автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Информационно-измерительные системы с автоматической коррекцией погрешностей на основе волоконно-оптических датчиков давления

На правах рукописи

РЕДЬКО Виталий Владимирович

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ

Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы (приборостроение)

2 2 ОНТ 2009

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ПЕНЗА 2009

003480742

Работа выполнена в научно-техническом центре «Нанотехнологии волоконно-оптических систем» на кафедре «Приборостроение» государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мурашкина Татьяна Ивановна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Данилов Александр Александрович;

доктор технических наук, профессор Иванов Александр Иванович

Ведущая организация: ФГУП «Пензенский государственный

научно-исследовательский институт электронно-механических приборов» (НИИЭМП), г. Пенза

Защита диссертации состоится 5 ноября 2009 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» и на сайте www.pnzgu.ru

Автореферат разослан « »_2009 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук, профессор ~ А. В. Светлов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Научно-техническая задача создания оптико-электронных информационно-измерительных систем (ИИС) на основе амплитудных волоконно-оптических датчиков давления (ВОДД) с улучшенными точностными характеристиками важна и актуальна. Актуальность этой задачи обусловлена широкими потребностями атомной энергетики и водного хозяйства, химической, металлургической и нефтеперерабатывающей промышленности в ИИС, пригодных для работы в условиях воздействия высоких температур, коррозийно-активных веществ, сильных электромагнитных полей и высокой радиации. Для работы в таких жестких внешних условиях наилучшим образом подходят ИИС, в основу принципа действия которых положены разные оптические эффекты и явления.

В настоящее время наибольшее распространение получили оптико-электронные ИИС на основе амплитудных ВОДД, что обусловлено простотой их конструктивного исполнения и низкой себестоимостью. Вопросам создания и применения амплитудных ВОДД и ИИС на их основе посвящены исследования многих отечественных и зарубежных ученых. Среди них В. И. Бусурин, В. А. Гридчин, Е. А. Зак, Т. И. Мурашкина, Ю. Р. Носов, К. В. Татмышевский, С. К. Аза\уа, I. Е. Ри1еп\у!с1ег, I. Сопза1ус5, V. Н. МсМаЬоп, Б. К. Уао и др.

Недостатком ИИС на основе амплитудных ВОДД является то, что выходной сигнал их измерительного канала существенно зависит от температуры и механических вибраций. Для повышения точности измерений давления применяются в основном конструктивные, технологические и схемотехнические методы, возможности которых к настоящему времени практически исчерпаны. В результате большинство существующих оптико-электронных ИИС на основе амплитудных волоконно-оптических датчиков не обеспечивает получение результата измерений с основной погрешностью менее 0,5 % и дополнительной погрешностью менее 3,0 %.

В то же время рядом российских и украинских ученых было разработано семейство методов повышения точности измерений, основанных на получении информационной избыточности - дополнительной информации не только об измеряемой физической величине, но и о погрешностях, полученных при измерениях. Применение указанных методов позволяет синтезировать ИИС высокой точности на базе нестабильных измерительных преобразователей. Данные методы получили название «алгоритмические методы автоматической коррекции погрешностей». Значительный вклад в разработку алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей внесли Т. М. Алиев, Э. М. Бромберг, Л. И. Волгин, Э. И. Гитис, М. А. Земельман, В. Т. Кондратов, К. Л. Куликовский, Н. И. Лиманова, С. М. Персии, Л. Р. Сейдель, Ю. А. Скрипник, А. А. Тер-Хачатуров, Ю. М. Туз, А. М. Шекиханов. Наиболее обширной группой алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей являются

методы избыточных измерений (МИИ), возникшие в результате эволюции методов образцовых мер и тестовых методов. Однако до настоящего времени широкого распространения МИИ в оптико-электронных ИИС не получили.

В связи с этим актуальной является задача разработки оптико-электронных ИИС на основе ВОДЦ, реализующих методы избыточных измерений.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является совершенствование точностных характеристик оптико-электронных информационно-измерительных систем на основе амплитудных волоконно-оптических датчиков давления.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

- проведение анализа существующих алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей;

- разработка математических моделей процесса избыточных измерений давления для случаев, когда измерительный канал оптико-электронной ИИС имеет квадратичную, кубическую, экспоненциальную и логарифмическую номинальную функцию преобразования;

- создание, на основе разработанных математических моделей, методов избыточных измерений давления, обеспечивающих автоматическую коррекцию систематических и случайной составляющих погрешности результата измерений;

- разработка конструктивных решений ВОДД, обеспечивающих получение информационной избыточности;

- разработка технических решений оптико-электронных ИИС на основе ВОДД, обеспечивающих реализацию предложенных МИИ;

- анализ составляющих неисключенной систематической погрешности результата измерений и выработка рекомендаций для ее минимизации;

- проведение экспериментальных исследований изготовленного макетного образца ИИС на основе трехканального ВОДД для подтверждения теоретических положений диссертации.

Методы исследования. При исследованиях использовались основные положения волоконной и геометрической оптики, аналитической геометрии и теории избыточных измерений, применялись методы численного анализа, имитационное и статистическое моделирование на ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработаны математические модели, которые описывают процесс автоматической коррекции погрешностей результатов измерений, полученных с помощью оптико-электронных ИИС на основе амплитудных ВОДД, устанавливают порядок проведения промежуточных измерений и задают способ обработки полученных результатов, который позволяет определить действительные значения искомой физической величины и параметров функции преобразования измерительного канала.

2. Разработаны методы избыточных измерений давления, решающие задачу автоматической коррекции систематических и случайной составляющих погрешности результата измерений, обусловленных воздействием внешних

дестабилизирующих факторов на измерительный канал ИИС на основе амплитудных ВОДД.

3. Предложены технические решения оптико-электронных информационно-измерительных систем, обеспечивающие линейную зависимость результатов измерений от значений измеряемого давления.

4. Разработаны конструктивные решения ВОДД, которые обеспечивают получение информационной избыточности за счет формирования потоков оптического излучения, несущих информацию не только об измеряемом давлении, но и о параметрах функции преобразования измерительного канала, и благодаря этому позволяют предупредить возможный метрологический отказ ИИС.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором в Пензенском государственном университете (ПТУ) на кафедре «Приборостроение» в НТЦ «Нанотехнологии волоконно-оптических систем», и способствует решению актуальной научно-технической задачи создания оптико-электронных ИИС на основе амплитудных ВОДД с улучшенными точностными характеристиками.

Результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, позволяют перейти к промышленному производству и внедрению информационно-измерительных систем с автоматической коррекцией погрешностей на основе волоконно-оптических датчиков давления.

Практическая значимость исследований подтверждается тем, что работа проводилась в рамках: договора № 20 от 30 сентября 2008 г. между НТЦ «НАНОТЕХ» Пензенского государственного университета (г. Пенза, Россия) и ОАО ЭОКБ «Сигнал» им. А. И. Глухарева (г. Энгельс-19, Россия) и договора № 1 ОК 2008 НИЦПИ от 18 июня 2008 г. между Государственным научно-исследовательским центром прикладной информатики (г. Киев, Украина) и Международным научно-учебным центром информационных технологий и систем Национальной академии наук Украины и Министерства образования и науки Украины (г. Киев, Украина).

На защиту выносятся:

1. Математические модели, которые описывают процесс автоматической коррекции погрешностей результата измерений, полученного с помощью оптико-электронной ИИС на основе амплитудных ВОДД, устанавливают порядок проведения промежуточных измерений и задают способ обработки полученных результатов, позволяющий определить действительные значения искомой физической величины и параметров функции преобразования измерительного канала.

2. Методы избыточных измерений давления, которые решают задачу автоматической коррекции систематических и случайных погрешностей, обусловленных воздействием внешних дестабилизирующих факторов на измерительный канал ИИС на основе амплитудных ВОДД.

3. Технические решения оптико-электронных ИИС с улучшенными точностными характеристиками, которые обеспечивают линейную зависимость результата измерения от значения измеряемого давления.

4. Конструктивные решения ВОДД, которые обеспечивают получение информационной избыточности.

Реализация и внедрение результатов диссертации. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора использованы при разработке макетного образца оптико-электронной информационно-измерительной системы на основе трехканального волоконно-оптического датчика давления (шифр «ИИС-ВО-Д»).

Материалы по проектированию оптико-электронной ИИС и конструированию трехканального ВОДД использованы при проведении исследований в рамках НИОКР «Разработка программно-аппаратной платформы образного компьютера», выполняемых Государственным научно-исследовательским центром прикладной информатики и в проекте аналитической ведомственной целевой программы Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», подраздел 2.1.2 «Проведение фундаментальных исследований в области технических наук» по теме «Разработка теории функционирования волоконно-оптических лазерных интерферометрических систем на основе методов идентификации динамических систем с распределенными параметрами», выполняемой 111 У.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международной НТК «Метрологическое обеспечение измерительных систем» (г. Пенза, 2005, 2006, 2007, 2008), VII Международной НТК «Optical Technologies, Optical Sensors & Measuring Techniques» (г. Нюрнберг, 2006), XIII Международной НТК «SENSOR Conference» (г. Нюрнберг, 2007), VIII Международной НПК «Современные информационные и электронные технологии» (г. Одесса, 2007), Международной НТК «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 2007, 2008), XV Всероссийской межвузовской НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (г. Москва, 2008), Международном оптическом конгрессе «Оптика XXI век» (г. Санкт-Петербург, 2008), Международной НТК «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (г. Пенза, 2008), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2009).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 10 статей, две из которых опубликованы в издании, входящем в перечень ВАК РФ, 4 патента Украины, 14 докладов на конференциях.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, пяти приложений. Основная часть изложена на 190 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, одну таблицу. Список литературы содержит 126 наименований. Приложения к диссертации занимают 20 страниц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выполненной научной работы, сформулированы цель и задачи исследования, приведены научные результаты, выносимые на защиту, указана их научная новизна и практическая ценность.

