферо-метрических волоконно-оптических датчиков, основанный на линейном сканировании положения рабочей точки интерферометра.

Полученные результаты позволяют определять оптимальные параметры распределенных волоконно-оптических измерительных сетей в зависимости от характера исследуемых функций распределения параметров физических полей.

Исследования физических явлений формирования информационных массивов томографической распределенной волоконно-оптической измерительной сетью позволяют предложить принципы создания информационно-измерительных комплексов, предназначенных исследования физических полей Мирового океана, атмосферы и параметров технических конструкций (судовых, береговых), для создания систем управления сложными многопараметрическими процессами (технологические линии, экологические задачи и др.), охраны различных объектов. Полученные результаты могут быть использованы для создания новых эффективных методов регистрации и обработки сигналов в гидроакустике, океанологии, сейсморазведке, геофизике, физике океана и атмосферы, процедурах неразрушающе-го контроля и диагностики.

В заключении хочу выразить глубокую благодарность и признательность научному руководителю Юрию Николаевичу Кульчину за его неоценимый труд, советы, рекомендации и обсуждения научных вопросов при разработке теории и постановке экспериментов, и, главное, за его бесконечное терпение. Научная и жизненная школа, пройденная под руководством Юрия Николаевича, представляет огромную ценность среди всех моих жизненных приобретений последних лет.

Также хочу поблагодарить весь коллектив лаборатории опто-электроники кафедры физики Дальневосточного государственного технического университета, где были выполнены все научные исследования диссертационной работы: Валентина Федоровича Обуха за посвящение в электронику, Олега Борисовича Витрика за ценные замечания и предложения в разработке теоретических материалов, Юрия Сергеевича Петрова, Олега Тимуровича Каменева, Игоря Викторовича Денисова и Романа Владимировича Ромашко за неоценимую помощь в постановке экспериментов, обсуждении результатов и подготовке их к опубликованию.

Отдельные слова признательности хочу сказать заместителю проректора по научной работе ДВГТУ Вячеславу Сергеевичу Кузину и начальнику патентного отдела ДВГТУ Михаилу Ивановичу Звона-реву за готовность помочь по всем организационным и техническим вопросам в любую минуту.

Выражаю благодарность своей жене Светлане Кириченко за ее поддержку, терпение и понимание всех проблем, возникавших при подготовке диссертационной работы.

Самую искреннюю признательность и глубокую благодарность приношу ' Елене . Канцер, без которой завершение работы стало бы невозможным. Ш

Список литературы диссертационного исследования кандидат физико-математических наук Кириченко, Олег Викторович, 1997 год

Список литературы

1.Бусурин В. И., Семенов А.С., Удалов Н. П. Оптические и волоконно-оптические датчики (обзор)// Квантовая электроника.-1985 12, №5, с.901-943.

2.Боуз К. Многомерная обработка сигналов// ТИИЭР,- 1990, 78, №4, с.7.

3.Кинз Р.У. Фундаментальные пределы в цифровой обработке информации// ТИИЭР.- 1981, 69, №2, с.152-161.

4.Хуан К. Перспективные методы параллельной обработки и архитектура суперЭВМ// ТИИЭР.- 1987, 75, №10, с.4-41.

5.Мартин Дж. Вычислительные сети и распределенная обработка данных: программное обеспечение и архитектура. - М. : Финансы и статистика, 1985, 256 с.

6.Willenborg G.C.. Symposium highlights holographic developments// Laser Focus. 1988. V24. №10. P.46-48.

7.Красюк Б.А., Т.И.Корнеев Б.А. Оптические системы связи и световодные датчики. - М.: Радио и связь, 1985.

8.Красюк Б. А., Семенов О. Г., Шереметьев А. Г., Шестериков В.А. Световодные датчики. - М.: Машиностроение, 1990, 256 с.

9.Ботез Д., Дж.Дж.Херсковиц Д. Компоненты оптических систем связи: Обзор// ТИИЭР.- 1980, т.68, №6, с.57.

Ю.Грудинин А.Б., Е.М.Дианов А.Б. Световоды для широкополосных линий связи// Электросвязь.- 1981, №1, с.33-38.

