автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Методы расширения диапазона измерений информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков

На правах рукописи

005001088 ___

ГУБЛИН Александр Сергеевич

МЕТОДЫ РАСШИРЕНИЯ ДИАПАЗОНА ИЗМЕРЕНИЙ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

Специальность 05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы» (промышленность)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 7 НОЯ 2011

Тула 2011

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Тульский государственный университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, доцент

Макарецкий Евгений Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Осадчий Владимир Иванович

кандидат технических наук Селькин Владислав Владимирович

Ведущая организация: ОАО «HlIII «Связь» Тульская обл., Щекинский

р-н, дер. Ясная Поляна.

Защита диссертации состоится декабря 2011г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д 212.271.07 при Тульском государственном университете по адресу: 300012, г. Тула, пр. Ленина 92 (9 - 101).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тульского государственного университета.

Ваш отзыв на автореферат в одном экземпляре, заверенный печатью, просим направлять на имя учёного секретаря совета.

Автореферат разослан ноября 2011г.

Учёный секретарь диссертационного совета С^^Г^ _ Ф.А.Данилкин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Астуальность темы: Измерительные системы являются неотъемлемой частью современной науки и техники. На сегодняшний день, в связи с комплексным усложнением существующих и разработкой качественно новых технологических процессов в промышленности, ужесточаются требования, предъявляемые к эксплуатационно-техническим характеристикам датчиков и информационно-измерительных систем (ИИС). Одним из наиболее перспективных и эффективных способов решения вопроса удовлетворения возрастающих требований является переход от классических электронных измерительных технологий к волоконно-оптическим датчикам и ИИС на их основе.

В настоящее время волоконно-оптическая измерительная техника является одной из наиболее динамично развивающихся областей оптоэлектроники. За несколько последних десятилетий произошел стремительный переход от простейших конструкций волоконно-оптических датчиков температуры и давления к созданию широкой номенклатуры измерительных систем, которые используются в различных областях науки и техники. Использование волоконных датчиков позволяет реализовать ряд преимуществ измерительных систем: пожаро-взрывобезопасность, высокая помехозащищенность и электромагнитная совместимость, химическая инертность, термостойкость, гальваническая развязка компонентов ИИС, дистанционность измерений, малый вес и объем, возможность мультиплексирования датчиков, длительный срок эксплуатации, потенциально низкая стоимость. Современные волоконно-оптические ИИС характеризуются тенденцией к усложнению конфигурации и созданию на их основе распределенных измерительных сетей, особенностью которых является возможность реконструирования пространственного распределения параметров исследуемого физического поля.

На сегодняшний день вопрос достижения потенциально возможных метрологических характеристик волоконно-оптических ИИС не является полностью решенным. Его решение требует, во-первых, разработку математических моделей, описывающих волоконно-оптические датчики и ИИС на их основе, которые должны учитывать влияние внешних факторов, во-вторых, разработку качественно новых алгоритмов функционирования ИИС и методов повышения метрологических характеристик, в-третьих, совершенствование компонентной базы, конструкций датчиков и алгоритмов обработки измерительной информации.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования РФ в рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, научно-исследовательские работы по лоту «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области оптики, лазерной физики и лазерных технологий» шифр «2010-1.1-122-012» по теме: «Исследование оптико-электронных методов пространственно-угловых измерений и создание на их основе широкого класса измерительных приборов повышенной точности» (шифр заявки «20101.1-122-012-016»).

Объектом исследования диссертации являются волоконно-оптические датчики и информационно-измерительные системы на их основе.

Предметом исследования диссертации являются математические модели, принципы построения, обработки информации и моделирования ИИС, позволяющие расширить диапазон измерения ИИС.

Цель работы: разработка методов расширения диапазона измерений информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков путем создания математических моделей волоконно-оптических датчиков и алгоритмов работы информационно-измерительных систем на их основе.

Задачи исследований: для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

• разработать математические модели, описывающие процессы функционирования волоконно-оптических датчиков и их характеристики, учитывающие влияние различных факторов;

• разработать методы расширения диапазона измерения информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков;

• провести анализ влияния параметров волоконно-оптических информационно-измерительных систем на погрешность измерений;

• разработать алгоритмы моделирования волоконно-оптических информационно-измерительных систем.

На защиту выносятся:

1. Математические модели процессов в волоконно-оптических датчиках.

2. Методы расширения диапазона измерений волоконно-оптических ИИС на основе датчика Фабри-Перо.

3. Алгоритмы моделирования процессов ИИС на основе волоконно-оптических датчиков.

Методы исследования: В работе использовались методы интегрального и дифференциального исчисления, теории дифракции, резонансной угловой фильтрации, упругости, численные методы, методы имитационного моделирования, методы физической и геометрической оптики.

Научная новизна: состоит в разработке методов расширения диапазона измерения и моделей волоконно-оптических ИИС, включающих в себя:

• математические модели процессов в волоконно-оптических датчиках Фабри-Перо, отличающиеся малой погрешностью за счет учета комплекса конструктивных и эксплуатационных параметров;

• метод расширения диапазона измерений волоконно-оптических ИИС на основе датчика Фабри-Перо, позволяющий расширить диапазон измерения физической величины в 100 раз, обладающий повышенной устойчивостью к воздействию внешних дестабилизирующих факторов;

• алгоритмы компьютерного имитационного моделирования, позволяющие осуществлять проектирование волоконно-оптических ИИС. Практическая ценность работы заключается в следующем:

• предложен принцип действия и алгоритм работы волоконно-оптических ИИС на основе датчика Фабри-Перо, позволивший расширить диапазон измерений.