В первой главе проанализированы известные алгоритмические методы автоматической коррекции погрешностей. Наиболее обширной группой алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей являются методы избыточных измерений (МИИ). Данная группа методов возникла в результате эволюции методов образцовых мер и тестовых методов. По причине своей новизны термин «метод избыточных измерений» пока нормативно не узаконен, но уже получил широкое распространение в научно-технической литературе.

МИИ предполагают проведение прямых промежуточных измерений нескольких корректирующих физических величин (КрФВ), размеры которых связаны между собой определенными правилами, и выполнение обработки результатов промежуточных измерений по одному или нескольким уравнениям избыточных измерений. Причем измерения КрФВ проводятся при неизменных и/или дискретно измененных на нормированные значения параметрах функции преобразования (ФП) измерительного канала.

Все МИИ основаны на получении информационной избыточности. При получении информационной избыточности важно обеспечить измерение КрФВ с одинаковой погрешностью. Выполнение данного условия возможно при работе на локальном квазилинейном участке ФП измерительного канала. Существует несколько подходов к получению информационной избыточности, которые обеспечивают выполнение данного условия.

Первый подход предполагает измерение группы КрФВ, размеры которых отличаются друг от друга на заданное значение. Например, в группу могут входить КрФВ следующих размеров: {дг[} = {хб} - {Ах0}, } = / > {х3} = {хб}+{Лх0} или {х1} = {хб}-{Лх0]}, {*2} = {*бЬ {х3} = {хб} + {Дх02}.

Физическая величина хб является базовой КрФВ. Она может быть нулевого размера ({л:б} = 0), нормированной по размеру ({хб} = {х0}) или неизвестного размера ({хб} = {х}). В роли базовой может выступать также КрФВ, размер которой равен сумме размеров искомой и нормированной физических величин ({хб} = {*} + {хд}). Физическая величина Дх0 является приращением входной физической величины. Приращения, равные по значению и противоположные по знаку (-{Лх0} и {Ах0}), являются симметричными приращениями. Физические величины Дх01 и Длг02, разные по значению и противоположные по знаку, являются несимметричными приращениями.

Второй подход предполагает измерение группы КрФВ, размеры которых отличаются друг от друга в заданное число раз, например: {х]} = {хб}/£л1, {х2} = {.тб},{хз} = . Коэффициент £л1 называется первым коэффициентом

локальной линеаризации. Он показывает, во сколько раз изменилось значение базовой КрФВ хб. При третьем подходе получение информационной избыточности осуществляется путем нормированного изменения в заданное число раз значения линейной составляющей ФП измерительного канала. Например, измерения КрФВ могут производится при двух значениях параметра ^л (! и (-^л} )■ Коэффициент кл2 называется вторым коэффициентом локальной линеаризации. При четвертом подходе информационная избыточность достигается за счет нормированного изменения в заданное число раз значения нелинейной составляющей ФП измерительного канала. В частности, измерения КрФВ могут производиться при двух значениях параметра ({5Н} и Алз {£„}). Коэффициент /сл3 называется третьим коэффициентом локальной линеаризации.

Перечисленные подходы могут использоваться как не зависимо друг от друга, так и в различных комбинациях, благодаря чему обеспечивается многообразие МИИ. В зависимости от того, на автоматическую коррекцию каких погрешностей направлен МИИ, различают избыточные измерения первого и второго родов. Избыточные измерения первого рода используются для автоматической коррекции систематических составляющих погрешности результата измерений, а избыточные измерения второго рода - для автоматической коррекции систематических и случайной составляющих погрешности результата измерений.

Проведены анализ и систематизация информации о ВОДД с амплитудной модуляцией оптического сигнала. Патентный поиск и анализ научно-технической литературы за последние годы показал, что в настоящее время наибольшее распространение получили рефлексометрические ВОДД (от лат. ге/1ехю -отражение), принцип действия которых основан на явлении отражения потока оптического излучения. Модуляция мощности последнего достигается за счет изменения (под действием давления) относительного пространственного положения торцов волоконных световодов (ВС) и отражающей поверхности, расположенной на пути потока оптического излучения.

Вторая глава посвящена разработке математических моделей процессов избыточных измерений для случаев, когда измерительный канал оптико-электронной ИИС имеет номинальную квадратичную, кубическую, экспоненциальную и логарифмическую функцию преобразования. Математические модели включают в себя четыре составляющие: 1) совокупность измеряемых КрФВ; 2) систему уравнений связи между физическими величинами; 3) уравнения избыточных измерений для определения действительных значений параметров ФП; 4) уравнение избыточных измерений для определения действительного значения искомой физической величины.

Рассмотрен случай, когда оптико-электронная ИИС имеет два измерительных канала, которые преобразуют две разные физические величины х н г в физическую величину у. Реальные градуировочные характеристики измерительных каналов ИИС описываются логарифмическими функциями вида^ = 5„1+ у = у'0где 5', и а'0 -

параметры ФП, учитывающие влияние дестабилизирующих факторов на измерительный канал ({-^^{^Ю + Унг). К^^Н' + Ун!)'

{5;} = {5л}(1 + ул),К} = {«о}(1 + Уво));й12}> Ш* {>'()}> Ы -

номинальные значения параметров ФП;ун2, ун], ул, УаО - относительные

изменения значений параметров ФП, обусловленные процессами старения, а также влиянием дестабилизирующих факторов на измерительные каналы.

Математическая модель процесса избыточных измерений первого рода получена в следующем виде:

1) совокупность измеряемых КрФВ: измерению подлежат пять КрФВх], х2, х3, 2, и г2 с размерами } = 0, {х2} = М, {х3} = {■*} +{Дх0}, {г]} = {г()}, {г2} = /сЛ1(г0}, где {Дх0} - значение приращения входной физической величины; кл ] - первый коэффициент локальной линеаризации;

2) система нелинейных уравнений связи между величинами'.

У5 ВД2/22);

3) уравнения избыточных измерений для определения действительных значений параметров ФП:

У5 ~ У4

5дд -

5н1д -

Уг У1

кх -(Ад«)*-*

1*0 У>-Уз Уг-Уъ

\пк

л 1

У2~Уъ

У\

4) уравнение избыточных измерений для определения действительного значения искомой физической величины:

Ух-Уз

Уг-Уъ

х=Ах0^-^-

Д " >'2~>'3

Установлено, что физическая реализация данной математической модели позволит улучшить точностью характеристики оптико-электронной ИИС за счет осуществления автоматической коррекции погрешностей, обусловленных

нелинейностью ФП измерительных каналов, а также изменением значений параметров ФП под воздействием дестабилизирующих факторов.

Разработаны математические модели процессов избыточных измерений второго рода, физическая реализация которых позволит осуществить автоматическую коррекцию и систематических, и случайных составляющих погрешности результата измерения. В частности, для случая логарифмической ФП математическая модель получена в следующем виде:

1) совокупность измеряемых КрФВ: измерению подлежат пять КрФВ X], х2, х3, 2, и г2 с размерами {х,} = 0, {*2} = {.*}, {х3} = {х} + {Дх0}, {2,} = {2()},

2) система нелинейных уравнений связи между величинами:

где т - число циклов измерений;^], у^, у\з, и - выходные величины, полученные в первом цикле измерений',ут\, утутз> ут\ и ут$ - выходные величины, полученные в т-м цикле измерений;

3) уравнения избыточных измерений для определения действительных значений параметров ФП:

Уи = у'о- Я'нхНЯ'пг!

>>,„,= я;,! 11^;*,+^],

Упа=5и\1^'лх2+а'0],

7ш3=5,н11п[5>3+а0]'

Ут4 = У0

Ут5 ~ УО ~ ^2)'

т

т

т

5н1д - ^ > 5лд - "^"Х^лд/> «Од ~

Ун Уп ,

°0д/:'

Уп-Уп

£ _ "1 _У"Л I >_

' лда Ах0 Уп-Уп Уп-Уя

-к >

«Од¡ = ЫУа-у14\

4) уравнение избыточных измерений для определения действительного значения искомой физической величины:

Уп-Ув У12~У, з

Обработка результатов избыточных измерений указанным образом позволяет осуществить автоматическую коррекцию и систематической, и случайной составляющих погрешности результата измерений. Коррекция случайной составляющей погрешности обеспечивается за счет выполнения операции усреднения результатов, полученных за т циклов измерений.

Третья глава посвящена разработке методов избыточных измерений для повышения точности измерения давления оптико-электронными ИИС на основе ВОДД. Один из предложенных МИИ основан на том, что поток оптического излучения, сформированный источником оптического излучения, разделяется на три равных по мощности потока Ф(ц, Ф02 и Ф()3 • Первый поток Ф01 поступает в опорный оптический канал ВОДД, на вход которого избыточное давление не поступает. Второй поток Ф02 поступает в первый рабочий оптический канал ВОДД, где модулируется избыточным давлением рх, значение которого неизвестно. Третий поток Ф03 поступает во второй рабочий канал ВОДД, где модулируется давлением р-ц, равным по значению сумме значений неизвестного давления рх и заданного с требуемой точностью избыточного давления Ар0■ Потоки оптического излучения Фм[, Фм2 и Фмз, полученные на выходах трех оптических каналов ВОДД, преобразуются в напряжения и2, V3. Данные напряжения измеряются, а их действительные значения запоминаются. Затем с помощью полупроводникового датчика температуры воспринимается и преобразуется в напряжение С/4 температура окружающей среды Тх. Значение тока протекающего через р-п -переход датчика выбирается настолько малым, что он не вызывает дополнительного нагрева -перехода. Затем с помощью полупроводникового датчика температуры снова воспринимается и преобразуется в напряжение £У5 температура окружающей среды Тх, но при этом устанавливается другое значение тока 1Т2, протекающего через р-п -переход датчика: {/7-2}=

Действительное значение давления рх определяется согласно уравнению избыточных измерений:

(*Л1Г5~"4 ~(*Л1) 5

и,-и.

