автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.18, диссертация на тему:Энергоинформационная модель оптических поляризационных эффектов для синтеза чувствительных элементов систем управления

На правах рукописи

КИСЕЛЁВ Александр Александрович

ЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКИХ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ЭФФЕКТОВ ДЛЯ СИНТЕЗА ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

Специальность: 05.13.18 - Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Астрахань 2006

Работа выполнена в Астраханском государственном университете

НАУЧНЫЙ РУКОВОДИТЕЛЬ: доктор технических наук, профессор

ПЕТРОВА Ирина Юрьевна

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ: доктор технических наук, профессор

АХМЕДОВ Сулейман Абдурагимович

доктор технических наук, профессор ГРЕЧИШНИКОВ Владимир Михайлович

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ: Самарский государственный технический

университет

Защита диссертации состоится 23 декабря 2006 г. в 10 час .00 мин. на заседании диссертационного совета ДМ 212.009.03 при Астраханском государственном университете по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20А, конференц-зал.

Отзывы на автореферат в двух экземплярах, заверенные гербовой печатью, просим направлять учёному секретарю диссертационного совета по адресу: 414056, г. Астрахань, ул. Татищева 20А, АГУ, диссертационный совет.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Астраханского государственного университета по адресу: ул. Татищева 20А.

Автореферат разослан 22 ноября 2006 г.

, 1

4 \

') ( (• >

I О

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

0

х//< И. Ю. Петрова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. В настоящее время из-за значительного роста производства датчиков, как по количеству, так и номенклатуре возникает потребность интенсификации их производства. Стремление удовлетворить требования по эксплуатационным характеристикам и разнообразию измеряемых величин приводит к необходимости использования в новых чувствительных элементах разнообразных физических явлений и эффектов. Для ускорения разработки и повышения темпов производства требуется автоматизация процессов проектирования и конструирования. Для получения наиболее эффективных новых технических решений требуется провести синтез и анализ огромного числа вариантов решений, что невозможно без применения вычислительной техники. Поэтому для сокращения времени и трудоемкости процесса поискового конструирования при синтезе новых элементов систем управления, для уменьшения их стоимости актуальной становится задача создания автоматизированных систем анализа и синтеза новых технических решений чувствительных элементов систем управления различного назначения. Решением этой задачи занимались такие учёные, как Г.С. Альтшуллер, В.М. Цу-риков, В.Н. Глазунов, М.Ф. Зарипов, И.Ю. Петрова, К.В. Кумунжиев, А.И. Поло-винкин, В.А. Камаев, A.M. Дворянкин, С.А. Фоменков, В.А. Филин, Р. Коллер, К. Джонс и другие. Разработаны методы автоматизации поискового конструирования, лежащие в основе различных автоматизированных систем проектирования.

По данным маркетингового агентства Frost&Sullivan, ежегодные мировые продажи оптических датчиков в последние годы составляют около $2,5 млрд с ежегодным приростом 11 % по всем отраслям промышленности. Многообразие оптических явлений и эффектов в основе многочисленных технических устройств и их элементов обеспечивает возможность управления всеми физическими характеристиками светового потока: амплитудой (интенсивностью), фазой, частотой и поляризацией. Использование всех этих эффектов в едином автоматизированном банке данных физико-технических эффектов (ФТЭ), основанном на использовании энергоинформационных моделей цепей (ЭИМЦ) и аппарата параметрических структурных схем, требует разработки соответствующей модели оптической цепи. Пополнение существующей реляционной базы данных новыми оптическими поляризационными физико-техническими эффектами будет способствовать выявлению большего количества качественных технических решений, приведёт к расширению области использования, позволит существенно увеличить функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом и значительно увеличит скорость проектирования датчиковой аппаратуры.

Цель н задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка эффективных алгоритмов и комплекса программ для анализа и синтеза чувствительных элементов на основе математических и энергоинформационных моделей поляризационных оптических физико-технических эффектов. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

• анализ и классификация оптических ФТЭ, лежащих в основе принципа действия датчиков;

• выбор величин и параметров для описания оптических поляризационных явлений с помощью ЭИМЦ;

• разработка элементов структурно-параметрических схем для описания оптических ФТЭ;

• разработка алгоритмов синтеза цепочек физического принципа действия (ФПД) оптических чувствительных элементов и расчета их эксплуатационных характеристик;

• разработка комплекса программ для реализации автоматизированных алгоритмов синтеза ФПД оптических чувствительных элементов и интеграция его в существующую автоматизированную систему синтеза на основе реляционной модели организации данных.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались математический аппарат векторов и матриц Джонса для описания поляризационных оптических явлений, энергоинформационный метод цепей и аппарат параметрических структурных схем, технология проектирования реляционных баз данных.

Научная новизна работы.

1. Разработана энергоинформационная модель оптической цепи, основанная на поляризационных явлениях с использованием математического аппарата векторов и матриц Джонса, в которой предложено использовать векторные величины и коэффициенты физико-технических эффектов в виде матриц.

2. Разработаны новые паспорта 30 оптических эффектов, содержащие математические формулы описания ФТЭ, аналитическое выражение для коэффициента ФТЭ, числовые значения физических параметров материалов, а также эксплуатационные характеристики технических реализаций.

3. Введены понятия ФТЭ типа источник или приемник, на основе которых сформулирована система ограничений в задачах синтеза проектируемых преобразователей информации.

4. Разработаны алгоритмы синтеза цепочек ФПД оптических чувствительных элементов систем управления и комплекса компьютерных программ для расчета их эксплуатационных характеристик на основе математического аппарата — векторов и матриц Джонса.

Практическая значимость. На основе полученных теоретических результатов, создана подсистема автоматизированного синтеза оптических чувствительных элементов систем управления на поляризационных эффектах. Реструктуризация существующей реляционной базы данных ФТЭ позволила интегрировать разработанную подсистему с подсистемой автоматизированного синтеза линейных ФТЭ «Интеллект», что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом. Результаты работы применены в учебном процессе в Астраханском государственном университете для освоения студентами технологии автоматизированного проектирования чувствительных элементов при изучении дисциплин «Проектирование измерительных преобразователей», «Законы развития техники».

Апробация работы. Отдельные материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на Ш Международной научно-технической конференции «Россия и восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие каспийского региона» (г. Астрахань, 2005 г.) и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета №№ 40,41,42 и 43 (г. Астрахань, 1996,1997,1998,1999 гг.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 9 печатных работах. Созданное программное обеспечение зарегистрировано в Федеральном институте промышленной собственности РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 101 наименования, 3 приложений, изложена на 110 машинописных страницах, содержит 25 рисунков и И таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе был рассмотрен физический принцип действия ряда оптических датчиков на поляризационных оптических ФТЭ, приведены несколько примеров конструкций оптических датчиков магнитного поля на эффекте Фарадея и их принцип действия. Были выявлены общие конструктивные приемы и оптические эффекты, которые лежат в основе принципа действия данных оптических датчиков.

Классическая схема оптического датчика магнитного поля на эффекте Фарадея (рис 1.) состоит из следующих элементов: источник излучения, поляризатор, магнитооптический элемент, анализатор и фотодетектор. Элементы схемы являются основой для построения многих современных оптических датчиков магнитного поля на эффекте Фарадея.

источник света

поле

зеха _ / у

поляртатор

фотодетектор

анализатор

Рис. 1. Классическая функциональная схема оптического датчика магнитного поля

на эффекте Фарадея

Конструкции известных оптических датчиков магнитного поля на эффекте Фарадея отличаются геометрией и материалом, из которого изготовлена ячейка Фарадея, наличием или отсутствием дополнительных усилительных и компенсационных схем, оптическими схемами преобразования светового сигнала. На основе анализа физического принципа действия оптических датчиков выявлены 30 оптических эффектов и классифицированы по следующим группам (табл. 1).

При прохождении через оптические среды состояние поляризации излучения может меняться, причем это изменение зависит от внешнего воздействия на оптическую среду магнитного и электрического полей, давления и т.п. Состояние поляризации может изменяться в результате индуцированного вращения эллипсоида поляризации излучения или индуцированного двулучепреломле-ния. Указанные зависимости являются основой для построения поляризационных датчиков.