• разработаны рекомендации по проектированию информационно-измерительных систем на основе датчика Фабри-Перо, включающие рекомендации по выбору основных параметров датчика, характеристик ИИС и алгоритмов обработки измерительной информации.

• разработан программный комплекс имитационного учебно-технического моделирования волоконно-оптических ИИС.

Публикация и апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: Магистерская научно-техническая конференция ТулГУ (г. Тула 2008, 2009, 2011 гг.); Всероссийская научно-техническая интернет конференция «Проблемы наземной радиолокации» (г. Тула 2009 г.); IX Международная конференция «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информацию) (г. Курск 2010 г.); XXXVII конференция «Гагаринские чтения» (г. Москва 2011 г.); XIII Международная конференция РНТОРЭС им. А.С. Попова «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (г. Москва 2011 г.).

Основное содержание работы отражено в 17 публикациях, включающих 7 статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 7 тезисов докладов на международных и российских НТК, 1 монографию, 1 свидетельство о регистрации программы для ЭВМ, 1 положительное решение на заявку о регистрации изобретения.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка использованной литературы, изложенных на 145 страницах основного текста, содержащих: 103 формулы, 71 рисунок, 8 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обосновывается актуальность решаемой в диссертации научной задачи, изложена структура диссертации и кратко раскрыто содержание ее разделов.

В первой главе в результате исследования волоконно-оптических датчиков и информационно-измерительных систем на их основе, а также применяемых методов извлечения первичной информации установлены причины, порождающие рассматриваемый вопрос, и сформулированы задачи, решение которых необходимо для достижения поставленной цели исследования.

Отмечается, что важным достоинством современных волоконно-оптических датчиков является привнесение в информационно-измерительные системы новых качеств, таких, как: малые размеры, устойчивость к неконтролируемым и агрессивным воздействиям окружающей среды и электромагнитным помехам, высокая чувствительность и дистанционность измерений, а также возможность мультиплексирования отдельных датчиков.

Количество публикаций, научных работ и технологических разработок в области волоконно-оптических датчиков и ИИС на их основе неуклонно растет,

что, в свою очередь, приводит к быстрой смене взглядов на принципы построения волоконно-оптических ИИС. Проектирование волоконно-оптических ИИС требует использования соответствующих программных комплексов. Однако существующие программные продукты обладают рядом недостатков, основным из которых является отсутствие комплексного подхода к моделированию волоконно-оптических датчиков и ИИС на их основе, что сдерживает качественный рост уровня проектирования ИИС.

Вопрос повышения качественных показателей волоконно-оптических ИИС требует решения ряда задач:

• разработка математических моделей, описывающих процессы функционирования волоконно-оптических датчиков и их характеристики, учитывающих влияние различных факторов;

• разработка методов расширения диапазона измерения информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков;

• анализ влияния параметров волоконно-оптических информационно-измерительных систем на погрешность измерений;

• разработка алгоритмов моделирования волоконно-оптических информационно-измерительных систем.

На основе вышеизложенного сформулированы цель и задачи исследования. Во второй главе приведены результаты разработки математических моделей волоконно-оптических датчиков перемещения, напряженности (напряжения) электрического поля, позволяющих учитывать параметры интерферометра, влияние температурного дрейфа, дифракционные потери, объемное сжатие волокна, потери на изгибе, разьюстировку отражателей.

Показано, что волоконно-оптический датчик на основе интерферометра Фабри-Перо является одним из наиболее распространенных конструктивных элементов в волоконно-оптических ИИС. К основным преимуществам датчиков данного типа относятся конструктивная простота и высокая чувствительность, обеспечиваемая многопроходностью световой волны.

Отмечено, что выходным информационным параметром датчика является интенсивность выходного оптического излучения, модуляция которого достигается путем воздействия физической величины на входной информационный параметр датчика которым может являться: показатель преломления среды датчика по, расстояние между отражателями 1\ коэффициент поглощения/отражения зеркал датчика Я], Я2 . Структура датчика пространственного положения (смещения) и напряженности (напряжения) электрического поля показана на рис. 1.

Рис. 1. Структурная схема датчика Фабри-Перо, осуществляющего измерение: а - перемещения (длины, Ц; б - напряженности электрического поля (Е)

а)

б)

На основе теории резонансной угловой фильтрации установлена обобщенная зависимость интенсивности выходного оптического излучения от основных параметров датчика отражательного типа:

(1)

датчика проходящего типа:

Рйом-Ро

(2)

где Яд- интенсивность входного оптического излучения; К];, модули коэффициентов отражения от соответствующих промежуточных структур; ги-суммарный фазовый набег в ¡-том слое; гп, гш- фазы коэффициентов отражения от соответствующих промежуточных структур; Д,-, Дт- коэффициенты прохождения структур; - толщина ¡-того слоя структуры.

Получена функция чувствительности первичного преобразователя Фабри-Перо к изменению ширины зазора, работающего на отраженном излучении:

/471/1^2

ехр

/4 ш

(3)

1- Л)/?2 ехр

/47«

где Я\, модули коэффициентов отражения первого и второго отражателей соответственно; / - длина датчика.

Определено, что максимальное значение и наибольший перепад чувствительности датчика Фабри-Перо характерно для устройств, использующих в своем составе зеркала с большим значением коэффициента отражения, при этом им соответствует минимальный диапазон измерения физического параметра.