щ-щ

№4

Р*Д=АЛ)

(1)

Установлено, что обработка результатов избыточных измерений в соответствии с уравнением (1) обеспечивает линейную зависимость результата измерений рхд от значения измеряемого избыточного давления рх. Кроме того,

она позволяет осуществить автоматическую коррекцию дополнительной погрешности, обусловленной воздействием температуры на ВОДД.

Четвертая глава посвящена разработке технических решений оптико-электронных ИИС на основе амплитудных ВОДД.

Структурная схема оптико-электронной ИИС, реализующей вышеописанный метод избыточных измерений давления, представлена на рис. 1. Первой особенностью данной ИИС является то, что в ней используется информативно-избыточный ВОДД (рис. 2), который обеспечивает получение информационной избыточности за счет формирования потоков оптического излучения, несущих информацию не только о давлении, но и о параметрах ФП измерительного канала. Это достигается тем, что в конструкцию ВОДД включены три оптических канала, выполненные в виде подводяще-отводящих волоконных световодов (ВС) 10, 11 и 12.

Наличие трех оптических каналов позволяет сформировать три потока оптического излучения, мощности которых модулируются разными по значению давлениями. Первый поток оптического излучения по ВС 11 подается на центральную часть каркаса 3, которая отполирована до зеркальной чистоты. Таким образом, мощность этого потока модулируется нулевым по значению избыточным давлением р00- Второй поток оптического излучения по ВС 9 подается на зеркальную поверхность мембраны 3. Его мощность модулируется избыточным давлением рх, значение которого неизвестно. Третий поток оптического излучения по ВС 10 подается на зеркальную поверхность мембраны 4. Поскольку при сборке датчика в полости между мембранами 4 и 5 устанавливается избыточное давление, равное по значению давлению {А/?0}, то мощность третьего потока оптического излучения модулируется давлением р равным по значению сумме значений давлений рх и Ар0.

ФП разработанного датчика давления с оптическим каналом, выполненным в виде подводяще-отводящего ВС, имеет линейный участок, который описывается следующим линейным уравнением связи между величинами:

фм = ФоР^с - К) - 5трх)1ёвм]/(к2гс)>

где Ф0 — поток оптического излучения, испускаемый из торца ПОВС в направлении отражающей поверхности мембраны; р — коэффициент отражения поверхности мембраны; и гс — апертурный угол и радиус сердцевины

ПОВС; начальное расстояние между центром отражающей поверхности мембраны и торцом ПОВС; £дп - коэффициент преобразования, зависящий от материала и геометрических параметров мембраны.

Рисунок 1 - Структурная схема оптико-электронной ИИС с ВОДД: 1 - информативно-избыточный волоконно-оптический датчик давления; 2 - волоконно-оптический кабель; 3 - световодный

разветвитель; 4 - световодный коммутатор; 5 - источник оптического излучения; 6 - приемник оптического излучения со встроенным усилителем напряжения; 7 - полупроводниковый датчик температуры (термодиод); 8,9- преобразователи «напряжение-код»; 10 - преобразователь «код-ток»; 11 - мультипроцессор; 12-жидкокристаллический дисплей; 13 - оперативное запоминающее устройство; 14 - перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство; - последовательный периферийный интерфейс; РР10, РР11 - параллельные периферийные интерфейсы; А — шина адреса; Б - шина данных; ЕВ1 - интерфейс внешней шины; /'/■ - программируемые флаги

1 3 6 7 9 12 13 15

Рисунок 2 - Конструкция информативно-избыточного ВОДД: 1,2- штуцеры; 3, 4, 5 - мембраны; 6 - каркас; 7 - прокладка; 8 - функциональный держатель; 9,10,11 -подводяще-отводящие волоконные световоды; 12-корпус;

13 - герметик; 14 - волоконно-оптический кабель; 15 - наконечник с технологическими отверстиями; 16-фиксатор;

17 - разъемный световодный соединитель типа «розетка»

Второй особенностью оптико-электронной ИИС является наличие двух измерительных каналов. Один из них используется для измерения давления, а другой - для измерения температуры среды, окружающей приемник оптического излучения 6. ФП первого и второго измерительных каналов можно привести к виду = 5н11п[5л/?;с + а0], Пт = ик - 1п(5„2 / 1Т), где 5Л = % = *1 + 5/Ф0(гс - с/0^&ш)/(к2гс15),

5н1 = кТх / д, 5н2 = /0, - абсолютная температура среды, в которой находится фотодиод; А: - постоянная Больцмана (Л = 1,38-10 Дж/К); с/ - заряд электрона (<7 = 1,60 • 10~19 Кл); 5/ и /5 - токовая чувствительность и темновой ток фотодиода; 1Т - ток через р-п-переход термодиода; /0 - ток насыщения при Тх -»со; (7К - контактная разность потенциалов на границе раздела областей с проводимостями п- и р-типа.

Оптико-электронная ИИС работает следующим образом (см. рис. 1). После включения питания программа работы ИИС загружается из ППЗУ 14 через мультипроцессор 11 в ОЗУ 13. В соответствии с данной программой все функциональные блоки ИИС устанавливаются в исходное положение. Входные регистры чисел ЖК-дисплея 12 и преобразователя «код-ток» 10 обнуляются.

В результате ЖК-дисплей 12 отображает нули. На выходе источника оптического излучения 5 формируется поток оптического излучения Ф0, который вводится в торцы трех ВС и таким образом разделяется на три равных по мощности потока Ф01, Ф02 и Ф03. Данные потоки по ВС через световодный разветвитель 3 и волоконно-оптический кабель 2 поступают на вход ВОДД 1. Модуляция потоков Фоь Ф02 и Ф03 давлениями /;00, рх и р^ осуществляется одновременно. На выходах ВС 11, 9 и 10 (рис. 2) формируются модулированные потоки оптического излучения Фм1, Фм2 и Фм3, соответственно:

фм1 =Фо1Р('Ь-^ЩОЫА)1{к2Гс), фм2 =Фогр[гс -Ц> "¿дорх)*ФнАУ(кгс)> фмЗ = ф03Р['"с - (¿0 - 5дп(Рх + кр0ШвЫА]1{кггс).

Полученные на выходе ВОДД 1 потоки оптического излучения ФмЬ Фм2 и Фм3 через световодный коммутатор 4, управляемый мультипроцессором 11, поочередно подаются на вход приемника оптического излучения 6. В результате на выходе последнего в соответствующие моменты времени появляются следующие напряжения С/\ = 5И| 1п[а0], 112 = 1п[5лрд. + и С/3=5н11п[5'л(/7;с + Д^0) + ао].

Напряжения Е/ь С/2 и 1/3 поочередно подаются на вход преобразователя «напряжение-код» 8 и с его помощью преобразуются в коды чисел Л^ = >

Иг =5,пнкС/2, Д?з = где 5П|1К - крутизна преобразования

преобразователя «напряжение-код» 8. По команде с мультипроцессора 11 коды чисел И}, N2 и ЛГ3 по шине данных поступают в ОЗУ 13 и запоминаются в нем.

По команде с мультипроцессора 11 во входной регистр числа преобразователя «код-ток» 10 подается код числа N¡\. В результате через -переход термодиода датчика температуры 7 потечет ток ). Значение этого тока выбирается на начальном участке вольт-амперной характеристики термодиода, что позволяет исключить дополнительный нагрев -перехода относительно температуры окружающей среды Тх. Падение напряжения на р-п-переходе термодиода определяется уравнением связи между величинами: [/4 =ик - Бн\\г\(5и2/1?]) ■ Данное напряжение с помощью преобразователя «напряжение-код» 9 преобразуется в код числа N4 = {^цпю1 {^4} ■ По команде с мультипроцессора 11 код числа N4 по шине данных передается в ОЗУ 13, где и запоминается.

По окончании последней операции во входной регистр числа преобразователя «код-ток» 10 по команде с мультипроцессора 11 подается код числа N¡2. В результате через р-п-переход термодиода датчика температуры 7 потечет ток /Г2. Его значение устанавливается в А:л1 раз большим значения тока 1Т], но также не вызывающим нагрев р-п-перехода. Тогда падение напряжения на р-п -переходе термодиода определяется следующим уравнением связи между величинами £/5 =£/к -^¡¡п^^//^). Данное напряжение с помощью

преобразователя «напряжение-код» 9 преобразуется в код числа Щ = {^цнк) {^5) • По команде с мультипроцессора 11 код числа /У5 по шине данных поступает в ОЗУ 13 и запоминается в нем.

Полученные результаты избыточных измерений А^, Л^, А'з, N4 и N5 обрабатываются в мультипроцессоре 11 в соответствии со следующим уравнением связи между числовыми значениями:

N¡-N3 щ-щ

--• (2)

-1

Полученный результат измерения давления отображается на ЖК-дисплее 12.

Анализ уравнения (2) показал, что обработка результатов промежуточных измерений указанным образом обеспечивает уменьшение основной и дополнительной составляющих систематической погрешности результата измерений. В частности, автоматической коррекции подвергаются погрешности: от нелинейности ФП измерительного канала; изменений геометрических параметров конструктивных элементов ВОДД; изменения физических параметров чувствительных элементов ВОДД; нестабильности ампер-ваттной и спектральной характеристик источника излучения; нестабильности ватт-вольтной и спектральной характеристик приемника излучения; изменения светопропускания волоконно-оптического кабеля при его случайных изгибах.

Проведен анализ неисключенной систематической погрешности результата измерений, полученного с помощью разработанной оптико-электронной ИИС, и даны рекомендации по ее уменьшению.

Установлено, что основными составляющими неисключенной систематической погрешности в общем случае являются: погрешность формирования КрФВ 8); динамическая погрешность, обусловленная возможным изменением измеряемого давления за время проведения измерений б2; погрешность обработки данных, обусловленная ограниченной разрядностью аналого-цифрового преобразователя 83.