Таблица 1

Таблица оптических ФТЭ_

Источники Приемники Физико-технические поляризационные эффекты

Магнитооптические эффекты Электрооптические эффекты Механооп-тические Термооп-тнческие Оптические

Лазерный диод Фото-транзистор Фараде* Линейный (Поккельса) Упругооп-тический ФТЭ в све-товодной катушке Зависимость ФТЭ Фа-радея от температуры ( для парамагнетиков) Линейного дихроизма

Светодиод Полевой Фото-транзистор Коттона-Мутона Квадратичный эффект Керра в жидкостях

Лампа накаливания Фотодиод Керра (экваториальный) Линеаризованный эффект Керра в жидкости Поворот оптического элемента Двулучепре-ломление в катушке световода

Явление электролюминесценции Керра (полярный) Керра (меридиональный) Эффект Керра в жидких кристаллах Эффект двойного лучепреломления при изгибе светового волокна Фазовая пластинка Оптическая активность Круговой Дихроизм Призма Нико-ля Призма Вол-ластона и Рошаля

Электроги-рация Квадратичная злектро-гирация

Магнитный круговой дихроизм

Вторая глава посвящена разработке математической модели для описания оптических чувствительных элементов, развитию аппарата параметрических структурных схем при моделировании оптических ФТЭ и построению структурно-параметрических моделей ряда оптических ФТЭ на основе выбранной математической модели. На основе разработанной методики заполнения паспорта оптического ФТЭ составлены и добавлены в базу данных ФТЭ паспорта ряда оптических ФТЭ.

Для решения поставленной задачи необходимо разработать математическую модель оптических поляризационных эффектов на основе энергоинформационного метода.

Энергоинформационная модель цепей оперирует тремя основными величинами: воздействием и,, реакцией /,и мощностью Р,, где /- индекс характеризующий природу цепи, а также универсальными величинами времени ш частоты®.

Интенсивность светового потока I, помноженная на площадь апертуры S, дает оптическую мощность P = IS проходящую через сечение S излучения. В качестве оптического воздействия удобно взять амплитуду напряженности электрического

поля световой волны £ , т.е.Ua = Ё. Тогда, в соответствии с первым критерием энергоинформационной модели, в качестве оптической реакции должны быть веР IS

личины /0 =-^- = — = SH. Наибольшую сложность представляет уч&г поляризации

£/„ Е

света. В общем случае в веществе для произвольной волновой нормали существуют две физические волны, которые проходят вещество без изменения состояния поляризации. Эти волны поляризованы эллиптически. Каждую такую волну можно представить математически в виде суперпозиции двух линейно или циркулярно поляризованных волн. Однако эти волны не являются физическими в том смысле, что их состояние поляризации будет изменяться по мере прохождения волны в веществе. Это происходит из-за интерференции двух физических волн, суперпозицией которых является произвольно выбранная (например, поляризованная) волна. В наиболее простой форме эффекты, влияющие на прохождение волны в веществе, записываются для физических волн, являющихся в общем случае эллиптически поляризованными. Для полной характеристики такой волны необходимо указать четыре величины: амплитуду, направление большой оси эллипса, его эксцентриситет, а также угол поворота вектора электрического поля в данный момент времени. Для описания эллиптической волны с максимальной алгебраической краткостью удобно использовать вектор Джонса. Вектор Джонса представляет собой столбец из двух взаимно ортогональных компонентов вектора М. Если свет рас-

Fé "

пространяется вдоль оси г, то вектор Джонса имеет вид / , или

¡Aj

, где Е, и Es — скалярные компоненты электрического вектора в опре-

деленный момент вдоль осей X и У, А, — максимальная величина Ех, а А,- максимальная величина Е/, параметр е, - фаза компонента Е, в момент времени 1=0 в заданной точке; е, — фаза компонента В,. Каждый элемент столбца является комплексной величиной. Мы можем привести вектор к следующей эквивалентной

форме: «""[^

на единице, то абсолютное значение множителя тоже равно единице. Следовательно, этот коэффициент вполне можно опустить при решении тех задач, в которых не существен характер изменений во времени. В большинстве задач такого типа вектор Джонса часто записывается в следующей форме, называемой полным

. Так как абсолютная величина любого члена вида рав-

вектором Джонса: * „ I. Очевидно, что если изменения во времени существен-

1Ле

ны, то параметр е'гк" можно снова ввести на любой стадии расчета.

В качестве оптической реакции необходимо взять строку двух взаимно перпендикулярных компонентов вектора Н , соответствующих волнам выбранной поляризации /0 =(ИНГ -БН,). В соответствии с правилами алгебры матрицы, произведение 1¡и„ =5(,ЁгНг = дает мощность проходящего через сечение 8 излучения.

Выявление параметров оптической цепи наталкивается на трудности двоякого характера: во-первых, отсутствие технически реализованных сосредоточенных параметров, что объясняется малой длиной волны оптического излучения ЛИмкм, и, во-вторых, векторным характером оптических величин, что обусловлено необходимостью учёта поляризационных эффектов.

Для оптической цепи можно рассмотреть параметр волновой проводимости

б>0, он будет иметь матричный вид вй<1 = "11 и связывать векторные велики ва.]

чины реакции 70 и воздействия и„ соотношением /„ ={рВ0Оо), где штрих обозначает транспонирование. В частности для световой волны в изотропной среде па-

раметр волновой проводимости с

О

и параметр волнового сопро-

тивления

I /МН». я 1

1 5

. Параметры Оао и позволяют реализовать эле-

ментарные зависимости между величинами Ц и /„. В соответствии с первым критерием ЭИМЦ, величина оптической мощности может быть найдена как скалярное произведение векторов: #„=/„•£?„ или Л', =(<Зг0(У,){70. В частности, для диагонального вида мощности двух поляризованных компонент равны: = О,,^, Нп - . Бели в качестве й„ используется комплексный вектор Джонса, то в предыдущих формулах необходимо брать его реальную часть.

•гОпйю&т ИЛИ 1^0.1 = л/Л„ЛГ01 , ¡¿/01| = ^ЛцЛ'и .

Эти формулы описывают элементарные внутрицепные зависимости между воздействием и мощностью. Аналогичные уравнения связывают реакцию и мощность. В соответствии с методом Джонса, прохождение поляризованного света через любой элемент оптической системы описывается матричным уравнением, в котором вектор Джонса выходящего света равен произведению матрицы оптического элемента на вектор Джонса входящего света. Такая форма записи отвечает принципам ЭИМЦ, в которой выходная величина определяется произведением входной величины на коэффициент ФТЭ. Следовательно, оптические ФТЭ, описываемые матрицей Джонса, можно записать в стандартной форме ЭИМЦ 0т где оптическое воздействие есть комплексный двухэлементный век-

тор Джонса, а коэффициент эффекта представляет собой комплексную четырех

элементную матрицу =

и„

ик

л

В

Рис. 2. Параметрическая структурная схема оптического ФТЭ

На рис. 2 представлен пример графического изображения Параметрической струкгурной схемы оптического ФТЭ. Элементарное звено структурной схемы технического устройства изображается в виде прямоугольника (рис. 2) с обозначением входной и выходной величины. Внутри прямоугольника записывается коэффициент передачи звена.

В третьей главе на основе предложенных математических и структурно-параметрических моделей разработаны энергоинформационные модели 30 оптических эффектов, разработана новая классификация оптических ФТЭ, предложена методика составления паспорта оптических ФТЭ. Основные разработанные паспорта оптических ФТЭ приведены в табл. 2.

ФТЭ должен иметь стандартное формализованное описание - паспорт ФТЭ, удобное для машиной обработки на ЭВМ и технических приложений. Математические формулы описания ФТЭ, аналитическое выражение для коэффициента ФТЭ, числовые значения физических параметров материалов, а также эксплуатационные характеристики технических реализаций ФТЭ определяются по результатам теоретических и экспериментальных исследований в области физики и техники, имеющихся в различных источниках научно-технической информации.