Произведен анализ влияния изменения температуры на резонансные характеристики датчика, при этом учитывалось влияние температуры на изменение показателя преломления и геометрические размеры интерферометра. Ис-

Г(/,7>

Я\ - ехр \г+р)

X

1 - Л]/?2 ехр X

(4)

Результаты математического моделирования учета влияния нестабильности температуры окружающей среды представлены на рис. 2.

Рис. 2. Зависимость изменения модуля коэффициента отражения от: а) ширины зазора датчика при ДТ = 10[Л"]; б) температурного дрейфа (Я = 0.3 -1;

Я = 0.5 -2; Я = 0.9 -3)

Установлено, что влияние температурной нестабильности окружающей среды более критично для датчика с большей шириной зазора. Также определено, что при прочих равных условиях датчик с малыми значениями коэффициента отражения зеркал более чувствителен к изменению температуры.

Учет влияния дифракционных потерь, способных вносить значительные погрешности измерения, в датчике Фабри-Перо "встроенного" типа был выполнен с использованием скалярной теории дифракции Кирхгофа. Пространственное распределение интенсивности оптического излучения на отражательной поверхности датчика определялось с использованием интеграла Френеля-Кирхгофа:

где к- волновое число; С/оС^СЬ^о) — комплексная амплитуда волны в первой плоскости.

Выполнены расчеты для «встроенного» датчика Фабри-Перо, состоящего из торца оптического волокна с радиусом сердцевины 5 мкм, оболочки - 60 мкм, относительная разница показателей преломления между оболочкой и сердцевиной волокна 0,7% и 0,07%, радиус второго отражателя 60 мкм, длина волны излучения 1,3 мкм, результаты приведены на рис. 3.

Рис.3. Зависимость дифракционных потерь от значения числа Френеля для «встроенного» датчика Фабри-Перо с относительной разницей показателей преломления: 0,7% -1; 0,07% - 2

Установлено, что рост дифракционных потерь имеет место при увеличении ширины зазора первичного преобразователя, увеличении рабочей длины оптического излучения, а также при уменьшении размеров отражателей датчика. При прочих равных условиях наибольшими дифракционными потерями обладают датчики Фабри-Перо с меньшим размером модового пятна (большей относительной разницей показателей преломления сердцевины и оболочки). Достоверность полученных результатов подтверждается результатами электродинамического моделирования в программном комплексе

Разработаны математические модели учета пространственной разъюсти-ровки отражателей датчика Фабри-Перо. В результате пространственной разь-юстировки результирующее значение коэффициента отражения датчика с круглыми отражателями размером 2г определятся соотношением:

г£(/>

■М

/?! - К2 ехр

хЧ-Я^ехр

;'4лк„

(/ + Ш(а)х)

гАлп0

(I + Ш(а)х)

(6)

где х- поперечная координата, направленная вдоль отражателя; а - угол разъюстировки отражателей.

На рис.4 представлены рассчитанные зависимости влияния пространственной разъюстировки отражателей на интенсивность выходного излучения

датчика при угле разъюстировки <р = 3-Ю 4 \рад\.

их

(HtOOSilX (Н + 0.125) X (К+О.ЩгХ L[uku]

Рис.4. Зависимость относительной интенсивности выходного излучения от длины датчика: без учета разъюстировки - 1; круглые отражатели с учетом разъю-стировки - 2; прямоугольные отражатели с учетом разъюстировки - 3

Установлено, что пространственная разъюстировка отражателей датчика, во-первых, оказывает наибольшее влияние на интенсивность выходного оптического излучения датчика в непосредственной близости от резонанса, во-вторых, более критична для датчика с прямоугольными зеркалами в сравнении с датчиком, использующим круглые отражатели.

Произведено исследование эффекта сжатия оптического волокна, позволившее оценить чувствительность датчика к изменению внешнего давления. Установлено, влияние сжатия оптического волокна на относительное изменение фазы оптического излучения, которое определяется соотношением:

где ег - относительная деформация вдоль оси волокна; - изменение

плотности под влиянием внешнего воздействия; - изменение показателя пре-

ломления в результате эффекта фотоупругости.

Решение задачи определения деформации оптического волокна в результате внешнего воздействия выполнено на основе обобщенного закона Гука. Получены семейства характеристик удельной чувствительности датчика к изменению давления от толщины внешнего покрытия для одно- и многомодовых волокон, выполненных из различных материалов. На рис. 5 представлена зависимость удельной чувствительности датчика давления от толщины внешнего покрытия, выполненного на основе многомодового оптического волокна, с сердцевиной и оболочкой из кварцевого стекла, внешнее покрытие - олово, диаметр сердцевины - 62 мкм, оболочки - 125 мкм.

п

Рис.5. Характеристика чувствительности фазового датчика в зависимости от толщины внешнего покрытия из олова

Установлено, что абсолютное значение чувствительности датчика при толщине внешнего покрытия до 84 мкм уменьшается. Дальнейшее увеличение толщины покрытия из олова приводит к росту абсолютного значения чувствительности фазового датчика.

Произведен учет влияния потерь, вносимых изгибом оптического волокна на функционирование датчика Фабри-Перо. На рис. 6 представлены рассчитанные зависимости, характеризующие потери на изгибе одномодового волокна 8МР-28 стандарта 0.652, рабочая длина волны излучения 1,3 мкм.