Установлено, что для минимизации погрешности 81 необходимо, чтобы погрешности воспроизведения 8 р() и 5 д. прироста давления Ар0 и

коэффициента локальной линеаризации кп1 имели одинаковый знак (положительный или отрицательный). Если это условие выполняется, то при определенных значениях коэффициента кп1 данная погрешность может быть уменьшена до пренебрежимо малого значения. Это подтверждается полученными графиками зависимости погрешности 81 от кп] при разных значениях измеряемого давления рх (рис. 3).

Данные зависимости получены на основе следующих исходных

данных: Др0 =100 Па, = 2,6-Ю'4 Па"1, а0 =8,8, 8р0 = -0,1 %,8к =-0,01 %.

В точках пересечения кривых с осью абсцисс достигается полная коррекция погрешности б[.

5Х, %

0,50 —

р„=0ЛМПа

-0,50 —

-0,25 —

0,25 —

О

Рисунок 3 - График зависимости погрешности формирования КрФВ 8[ от значения коэффициента локальной линеаризации 4л1

Для подтверждения результатов теоретических исследований разработан макетный образец ИИС на основе трехканального ВОДД, предназначенной для измерения избыточного давления жидких и газообразных сред. Экспериментальные исследования макетного образца ИИС, проведенные в Государственном научно-исследовательском центре прикладной информатики (г. Киев, Украина), показали, что при выполнении рекомендаций по минимизации неисключенной систематической погрешности обеспечивается получение результата измерений с основной погрешностью не более 0,15 % (в диапазоне измерения давления (0,01... 1,0) МПа) и дополнительной погрешностью не более 0,1 % (при температуре окружающей среды от -50 до

1. Обоснована перспективность применения методов избыточных измерений для повышения точности измерения физических величин при нелинейной и нестабильной функции преобразования измерительного канала. Показано, что данные методы обеспечивают инвариантность результата измерений к разбросу характеристик датчиков и изменению значений параметров их чувствительных элементов под влиянием дестабилизирующих факторов.

2. Получены математические модели, которые описывают процесс избыточных измерений давления для случаев, когда измерительный канал

+85 °С).

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

оптико-электронной ИИС имеет квадратичную, кубическую, экспоненциальную и логарифмическую номинальную функцию преобразования. Данные математические модели задают количество и размеры корректирующих физических величин, устанавливают последовательность их восприятия и преобразования, а также устанавливают порядок обработки результатов промежуточных измерений, позволяющий определить действительные значения искомой физической величины и параметров функции преобразования измерительного канала.

3. Разработаны методы избыточных измерений давления, которые обеспечивают автоматическую коррекцию систематических и случайных составляющих погрешности результата измерения, обусловленных следующими причинами:

- нелинейностью ФП измерительного канала;

- изменением геометрических параметров конструктивных элементов ВОДД;

- изменением физических параметров чувствительных элементов ВОДЦ;

- нестабильностью ампер-ваттной и спектральной характеристик источника излучения;

- нестабильностью ватт-вольтной и спектральной характеристик приемника излучения;

- изменением светопропускания волоконно-оптического кабеля при его случайных изгибах.

4. Разработаны конструктивные решения волоконно-оптических датчиков давления, которые обеспечивают получение информационной избыточности за счет формирования потоков оптического излучения, несущих информацию не только об измеряемом давлении, но и о параметрах функции преобразования измерительного канала, и благодаря этому позволяют предупредить возможный метрологический отказ ИИС.

5. Разработаны технические решения оптико-электронных ИИС с улучшенными точностными характеристиками, которые обеспечивают линейную зависимость результата измерения от значения измеряемого давления.

6. Проведен анализ составляющих неисключенной систематической погрешности результата измерения давления и даны рекомендации для их уменьшения. Установлено, что наибольший вклад в неисключенную систематическую погрешность дает погрешность формирования корректирующих физических величин. Для ее минимизации необходимо, чтобы погрешности воспроизведения прироста давления Ар0 и коэффициента локальной линеаризации имели одинаковый знак.

7. На основе полученных обобщений и проведенных теоретических исследований разработан и изготовлен макетный образец информационно-измерительной системы на основе трехканального волоконно-оптического датчика давления, обеспечивающей измерение избыточного давления жидких и

газообразных сред в диапазоне 0,01... 1,0 МПа. Результаты экспериментальных исследований макетного образца ИИС показали, что при выполнении рекомендаций по минимизации неисключенной систематической погрешности обеспечивается получение результата измерений с основной погрешностью не более 0,15 % (в диапазоне измерения давления (0,01... 1,0) МПа) и дополнительной погрешностью не более 0,1 % (при температуре окружающей среды от -50 до +85 °С).

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК России

1. Редько, В. В. Математические модели избыточных измерений при квадратичной и кубической функциях преобразования измерительного канала / В. В. Редько // Датчики и системы. - 2009. - № 7. - С. 29-33.

2. Редько, В. В. Волоконно-оптические датчики давления с амплитудной модуляцией оптического сигнала: основные определения и классификация / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Датчики и системы. - 2009. - № 8. - С. 78-84.

Публикации в других изданиях

3. Редько, В. В. Цифровой измеритель давления с оптическим сенсором / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Вилпрювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. - 2004. - № 2. - С. 22-25.

4. Редько, В. В. Анализ методической погрешности цифрового измерителя давления с оптическим сенсором / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Втнрювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. - 2004. -№ 1. -С. 41-47.

5. Редько, В. В. Аппроксимация функции преобразования фотодиода для задач избыточных измерений физических величин / В. В. Редько,

B. Т. Кондратов, В. Б. Ситар, А. А. Зарницина // Вюник Кшвського национального техшчного университету технологий та дизайну. - 2004. - № 6. -

C. 29-36.

6. Редько, В. В. Цифровий ви\ирювач абсолютного тиску 3Í структурно-надлишковим волоконно-оптичним сенсором / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. - 2005. -№ 1. - С. 25-33.

7. Redko, V. V. Digital Atmospheric Pressure Meter with Fiber-Optic Sensor of Reflection Type / V. V. Redko, V. T. Kondratov // Оптико-електронш шформацшно-енергетичш технологи. - 2006. - № 1. - С. 232-236.

8. Редько, В. В. Информативно-избыточный волоконно-оптический сенсор давления: особенности создания и применения / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Оптико-електронш шформацшно-енергетичш технологи. -2007. -№ 1.-С. 190-199.

9. Редько, В. В. Оптико-электронный метод избыточных измерений давления: особенности реализации / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. - 2008. - № 2. - С. 34-38,

10. Redko V. V. Classification of Fiber-Optic Pressure Sensors with Amplitude Modulation of Optical Signal / V. V. Redko, V. T. Kondratov // Sensors & Transducers. - 2009. - Vol. 100. - № 1. - P. 146-169.

11. Редько, В. В. Цифровой измеритель давления с управляемым волоконно-оптическим сенсором / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Метрологическое обеспечение измерительных систем : сборник докладов

II Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 3-7 октября 2005 г.). - Пенза, 2005. - С. 213-230.

12. Редько, В. В. Информативно-избыточный сенсор давления на основе волоконно-оптического преобразователя / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Метрологическое обеспечение измерительных систем : сборник докладов

III Международной научно-технической конференции. - Пенза, 2006. -С. 184-199.

13. Redko, V. V. Digital Atmospheric Pressure Meter with Differential FiberOptic Sensor / V. V. Redko, V. T. Kondratov // Proceedings of 7th International Conference on Optical Technologies, Optical Sensors & Measuring Techniques, Nuremberg, Germany, 30 May - 1 June 2006. - P. 159-163.

14. Редько, В. В. Амплитудные волоконно-оптические датчики давления: основные определения и классификация / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Метрологическое обеспечение измерительных систем : сборник докладов

IV Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 2-5 октября 2007 г.) - Пенза, 2007. - С. 171-181.

15. Редько, В. В. Цифровой измеритель давления на базе информативно-избыточного волоконно-оптического датчика / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : труды Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 17-19 апреля 2007 г.). - Пенза, 2007. - С. 90-96.

16. Редько, В. В. Информативно-избыточный волоконно-оптический сенсор давления с тремя двунаправленными оптическими каналами / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Современные информационные и электронные технологии : труды VIII Международной научно-практической конференции (г. Одесса, 21-25 мая 2007 г.). - Одесса, 2007. - С. 331.

17. Redko, V. V. Fiber-Optic Pressure Sensor on Basis of Fiber-Optic Transducer with Binary Output at Optical Signal / V. V. Redko, V. T. Kondratov II Proceedings of 13th International SENSOR Conference, Nuremberg, Germany, May 22-24 2007. - Vol. II. - P. 283-288.

18. Редько, В. В. Системно-иерархический подход к классификации резектометрических волоконно-оптических датчиков давления / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Метрологическое обеспечение измерительных систем : сборник докладов V Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 6-9 октября 2008 г.). - Пенза, 2008. - С. 100-113.

19. Редько, В. В. Классификация амплитудных волоконно-оптических датчиков давления / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Прикладная оптика - 2008 : сборник докладов VIII Международной научно-технической конференции. Т. 1: Оптическое приборостроение (г. Санкт-Петербург, 20-24 октября 2008 г.). -СПб., 2008.-С. 271-277.

20. Редько, В. В. Классификация рефлексометрических волоконно-оптических датчиков давления / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Проблемы автоматизации и управления в технических системах : труды Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 22-24 апреля 2008 г.). - Пенза, 2008.-С. 130-138.

21. Редько, В. В. Резектометрические волоконно-оптические датчики давления: вопросы классификации / В. В. Редько, В. Т. Кондратов // Микроэлектроника и информатика - 2008 : тезисы докладов XV Международной научно-технической конференции студентов и аспирантов (г. Зеленоград, 23-25 апреля 2008 г.). - Зеленоград, 2008. - С. 163.

22. Редько, В. В. Оптико-электронный метод избыточных измерений давления с автоматической коррекцией погрешностей / В. В. Редько,

B. Т. Кондратов // Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации : труды Международной научно-технической конференции (г. Пенза, 22-24 октября 2008 г.). - Пенза, 2008. - С. 41-47.