11.Волоконная оптика и приборостроение, /под ред.Бутусова М.М. Л.: Машиностроение, 1987, С.328

12.Баяк К., Эльзе Г., Гроскопф Г., Вильф Г. Цифровая и аналоговая передача широкополосных сигналов по оптическим линиям// ТИИЭР.- 1983, т.71, №2.

13.Визель А.А., Мурадян А.Г. Системы связи по подводным све-товодным кабелям// Зарубежная радиоэлектроника.- 1989, №6, с.89-95.

14.Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптическин датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. М. : Энерго-атомиздат, 1990, 256 с.

15.Мировицкий Д.И. Распределенные и квазираспределенные волоконно-оптические датчики// Измерительная техника.- 1991, №12, с.43.

16.Fuhr P.L., W.B.Spillman P.L., Kline B.R., Lord J.R. Self-referencing frequency division multiplexing technique for fiber optic sensors// Optical Engineerig. 1990. V.29. №2. P.148.

17.Farhadiroushan M., Youngquist R.C. Polarimetric coherence multiplexing using high-birefringence optical fiber sensors

and short coherence sources// Optics Letters. 1990. V.15. №14. P.786.

18.Kurashima Т., Horiguchi Т., Tateda M. Thermal effects on the Brillouin frequency shift in jacketed optical silica fibers// Applied Optics. 1990. V.29. №15. P.2219.

19.Kurashima Т., Horiguchi Т., Tateda M. Distributed temperature sensing using stimulated Brillouin scattering in optical silica fibers// Optics Letters 1990. V.15. №18. P.1038.

I 2О.Левин Г.Г.,Вишняков Г.Н. Оптическая томография. - М. : Ра-

дио и связь, 1989.

21.Hertz Н.М., Byer R.L. Tomographic imaging of micrometer-sized optical and soft-x-ray beams// Optics Letters. 1990. V.15 №7. P.396.

22.Хелгасон С. Преобразование Радона. - М.: Мир, 1983.

I

23.Малеханов А.И. О волоконно-оптической томографии акустических полей// Известия ВУЗ, Радиофизика.- 1988, том XXXI, №11, с.1388.

24.Бадаев В.И., Мишин Е.В., Пятакин В.И. Волоконно-оптические датчики параметров физических полей// Квантовая электроника.- 1984, т.11, №1, С.10-30.

25.Евтихиев Н.Н., Засовин Э.А., Мировицкий Д.И. Волоконная и интегральная оптика в информационных системах.- М.:МИРЭА, 1987.

\

26.Окоси Т., Окамото К., Оцу М., Нисихара X., Кюма К., Хата-тэ К. Волоконно-оптические датчики: Пер. с японского. - JT. : Энергоатомиздат, Ленинградское отделение, 1990. - 256 с.

27.Kulchin Yu.N., Vitrik О.В.. Multidimensional signal processing with fiber-optic control network using. // Proceedings of the Second International Russian Fiber Optics and Telecommunications Conference, St. Petersburg, Russia, 1992, p.193.

28.Chung-Yee L., Fan C.I. Optical-fiber line sensor based on I intermodal interference. // Proc. 14 cong.int.comm.opt. Quebec, 1987. aug.24-28. P.365-366.

29.Быковский Ю.А., Витрик О.Б., Кульчин Ю.Н. Амплитудная согласованная фильтрация в обработке сигналов одноволоконного многомодового интерферометра// Квантовая электроника.- 1990, Т.17, № 10, С.1377-1378.

ft

30.Bock W.J., Wollnaki T.R. Hydrostatic pressure effects on mode propagation in highly birefringent two-mode bow-tie fibers// Optics Letters. 1990. V.15. №24. P.1434.

31.Jae L.H., Oh M., Kim Y. Two-mode fiber-optic resonant ring interferometer as a sensor// Optics Letters Y. 1990. V.15. №3, P.198.

32.Кульчин Ю.Н., Витрик О.В., Кириченко О.В., Петров Ю.С., Каменев О.Т. Метод обработки сигналов одноволоконного двухмодового интерферометра// Автометрия.- 1995, №5, С.32-35.