Таблица 2

Примеры описания оптических поляризационных эффектов_

Параметрическая структурная схема Формула согласно т ЭИМЦ Физическая формула описания ФТЭ на основе матриц Джонса Описание обозначения в формулах

1 Эффект Фарадея Чгт-т, О- г-Жс., _ [¿.Л Г 0 0 К.] V - постоянная Верде Иг - магнитное напряжение^]

2 Эффект Котона-Мутона КН т-Ш с- постоянная Коттона-Мутона 5 - сдвиг по фазе ум] Ь - размер образца в направл. магнит. поля (.} /- размер образца в направлении луча света (а] и/1 - магнитное напряжение [а]

3 Магнитооптический эффект Керра (меридиональный) й.г = КЛг Г 0 г^ТсЦ ° К.] - амплитудный керровскнй коэффициент отражения - фаза коэффициента отражения

4 Магнитный круговой дихроизм -п й.2 = ехр(к^Д. сЛ'ШЛ и-А'гЬ 4ж J а - коэф. затухания мощности волны И V— постоянная Верди \рад!л\ X - длина волны света [л] п-показатель преломления <1 - длина оптического пути [*]

5 Линейный электрооптический эффект По-ккельса 1 Ьш>г„иг1Х 0 ТО К»]" 1 о -ш\и,1х\и Л - длина волны света [*] и- показатель преломления /•„, - электрооптический коэффициент £/, - электрическое напряжение^]

6 Эффект Керра в жидких кристаллах кл т '2*!Нк.. Ал - разность показателей преломления обыкновенной и необыкновенной волны К~ постоянная Керра для жидких кристаллов [.//г] А - длина волны /- длина пути луча в кристалле Iм! </- длина силовой линии £ в кристалле [м]

7 Эффект двойного лучепреломления при изгибе светового волокна —НУЦ | адь Г Нал'*!.!!' 0 Г<?_] а -материальная константа [л»] А-внешний радиус [и] /- длина изгибаемого участка световода А-начальный изгиб световода [«] ДА=дш изменение стрелы прогиба м

8 Двулучепреломленне в катушке световода ¿сеа ГЧ З^я2 о Ш [Кг\ 1 0 -кЛигн1]?^ Я- радиус катушки световода [«] А- внешний радиус волокна световода м а - материальная константа [рад/м] 1 - длина световода [«]

и

9 Эффект поворота оптического элемента е, —НЧ». 1-1 У-. Л» = соя д^ 51п Т М - азимут ориентации оптического элемента относительно предыдущего

10 Эффект фазовой пластинки , А' [г/„,1 ^Г*м'р♦ «"м'р) (-<");«(юлрТО*. 1 Р - азимут оси наибольшей скорости фазовой пластинки 6 - сдвиг фаз, создаваемый фазовой пластинкой.

11 Линейный дихроизм б, , - , У., <Ц Г>/*Г о р.." .М Ч 0 к^,кг - главные коэффициенты пропускания. к, = 10'"*, к, = 1V'"" ¿1 - толщина пластинки аир - наименьший коэффициент плоского удельного дихроизма; а - наибольший коэффициент плоского удельного дихроизма.

12 Круговой дихроизм и. г, = 4;тн 4 т 4тт Атт р.«,' к.. а - коэф. затухания мощности волны IV1] р - удельное вращение (гирация) [рад/м] Я - длина волны света [н] ¿-длина оптич. пути в дихроичной среде [.„] л - показатель преломления

13 Поляризация света (Анализатор) (Призма Николя) ■0-2' л». = соь2 в ео&в%\пв СОБ (?5Ш 0 вт1^ Л'] 0 - азимут оси пропускания поляризатора;

14 Квадратичный электрооптический эффект Керра в жидкостях. б„г=ех рК^и,1*/., = ех] О-«.' о 1Г 2 я« Ц Ли. В - постоянная Керра Ш ' длина пути света внутри ячейки Керра М ^-расстояние между электродами М ^ - длина световой волны М

15 Линейная поляризация света двухпре-ломляющим поляризатором (Призма Волластона и Ротона) Н^ЧПЬ^' = •7гТА О** 46''ее„ 0 е„ - электрическая и постоянные //„-магнитная постоянная е,ц - относительные диэлектрическая и магнитная проницаемости Р0 - мощность оптического луча на входе призмы ио = £„ амплитуда вектора напряженности ЭЛ. ПОЛЯ [В/л] площадь поперечного сечения луча [„>] - коэффициент пропускания призмы.

0

При рассмотрении синтеза датчиков на основе поляризационных оптических эффектов возникает ряд особенностей, присущих данному классу явлений:

• необходимо учитывать тип ФТЭ: источник или приемник;

• необходимо учитывать волновой характер оптических поляризационных явлений (т.е. входные и выходные величины оптической природы являются векторными, а сам коэффициент преобразования - матрица Джонса);

• наличие поляризационных эффектов, имеющих 2 входа, один - оптический, а второй - другой физической природы (например, эффекты Поккель-са, Керра, Фарадея и т.д.).

В диссертационной работе разработаны паспорта 30 оптических физико-технических эффектов, в рамках энергоинформационной модели оптической цепи.

В четвёртой главе описывается процесс поискового проектирования чувствительного элемента, который делится на несколько этапов, включающих — выбор физического принципа действия в соответствии с конкретными условиями, подбор наиболее рациональных технических решений, которые могут отличаться характером связей и соединений между элементами, формой функциональных элементов, их расположением в пространстве, подбором материалов деталей.

Синтез физического принципа действия чувствительного элемента представляет подбор сочетаний элементарных звеньев таким образом, что при заданных входных и выходных величинах входная величина следующего физико-технического эффекта совпадает с выходной величиной предыдущего эффекта. Для уменьшения времени синтеза и исключения из него таких структурных схем, принцип действия которых не удовлетворяет требованиям, предъявляемым к проектируемому устройству, нужно сократить пространство поиска путём ввода ограничений. Этими ограничениями могут быть: запрет на повтор эффектов и величин; ограничение длины цепочки последовательно соединенных ФТЭ; исключение цепи определенной физической природы и соответственно тех ФТЭ, которые связывают эту цепь с другими цепями; исключение из поиска части эффектов, у которых входная и выходная величины, либо одна из них, совпадает с заданным пользователем критерием поиска; исключение вариантов по признаку несовпадения диапазона изменения выходной величины предыдущего ФТЭ с диапазоном изменения входной величины последующего эффекта. В результате синтеза получаются возможные варианты физических принципов действия чувствительных элементов, каждому из которых сопоставляется совокупность эксплуатационных характеристик (чувствительность, диапазон, надёжность, вес и т.д.), которые рассчитываются по значениям соответствующих характеристик элементарных звеньев ФТЭ или параметров. Из множества решений выбирается одно или некоторое количество альтернативных вариантов физического принципа действия, эксплуатационные характеристики которых удовлетворяют требованиям конструктора.

На основе предложенных моделей описания оптических ФТЭ разработаны алгоритмы синтеза и расчета эксплуатационных характеристик вариантов ФПД, содержащих оптические ФТЭ, создана подсистема автоматизированного синтеза, позволяющая синтезировать оптические чувствительные элементы систем управления.

При синтезе цепочек физического принципа действия оптических чувствительных элементов систем управления необходимо учесть ряд особенностей.

1. Синтез разбивается на три этапа (рис. 3):

• первый этап — синтез цепочки от заданной величины входа неоптической природы до ФТЭ с 2 входами;

• второй этап - синтез цепочки от оптического ФТЭ с 2 выходами до источника излучения;

• третий этап — синтез цепочки от оптического выхода ФТЭ с 2 выходами до фотоприемника.

Этап №1

Этап №3

' Параметр маг.

Магнито- электрический нитная Мст-

аффект «осп. Эффект

д ц Фараде*

диализатор Анализатор

V.

ап №2

/СЧ

Фотодиод

Поляризатор I "к

О

Поляризатор I

Л.

Лазерный

ДИОД

Т

шттш

—.—О и*

"л г* '•* !

Рис. 3. Синтез цепочки физического принципа действия оптического чувствительного элемента

2. Вводятся ограничения синтеза: Глобальное ограничение (все этапы): • эффекты с двойным входом не повторяются.