23. Редько, В. В. Оптические схемы информационно-измерительных систем на основе лазерных акустооптических интерферометров / В. В. Редько,

C. Н. Базыкин, Н. А. Базыкина, А. Ю. Логинов // Надежность и качество : труды Международного симпозиума. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. - Т. 1. — С. 390-392.

24. Редько, В. В. Преобразователь сигналов для волоконно-оптических датчиков / В. В. Редько, Д. И. Серебряков, Ю. Н. Макаров, С. А. Бростилов // Надежность и качество : труды Международного симпозиума. - Пенза : Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2009. - Т. 1. - С. 453^156.

25. Пат. 78044 UA, МПК G01 L 11/00, G01 N 7/00. Цифровий вим1рювач тиску / Редько В. В., Кондратов В. Т.; опубл. 15.02.2007, Бюл. №2.-7 с.

26. Пат. 78380 UA, МПК G01 L 11/00. Структурно-надлишковий волоконно-оптичний сенсор тиску / Редько В. В., Кондратов В. Т. ; опубл.

15.03.2007, Бюл. №3.-5 с.

27. Пат. 82946 UA, МПК G01 L 11/00. 1нформативно-надлишковий волоконно-оптичний сенсор тиску / Редько В. В., Кондратов В. Т. ; опубл.

26.05.2008, Бюл. № 10.-11 с.

28. Пат. 74970 UA, МПК G01 L 11/00. Cnoci6 надлишкових вимфювань тиску та пристрш для його здшснення / Редько В. В., Кондратов В. Т. ; опубл. 15.02.2006, Бюл. №2.-7 с.

Научное издание

РЕДЬКО Виталий Владимирович

ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ С АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИЕЙ ПОГРЕШНОСТЕЙ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ

Подписано в печать 01.10.09. Формат 60х841/16. Усл. печ. л. 1,16. Заказ № 000145. Тираж 100.

Издательство ПТУ Пенза, Красная, 40, т.: 56-47-33

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ МЕТОДОВ АВТОМАТИЧЕСКОЙ КОРРЕКЦИИ ПОГРЕШНОСТЕЙ В ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ.

1.1 Анализ известных алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей результата измерений.

1.2 Классификация методов избыточных измерений.

1.3 Анализ известных технических решений волоконно-оптических датчиков давления для оптико-электронных информационноизмерительных систем.

Научно-техническая задача создания оптико-электронных информационно-измерительных систем (ИИС) на основе амплитудных волоконно-оптических датчиков давления (ВОДД) с улучшенными точностными характеристиками важна и актуальна. Актуальность этой задачи обусловлена широкими потребностями атомной энергетики и водного хозяйства, химической, металлургической и нефтеперерабатывающей промышленности в ИИС, пригодных для работы в условиях воздействия высоких температур, коррозийно-активных веществ, сильных электромагнитных полей и высокой радиации. Для работы в таких жестких внешних условиях наилучшим образом подходят ИИС, в основу принципа действия которых положены разные оптические эффекты и явления.

В настоящее время наибольшее распространение получили оптико-электронные ИИС на основе амплитудных ВОДД, что обусловлено простотой их конструктивного исполнения и низкой себестоимостью. Вопросам создания и применения амплитудных ВОДД и ИИС на их основе посвящены исследования многих отечественных и зарубежных учёных. Среди них В. И. Бусурин,

B. А. Гридчин, Е. А. Зак, Т. И. Мурашкина, Ю. Р. Носов, К. В. Татмышевский,

C. К. Asawa, J. Е. Fulenwider, J. Gonsalves, D. H. McMahon, S. K. Yao и др.

Недостатком ИИС на основе амплитудных ВОДД является то, что выходной сигнал их измерительного канала существенно зависит от температуры и механических вибраций. Для повышения точности измерений давления применяются в основном конструктивные, технологические и схемотехнические методы, возможности которых к настоящему времени практически исчерпаны. В результате большинство существующих оптико-электронных ИИС на основе амплитудных волоконно-оптических датчиков не обеспечивает получение результата измерений с основной погрешностью менее 0,5 % и дополнительной погрешностью менее 3,0 %.

В тоже время рядом российских и украинских учёных было разработано семейство методов повышения точности измерений, основанных на получении информационной избыточности - дополнительной информации не только об измеряемой физической величине, но и погрешностях, допускаемых при измерениях. Применение указанных методов позволяет синтезировать ИИ С высокой точности на базе нестабильных измерительных преобразователей. Данные методы получили название «алгоритмические методы автоматической коррекции погрешностей». Значительный вклад в разработку алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей внесли Т. М. Алиев, Э. М. Бромберг, Л. И. Волгин, Э. И. Гитис, М. А. Земельман, В. Т. Кондратов, К. Л. Куликовский, Н. И. Лимано-ва, С. М. Персии, Л. Р. Сейдель, Ю. А. Скрипник, А. А. Тер-Хачатуров, Ю. М. Туз, А. М. Шекиханов. Наиболее обширной группой алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей являются методы избыточных измерений (МИИ), возникшие в результате эволюции методов образцовых мер и тестовых методов. Однако до настоящего времени широкого распространения МИИ в оптико-электронных ИИС не получили.

В связи с этим актуальной является задача разработки оптико-электронных ИИС на основе ВОДД, реализующих методы избыточных измерений.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является совершенствование точностных характеристик оптико-электронных информационно-измерительных систем на основе амплитудных волоконно-оптических датчиков давления.

Для достижения цели поставлены и решены следующие задачи:

- проведение анализа существующих алгоритмических методов автоматической коррекции погрешностей;

- разработка математических моделей процесса избыточных измерений давления для случаев, когда измерительный канал оптико-электронной ИИС имеет квадратичную, кубическую, экспоненциальную и логарифмическую номинальную функцию преобразования;

- создание, на основе разработанных математических моделей, методов избыточных измерений давления, обеспечивающих автоматическую коррекцию систематических и случайной составляющих погрешности результата измерений;

- разработка конструктивных решений ВОДД, обеспечивающих получение информационной избыточности;

- разработка технических решений оптико-электронных ИИС на основе ВОДД, обеспечивающих реализацию предложенных МИИ;

- анализ составляющих неисключённой систематической погрешности результата измерений и выработка рекомендаций для её минимизации;

- проведение экспериментальных исследований изготовленного макетного образца ИИС на основе трёхканального ВОДД для подтверждения теоретических положений диссертации.

Методы исследования. При исследованиях использовались основные положения волоконной и геометрической оптики, аналитической геометрии и теории избыточных измерений, применялись методы численного анализа, имитационное и статистическое моделирование на ЭВМ.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1 Разработаны математические модели, которые описывают процесс автоматической коррекции погрешностей результатов измерений, полученных с помощью оптико-электронных ИИС на основе амплитудных ВОДД, устанавливают порядок проведения промежуточных измерений и задают способ обработки полученных результатов, который позволяет определить действительные значения искомой физической величины и параметров функции преобразования измерительного канала.

2 Разработаны методы избыточных измерений давления, решающие задачу автоматической коррекции систематических и случайной составляющих погрешности результата измерений, обусловленных воздействием внешних дестабилизирующих факторов на измерительный канал ИИС на основе амплитудных ВОДД.

3 Предложены технические решения оптико-электронных информационно-измерительных систем, обеспечивающие линейную зависимость результатов измерений от значений измеряемого давления;

4 Разработаны конструктивные решения ВОДД, которые обеспечивают получение информационной избыточности за счёт формирования потоков оптического излучения, несущих информацию не только об измеряемом давлении, но и о параметрах функции преобразования измерительного канала, и благодаря этому позволяют предупредить возможный метрологический отказ ИИС.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором в Пензенском государственном университете (ПГУ) на кафедре «Приборостроение» в НТЦ «На-нотехнологии волоконно-оптических систем», и способствует решению актуальной научно-технической задачи создания оптико-электронных ИИС на основе амплитудных ВОДД с улучшенными точностными характеристиками.

Результаты, полученные в ходе теоретических и экспериментальных исследований, позволяют перейти к промышленному производству и внедрению информационно-измерительных систем с автоматической коррекцией погрешностей на основе волоконно-оптических датчиков давления.

Практическая значимость исследований подтверждается тем, что работа проводилась в рамках: договора № 20 от 30 сентября 2008 г. между НТЦ «НАНОТЕХ» Пензенского государственного университета (г. Пенза, Россия) и ОАО ЭОКБ «Сигнал» им. А. И. Глухарёва (г. Энгельс-19, Саратовская область, Россия) и договора № 1 ОК 2008 НИЦПИ от 18 июня 2008 г. между Государственным научно-исследовательским центром прикладной информатики (г. Киев, Украина) и Международным научно-учебным центром информационных технологий и систем Национальной академии наук Украины и Министерства образования и науки Украины (г. Киев, Украина).

На защиту выносятся:

1 Математические модели, которые описывают процесс автоматической коррекции погрешностей результата измерений, полученного с помощью оптико-электронной ИИС на основе амплитудных ВОДД, устанавливают порядок проведения промежуточных измерений и задают способ обработки полученных результатов, позволяющий определить действительные значения искомой физической величины и параметров функции преобразования измерительного канала.

2 Методы избыточных измерений давления, которые решают задачу автоматической коррекции систематических и случайной погрешностей, обусловленных воздействием внешних дестабилизирующих факторов на измерительный канал ИИС на основе амплитудных ВОДД.

3 Технические решения оптико-электронных ИИС с улучшенными точностными характеристиками, которые обеспечивают линейную зависимость результата измерения от значения измеряемого давления.

4 Конструктивные решения ВОДД, которые обеспечивают получение информационной избыточности.

Реализация и внедрение результатов диссертации. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора использованы при разработке макетного образца оптико-электронной информационно-измерительной системы на основе трёхканального волоконно-оптического датчика давления (шифр «ИИС-ВО-Д»).