33.Kulchin Yu.N., Vitrik О.В., Kirichenko O.V., Petrov Yu.S., Kamenev O.T., Maksaev O.G. New method of multimode fiber interferometer signal processing. Proceedings of 17th Congress of International commission for optics for science and new technology// SPIE. 1996. V.2778. part II. P.1070-1071.

34.Urquhart P. Transversely coupled fiber Fabry-Perot resonator: theory// Applied Optics. 1987. V.26. №3. P.456.

35.Taber D.B., Devis J.A., Holloway L.A., Almagor 0. Optically controlled Fabry-Perot interferometer using a liquid crystal light valve// Applied Optics 1990. V.29. №17. P.2623.

36.Shajenko P., Flatly I.P., Moffet M.B. On fiber-optic hydrophone sensitivity. // Journal of Acoust. Society of America. 1978. №5. D.1286-1288.

37.Jackson D.A. Monomode optical fiber Interferometers for precision measurements. // Journ. Phys. E: Sci. Instrum. 1985. V. 18. P.981-1001.

38.Takeda M. Spatial carrier heterodyne techniques for precision interferometry and profilometry: an overview// Proceedings of Conference "Interferometry-89", Warsaw, Poland, 1989.

39.Kulchin Yu. N., Vitrik O.B., Petrov Y.S., Kirichenko O.V. Distribute Fiber-Optic Sensor for Seismoacoustic Investigation. // Proo. 3-th International Soviet Fiber-Optic and Telecommunication Conferenc. St. Petersburg, 1993. V.2. p.291-294.

40.Кульчин Ю.Н., Витрик О.В., Кириченко О.В., Петров Ю.С. Многомерная обработка сигналов с использованием волоконно-оптической измерительной сети. // Квантовая электроника.-1993, т.20, №5, с.711-714.

41.Кульчин Ю.Н., Витрик О.В., Кириченко О.В., Воробьев Ю.Д., Петров Ю.С. Волоконные интерферометрические датчики для создания измерительных сетей. // Владивосток, Труды ДВГТУ.- 1993, вып.З, сер.5, с.5-6.

42.Кульчин Ю.Н., Витрик О.В., Кириченко О.В., Петров Ю.С. Распределенная волоконно-оптическая измерительная сеть. // Тезисы докладов 23-й Юбилейной Научно-технической конференции ДВГТУ, Владивосток, 1993, т.2, с.20-22.

43.Кульчин Ю.Н., Витрик О.В., Кириченко О.В., Петров Ю.С. Волоконно-оптическая измерительная линия. // Тезисы докладов 23-й Юбилейной Научно-технической конференции ДВГТУ, Владивосток, 1993, т.2, с.22-23.

44.Kulchin Yu.N., Vitrik О.В., Kirichenko O.V., Petrov Y.S. Measuring networks on the base of fiber-optic interferometers.

// Proc. International Conference on Optical Information Processing, 2-7 August, 1993, St. Petersburg, Russia, SPIE. V.2051, p.83-90.

45.Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Кириченко О.В., Петров Ю.С. Квазираспределенный волоконно-оптический датчик// Измерительная техника.- 1994, №1, с.16-17.

46.Kulchin Yu.N., Vitrik O.B, Kirichenko O.V., Petrov Y.S. Fiber-optic measuring network for multidimensional signal reconstruction. // Proc. 3-th International Conference on Optical Methods in Bio-Medical and Environmental Sciences (OWLS III), Tokyo, April 10-14. 1994. P.36.

47.Kulchin Yu.N., Vitrik O.B., Kirichenko O.V., Petrov Y.S. Interferometry and speckle-interferometry fiber-optic sensors. // Proc. 3-th International Conference on Optical Methods in Bio-Medical and Environmental Sciences (OWLS III), Tokyo, April 10-14. 1994. P.44.

48.Kulchin Yu.N., Vitrik O.B., Kamenev O.T., Kirichenko O.V., Petrov Y.S. Tomography fiber-optic network for low-frequency acoustic investigations. // Proc. International Symposium on Surface Wave in solid and layered structures and National conference on Acoustoelectronics, 17-23 May, 1994. St. Petersburg, Russia, p.121.