Ограничения для оптической цепи (Этап М2):

• ограничивается длинна входной оптической цепи;

• синтез прекращается после выбора ФТЭ «ИСТОЧНИК»;

• запрещено использовать ФТЭ «Приемник» во входной оптической цепи.

Ограничения для оптической цепи (Этап №3):

• ограничивается длинна выходной оптической цепи;

• синтез прекращается после выбора ФТЭ «ПРИЁМНИК»;

• запрещено использовать ФТЭ «ИСТОЧНИК» в выходной оптической цепи.

3. Если условиями синтеза выходная величина задается оптической, то синтез ФПД оптических чувствительных элементов сокращается до двух этапов. Третий этап не выполняется.

В полученном в результате синтеза наборе альтернативных вариантов физического принципа действия чувствительного элемента неообходимо выполнить расчет эксплуатационных характеристик. Исходными данными для проведения расчетов являются числовые значения чувствительности, быстродействия, надежности, погрешности, диапозона, указанные в паспортах ФТЭ и параметров. Основной эксплуатационной характеристикой является чувствительность, единицы измерения которой зависят от физической сущности эффекта. При последовательном соединении выходная величина каждого предыдущего звена является входной для последующего. Предлагается при расчете чувствительности цепочки физического принципа действия чувствительного элемента с использованием формализма описания параметров матриц Джонса, применить новую схему расчета. Расчёт чувствительности разбит на три этапа (рис. 4).

Эт»п №1 Этап №3

На рис. 4. коэффициенты Л4,Я3,Я„Я, имеют матричный вид. Чувствительность цепочки вычисляется по формуле Я

На основе предложенных моделей описания оптических ФТЭ, разработанных алгоритмов синтеза и расчёта эксплуатационных характеристик вариантов физического принципа действия, содержащих оптические ФТЭ, создана подсистема автоматизированного синтеза, позволяющая синтезировать оптические чувствительные элементы систем управления.

Рис. 3. Функциональная модель системы синтеза новых технических решений

При разработке концепции информационного обеспечения системы автоматизированного синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений была построена функциональная модель, отражающая производимые системой действия и связи между ними (рис 5.).

Функциональная модель системы синтеза физического принципа действия чувствительных элементов была проанализирована с целью выявления сущностей рассматриваемой предметной области. Ими являются следующие информационные объекты:

• величины цепи;

• физическая природа цепи*,

• паспорта физико-технических эффектов;

• наилучшие синтезированные варианты физического принципа действия чувствительных элементов.

На рис. 6. изображена диаграмма «Сущность-Связь», которая отражает важные для предметной области информационные объекты, их свойства и отношения друг с другом.

Паспорта ФТЭ

Идентификатор природы входа Идентификатор природы выхода Идентификатор величины входа Идентификатор величины выхода Обозначение ФТЭ Название ФТЭ Описание принципа действия Литературные источники Анимационное изображение ФТЭ ПСС

Формулы, раскрывающие суть ФТЭ Коэффициент ФТЭ Числовые значения и размерность констант

Эксплуатационные характеристики Тип ФТЭ

Наличие второго входа Идентификатор природы втои>го вущ Идентификатор величины второго входя Вид величины входа Вид величины выхода Вид величины второго входа Коэффициент (Матрица )

# Идентификатор ФТЭ

Физ. природа цепи

# Идентификатор природы Название природы Обозначение природы

/ N

Величины цепи

# Идентификатор величины Название величины Обозначение величины

Наилучшие синтезированные варианты ФПДЧЭ

# Идентификатор ФТЭ

# Идентификатор решения Эксплуатационные характеристики

Рис. 6. Диаграмма «Сущность-Связь»

Интерфейс программного комплекса был разработан таким образом, чтобы предоставить пользователю максимальные удобства и минимальное количество работы с его стороны. Работа с программным комплексом осуществляется в диалоговом режиме. В системе реализованы следующие режимы работы:

• введение и наполнение базы знаний ФТЭ и изобретений;

• интерфейсная форма паспорта физико-технических эффектов;

• определение условий синтеза физического принципа действия чувствительного элемента;

• интерфейсная форма «Варианты физического принципа действия чувствительного элемента».

Реструктуризация существующей реляционной базы данных ФТЭ позволила интегрировать разработанную подсистему синтеза оптических элементов систем управления с автоматизированной системой синтеза физического

принципа действия элементов систем управления, что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом. Достоверность разработанного комплекса программ подтверждается совпадением результатов моделирования оптических устройств со структурами физически реальных устройств, полученных другими авторами.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Главным итогом диссертационной работы является разработка энергоинформационной модели поляризационных оптических ФТЭ и комплекса программ, позволяющих реализовать эффективные алгоритмы синтеза оптических элементов систем управления. В результате проведенных исследований создана автоматизированная подсистема синтеза поляризационных оптических ФТЭ, интегрирование которой с подсистемой автоматизированного синтеза на основе реляционной модели знаний значительно увеличила функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработаны обобщенные математическая и структурно-параметрическая модели описания поляризационных оптических ФТЭ, что делает возможным использовать эти модели в процессе автоматизированного синтеза чувствительных элементов систем управления.

2. Проведена реструктуризация существующей базы данных, в которую добавлена информация об оптических ФТЭ. Это позволяет пополнять существующую базу данных паспортами оптических ФТЭ, что существенно расширяет возможности автоматизированной системы поиска новых технических решений при проектировании элементов систем управления.

3. Предложена усовершенствованная методика заполнения паспорта оптического ФТЭ, отличная от известной тем, что добавлены новые сущности для описания ФТЭ: векторный и скалярный вид, тип - источник или приемник, наличие двойного входа. Использование этой методики позволило модифицировать ЕЯ-модель и структуру базы данных. В результате база данных была пополнена 30 оптическими ФТЭ.

4. Разработаны формализованные алгоритмы синтеза цепочек физического принципа действия оптических чувствительных элементов систем управления и расчета их эксплуатационных характеристик на основе формализма матриц Джонса, которые включены в комплекс программ для синтеза физического принципа действия элементов систем управления. Это существенно расширило объем используемых специалистами знаний и сделало процесс поиска новых технических решений более эффективным.

5. Модифицирована модель автоматизированной системы синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений. Разработан комплекс программ, новизна которых подтверждается свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2006613931.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Киселёв, А. А. Способ оптимизации группирования строительных длин оптического волокна / А. А. Киселёв // Новые информационные технологии в региональной инфраструктуре : материалы научно-технической конференции. 1997 г. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 1997. - С. 247.

2. Киселёв, А. А. Оптимизация эксплутационных параметров волоконно-оптических линий связи / А. А. Киселёв, С. И. Никитин, А. Н. Фолионов // Телекоммуникации, новые информационные технологии и связь : Вестник АГТУ. - Астрахань: Изд-во АГТУ, 2000. - С. 88-91.

3. Киселёв, А. А. Применение энергоинформационного метода для описания физико-технических эффектов / А. А. Киселёв // Россия и Восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие Каспийского региона : материалы Ш Международной научной конференции. 2005 г. — Астрахань : Издательский дом «Астраханский университет», 2005. - С. 408-412.

4. Зобов, О. О. Выбор модели для описания оптических физико-технических эффектов I О. О. Зобов, А. А. Киселёв II Россия н Восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие каспийского региона: материалы Ш Международной научной конференции. 2005 г. - Астрахань : Издательский дом «Астраханский университет», 2005. - С. 391-392.

5. Петрова, И. Ю. Энергоинформационная модель оптических поляризационных явлений / И. Ю. Петрова, А. А. Киселёв // Датчики и системы. — 2005.-№6.-С. 26.

6. Петрова, И. Ю. Синтез параметрических структурных схем поляризационных оптических чувствительных элементов систем управления / И. Ю. Петрова, А. А. Киселёв И Датчики и системы. - 2006. - № 7. - С. 21.

7. Киселёв, А. А. Синтез физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений / А. А. Киселёв // Южнороссийский вестник геологии, географии и глобальной энергии. — 2006.—№ 2. -С. 157-160.