Рис.б.Зависимость потерь на изгибе оптического волокна стандарта 0.652: потери на участке изгиба волокна длиной 1 мм - 1; потери на переходе от прямого волокна к изогнутому - 2; суммарные потери на изгибе - 3

Достоверность полученных результатов подтверждается результатами моделирования в программном комплексе ОрйА^ауе ВРМ. Определено, что на относительно коротких участках изгиба оптического волокна и при больших радиусах изгиба преобладающее значение имеют потери, возникающие на пере-

ходе от прямого волокна к изогнутому. Доля потерь на непосредственном изгибе волокна значительна при малых значениях радиуса изгиба. Суммарные потери на изгибе оптического волокна с увеличением радиуса изгиба уменьшаются и при величинах радиуса изгиба превышающих значение 6 см становятся пренебрежимо малыми.

Разработана математическая модель, описывающая функционирование датчика напряженности (напряжения) электрического поля, выполненного на основе кристалла ниобата лития (ЫШОт,). Конструктивная схема датчика представлена на рис. 7.

Оптическое

Отражакяцее

Рис. 7. Конструктивная схема датчика Фабри-Перо

Принцип действия датчика основывается на использовании эффекта Пок-кельса, при этом изменение коэффициентов оптической индикатрисы связано с приложенным электрическим полем следующей зависимостью:

Д к=ак- ак0 = гк\Ех + гк2Еу + гкзЕг, (8)

где к = 1,2,3,4,5,6; г^- компоненты тензора электрооптического эффекта. При приложении напряжения вдоль оптической оси происходит фазовая модуляция оптического излучения, распространяющегося вдоль данной оси с любым типом поляризации, при этом фазовая задержка равна:

т = = (9)

где Е - напряженность измеряемого электрического поля.

Выходное оптическое излучение датчика, модулированное напряженностью электрического поля, с учетом влияния дифракционных потерь и пространственной разъюстировки отражателей, описывается полученным соотношением:

1 - ехр

-б.бг

ре

+ 0.824)3

Я] - К 2 ехр Л

1 -Я1Л2 ехР /4я-(л0 + яя^з И) Л

.(Ю)

Установлена зависимость, описывающая чувствительность датчика напряженности (напряжения) электрического поля:

¡4л2п^2г131

ехр

М)=

(П)

I - ехр

Характеристика чувствительности датчика напряженности электрического поля при различных значениях коэффициента отражения зеркал представлена на рис.8.

М ¡МО"1

Е. [В/и]

Рис.8. Зависимость чувствительности напряженности электрического поля для датчика с коэффициентом значения отражателей: Л = 0.3 -1; К = 0.5 - 2;

Я = 0.7 - 3

Установлено, что для измерения величин напряженности электрического поля, находящихся в диапазоне [0;£тах], при прочих равных параметрах первичного преобразователя, необходимо использовать датчик, имеющий ширину зазора между отражателями кратную половине длины волны оптического излучения. Выбор начальной длины волны, вне указанного условия, позволяет установить диапазон измерения физической величины в пределе [¿штатах]-

В третьей главе приведены результаты разработки и анализа метода расширения диапазона измерения ИИС положения (перемещения) на основе датчика Фабри-Перо, выполнено его сравнение с рядом существующих методов расширения диапазона измерений, приведены результаты разработки моделей ИИС.

Была определена структура ИИС на основе датчика Фабри-Перо, которая включает в себя: передающий оптический модуль, участок оптического волокна, выступающий в качестве среды передачи оптического излучения, непосредственно волоконно-оптический датчик Фабри-Перо, приемный оптический модуль, а также модуль обработки и отображения информации.

На основе разработанных математических моделей установлено, что основными факторами, ограничивающими диапазон измерения физической величины в эквиваленте изменения длины датчика Д/, являются:

- периодичность характеристики отражения/пропускания, вследствие чего однозначное изменение длины резонатора может быть определено на участке характеристики с максимальным диапазоном Д/равным

.¿ио

- потеря информации о фазе оптического излучения при фотодетектировании измерительного сигнала В результате интервал однозначного определения положения рабочей точки на резонансной характеристике сужается до величины

4п0

- нелинейность резонансной характеристики датчика Фабри-Перо, вследствие чего диапазон измерения физического параметра меньше величины .

Предложен метод расширения диапазона измерения ИИС, основанный на использовании источника оптического излучения с перестраиваемой длиной волны. Функциональная схема ИИС, в которой реализован разработанный метод, представлена на рис.9.

Рис.9. Функциональная схема ИИС регистрации перемещения с использованием источника оптического излучения с перестраиваемой длиной волны

Установлено, что функциональная зависимость, описывающая связь физического параметра (перемещение) с выходным информационным параметром датчика (интенсивность оптического излучения) посредством входного информационного параметра (оптическая длина датчика) имеет следующий вид:

рш=р0л1,тмл>к2)> (12)

где Л(/) - функция, описывающая изменение длины волны оптического генерируемого передающего оптического модуля; АЛ - диапазон перестройки по длине волны.

Показано, что нахождение измеряемого параметра осуществляется из соотношения:

, ы ЛУ 2Д;,.у«,

к=О

(13)

где N - число резонансов, зафиксированное при одном периоде сканирования; Л, - длина волны г'-го резонанса; АЛи - спектральное расстояние между резо-

нансами / и].

Выполнено моделирование ИИС перемещения, основанной на разработанном методе расширения диапазона измерения при различных уровнях отношения сигнал/шум, приведенного ко входу приемника. Параметры ИИС: >„0 =0.9[мкм]; А/, = 0.05[км]; &Х5 = 20[нм]; Лу„с = 0.5[мГц); 1/ = 0.1 [км], Б = 0.8 [А/Вт]; тип волокна - одномодовое стандарт 0.652; диапазон измеряемого перемещения 0..400 мкм, что соответствует числу резонансов на характеристике датчика от 2 до 21, результаты представлены на рис. 10.