49.Kulchin Yu.N., Vitrik O.B, Kamenev O.T., Kirichenko O.V., Petrov Y.S. Fiber optic measuring network for scalar and vector physical field investigation. // Proc. of Conference "Distributed and Multiplexed Sensors IV", 27-28 July, 1994, San Diego, USA. V.2294. P.165-173.

50.Kulchin Yu.N., Vitrik O.B, Kirichenko O.V., Petrov Y.S. Distributed fiber-optic acoustic sensor. // Proc. of Conference "Distributed and Multiplexed Sensors IV", 27-28 July, 1994, San Diego, USA. V.2294. P.129-132.

51.Кульчин Ю.Н., Витрик O.B., Каменев О.Т., Кириченко О.В., Петров Ю.С. Модуляция фазы направляемых мод при аксиальных деформациях многомодовых волоконных световодов // Труды ДВГТУ, выпуск 114, серия 8 "Экология в инфраструктуре Дальнего Востока и безопасности жизнедеятельности", с.34-38, Владивосток, 1994.

52.Кульчин Ю.Н., Витрик О.В., Каменев О.Т., Кириченко О.В., Петров Ю.С. Система регистрации вибрационных полей на основе волоконно-оптической измерительной сети // Тезисы докладов международной конференции "Моделирование технологических процессов и систем в машиностроении", с.24-25, Хабаровск, 1994.

►

53.Кульчин Ю. Н., Витрик О.Б., Петров Ю. С, Кириченко О. В. Способ измерения параметров физических полей. Патент Российской Федерации №2066466 от 14 февраля 1994 г.

54.Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Петров Ю. С, Кириченко О. В. Сейсмоизмерительное устройство. Патент Российской Федерации №2066467 от 14 февраля 1994 г.

55.Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Петров Ю.С, Кириченко О.В. Способ измерения параметров физического поля. Положительное

^ решение о выдаче патента Российской Федерации на изобретение

по заявке №94005429/28/004963 от 14.02.94.

56.Кульчин Ю.Н., Витрик О.Б., Петров Ю.С, Кириченко О.В. Сейсмодатчик. Положительное решение о выдаче патента Российской Федерации на изобретение по заявке №94005430/25(004964) от 14.02.94.

»

57.Kulchin Yu.N., Vitrik О.В, Kirichenko O.V., Petrov Y.S., Kamenev О.Т. The laser tomographical method using minimum of projection for biological object structure study. // Laser Biology. 1995. V.4. №3. P.679-683.

58.Kirichenko O.V. Fiber-Optic Distributed Measuring Network for Geophysical information Systems. // Proc. International Conference OCEANS'95 MTS/IEEE "Challenges in Our Changing

Global Environment", October 9-12, San Diego, USA. 1995. V.3. P.2088-2091.

59.Справочник по волоконно-оптическим линиям связи / Андруш-ко JI.M., Вознесенский В.А., Каток В.Б. и др.; под. ред. Свеч-никова C.B. и Андрушко JI.M. Киев.: Техника, 1988, с.239.

60.Унгер Х.-Г. Планарные и волоконные оптические волноводы: Пер. с англ./ под ред. В.В.Шевченко.- М.: Мир, 1980.

61.Борн М., Вольф Э. Основы оптики.- М.: Наука, 1973.

щ 62.Беловолов М.И., Витрик О.Б., Дианов С.М., Кульчин Ю.Н.,

Обух В.Ф. Модуляция фазы и поляризации мод в маломодовом волоконном световоде// Квантовая электроника.- 1989, т.16, №11, с.2301-2304.

бЗ.Звелто О. Принципы лазеров: Пер. с англ.- М. : Мир, 1984, С.400.

§

64 .Полупроводниковые инжекционные лазеры/ Под ред. У. Тсанга. : Пер. с англ. под ред. J1. А. Ривлина. - M. : Радио и связь, 1990 г.

65.Волоконно-оптические системы передачи и кабели. Справочник. / И.И. Гроднев, А.Г. Мурадян, P.M. Шарафутдинов и др. -М.: Радио и связь, 1993.