8. Петрова, И. Ю. Применение энергоинформационного метода для описания оптических физико-технических эффектов / И. Ю. Петрова, А. А. Киселёв // Южно-российский вестник геологии, географии и глобальной энергии. - 2006. - № 1. - С. 236-242.

9. Автоматизированной система синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений: свидетельство на ПрЭВМ №2006613931 РФ/ А. А. Киселев (РФ) - № 2006613801; заявл. 13.11.2006.; зарегистрировано в реестре программ для ЭВМ 16.11.06.

Подписано в печать 13.11.2006. Уч.-иэд. л. 1,5. Усл. печ. л. 1,4. Заказ № 811. Тираж 100 экз.

Оттиражировано в Издательском доме «Астраханский университет» 414056, г. Астрахань, ул. Татищева, 20 Тел. (8512) 54-01-89,54-01-87, факс (8512) 25-17-18, E-mail: i

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ

СОВРЕМЕННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ.

§1.1. Оптические датчики магнитного поля на эффекте Фарадея.

§ 1.2. Преобразователь напряженности магнитного поля на экваториальном эффекте Керра.

§1.3. Классификация волоконно-оптических датчиков и примеры их применения.

§ 1.4. Двухпроходной и однопроходной чувствительные элементы.

§1.5. Модуляторы света.

Выводы по главе 1.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ОПТИЧЕСКИХ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ.

§2.1. Поляризованный свет.

§2.1.1. Типы состояний поляризованного света.

§ 2.1.2. Эллиптически поляризованный свет.

§ 2.2. Энергоинформационная модель цепей различной физической природы

§ 2.3. Энергоинформационная модель оптической цепи.

§ 2.3.1. Описания поляризационной волны с помощью вектора Джонса.

§ 2.3.2. Параметры оптической цепи.

§ 2.3.3. Матрицы Джонса.

Выводы по главе 2.

ГЛАВА 3. ОПИСАНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ФИЗИКО-ТЕХНИЧЕСКИХ ЭФФЕКТОВ

С ПОМОЩЬЮ ЭНЕРГОИНФОРМАЦИОННОЙ МОДЕЛИ.

§ 3.1. Паспорта оптических физико-технических эффектов.

§ 3.2. Магнитооптические эффекты керра.

§ 3.2.1. Полярный эффект Керра.

§ 3.2.2. Меридиональный эффект Керра.

§ 3.2.3. Экваториальный эффект Керра.

§ 3.2.4. Матричный метод расчета магнитооптических систем.

§ 3.3. Явление двойного лучепреломления при деформации (фотоупругость).

§ 3.4. ФТЭ поворота оптического элемента.

§3.5. Линейный дихроизм.

§ 3.6. Оптическая активность и круговой дихроизм.

§ 3.7. Магнитный круговой дихроизм.

§ 3.8. Эффект поляризации света двупреломляющими поляризаторами.

§ 3.9. Макроскопическая теория эффектов Фарадея и Котгона-Мутона.

§ 3.9.1. Эффект Фарадея.

§ 3.9.2. Эффект Фогта (Котгона-Мутона).

§ 3.10. Эффект линейной электрогирации.

§3.11. Эффект квадратичной электрогирации.

§3.12. Линейный электрооптический эффект.

§3.13. Эффект Керра в жидких средах.

Выводы по главе 3.

ГЛАВА 4. АВТОМАТИЗИРОВАННАЯ ПОДСИСТЕМА

СИНТЕЗА ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ОПТИЧЕСКИХ ФТЭ.

§4.1. Синтез вариантов фпд на основе оптических ФТЭ.

§ 4.2. Расчет эксплутационных характеристик.

§ 4.3. Особенности синтеза цепочек ФПД оптических ЧЭ СУ.

§ 4.4. Синтез ФПД оптического датчика на основе эффекта Фарадея с использованием автоматизированной системы.

§ 4.5. Функциональная модель системы синтеза новых технических решений.

Выводы по главе 4.

В связи со значительным ростом производства датчиков как по количеству, так и номенклатуре возникает потребность интенсификации их производства. Стремление удовлетворить требования по эксплуатационным характеристикам и разнообразию измеряемых величин приводит к необходимости использования в новых чувствительных элементах разнообразных физических явлений и эффектов. Для ускорения разработки и повышения темпов производства требуется автоматизация процессов проектирования и конструирования.

Разнообразные физические процессы, лежащие в основе принципов действия различных датчиков, описываются с помощью физико-математического аппарата, адекватного данному конкретному классу явлений.

Анализ патентной, научно-исследовательской и технической литературы за последние десять лет показал, что существующие на сегодняшний день средства для измерения магнитных полей в большинстве своем не способны обеспечить эффективное решение целого ряда прикладных задач, а также часто не соответствуют современным требованиям, предъявляемым к данному классу измерительных устройств. Эти устройства сложны, требуют значительных затрат на производство и эксплуатацию, у них узкий диапазон измерения и малое быстродействие.

Одним из альтернативных и наиболее перспективных на сегодняшний день направлений научно-исследовательской работы по проблеме создания новых средств и методов для измерения магнитных полей в широком диапазоне является разработка оптических датчиков магнитного поля. Разработка оптических датчиков является важной и актуальной задачей как для экспериментальной физики и химии, так и для техники. В последнее время широкое распространение в геологии, медицине, различной специальной аппаратуре получили оптические датчики магнитного поля на эффекте Фарадея.

В настоящее время из-за значительного роста производства датчиков как по количеству, так и номенклатуре возникает потребность интенсификации их производства. Стремление удовлетворить требования по эксплуатационным характеристикам и разнообразию измеряемых величин приводит к необходимости использования в новых чувствительных элементах разнообразных физических явлений и эффектов. Для ускорения разработки и повышения темпов производства требуется автоматизация процессов проектирования и конструирования. На рис. 1 отражены тенденции развития рынка датчиков для основных секторов промышленности.

Development of the World Market for Sensors until 2008: Segmentation by Industries

US $ Billion

14

12

10 8 6 4 2 П

Поставщики ма- Автомобиле- Самолето- и ко- Сектор Бытовая и офисная Другие отрасли шин строение раблестроение строительства электроника

Рис. 1. Развитие мирового рынка датчиков

Для получения наиболее эффективных новых технических решений требуется провести синтез и анализ огромного числа вариантов решений, что невозможно без применения вычислительной техники. Поэтому для сокращения времени и трудоемкости процесса поискового конструирования при синтезе новых элементов систем управления, для уменьшения их стоимости актуальной становится задача создания автоматизированных систем анализа и синтеза новых технических решений чувствительных элементов систем управления (СУ) различного назначения. Решением этой задачи занимались многие ученые: Г.С. Альтшуллер, В.М. Цуриков, В.Н. Глазунов, М.Ф. Зарипов, И.Ю. Петрова, К.В. Кумунжиев, А.И. Половинкин, В.А. Камаев, A.M. Дворянкин, С.А. Фоменков, В.А. Филин, Р. Коллер, К. Джонс и другие. Разработаны методы автоматизации поискового конструирования, лежащие в основе различных автоматизированных систем проектирования.