Рис. 10. Зависимость статистической вероятности ошибки измерения ИИС от коэффициента отражения зеркал датчика при различных значениях отношения сигнал/шум, приведенного к входу приемника

Установлено, что при уровне отношения сигнал/шум равного 10 [дБ] наибольшая статистическая вероятность ошибки, приблизительно 0.95, характерна для ИИС с наименьшим значением коэффициента отражения, что объясняется низкой чувствительностью и, как следствие, высокой вероятностью регистрации «ложных» резонансов при высоком уровне шума на входе фотоприемника. При значении коэффициента отражения зеркал, образующих датчик

Фабри-Перо Я = 0.7 и отношении сигнал/шум 10 [дБ] статистическая вероятность ошибки измерения составляет порядка 0.62 и является наименьшей величиной среди рассматриваемых значений коэффициента отражения датчика ИИС. Для случая, когда Я = 0.9, статистическая вероятность ошибки измерения составляет 0,71, что объясняется высокой чувствительностью датчика Фабри-Перо и, как следствие, возросшей вероятностью пропуска резонанса и появлению ошибки. При уровне с/ш = 20 [дБ\ значения статистической вероятности ошибки измерения ИИС равны 0.28, 0.048 и 0.24 для Я = 0.5, Я = 0.7, Л = 0.9 соответственно. При = 26 \дБ] статистическая вероятность ошибки составляет 0.06, 0.003 и 0.04 для Я = 0.5, Л = 0.7, Я = 0.9 соответственно. Установлено, что наибольшей устойчивостью к влиянию шума обладают ИИС с датчиком, зеркала которого имеют коэффициент отражения порядка 0.7.

Проведен анализ влияния температурной нестабильности на точность измерения ИИС при различном уровне шума в системе, расчетные характеристики

АТ.РЧ

Рис. 11. Зависимость относительной ошибки измерения ИИС от изменения внешней температуры при различных значениях отношения сигнал/шум, приведенного к входу приемника

Установлено, что при изменении температуры происходит рост относительной ошибки измерения. Изменение температуры АТ = 10 [Л"] приводит к приросту относительной ошибки измерения на 0,6%, причем для ИИС с различным отношением сигнал/шум данная величина изменяется незначительно.

Указано, что динамические характеристики предложенной ИИС определяются: периодом сканирования и скоростью перестройки лазера по длине волны, частотными характеристиками приемника, а также инерциатьными свойствами датчика, определяемыми его конструктивными параметрами.

Проведен сравнительный анализ метода расширения диапазона измерений, основанного на использовании дополнительного интерференционного канала съема информации, который позволяет устранить неопределенность измерения, связанную с потерей информации о фазе оптического излучения при фо-

тодетектировании. К недостаткам метода следует отнести, во-первых, значительное усложнение структуры ИИС при относительно малом выигрыше, во-вторых, высокая степень влияния внешних факторов на погрешность измерения. Установлено, что расширение диапазона оптического излучения в сравнении с разработанным методом меньше в 200 раз и составляет^-.

Проведен сравнительный анализ разработанного метода расширения диапазона измерений ИИС и метода, основанного на использовании нескольких источников излучения с фиксированными длинами волн. Недостатками метода являются погрешности, возникающие вследствие неточной аппроксимации резонансной характеристики, нарушение условия квадратурных соотношений при изменении ширины зазора датчика, а также нестабильности длин волн используемого оптического излучения. Установлено, что расширение диапазона оптического излучения в сравнении с разработанным методом меньше в 100 раз и равно величине .

На основе разработанного метода расширения диапазона измерений предложена волоконно-оптическая ИИС с использованием датчика Фабри-Перо. Получено положительное решение на поданную заявку о регистрации изобретения РФ № 2010123076 от 08.06.2010 г.

В четвертой главе выполнена разработка имитационных компьютерных моделей волоконно-оптических датчиков и ИИС на их основе, также приведены результаты имитационного моделирования.

В рамках проведенного исследования разработан программный комплекс учебно-технического моделирования ИИС на основе волоконных датчиков, предназначенный для анализа распространения и обработки измерительных сигналов в моносенсорных и квазираспредеяенных ИИС. Использование программного комплекса учебно-технического моделирования поможет пользователю понять основы функционирования волоконно-оптических информационно-измерительных систем, уяснить значение параметров компонентов ИИС, изучить влияние каждого из параметров на работу ИИС в целом, а также проанализировать процесс распространения измерительных сигналов по тракту моделируемой ИИС. В программном комплексе можно произвести расчеты различных параметров волоконно-оптических ИИС с использованием формульного калькулятора и выполнить частотный анализ кодовой последовательности с использованием интегрированного Фурье анализатора.

Право интеллектуальной собственности на разработанный программный комплекс учебно-технического моделирования ИИС на основе волоконно-оптических датчиков подтверждено свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612565. Программный комплекс учебно-технического моделирования внедрен в учебный процесс кафедры Радиоэлектроника Тульского государственного университета и используется при проведении виртуальных лабораторных работ по курсу «Волоконно-оптические устройства и системы».

На основе разработанных математических моделей в среде МАТЪАВ с использованием технологии GUI создана программа имитационного модалиро-

вания датчика Фабри-Перо. Разработанное программное обеспечение позволяет оценить особенности функционирования датчика, рассчитать его основные параметры, в том числе оценить влияние дифракционных потерь и произвести расчет диаграмм направленности с приближением дальней зоны.