66.Бутиков Е. Оптика.- М.: Высшая школа, 1986.

67.Tseng Shao-Min, Chen Chin-Lin Optical Fiber Fabry-Perot Sensors //Appl. Opt. 1988. 27. V.3. p. 547-551.

68.Снайдер A., Лав Дж. Теория оптических волноводов: Пер. с англ.- М.: Мир, 1974.

69.Матвеев М. Оптика.- М.: Высшая школа, 1987.

70.Kist R., Sohler W. Fiber-optic spectrum analyzer. J.of Lightwave techn., LT-1, 1983. №1. P.105-109.

71.Gloge D., Smith P., Bisbee D., Chinnock E. Optical fiber end preparation for low-loss splisser // Bellsyst. techn. J. 1973. V.52. №9. p.1579.

72.Кривошлыков С.Г., Сисакян И.Н. Функциональные возможности и чувствительность датчиков на основе одномодовых градиентных оптических волноводов.

73.Быковский Ю.А., Витрик О.Б., Кульчин Ю.Н. Обработка сигналов волоконно-оптических датчиков корреляционным способом. Межвузовский сборник "Диагностические применения лазеров и волоконной оптики". - Саратов, 1989, с.95-97.

74.Быковский Ю.А., Витрик О.Б., Кульчин Ю.Н. Запись голограмм Френеля излучением, прошедшим многомодовые волоконные световоды.// Оптика и спектроскопия, - 1990, т. 68, N5, с.1160-1164.

75.Быковский Ю.А., Витрик О.Б., Кульчин Ю.Н., Ларкин А.И. Голографическая согласованная фильтрация сигналов интерференционных датчиков на многомодовых волоконных световодах.// Квантовая электроника. - 1990, 17, N1, с.95.

76.Витрик О.Б. Интерферометрические процессы формирования и обработки сигналов деформационных воздействий на многомодовые волоконные световоды. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. Владивосток, 1990.

I 77.Марков Н.Г. Автоматические системы сбора и регистрации

сейсмической информации. М.: Недра, 1992, 219 с.

78 .Мировицкий Д.И. Мультиплексированные системы волоконно -оптических датчиков// Изм.техника - 1992, N1, с.40-42.

79.Наттерер Ф. Математические аспекты компьютерной томографии / пер. с англ. - М.:Мир, 1990.

»

80.Корн Г., Корн Т. Справочник по математике / пер. с английского - М.: Наука, 1978.

"УТВЕРЖДАЮ" Командир в/ч № 90720

Пономарев В.В.

АКТ

внедрения научно-технической продукции

Настоящим актом подтверждается, что при проведении исследовательских работ и испытаний новой техники на полигоне в/ч № 90720 используются следующие результаты диссертационной работы Кириченко О.В., выполненной в лаборатории Оптоэлектроники Дальневосточного государственного технического университета:

-принципы конструирования и определение параметров распределенных интерферометрических волоконно-оптических датчиков на основе интерферометров Фабри-Перо, Маха-Цендера и одноволоконного двух-модового интерферометра,

-метод активной стабилизации коэффициента преобразования распределенных интерферометрических волоконно-оптических датчиков,

-принципы создания, выбор оптимальной конфигурации и определение параметров измерительной сети на базе распределенных волоконно-оптических датчиков, основанной на томографических принципах сбора и обработки информации,

-пакет прикладных программ, реализующих итерационный алгоритм обработки выходных данных распределенной волоконно-оптической измерительной сети.

Итоги внедрения показали, что предложенные конструкции распределенного волоконно-оптического датчика акустических колебаний и измерительной сети на основе таких датчиков являются перспективными для создания нового класса чувствительных элементов для систем слежения за обстановкой на выделенной территории, предназначенных для дистанционного контроля за несанкционированным доступом к охраняемым объектам, слежения, сопровождения и опознавания различных целей.