По данным маркетингового агентства Frost&Sullivan, ежегодные мировые продажи волоконно-оптических датчиков в последние годы составляют около $2,5 млрд с ежегодным приростом 11 % по всем отраслям промышленности. Многообразие оптических явлений и эффектов в основе многочисленных технических устройств и их элементов обеспечивает возможность управления всеми физическими характеристиit ками светового потока: амплитудой (интенсивностью), фазой, частотой и поляризацией. Использование всех этих эффектов в едином автоматизированном банке данных физико-технических эффектов, основанном на использовании энергоинформационных моделей цепей (ЭИМЦ) и аппарата параметрических структурных схем, требует разработки соответствующей модели оптических поляризационных эффектов. Явление поляризации света и особенности взаимодействия поляризованного света с веществом нашли исключительно широкое применение в научных исследованиях кри-сталлохимической и магнитной структуры твёрдых тел, оптические свойства кристаллов, природы состояний, ответственных за оптические переходы, структуры биологических объектов, характера поведения газообразных, жидких и твёрдых тел в полях анизотропных возмущений (электрическом, магнитном, световом), а также для получения информации о труднодоступных объектах (в частности, в астрофизике). Поляризованный свет широко используется во многих областях техники, например, при необходимости плавной регулировки интенсивности светового пучка (закон Малюса), при исследованиях напряжений в прозрачных средах (поляризационно-оптический метод исследования), для увеличения контраста и ликвидации световых бликов в фотографии, при создании светофильтров, модуляторов излучения, эллипсометрии (совокупность методов изучения поверхностей жидких и твёрдых тел по состоянию поляризации светового пучка, отражённого этой поверхностью и преломлённого на ней), микроскопии. На принципах эллипсометрии построены методы чувствительных бесконтактных исследований поверхности жидкости или твёрдых веществ, процессов адсорбции, коррозии и др. В качестве источника света в эллипсометрии используется монохроматическое излучение зелёной линии ртути, а в последнее время - лазерное излучение, что даёт возможность исследовать микронеоднородности на поверхности изучаемого объекта. Получило развитие также новое направление спектральной эллипсометрии в широком интервале длин волн, существенное при исследованиях атомного состава неоднородных и анизотропных поверхностей и плёнок.

Таким образом, пополнение существующей реляционной базы данных новыми оптическими поляризационными физико-техническими эффектами будет способствовать выявлению большего количества качественных технических решений, приведет к расширению области использования, позволит существенно увеличить функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом и значительно увеличит скорость проектирования датчиковой аппаратуры

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка эффективных алгоритмов и комплекса программ для анализа и синтеза чувствительных элементов на основе математических и энергоинформационных моделей поляризационных оптических физико-технических эффектов. Для достижения этой цели были поставлены и решены следующие основные задачи:

• анализ и классификация оптических ФТЭ, лежащих в основе принципа действия датчиков;

• выбор величин и параметров для описания оптических поляризационных явлений с помощью ЭИМЦ;

• разработка элементов структурно-параметрических схем для описания оптических ФТЭ;

• разработка алгоритмов синтеза цепочек физического принципа действия (ФПД) оптических чувствительных элементов и расчёта их эксплуатационных характеристик;

• разработка комплекса программ для реализации автоматизированных алгоритмов синтеза ФПД оптических чувствительных элементов и интеграция его в существующую автоматизированную систему синтеза на основе реляционной модели организации данных.

Методы исследований. Для решения поставленных задач использовались математический аппарат векторов и матриц Джонса для описания поляризационных оптических явлений, энергоинформационный метод цепей и аппарат параметрических структурных схем, технология проектирования реляционных баз данных.

Научная новизна работы

1. Разработана энергоинформационная модель оптической цепи, основанная на поляризационных явлениях с использованием математического аппарата векторов и матриц Джонса, в которой предложено использовать векторные величины и коэффициенты физико-технических эффектов в виде матриц.

2. Разработаны новые паспорта 30 оптических эффектов, содержащие математические формулы описания ФТЭ, аналитическое выражение для коэффициента ФТЭ, числовые значения физических параметров материалов, а также эксплуатационные характеристики технических реализаций.

3. Введены понятия ФТЭ типа источник или приемник, на основе которых сформулирована система ограничений в задачах синтеза проектируемых преобразователей информации.

4. Разработаны алгоритмы синтеза цепочек ФПД оптических чувствительных элементов систем управления и комплекса компьютерных программ для расчета их эксплуатационных характеристик на основе математического аппарата - векторов и матриц Джонса.

Практическая значимость. На основе полученных теоретических результатов создана подсистема автоматизированного синтеза оптических чувствительных элементов систем управления на поляризационных эффектах. Реструктуризация существующей реляционной базы данных ФТЭ позволила интегрировать разработанную подсистему с подсистемой автоматизированного синтеза линейных ФТЭ «Интеллект», что существенно увеличило функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом. Результаты работы применены в учебном процессе в Астраханском государственном университете для освоения студентами технологии автоматизированного проектирования чувствительных элементов при изучении дисциплин «Проектирование измерительных преобразователей», «Законы развития техники».

Апробация работы. Отдельные материалы, входящие в диссертацию, обсуждались на Ш Международной научно-технической конференции «Россия и Восток. Обучающееся общество и социально-устойчивое развитие Каспийского региона» (г. Астрахань, 2005 г.) и научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета №№ 40,41,42 и 43 (г. Астрахань, 1996, 1997, 1998,1999 гг.).

Публикации. Основные положения и результаты работы опубликованы в 9 печатных работах. Созданное программное обеспечение зарегистрировано в Федеральном институте промышленной собственности РФ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 4

1. Разработаны формализованные алгоритмы синтеза цепочек физического принципа действия оптических чувствительных элементов систем управления.

2. Разработан механизм расчета их эксплуатационных характеристик на основе формализма матриц Джонса.

3. Модифицирована модель автоматизированной системы синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений.

4. Модифицирована ER-модель и структура базы данных. В результате база данных была пополнена 30 оптическими ФТЭ.

5. Разработан комплекс программ для синтеза физического принципа действия чувствительных элементов систем управления на основе оптических ФТЭ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Главным итогом диссертационной работы является разработка энергоинформационной модели поляризационных оптических ФТЭ и комплекса программ, позволяющих реализовать эффективные алгоритмы синтеза оптических элементов систем управления. В результате проведенных исследований создана автоматизированная подсистема синтеза поляризационных оптических ФТЭ, интегрирование которой с подсистемой автоматизированного синтеза на основе реляционной модели знаний значительно увеличила функциональные возможности системы автоматизации поискового конструирования в целом.

Основные научные и практические результаты диссертационной работы состоят в следующем:

1. Разработаны обобщённые математическая и структурно-параметрическая модели описания поляризационных оптических ФТЭ, что делает возможным использовать эти модели в процессе автоматизированного синтеза чувствительных элементов систем управления.

2. Проведена реструктуризация существующей базы данных, в которую добавлена информация об оптических ФТЭ. Это позволяет пополнять существующую базу данных паспортами оптических ФТЭ, что существенно расширяет возможности автоматизированной системы поиска новых технических решений при проектировании элементов систем управления.

3. Предложена усовершенствованная методика заполнения паспорта оптического ФТЭ, отличная от известной тем, что добавлены новые сущности для описания ФТЭ: векторный и скалярный вид, тип - источник или приемник, наличие двойного входа. Использование этой методики позволило модифицировать ER-модель и структуру базы данных. В результате база данных была пополнена 30 оптическими ФТЭ.

4. Разработаны формализованные алгоритмы синтеза цепочек физического принципа действия оптических чувствительных элементов систем управления и расчета их эксплуатационных характеристик на основе формализма матриц Джонса, которые включены в комплекс программ для синтеза физического принципа действия элементов систем управления. Это существенно расширило объем используемых специалистами знаний и сделало процесс поиска новых технических решений более эффективным.

5. Модифицирована модель автоматизированной системы синтеза физического принципа действия чувствительных элементов на основе поляризационных явлений. Разработан комплекс программ, новизна которых подтверждается свидетельством об официальной регистрации программ для ЭВМ № 2006613931.

1.11 Рисунок технической реализации ФТЭ Описание особенностей ФТЭ и другие его характеристики12 СоставительВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

2. Получены энергоинформационные модели описания оптических физико-технических эффектов. На основе известных физических уравнений, описывающих поляризационные эффекты, получены и математически обоснованы энергоинформационные модели этих эффектов.

3. Адамчик А. Жидкие кристаллы / А. Адамчик, 3. Стругальский. М.: Советское радио, 1979.-С. 120-121.

4. Азам Р. Эллипсометрия и поляризованный свет / Р. Азам, Н. Башара. М. : Мир, 1981.-С. 20-21.

5. Акустические кристаллы / под ред. М. П. Шаскольской. М. : Наука, 1982. -С. 25-35.

6. Алексеев Э. И. О теоремах эквивалентности поляризационной оптики и оптики одномодовых световодов / Э. И. Алексеев, Е. Н. Базаров, В. Г. Израелян // Квантовая электроника. 1984. -№ 2. - С. 182-184.