Согласно с разработанным методом расширения диапазона измерения волоконно-оптической ИИС и предложенной структурой ИИС с использованием программного комплекса 81шиПпк создана имитационная модель ИИС. Разработанная модель позволяет установить влияние комплекса параметров компонентов на функционирование системы при различных значениях уровня шума.

В заключении приведены общие результаты и выводы по диссертации.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

В диссертации решена научно-техническая задача разработки математических моделей, алгоритмов работы и принципов построения волоконно-оптических датчиков и информационно-измерительных систем на их основе, что позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков.

Полученные в работе результаты позволяют расширить область практического применения волоконно-оптических информационно-измерительных систем за счет повышения их качественных параметров.

Основные научные и практические результаты работы, большинство из которых получено и использовано впервые при создании волоконно-оптических измерительных устройств, состоят в следующем:

1. На основе исследования процессов в волоконно-оптическом датчике Фабри-Перо разработана математическая модель, описывающая процесс модуляции оптического излучения измеряемым физическим параметром датчика, которая учитывает влияние основных параметров, дифракционные потери, пространственную разъюстировку отражателей, а также сжатие и изгиб волокна, что, в конечном счете, позволяет снизить погрешность измерений.

2. На базе разработанных методов и моделей впервые достигнуты результаты:

- предложен метод расширения диапазона измерений волоконно-оптических ИИС на основе датчика Фабри-Перо, обладающий повышенной устойчивостью к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, позволивший расширить диапазон измерения в 100 раз;

- разработаны имитационные компьютерные модели волоконно-оптического датчика Фабри-Перо и ИИС на его основе;

- выполнен анализ влияния параметров волоконно-оптических информационно-измерительных систем на погрешность измерений.

3. Разработана волоконно-оптическая информационно-измерительная система на основе датчика Фабри-Перо с расширенным диапазоном измерения. Достигнуто расширение диапазона измеряемого параметра в 100 раз. Получено положительное решение на заявку о регистрации изобретения РФ 2010123076 от 8.06.2010 г.

4. Разработан программный комплекс учебно-технического моделирования волоконно-оптических информационно-измерительных систем, внедренный в учебный процесс кафедры Радиоэлектроника ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет. Произведена регистрация программного комплекса в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008612565.

СПИСОК ОСНОВНЫХ НАУЧНЫХ ПУБЛИКАЦИЙ

1. Гублин A.C. Моделирование характеристик волоконно-оптических линий в среде MATLAB// Известия Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том VIH, выпуск 1. Тула: ТулГУ 2006 г., с. 22-26.

2. Гублин A.C. Моделирование процесса передачи информации в волоконно-оптических линиях связи// Вестник Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том IX. Тула: ТулГУ, 2007 г., с. 57-61.

3. Гублин A.C. Интерполяция типовых характеристик оптических волокон// Молодежные инновации ТулГУ. Тезисы докладов. Тула: ТулГУ, 2007 г. с. 98-101.

4. Гублин A.C. Моделирование процесса распространения информационных сигналов в волоконно-оптических линиях связи// П-я магистерская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Тула: ТулГУ, 2007 г., с.52.

5. Гублин A.C. Перспективы развития измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков// Вестник Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том X. Тула: ТулГУ, 2008 г., с. 76-80

6. Гублин A.C. Комплекс учебно-технического моделирования BOJIC: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612565; опубл. 23.05.2008.

7. Гублин A.C. Моделирование фазовых волоконных сенсоров// Проблемы наземной радиолокации. Труды VI Всероссийской научно-технической интернет конференции. Тула: ТулГУ, 2009 г. 34-39.

8. Гублин A.C. Волоконно-оптические измерительные системы на основе интерференционных датчиков // IX Международная конференция Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации. Сборник материалов. Курск:Курск. гос. техн. ун-т., 2010 г., с.110-112.

9. Оптико-электронные информационно-измерительные системы/ монография/ Е.А.Макарецкий, А.Я. Паринский, М.А. Абрамова, A.C. Гублин. Тула: ТулГУ, 2010.100 с.

Ю.Гублин A.C. Моделирование характеристик фазовых волоконных сенсоров// Известия Тульского государственного университета. Серия «Технические науки». Выпуск 4, часть 1. Тула: ТулГУ, 2010 г., с. 301307.

П.Гублин A.C. Исследование чувствительности фазовых волоконно-оптических сенсоров// IX Международная конференция Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации. Сборник материалов. Курск: Курск, гос. техн. ун-т., 2010 г., с. 108-110

12.Гублин A.C., Макарецкий Е.А. Волоконно-оптическая сенсорная система: заявка 2010123076 Рос. Федерация; заявл. 08.06.2010. (положительное решение)

13.Гублин A.C. Моделирование характеристик чувствительного элемента фазовых волоконных сенсоров// Вестник Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том XI. Тула: ТулГУ, 2010 г., 73-79.

14.Гублин A.C. Гусев А.Л. Моделирование характеристик сенсора на основе изгиба оптического волокна//ХХХУИ Гагаринские чтения - международная молодежная научная конференция - М.: МАТИ, 2010г., с. 34.

,15.Гублин A.C. Расширение диапазона измерений волоконно-оптических сенсоров на основе интерферометра Фабри-Перо// Известия Тульского государственного университета. Серия «Технические науки». Выпуск 4, часть 1. Туда: ТулГУ, 2010 г., с. 308-314.

16.Гублин A.C. Гусев А.Л. Моделирование чувствительности волоконного сенсора на основе изгиба// V магистерская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Тула: ТулГУ, 2011 г., с. 73.