Материалы по проектированию оптико-электронной ИИС и конструированию трёхканального ВОДД использованы при проведении исследований в рамках НИОКР «Разработка программно-аппаратной платформы образного компьютера», выполняемых Государственным научно-исследовательским центром прикладной информатики и в проекте аналитической ведомственной целевой программы Российской Федерации «Развитие научного потенциала высшей школы (2009-2010 годы)», подраздел 2.1.2 «Проведение фундаментальных исследований в области технических наук» по теме «Разработка теории функционирования волоконно-оптических лазерных интерферометрических систем на основе методов идентификации динамических систем с распределёнными параметрами», выполняемой Пензенским государственным университетом.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Международной НТК «Метрологическое обеспечение измерительных систем» (г. Пенза, 2005, 2006, 2007, 2008 гг.), VII Международной НТК «Optical Technologies, Optical Sensors & Measuring Techniques» (г. Нюрнберг, 2006 г.), XIII Международной НТК «SENSOR Conference» (г. Нюрнберг, 2007 г.), VIII Международной НПК «Современные информационные и электронные технологии» (г. Одесса, 2007 г.), Международной НТК «Проблемы автоматизации и управления в технических системах» (г. Пенза, 2007 г., 2008 г.), XV Всероссийской межвузовской НТК студентов и аспирантов «Микроэлектроника и информатика» (г. Москва, 2008 г.), Международном оптическом конгрессе «Оптика XXI век» (г. Санкт-Петербург, 2008 г.), Международной НТК «Методы, средства и технологии получения и обработки измерительной информации» (г. Пенза, 2008 г.), Международном симпозиуме «Надёжность и качество» (г. Пенза, 2009 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 28 работ, в том числе 10 статей, две из которых опубликованы в издании, входящем в перечень ВАК РФ, 4 патента Украины, 14 докладов на конференциях.

Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, заключения, библиографического списка, пяти приложений. Основная часть изложена на 190 страницах машинописного текста, содержит 45 рисунков, одну таблицу. Список литературы содержит 126 наименований. Приложения к диссертации занимают 20 страниц.

Основные результаты и выводы

1 Разработаны технические решения оптико-электронных ИИС на основе одно-, двух- и трёхканальных ВОДД, обеспечивающие автоматическую коррекцию основной и дополнительной погрешностей результата измерений.

2 Разработана математическая модель функции влияния температуры окружающей среды и механических вибраций на выходной сигнал измерительного канала ИИС с логарифмической ФП при отсутствии автоматической коррекции погрешностей. Установлено, что влияние данных факторов наиболее сильно проявляется при измерении давления в диапазоне (0,01 . 0,1) МПа. В этом диапазоне значений давления дополнительная погрешность <5Д0П превышает 4 %. В диапазоне измерения давления (0,1 . 1,0) МПа погрешность <5Д0П изменяется в пределах (-3,3 7. 0,5) %.

3 Проведен анализ составляющих неисключённой систематической погрешности 8& результата измерения давления. Анализ показал, что: 1) первая составляющая <5[ погрешности может быть минимизирована за счёт выбора оптимального значения коэффициента £л1 (при условии, что погрешности воспроизведения прироста давления и коэффициента локальной линеаризации имеют одинаковый знак). Установлено, что теоретически погрешность 8Х может быть уменьшена до значения -0,01 %; 2) вторая составляющая 82 погрешности может быть уменьшена до значения -0,05 % за счёт применения акустооптического световодного коммутатора на объёмных элементах с временем срабатывания 1 мкс и преобразователя «напряжение-код» с временем преобразования 4 мкс; 3) третья составляющая 83 погрешности не превышает ±0,05 % при использовании 16-разрядного преобразователя.

4 Разработан макетный образец ИИС на основе трёхканального ВОДД, обеспечивающей измерение избыточного давления жидких и газообразных сред в диапазоне (0,01. 1,0) МПа. Результаты экспериментальных исследований макетного образца ИИС показали, что при выполнении рекомендаций по минимизации неисключённой систематической погрешности обеспечивается получение результата измерений с основной погрешностью не более 0,15 % (в диапазоне измерения давления (0,01 . 1,0) МПа) и дополнительной погрешностью не более ОД % (при температуре окружающей среды от -50 °С до +85 °С).

176

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится решение научно-технической задачи создания оптико-электронных информационно-измерительных систем на основе амплитудных волоконно-оптических датчиков давления с улучшенными точностными характеристиками.

Обоснована перспективность применения методов избыточных измерений для повышения точности измерения физических величин при нелинейной и нестабильной функции преобразования измерительного канала. Показано, что данные методы обеспечивают инвариантность результата измерений к разбросу характеристик датчиков и изменению значений параметров их чувствительных элементов под влиянием дестабилизирующих факторов.

Получены математические модели, которые описывают процесс избыточных измерений давления для случаев, когда измерительный канал оптико-электронной ИИС имеет квадратичную, кубическую, экспоненциальную и логарифмическую номинальную ФП. Данные математические модели задают количество и размеры корректирующих физических величин, устанавливают последовательность их восприятия и преобразования, а также устанавливают порядок обработки результатов промежуточных измерений, позволяющий определить действительные значения искомой физической величины и параметров ФП измерительного канала.

Разработаны методы избыточных измерений давления, которые обеспечивают автоматическую коррекцию систематических и случайной составляющих погрешности результата измерения, обусловленных следующими причинами: нелинейностью функции преобразования измерительного канала; изменением геометрических параметров конструктивных и чувствительных элементов ВОДД при изменении температуры окружающей среды; изменением физических параметров чувствительных элементов волоконно-оптического датчика; нестабильностью ампер-ваттной и спектральной характеристик источника излучения; нестабильностью ватт-вольтной и спектральной характеристик приёмника излучения; изменением светопропускания волоконно-оптического кабеля при его случайных изгибах.

Разработаны конструктивные решения информативно-избыточных волоконно-оптических датчиков давления, которые обеспечивают получение информационной избыточности за счёт формирования потоков оптического излучения, несущих информацию не только об измеряемом давлении, но и о параметрах функции преобразования измерительного канала.

Разработаны технические решения оптико-электронных ИИС с улучшенными точностными характеристиками, которые обеспечивают линейную зависимость результата измерения от значения измеряемого давления.

Проведен анализ составляющих неисключённой систематической погрешности результата измерения давления и даны рекомендации для их уменьшения. Анализ показал, что: 1) первая составляющая погрешности может быть минимизирована за счёт выбора оптимального значения коэффициента £л1 (при условии, что погрешности воспроизведения прироста давления и коэффициента локальной линеаризации имеют одинаковый знак). Установлено, что теоретически первая составляющая погрешности может быть уменьшена до значения -0,01 %; 2) вторая составляющая погрешности может быть уменьшена до значения -0,05 % за счёт применения акустооптического световод но го коммутатора на объёмных элементах с временем срабатывания 1 мкс и преобразователя «напряжение-код» с временем преобразования 4 мкс; 3) третья составляющая погрешности не превышает ±0,05 % при использовании 16-разрядного преобразователя.

На основе полученных обобщений и проведенных теоретических исследований разработан и изготовлен макетный образец информационно-измерительной системы на основе трёхканального волоконно-оптического датчика давления, обеспечивающей измерение избыточного давления жидких и газообразных сред в диапазоне (0,01. 1,0) МПа. Результаты экспериментальных исследований макетного образца ИИС показали, что при выполнении рекомендаций по минимизации неисключённой систематической погрешности обеспечивается получение результата измерений с основной погрешностью не более 0,15 % (в диапазоне измерения давления (0,01 . 1,0) МПа) и дополнительной погрешностью не более 0,1 % (при температуре окружающей среды от —50 °С до +85 °С).

ВОДД вопд

ВС жк

ИИС ик

ИОИ

КрФВ

МИИ

ОВС

ОЗУ

ОК

ОЭП

ПВС

ПОВС пои

ППЗУ ФВ ФП ЧЭ

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ волоконно-оптический датчик давления волоконно-оптический преобразователь давления волоконный световод жидкокристаллический информационно-измерительная система измерительный канал источник оптического излучения корректирующая физическая величина метод избыточных измерений отводящий волоконный световод оперативное запоминающее устройство оптический канал оптико-электронный преобразователь подводящий волоконный световод подводяще-отводящий волоконный световод приёмник оптического излучения перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство физическая величина функция преобразования чувствительный элемент

179

1. А.с. 1500889 SU, МПК G01 L 11/00. Датчик давления / В.А. Раков, В.Г. Тимошенко, Е.Ф. Волосожар; опубл. 15.08.1989. Бюл. № 30. 3 с.

2. А.с. 1571449 SU, МПК G01 L 11/00. Волоконно-оптический датчик давления / И.Г. Кирин; опубл. 15.06.1990. Бюл. № 22. 2 с.

3. А.с. 1571455 SU, МПК G 01 L 23/06. Волоконно-оптический датчик давления / Р.В. Бутелков, М.Я. Меш, Н.В. Абросимова и др.; Опубл. 15.06.1990. 3 с.

4. А.с. 1796937 SU, МПК G01 L 11/00. Волоконно-оптический датчик давления / Е.М. Белозубов, B.C. Полунин; опубл. 23.02.1993. Бюл. №7.-3 с.

5. А.с. 960561 SU, МПК G01 L 11/00. Оптический преобразователь давления / В.И. Пасынков, Е.П. Жемойтель; опубл. 23.09.82. Бюл. №35.-3 с.

6. Абидов М.А. Статические характеристики диодных структур. М.: Радио и связь, 1989. - 152 с.

7. Авдошин Е. С. Анализ динамики зеркального акустического датчика на световодах / Изв. вузов СССР. Приборостроение. 1991. № 4. - С. 81-89.

8. Аксененко М.Д. и др. Микроэлектронные фотоприёмные устройства / М.Д. Аксёненко, M.JI. Бараночников. М.: Энергоатомиздат, 1984. — 208 с.