7. Ален Л. Оптический резонанс и двухуровневые атомы / Л. Ален, Дж. Эберли. -М.: Мир, 1978.

8. Андреев С. И. Временное разрешение оптического затвора с ячейкой Керра / С. И. Андреев, В. М. Очеленков, Р. Г. Хабирзялова // Оптика и спектроскопия. -1965. Т. 18. - С. 135.

9. Байбородин Ю. В. Электрооптический эффект в кристаллах / Ю. В. Байборо-дин, С. А. Гаража. -М.: Машиностроение, 1967. С. 63-74.

10. Берикашвили В. Ш. Волоконно-оптические датчики-преобразователи параметров электромагнитных полей / В. Ш. Берикашвили, Д. И. Мировицкий // Датчики и системы. 1999. - № 1. - С. 40-45.

11. Борн М. Основы оптики / М. Борн, Э. М Вольф. М.: Наука, 1970. - С. 125-135.

12. Борн М. Основы оптики : пер. с англ. / М. Борн, Э. Вольф. М.: Наука, 1970. -С.72-77.

13. Бусурин В. И. Волоконно-оптические датчики / В. И. Бусурин, Ю. Р. Носов. -М.: Энергоатомиздат, 1990. С. 84-98.

14. Бутиков Е. И. Оптика / Е. И. Бутиков; под ред. Н. И. Калитиевского. М. : Высшая школа, 1986. - С. 102-108.

15. Викулин И. М. Физика полупроводниковых приборов / И. М. Виулин, В. И. Стафеев. М.: Советское радио, 1980. - С. 112-117.

16. Влох О. Г. Изменение оптических свойств кристаллов при наложении электрических полей / О. Г. Влох, И. С. Желудев // Кристаллография. 1960. - Т. 5. -С. 389.

17. Волоконная оптика и приборостроение / под ред. М. М. Бутусова. JL : Машиностроение, 1987.-С. 112-117.

18. Воронцов М. А. Управляемые оптические системы / М. А. Воронцов, А. В. Корябин, В. И. Шмальгаузен. М.: Наука, 1988. - С. 96-98.

19. П.Гвоздева Н. П. Физическая оптика / Н. П. Гвоздева, В. И. Кульянова, Т. М. Jle-ушина. -М.: Машиностроение, 1991. С. 234-238.

20. Гвоздева Н. П. Физическая оптика / Н. П. Гвоздева. М. : Машиностроение, 1991.-С. 220-247.

21. Горчаков В. К. Волоконно-оптические датчики электромагнитных полей на БГО и БСО / В. К. Горчаков, В. В. Куцаенко, В. Т. Потапов // Радиотехника. -1988.-№8.-С. 28.

22. Диго С. М. Проектирование и использование баз данных / С. М. Диго. М. : Финансы и статистика, 1995. - С. 200-207.

23. Жевандров Н. Д. Применение поляризованного света / Н. Д. Жевандров. М.: Наука, 1978.-С. 80-84.

24. Желудев Е. И. Физика кристаллических диэлектриков / Е. И. Желудев. М. : Наука, 1968.-С. 45-48.

25. Желудев Е. И. Электрические кристаллы / Е. И. Желудев. М.: Наука, 1979. -С. 200.

26. Зарипов М. Ф. Параметрические структурные методы проектирования первичных измерительных преобразователей / М. Ф. Зарипов, И. Ю. Петрова // VI Всесоюзная научно-техническая конференция ИИС-83. Куйбышев, 1983.

27. Зарипов М. Ф. Проблемы развития информационной базы систем управления и вычислительной техники / М. Ф. Зарипов, И. Ю. Петрова. Уфа, 1979. - С. 52. - (Препринт доклада Президиума БФ АН СССР).

28. Зарипов М. Ф. Элементы теории информационных моделей преобразователей с распределенными параметрами / М. Ф. Зарипов, А. И. Никонов, И.Ю. Петрова.-Уфа :БФ АН СССР, 1983.-С. 155.

29. Зарипов М. Ф. Элементы теории информационных моделей преобразователей с распределенными параметрами / М. Ф. Зарипов, А. И. Никонов, И. Ю. Петрова. Уфа: БФ АН СССР, 1983. - 156 с.

30. Зарипов М. Ф. Энергоинформационный метод научно-технического творчества : учеб.-методич. пос. / М. Ф. Зарипов, Н. Р. Зайнуллин, И. Ю. Петрова. М. : ВНИИПИ, 1988. - 124 с.

31. Зарипов М.Ф., Предметно-ориентировання среда для поиска новых технических решений «Интеллект». / И.Ю Петрова //IV Санкт-Петербургская международная конференция «РИ-95».- С.-Пб, 1995-С.60-61.

32. Зеегер К. Физика полупроводников / К. Зеегер. М.: Мир, 1977. - С. 615.

33. Зи С. Физика полупроводниковых приборов / С. Зи. М.: Мир, 1984. - Ч. 2. -С. 345-351.

34. ЗЗ.Зисман Г. А. Курс обще физики / Г. А. Зисман, О. М. Тодес. М.: Наука, 1972. -С. 282-305.

35. Калитеевский Н. И. Волновая оптика / Н. И. Калитеевский. М.: Высшая школа, 1978.-С. 11-46.

36. Калитеевский Н. И. Волновая оптика / Н. И. Калитеевский. М.: Наука, 1971. -С. 86-103

37. Калянов Г. Н. CASE структурный системный анализ / Г. Н. Калянов- М.: Лори, 1996.-С. 125-128.

38. Калянов Г. Н. Методы и средства системного структурного анализаи проектирования / Г. Н. Калянов. М.: НИВЦ МГУ, 1996. - С. 113-121.

39. Катыс Г. П. Модуляция и отклонения оптического излучения / Г. П. Катыс, Н.

40. B. Кравцов и др. М.: Наука, 1967. - С. 178.

41. Кельман В. М. Электронная оптика / В. М. Кельман. М. : Наука, 1968.1. C.27-30.

42. Корн Г. Справочник по математике / Т. Корн. М.: Наука, 1974. - С. 197-215.

43. Кринчик Г. С. Физика магнитных явлений / Г. С. Кринчик. М.: Изд-во МГУ, 1985.-С. 37-45.

44. Кринчик Г. С. Физика магнитных явлений / Г. С. Кринчик. М. : Изд-во МГУ, 1985.-С. 37-45.

45. Лавров И. В. Курс физики / И. В. Лавров. М. : Просвещение, 1981. - С. 3745.

46. Ландау Л. Д Электродинамика сплошных сред / Л. Д Ландау, Е. М Лифшиц. -М.: Наука, 1982.-С. 78-95.

47. Ландау Л. Д. Электродинамика сплошных сред / Л. Д. Ландау, А. М. Лифшиц. -М.: ГТТЛ, 1987.-С. 52-58.

48. Ландсберг Г. С. Оптика / Г. С. Ландсберг. 5-е изд. - М. : Наука, 1976. -С.380-390.

49. Ленц Дж. Э. Обзор магнитных датчиков / Дж. Э. Ленц // ТИИЭР. 1990. -Т. 78,№6.-С. 87-99.

50. Ли. Оценка постоянной Керра органических жидкостей и растворов / Ли //Приборы для научных исследований. -1964.-№2.-С. 13601.

51. Мешков И. Н. Электромагнитное поле / И. Н. Мешков, Б. В. Чириков. Новосибирск : Наука, Сибирское отд., 1987. - С. 111-125.

52. Милованов М. В. Алгебра и аналитическая / М. В. Милованов, М. М. Толкачев, Р. И. Тышкевич и др. Минск: Амалфея, 2001. - С. 102-106.

53. Мировицкий Д. И. Волоконно-оптические датчики / Д. И. Мировицкий, Н. Д. Козлова // Радиотехника. Тенденции и развитие. М.: НИИЭИМ, 1990. -№11. -С. 12.

54. Мустель Е. П. Методы модуляции и сканирования света / Е. П. Мустель, В. Н. Парыгин. -М.: Наука, 1970. С. 51-74.

55. Носков М. М. Оптические и магнитооптические свойства металлов / М. М. Носков. Свердловск: Изд-во УНЦ АН СССР, 1983. - С. 65-79.