Представители в/ч № 90720:

зам. командира

Моргунов Ю.Н. _1'/ _

начальник отдела

Щербаков И.В. _ ^ -- """_

OCEANS '95 mts/ieee

"Challenges of Our Changing Global Environment"

MTS/IEEE CONFERENCE AND EXPOSITION « OCTOBER 9-12, 1995 » SAN DIEGO, CALIFORNIA

CHAIRMAN

Robert Wemli NCCOSC RDTE Division

CO-CHAIRMAN

Dan Alspach Orincon Corporation

ÎENCE COORDINATORS

Ivor Lemaire

Brett Castile Orincon Corporation

TECHNICAL PROGRAM

Co-Chairman

Jack Jaeger Horizons Technology

Co-Chairman

Glen Williams Texas ASM University

Oskar Kirsten ¡plied Remote Technology

Stan Chamberlain Raytheon

A-

^ TUTORIALS

David Fogel Natural Selection, Inc.

Bill Porto Orincon Corporation

STUDENT PROGRAM

Abby Westerman NCCOSC RDTE Division

Norman D. Miller West Bound Assoc.

EXHIBITS

Bill Hulburd Applied Oceans Physics

^ George Shaefer

ARRANGEMENTS

Bill Sutter Villiam W. Sutter & Assoc.

Lloyd Maudlin

NANCE/REGISTRATION

Donald Wilson

Nelson Ross

PUBLICITY

Tom Lapuzza NCCOSC RDTE Division

Ed Early

SECRETARIES

Gaye Holder NOAA

Alia Way Spectragraphics

PHONE/INFORMATION MTS: 202-775-5966 IEEE: 206-525-2578

Student Poster Program

The IEEE Oceanic Engineering Society wishes to express its appreciation to:

Oleg Kirichenko

Far Eastern State Technical University Vladivostok, Russia

for participating in the Student Poster Program with the presentation of the poster/paper:

"Fiber-optic distribution measuring network for geophysical information systems "

Norman D. Miller, P.E. Vice President Professional Activities IEEE/OES

' ^Rene Garello

Student Representative Europe IEEE/OES

Town & Country Convention Center IEEE

Sponsored by the Marine Technology Society and the Institute of Electrical and Electronics Engineers/Oceanic Engineering Society

P.O. Box 261149, San Diego, CA 92196 USA

OCEANS '95 mts/ieee

"Challenges of Our Changing Global Environment"

MTS/IEEE CONFERENCE AND EXPOSITION • OCTOBER 9-12, 1995 • SAN DIEGO, CALIFORNIA

CHAIRMAN

Robert Wernli NCCOSC RDTE Division

CO-CHAIRMAN

Dan Aispach Orincon Corporation

ÎENCE COORDINATORS

Ivor Lemaire

Brett Castile Orincon Corporation

TECHNICAL PROGRAM

Co-Chalrman

Jack Jaeger Horizons Technology

Co-Chairman

Glen Williams Texas ASM University

Oskar Kirsten pplied Remote Technology

Stan Chamberlain Raytheon

^ TUTORIALS

David Fogel Natural Selection, Inc.

Bill Porto Orincon Corporation

STUDENT PROGRAM

Abby Westerman NCCOSC RDTE Division

Norman D. Miller West Bound Assoc.

EXHIBITS

Bill Hulburd Applied Oceans Physics

Ж George Shaefer

STUDENT POSTER AWARD

This is to certify that 01eg Kirichenko

Has been awarded the Sccond Placc award in the OCEANS'95 Student Poster Program and will receive a cash award of $100.00 from IEEE/OES.

Norman D. Miller, P.E. Student Activities Coordinator IEEE/OES

ARRANGEMENTS

Bill Sutter William W. Sutter & Assoc.

Lloyd Maudlin

FINANCE/REGISTRATION

• Donald Wilson

Nelson Ross

PUBLICITY

Tom Lapuzza NCCOSC RDTE Division

Ed Early

SECRETARIES

Gaye Holder NOAA

Alia Way Spectragraphics

PHONE/INFORMATION MTS: 202-775-5966 IEEE: 206-525-2578

Town & Country Convention Center IEEE

Sponsored by the Marine Technology Society and the Institute of Electrical and Electronics Engineers/Oceanic Engineering Society

P.O. BOX261149, San Diego, CA 92196 USA

«