9. Аксёненко М.Д. и др. Приёмники оптического излучения: Справочник / М.Д. Аксёненко, М.Л. Бараночников. -М.: Радио и связь, 1987. — 296 с.

10. Алиев Т.М. и др. Автоматическая коррекция погрешностей цифровых измерительных приборов / Т.М. Алиев, Л.Р. Сейдель. М.: Энергия, 1975. — 216 с.

11. Алиев Т.М. и др. Измерительная техника / Т.М. Алиев, А.А. Тер-Хачатуров. -М.: Высшая школа, 1991. 384 с.

12. Алиев Т.М. и др. Итерационные методы повышения точности измерений / Т.М. Алиев, А.А. Тер-Хачатуров, A.M. Шекиханов. — М.: Энергоатомиздат, 1986.-168 с.

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

14. Бромберг Э.М. и др. Тестовые методы повышения точности измерений / Э.М. Бромберг, K.JI. Куликовский. М.: Энергия, 1972. 176 с.

15. Буймистрюк Г.Я. Информационно-измерительная техника и технология на основе волоконно-оптических датчиков и систем: Учеб.-метод. пособие. СПб.: Изд-во «ИВА», 2004. - 192 с.

16. Бусурин В.И. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчёта и применения / В.И. Бусурин, Ю.Р. Носов. — М.: Энергоатомиз-дат, 1990.-256 с.

17. Вербовецкий А. А. Экспериментальное исследование характеристик волоконно-оптического датчика давления / А.А. Вербовецкий, Е.А. Зимоглядова, И.А. Шилов // Автометрия. 1993. Т. 29 -№ 1. - С. 73-78.

18. Волгин Л.И. Линейные электрические преобразователи для измерительных приборов и систем. М.: Советское радио, 1971. - 333 с.

19. Волоконная оптика в измерительной и вычислительной технике / А.Н. Ка-зангапов, A.JI. Патлах, Р. Вилып, Г. Швотцер. Алма-Ата: Наука, 1989. - С. 120-122.

20. Волоконная оптика и приборостроение / М.М. Бутусов, C.JI. Галкин, С.П. Оробинский, Б.П. Пал / Под общ. ред. М.М. Бутусова. — Л.: Машиностроение, 1987.-328 с.

21. Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу, X. Нисихара, К. Кюма, К. Хататэ; Под ред. Т. Окоси: Пер. с япон. — Л.: Энерго-атомиздат. Ленингр. отд-ние, 1990. 256 с.

22. Гитис Э.И. Преобразователи информации для электронных цифровых вычислительных устройств. М .: Энергия, 1975. - 447 с.

23. Гридчин В.А. Математическое моделирование мембранных чувствительных элементов амплитудных волоконно-оптических датчиков давления / В.А. Гридчин, А.Д. Бялик // Автометрия. 2005. Т. 41. - № 3. — С. 56-63.

24. Дубровный В.А. Элементы гидропневмоавтоматики: Учеб. пособие. — К.: КТИЛП, 1986.-88 с.

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

26. Земельман М.А. Автоматическая коррекция погрешностей измерительных устройств. М.: Изд-во стандартов, 1972. 200 с.

27. Иванов В.И и др. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник / В.И. Иванов, А.И. Аксёнов, A.M. Юшин. 3-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1988. -448 с.

28. Коломиец Л.Н. Дифференциальное преобразование сигналов в волоконно-оптических преобразователях давления отражательного типа / Л.Н. Коломиец, Е.А. Бадеева, Т.И. Мурашкина, А.Г. Пивкин // Датчики и системы. 2006. -№ 12.-С. 12-14.

29. Кондратов В.Т. Классификация методов избыточных измерений // Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. 2006. №2. -С. 7-17.

30. Кондратов В.Т. Новая стратегия измерений // Законодательная и прикладная метрология. 2008. — №3. С. 52-59.

31. Кондратов В. Т. Основы теории автоматической коррекции систематических погрешностей измерения физических величин при нестабильной и нелинейной функции преобразования датчика: Дис. . д-ра техн. наук. Киев, 2001. Т. 1.-501 с.

32. Кондратов В.Т. Основы теории автоматической коррекции систематических погрешностей измерения физических величин при нестабильной и нелинейной функции преобразования датчика: Дис. . д-ра техн. наук. Киев, 2001. Приложение, Т. 2.-791 с.

33. Кондратов В.Т. Теория избыточных измерений — теория мирового значения // Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. 2007.-№1,-С. 152-160.

34. Кондратов В.Т. Теория избыточных измерений // Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. 2005. — №1. — С. 7-24.

35. Кондратов В.Т. Теория избыточных измерений // Сб. докладов II Межд. науч.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерительных систем», Пенза, 3-7 октября 2005 г. С. 191-210.

36. Кондратов В. Т. Теория избыточных измерений и её структура // Научные труды Юбилейной X Межд. науч.-практ. конф. «Фундаментальные и прикладные пробемы приборостроения, информатики и экономики», Москва, 1-5 октября 2007 г. С. 143-150.

37. Кондратов В. Т. Тестовые методы автоматической коррекции погрешностей: определение, классификация, достоинства и недостатки // Вшшрювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. 1999. — №4. — С. 158-166.

38. Кондратов В.Т. Фундаментальная теория избыточных измерений: обобщённая структура и её особенности. Сообщение 1 // Вюник Хмельницького национального ушверситету. 2009. -№2. С. 181-196.

39. Конюхов Н.Е. и др. Оптоэлектронные контрольно-измерительные устройства. — М.: Энергоатомиздат, 1985. —

40. Кривулин Н.П. Распределение светового потока в волоконно-оптических преобразователях с отражающим управляющим элементом / Н.П. Кривулин,

41. JI.H. Коломиец, Т.Ю. Крупкина, Т.И. Мурашкина // Датчики и системы. 2007. -№6.-С. 14-16.

42. Кулъчин Ю.Н. Распределённые волоконно-оптические измерительные системы. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2001. - С. 8.

43. Лгшанова Н.И. Инвариантные к дестабилизирующим факторам датчики и их моделирование средствами информационных технологий. М.: Науч-техлитиздат, 2005. - 142 с.

44. Лгшанова НИ. Инвариантный к воздействию дестабилизирующих факторов волоконно-оптический датчик // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2000. № 5. — С. 55-57.

45. Лгшанова Н.И. Проектирование датчиков со структурной избыточностью на основе новых информационных технологий // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2003. № 2. - С. 39-42.

46. Лгшанова Н.И. Тестовый метод повышения точности измерений датчиков с нелинейными дробно-рациональными функциями преобразования // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2000. — № 10. — С. 28-31.

47. Мещеряков В.А. Волоконно-оптические датчики давления отражательного типа для летательных аппаратов / В.А. Мещеряков, Т.И. Мурашкина, Е.А. Мурашкина // Датчики и системы. 2001. № 9. - С. 14 -18.

48. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов: Учеб. пособие для приборостроительных вузов. 2-е изд., перераб. и доп. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1983. — 696 с.

49. Мурашкина Т.И. и др. Амплитудные волоконно-оптические датчики автономных систем управления: Монография / Мурашкина Т.И., Волчихин В.И. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. 188 с.

50. Оптоэлектронные преобразователи на основе управляемых световод-ных структур / В.И. Бусурин, В.Ф. Лярский, В.И. Садовников, Н.П. Удалов. -М.: Радио и связь, 1984. С. 13-15.

51. Основы материаловедения: Учебник для вузов / И.И. Сидорин, Г.Ф. Косолапов, В.И. Макарова и др.; Под ред. И.И. Сидорина. М.: Машиностроение, 1976.-436 с.

52. Пат. 1026493 А2 ЕР, МПК G01 L 11/02. Fiber optic high temperature pressure sensor / Hsu, Tsung-Yuan; опубл. 09.08.2000. 17 с.

53. Пат. 1460400 А1 ЕР, МПК G01 L 9/00. Konfokaler faseroptischer Brennraumdrucksensor / Qiu, Qiang; опубл. 22.09.2004. 11 с.

54. Пат. 2006/0072887 А1 US, МПК G02 В 6/00. Intensity modulated fiber optic static pressure sensor system /N. Lagakos, J.A. Bucaro; опубл. 06.04.2006. 22 с.

55. Пат. 2186073 A GB, МПК G01 L 1/24. Fiber optic pressure sensor / R.E. Jaeger, M. Aslam; опубл. 05.08.1987. 7 с.

56. Пат. 2450080 DT, МПК G01 L 11/00. Verfahren und Einrichtung zur Druckmessung / H. Opper; опубл. 29.04.1976. 12 с.

57. Пат. 4071753 US, МПК G02 В 5/14. Transducer for converting acoustic energy directly into optical energy / J. E. Fulenwider, J. Gonsalves; опубл. 31.01.1978. — 7 с.

58. Пат. 4286468 US, МПК G01 N 29/04. Frustrated total internal reflection fiber-optic small-motion sensor for hydrophone use / D. E. Altman; опубл. 01.09.1981.-5 с.

59. Пат. 4293188 US, МПК G02 В 5/172. Fiber optic small displacement sensor/D.H. McMahon; опубл. 06.10.1981.-20 с.

60. Пат. 4360247 US, МПК G01 L 9/00. Evanescent fiber optic pressure sensor apparatus / J.D. Beasley; опубл. 23.11.1982. 5 с.

61. Пат. 4421384 US, МПК G02 В 5/14. Fiber optic transducer / D.H. McMahon; опубл. 20.12.1983. 8 с.

62. Пат. 4459477 US, МПК G01 L 1/24. Microbending of optical fibers for remote force measurement / C.K. Asawa, J.W. Austin, M.K. Barnoski, S.D. Per-sonick, S.K. Yao; опубл. 10.07.1984. 16 с.

63. Пат. 4599711 US, МПК Н04 R 23/00. Multi-lever miniature fiber optic transducer / F.W. Cuomo; опубл. 08.07.1986. 8 с.

64. Пат. 4611600 US, МПК A61 В 5/02. Optical fiber pressure transducer / D.M. Cohen; опубл. 16.09.1986. 7 с.