56. Окоси Т. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси. Л. : Энергоатомиздат, 1991.-С. 108-113.

57. Основы оптоэлектроники / под ред. К. М. Бланта. М. : Мир, 1988. - С. 101— 110.

58. Пасынков В. В. Полупроводниковые приборы / В. В. Пасынков и др. М. : Высшая школа, 1981. - С. 343-348.

59. Петрова И. Ю. Микроэлементы систем управления с распределенными параметрами различной физической природы / И. Ю. Петрова. М.: Наука, 1979. -С. 110.

60. Петрова И. Ю. Микроэлементы систем управления с распределенными параметрами различной физической природы / И. Ю. Петрова. М.: Наука. 1979. -110 с.

61. Петрова И. Ю. Многокритериальная оптимизация параметрических структурных схем микроэлектронных преобразователей информации / И. Ю. Петрова, М. Ф. Зарипов, Н. Р. Зайнуллин // Сб. науч. тр. Ташкент : Изд-во ТашПИ, 1985.-С. 67-76.

62. Петрова И. Ю. Организация баз данных / И. Ю. Петрова, Е. А.Лазуткина. Астрахань : Изд-во АГТУ, 1999. - С. 97-106.

63. Петрова И. Ю. Полупроводниковые преобразователи механических величин в электрические / И. Ю. Петрова, В. X. Бурханов. Ташкент, 1979.

64. Петрова И. Ю. Физические основы энергоинформационной модели и параметрические структурные схемы / И. Ю. Петрова, М. Ф. Зарипов, А. И. Никонов. -Уфа, 1980. (Препринт доклада Президиуму БФ АН СССР).

65. Петрова И. Ю. Энерго-информационный метод анализа и синтеза чувствительных элементов систем управления : дис. . д-ра тех. наук / И. Ю. Петрова. -Самара, 1996.

66. Потапов Т. В. Экспериментальное исследование температурной стабильности датчиков магнитного поля на основе кристаллов / Т. В. Потапов // Письма в ЖТФ. 1998. - Т. 24, № 11. - С. 26-33.

67. Разин Г. И. Бесконтактное измерение электрических токов / Г. И. Разин, А. Л. Щелкин. М.: Атомиздат, 1974. - С. 160.

68. Рандошкин В. В. Прикладная магнитооптика / В. В. Рандошкин, А. Я. Черво-ненкис. М.: Энергоатомиздат, 1990. - С. 320.

69. Рандошкин В. В. Прикладная магнитооптика / В. В. Рандошкин, А. Я. Черво-ненкис. М.: Энергоатомиздат, 1990. - С. 320.

70. Савельев И. В. Курс общей физики / И. В. Савельев. М. : Наука, 1973. - С. 155-182.

71. Световодные датчики / Б. А. Красюк, О. Г. Семенов, А. Г. Шереметьев и др. -М.: Машиностроение, 1990. -С. 47.

72. Свечников Г. С. Элементы интегральной оптики / Г. С. Свечников. М.: Радио и связь, 1987.-С. 104.

73. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Оптика / Д. В. Сивухин. М.: Наука, 1980. -С. 178-211.

74. Сивухин Д. В. Общий курс физики. Электричество / Д. В. Сивухин. М.: Наука, 1983.-С. 145-157.

75. Сизов Ф. Ф. Магнитооптические эффекты Фарадея и Фохта в применении к полупроводникам / Ф. Ф. Сизов, Ю. И. Уханов. Киев : Наукова думка, 1979. -С. 26-28.

76. Соколов А. В. К общей феноменологической теории магнитооптических явлений в ферромагнетиках / А. В. Соколов // ФММ. 1956. - Т. 3. - 2.

77. Соколов А. В. Оптические свойства металлов / А. В. Соколов. М. : Физма-тиз.,. 1961. — С. 34-56.

78. Сонин А. С. Электрооптические кристаллы / А. С. Сонин, А. С. Василевская. -М.: Атомиздат, 1971. С. 51-74.

79. Столен Р. И. Одномодовые волоконные компоненты / Р. И. Столен, Р. П. ди Паула // ТИИЭР. -1987. Т. 75, № 11. - С.112.

80. Сухоруков Ю. П. Магнитооптический эффект Фарадея в пленках La0.7Sr0.3Mn03-S / Ю. П. Сухоруков, А. М. Москвин, Н. Н. Лошкарева и др. // Журнал технической физики. 2001. - Т. 71, № 6. - С. 139-142.

81. Тагер П. Г. Ячейка Керра / П. Г. Тагер. М.: Искусство, 1937. - С. 65-78.

82. Тикадзуми С. Физика ферромагнетизма : пер. с яп. / С. Тикадзуми. М.: Мир, 1987г. - Т. 1. Магнитные свойства веществ, т. 2. Магнитные характеристики и практические применения.

83. Трофимова Т. И. Курс физики / Т. И. Трофимова. М.: Высшая школа, 1985. -С.293-295.

84. Федотов Я. А. Основы физики полупроводниковых приборов / Я. А. Федотов. -М.: Советское радио, 1969.-С. 123-128.

85. Фильчаков П. Ф. Справочник по высшей математике / П. Ф. Фильчаков- Киев : Наукова думка, 1973. С. 587-631.

86. Хансперджер Р. Интегральная оптика / Р. Хансперджер. М. : Мир, 1988. -С. 45-74.

87. Червинский М. М. Магнитооптические методы и средства определения магнитных характеристик металлов / М. М. Червинский, С. Ф. Глаголев, И. П. Горбунов. JI.: Энергия, 1980. - С. 128.

88. Червинский М. М. Методы и средства измерения магнитных пленок /М. М. Червинский, С. Ф. Глаголев. -JI.: Энергоатомиздат, 1990. -С.63-65.

89. Чердрасекар С. Жидкие кристаллы / С. Чердрасекар. М. : Мир, 1980. -С. 207-209.

90. Шамбуров В. А. Оптическая индикатриса и поверхности двулучепреломления / В. А. Шамбуров // Кристаллография. 1962. - Т. 7. - С. 379.

91. Шамбуров В. А. Электрический эффект в кристаллах и его применение / В. А. Шамбуров, О. В. Влох // Радиотехника и электроника. 1964. - Т. 9. - С. 505.

92. Шерклифф У. Поляризованный свет : пер. с англ. / У. Шерклифф. М.: Мир, 1965.-С. 263.

93. Яворский Б. М. Основы физики / Б. М. Яворский, А. А. Пинский. М.: Наука, 1981. - Т. 2. Колебания и волны. Квантовая физика. - С. 162-178.

94. Яворский Б. М. Справочник по физике / Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. М.: Наука, 1985.-С. 98-101.

95. Ballantine С. S. Products of Involutory Matrices / С. S. Ballantine // Linear and Multilinear Algebra. 1977. - № 1. - P. 53-62.

96. Cronemeyer D. C. Infrared Transmittance and Kerr-Effect of Nitro-Benzene / D. C. Cronemeyer, L. R. Spanterger // J. Opf. Soc. Am. 1961. - Vol. 51, № 1. - P. 1061.

97. Gow R. The Equivalence of an Invertuble Matrix to Its Transpose / R. Gow // Linear and Multilinear Algebra. 1980. - № 8. - P. 329 - 336.

98. Hamasaki Y. Optical fiber sensor of electromagnetic fields on В SO / Y. Hamasaki et al. // J. of Opt. Commun. 1981. - Vol. 2, № 1. - P. 7-11.

99. Kersey Alan D. A review of resent developments in fiber optic sensor technology / Alan D. Kersey // Optical fiber technology. 1996. - № 3. - P. 291-317.

100. Radjavi H. Products of self-adjoint operators / H. Radjavi, J. P. Williams // Michigan. Math. J. 1969. - Vol. 16. - P. 177-185.

101. Tailor H. F. Application of Guided wave optics in signal processing and sensing / H. F. Tailor // Proc. of the IEEE. 1989. - Vol.75.

102. Taussky O. The role of symmetric matrices in the study of general matrices / 0. Taussky // Linear Algebra and Appl. 1972. - № 5. - P. 147-154.