П.Гублин A.C. Расширение диапазона измерений волоконно-оптических сенсоров с использованием методов цифровой обработки сигналов// Труды РНТОРЭС им. A.C. Попова, серия «Цифровая обработка сигн&тов и ее применение». Выпуск XIII-2. М.: МАТИ, 2011 г., с. 220-222

Изд. лиц. ЛР № 020300 от 12.02.97. Подписано в печать У. // Формат бумаги 60x84 1/16. Бумага офсетная. Усл-печ.л. У, У Уч.-изд. л. Тираж 400 экз. Заказ о*/}

Тульский государственный университет. 300012, г. Тула, пр. Ленина, 92.

Отпечатано в редакционно-издательском центре Тульского государственного университета. 300012, г. Тула, ул. Болдина, 151.

ВВЕДЕНИЕ

1. СОВРЕМЕННЫЕ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СИСТЕМЫ, ИХ СОСТАВ, СПОСОБЫ И МЕТОДЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

1.1. Информационно-измерительные системы

1.2.Волоконно-оптические информационно измерительные системы

1.2.1. Основные тенденции развития

1.2.2. Информационно-измерительные системы на основе волоконно-оптических датчиков

1.2.3. Волоконно-оптические датчики

1.3. Методы анализа процессов в волоконно-оптических датчиках

1.4. Программные комплексы моделирования волоконно-оптических датчиков и информационно-измерительных систем на их основе

1.5. Постановка задачи на исследование

2. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ

2.1. Методы описания процессов в волоконно-оптических датчиках

2.2. Волоконно-оптические датчики на основе интерферометра Фабри-Перо

2.2.1. Разработка математической модели

2.2.1.1. Обобщенная математическая модель датчика

2.2.1.2. Математическая модель учета дифракционных потерь

2.2.1.3. Математическая модель учета пространственной разъюстировки отражателей

2.2.1.4. Математическая модель учета объемного сжатия волокна

2.2.1.5. Математическая модель учета изгиба волокна

2.2.2. Результаты моделирования

2.3. Датчик напряженности (напряжения) электрического поля

Актуальность темы: Измерительные системы являются неотъемлемой частью современной науки и техники. На сегодняшний день, в связи с комплексным усложнением существующих и разработкой качественно новых технологических процессов в промышленности, ужесточаются требования, I предъявляемые к эксплуатационно-техническим характеристикам датчиков и информационно-измерительных систем , (ИИС). Одним из наиболее перспективных и эффективных способов решения вопроса удовлетворения возрастающих требований является переход от классических электронных измерительных технологий к волоконно-оптическим датчикам и ИИС на их основе.

В настоящее время волоконно-оптическая измерительная техника является одной из наиболее динамично развивающихся областей оптоэлектроники. За несколько последних десятилетий произошел стремительный переход от простейших конструкций волоконно-оптических датчиков температуры и давления к созданию широкой номенклатуры * 4 измерительных систем, которые используются в различных областях науки и техники. Использование волоконных датчиков позволяет реализовать ряд | преимуществ измерительных систем: пожаро- взрывобезопасность, высокая помехозащищенность ( и электромагнитная совместимость, химическая I инертность, термостойкость, гальваническая развязка компонентов ИИС, дистанционность измерений, малый вес и объем, возможность мультиплексирования датчиков, длительный срок эксплуатации, потенциально низкая стоимость. Современные волоконно-оптические ИИС характеризуются тенденцией к усложнению конфигурации и созданию на их основе распределенных измерительных сетей, особенностью которых является возможность реконструирования пространственного распределения параметров исследуемого физического поля. 1 1

На сегодняшний день вопрос достижения потенциально возможных метрологических характеристик волоконно-оптических ИИС не является полностью решенным. Его решение требует, во-первых, разработку математических моделей, описывающих волоконно-оптические датчики и

ИИС на их основе, которые должны учитывать влияние внешних факторов, во-вторых, разработку качественно новых алгоритмов функционирования ИИС и методов повышения метрологических характеристик, в-третьих, совершенствование компонентной базы, конструкций датчиков и алгоритмов обработки измерительной информации.

Работа выполнена при поддержке Министерства образования РФ в

I 1 рамках федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы, научно-исследовательские работы по лоту «Проведение научных исследований коллективами научно-образовательных центров в области оптики, лазерной физики и лазерных технологий» шифр «2010-1.1-122-012» по теме: «Исследование оптико-электронных методов пространственно-угловых измерений и создание на их основе широкого класса измерительных приборов повышенной точности» (шифр заявки «2010-1.1-122-012-016»).

Объектом исследования диссертации являются волоконно-оптические датчики и информационно-измерительные системы на их основе.

Предметом исследования диссертации являются математические модели, принципы построения, обработки информации и моделирования ИИС,

I ' позволяющие расширить диапазон измерения ИИС.

Цель работы: разработка методов расширения диапазона измерений информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических I датчиков путем создания математических моделей волоконно-оптических датчиков и алгоритмов работы информационно-измерительных систем на их основе.

Задачи исследований: для достижения поставленной цели в диссертации необходимо решить следующие задачи:

8 !

• разработать математические модели, описывающие процессы ' функционирования волоконно-оптических датчиков и их I характеристики, учитывающие влияние различных факторов;

• разработать методы расширения диапазона измерения информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков; провести анализ влияния параметров волоконно-оптических информационно-измерительных систем на погрешность измерений;

• разработать алгоритмы моделирования волоконно-оптических информационно-измерительных систем.

На защиту выносятся:

1. Математические модели процессов в волоконно-оптических датчиках.