65. Пат. 4799751 US, МПК G02 В 6/26. Detection device using fiber optic techniques / V.J. Tekippe; опубл. 24.01.1989. 8 с.

66. Пат. 4918305 US, МПК H01 J 5/16. Fiber optic pressure sensor using pressure sensitive fiber different from input and output fibers / M.T. Wlodarczyk, M.K. Krage, D.J. Vickers; опубл. 17.04.1990. 6 с.

67. Пат. 4991590 US, МПК A61 В 5/0215. Fiber optic intravascular blood pressure transducer / W. Shi; опубл. 12.02.1991. 12 с.

68. Пат. 5005584 US, МПК A61 В 5/00. Fiber optic pressure transducer / R. L. Little; опубл. 09.04.1991. 7 с.

69. Пат. 74970 UA, МПК G01 L 11/00. Cnoci6 надлишкових виьпрювань тиску та пристрш для його здшснення / В.В. Редько, В.Т. Кондратов; опубл. 15.02.2006. Бюл. №2.-7 с.

70. Пат. 78044 UA, МПК G01 L 11/00, G01 N 7/00. Цифровий вишрювач тиску /В.В. Редько, В.Т. Кондратов; опубл. 15.02.2007. Бюл. №2.-7 с.

71. Пат. 78380 UA, МПК G01 L 11/00. Структурно-надлишковий волокон-но-оптичний сенсор тиску / В.В. Редько, В.Т. Кондратов; опубл. 15.03.2007. Бюл. № 3. 5 с.

72. Пат. 82946 UA, МПК G01 L 11/00. 1нформативно-надлишковий воло-конно-оптичний сенсор тиску / В.В. Редько, В.Т. Кондратов; опубл. 26.05.2008. Бюл. № 10.-11 с.

73. Персии С.М. Способы повышения точности кодирующих устройств посредством автоматического исключения ошибки кодирования // Труды Главной геофизической обсерватории имени Воейкова. Вып. 112, 1963. С. 14-32.

74. Пивкин А.Г. Функция преобразования дифференциального волоконно-оптического преобразователя с отражательным аттенюатором // Датчики и системы. 2006. № 6. - С. 12-14.

75. Проектирование датчиков для измерения механических величин / Е.П. Осадчий, А.И. Тихонов, В.И. Карпов и др.; Под ред. Е.П. Осадчего. — М.: Машиностроение, 1979. — 480 с.

76. Редъко В.В. Анализ методической погрешности цифрового измерителя давления с оптическим сенсором /В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. 2004. — № 1. — С. 41-47.

77. Редъко В.В. Волоконно-оптические датчики давления с амплитудной модуляцией оптического сигнала: основные определения и классификация / В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Датчики и системы. 2009. № 8. - С. 78-84.

78. Редъко В.В. Информативно-избыточный волоконно-оптический сенсор давления: особенности создания и применения /В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Оптико-електронш шформацшно-енергетичш технологи. 2007. — № 1. С. 190-199.

79. Редъко В.В. Информативно-избыточный сенсор давления на основе волоконно-оптического преобразователя / В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Сб. докл. III Межд. науч.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерительных систем». Пенза, 2006. - С. 184-199.

80. Редъко В.В. Классификация рефлексометрических волоконно-оптических датчиков давления/ В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Тр. Межд. науч.-техн. конф. «Проблемы автоматизации и управления в технических системах», Пенза, 22-24 апреля 2008 г. С. 130-138.

81. Редъко В.В. Математические модели избыточных измерений при квадратичной и кубической функциях преобразования измерительного канала / Редько В.В. // Датчики и системы. 2009. № 7. - С. 29-33.

82. Редъко В.В. Оптико-электронный метод избыточных измерений давления: особенности реализации / В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Технология и конструирование в электронной аппаратуре. 2008. — № 2. С. 34-38.

83. Редъко В.В. Преобразователь сигналов для волоконно-оптических датчиков // В.В. Редько, Д.И. Серебряков, Ю.Н. Макаров, С.А. Бростилов. / Надежность и качество: Тр. Междунар. симп. г. Пенза, 2009. Изд-во Пенз. гос. унта. Т. 1.С. 4503-456.

84. Редъко В.В. Системно-иерархический подход к классификации резек-тометрических волоконно-оптических датчиков давления / В.В. Редько, В.Т.

85. Кондратов // Сб. докладов V Межд. науч.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерительных систем», Пенза, 6-9 октября 2008 г. С. 100-113.

86. Редъко В.В. Цифровий вим1рювач абсолютного тиску 3i структурно-надлишковим волоконно-оптичним сенсором / В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. 2005. № 1. — С. 25-33.

87. Редъко В.В. Цифровой измеритель давления с оптическим сенсором / В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Вим1рювальна та обчислювальна техшка в технолопчних процесах. 2004. — № 2. С. 22-25.

88. Редько В.В. Цифровой измеритель давления с управляемым волоконно-оптическим сенсором / В.В. Редько, В.Т. Кондратов // Сб. докладов II Межд. науч.-техн. конф. «Метрологическое обеспечение измерительных систем», Пенза, 3-7 октября 2005 г. С. 213-230.

89. РМГ 64-2002. Обеспечение эффективности измерений при управлении технологическими процессами. М.: ИПК Изд-во стандартов, 2004. - 35 с.

90. Справочник по волоконно-оптическим линиям связи / JI.M. Андруш-ко, В.А. Вознесенский, В.Б. Катюк и др.; Под ред. С.В. Свечникова и JI.M. Анд-рушко. К.: Тэхника, 1988. - С. 209-211.

91. Таланчук П.М. та ш. Засоби вим1рювання в автоматичних шформа-цшних та керуючих системах: Пщруч. для студент!в / П.М. Таланчук, Ю.О. Скрипник, В.О. Дубровний. — К.: Райдуга, 1994. 672 с.

92. Татмышевский КВ. Классификация и особенности применения механо-люминесцентных датчиков давления // Датчики и системы. 2004. №12. - С. 30-33.

93. Татмышевский К.В. Механолюминесцентные сенсорные элементы. -Владимир.: Редакционно-издательский комплекс Владимирского гос. ун-та, 2004.- 136 с.

94. Теоретические основы проектирования амплитудных волоконно-оптических датчиков давления с открытым оптическим каналом: Монография / Е.А. Бадеева, А.В. Гориш, А.Н. Котов, Т.И. Мурашкина, А.Г. Пивкин. М.: МГУЛ, 2004. - 246 с.

95. Туз Ю.М. Структурные методы повышения точности измерительных устройств. К.: Высшая школа, 1976. - 255 с.

96. Эрни К. Программирование на языке ассемблера для микроконтроллеров семейства i8050. М.: Горячая линия-Телеком, 2004. - 192 с.

97. Assessment of fiber optic pressure sensors: NCR Report NUREG/CR-6312 // H.M. Hashemian, C.L. Black, J.P. Farmer. April 1995.-133 p.

98. ASTM F 2070-00. Standard specification for transducers, pressure and differential, pressure, electrical and fiber-optic: 2006. 31 p.

99. Carome E.F. Multimode coupled waveguide acoustic sensors / E.F. Carome, K.P. Koo // Optics letters. 1980. Vol. 5. - № 8. - P. 359-361.

100. Cielo P. Fiber optic ultrasound sensing for the evaluation of materials / P. Cielo, J. Lappierre // Applied Optics. 1982. Vol. 21. - № 4. - P. 572-575.

101. Grattan K.T. V. Fiber optic sensor technology: an overview / K.T.V. Grat-tan, T. Sun // Sensors and Actuators A. 2000. Vol. 82. - P. 40-61.

102. Henderson P.J. Pressure sensing using a chromatically addressed diaphragm / P.J. Henderson, J. Spencer, G.R. Jones // Measurement Science and Technology. 1993. -Vol. 4 № 1. - P. 88-94.

103. IEC 61757-1. Fibre optic sensors Part 1: Generic specification: 1998. — 55 p.

104. Jeong Y. Macrobend sensor via the use of hollow-core splice fiber: theory and experiments / Y. Jeong, S. Baek, B. Lee // Optical Engineering. 2002. Vol. 41. -№8. P. 1815-1820.

105. Medlock R.S. Fibre optic intensity modulated sensors // Proceedings of the NATO Advanced Study Institute on Optical Fiber Sensors, Erice, 1987, P.l 31-142.

106. Ning Y.N. A systematic classification and identification of optical fibre sensors / Y.N. Ning, K.T.V. Grattan, W.M. Wang, A.W. Palmer // Sensors and Actuators A. 1991. -№ 29. P. 21-36.

107. Phillips R.L. Proposed fiber optic acoustical probe // Optics letters. 1980. -Vol. 5. -№ 7. -P. 318-320.

108. Rahnavardy K. Investigation and application of the frustrated-total-internal-reflection phenomenon in optical fibers / K. Rahnavardy, V. Arya, A. Wang, J. M. Weiss//Applied Optics. 1997. Vol. 36. - № 10.-P. 2183-2187.

109. Redko V.V. Classification of Fiber-Optic Pressure Sensors with Amplitude Modulation of Optical Signal. / V.V. Redko, V.T. Kondratov // Sensors & Transducers. 2009.-Vol. 100.-№ l.-P. 146-169.

110. Redko V.V. Digital Atmospheric Pressure Meter with Fiber-Optic Sensor of Reflection Type / V.V. Redko, V.T. Kondratov // Оптико-електронш шформа-цшно-енергетичш технологи. 2006. -№ 1. — С. 232-236.

111. Sheem S. K. Acoustic sensitivity of single-mode optical power dividers / S.K. Sheem, J.H. Cole // Optics letters. 1979. Vol. 4. - № 10. - P. 322-324.

112. Yao S.K. Fiber Optical Intensity Sensors / S.K. Yao, C.K. Asawa // IEEE Journal on Selected Areas in Communications. 1983. Vol. SAC-1. —№ 3. —P. 562-575.