2. Методы расширения диапазона измерений, волоконно-оптических ИИС на основе датчика Фабри-Перо. \ , ?

3. Алгоритмы моделирования процессов ИИС на основе волоконно-оптических датчиков.

Методы исследования: В работе использовались методы интегрального и дифференциального исчисления, теории дифракции, резонансной, угловой фильтрации, упругости, численные методы, методы имитационного Л моделирования, методы физической и геометрической оптики.

I (

Научная новизна: состоит в разработке методов расширения диапазона измерения и моделей волоконно-оптических ИИС, включающих в себя:

• математические модели процессов в волоконно-оптических датчиках

Фабри-Перо, отличающиеся малой погрешностью за счет учета комплекса конструктивных и эксплуатационных параметров;

• метод расширения диапазона измерений волоконно-оптических ИИС на основе датчика Фабри-Перо, позволяющий расширить диапазон I измерения физической величины в 100 раз, обладающий повышенной устойчивостью к воздействию внешних дестабилизирующих факторов;

• алгоритмы компьютерного имитационного моделирования, позволяющие осуществлять проектирование волоконно-оптических ИИС.

Практическая ценность работы заключается в следующем: I

• предложен принцип действия и алгоритм работы волоконно-оптических

ИИС на основе датчика Фабри-Перо, позволивший расширить диапазон измерений.

• разработаны рекомендации по проектированию информационноI измерительных систем на основе датчика Фабри-Перо, включающие рекомендации по выбору основных параметров датчика, характеристик ИИС и алгоритмов обработки измерительной информации.

• разработан программный комплекс имитационного учебно-технического моделирования волоконно-оптических ИИС.

Публикация и апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались на международных и всероссийских научно-технических конференциях: Магистерская научно-техническая конференция ТулГУ (г. Тула 2008, 2009, 2011 гг.); Всероссийская научно-техническая интернет конференция «Проблемы наземной радиолокации» (г. Тула 2009 г.); IX Международная конференция «Оптико-электронные приборы и устройства в системах распознавания образов, обработки изображений и символьной информации» (г. Курск 2010 r.);i XXXVII конференция «Гагаринские чтения» (г. Москва 2011 г.); XIII Международная конференция РНТОРЭС им. A.C. Попова «Цифровая обработка сигналов и ее применение» (г. Москва 2011 г.). I

Основное содержание работы отражено в 17 публикациях, включающих 7 статей, из них 3 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 7 тезисов докладов на международных и российских НТК, 1 монографию, 1 свидетельство о I регистрации программы для ЭВМ, 1 положительное решение на заявку о регистрации изобретения.

4.3. Основные результаты и выводы

По результатам выполнения главы разработан программный комплекс имитационного учебно-технического моделирования ИИС на основе волоконно-оптических датчиков. В рамках решения данной задачи было сделано обоснование выбора языка программирования, на основе которого реализован программный комплекс, разработана его структура и компоненты, отдельное внимание уделено функциональности его

0123456789 10 »Т.ГК1

134 I практического использования и возможности расширения за счет положенного в основу модульного принципа. Выполнено имитационное моделирование квазираспределенной волоконно-оптической ИИС с использованием разработанного программного комплекса, которое позволило качественно оценить особенности распространения I измерительного оптического сигнала по тракту ИИС, а также определить ограничения, накладываемые параметрами компонентов ИИС на ее работоспособность. Программный комплекс учебно-технического моделирования внедрен в учебный процесс кафедры Радиоэлектроника I

Тульского государственного университета, используется при проведении виртуальных лабораторных работ по курсу «Волоконно-оптические устройства и системы». Право интеллектуальной собственности на разработанный программный комплекс учебно-технического моделирования I

ИИС на основе волоконно-оптических датчиков подтверждено свидетельством о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008612565.

Разработана имитационная модель волоконно-оптического датчика Фабри-Перо с использованием МаЙаЬ. Разработанная имитационная модель датчика позволяет качественно и количественно оценить характеристики датчика и особенности его функционирования, учитывает влияние дополнительных факторов, оказывающих влияние на функционирование датчика, к ним относятся собственные потери, учет влияния формы отражателей датчика, их пространственная разъюстировка, а также учет амплитудного распределения оптического излучения на поверхности I отражателей. I ,

Разработана имитационная модель волоконно-оптической ИИС на основе датчика Фабри-Перо с расширенным диапазоном измерения. Модель составлена с использованием среды моделирования БшшНпк. Выплненное имитационное моделирование позволило установить влияние основных параметров компонентов ИИС на статистическую вероятность ошибки измерения при различных значениях отношения сигнал/шум. В частности, установлено, что наибольшей устойчивостью к влиянию шума обладают ИИС с датчиком, зеркала которого имеют коэффициент отражения близкий к величине 0.7, что обеспечивается оптимальным значением чувствительности датчика при определении расположения резонансов в диапазоне сканирования длины волны оптического излучения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертации решена научно-техническая задача разработки математических моделей, алгоритмов работы и принципов построения волоконно-оптических датчиков и информационно-измерительных систем на их основе, что позволяет повысить точность и расширить диапазон измерений информационно-измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков.

Полученные в работе результаты позволяют расширить область практического применения волоконно-оптических информационно-измерительных систем за счет повышения их качественных параметров.

Основные научные и практические результаты работы, большинство из которых получено и использовано впервые при создании волоконно-оптических измерительных устройств, состоят в следующем:

1. На основе исследования процессов в волоконно-оптическом датчике Фабри-Перо разработана математическая модель, описывающая процесс I модуляции оптического излучения измеряемым физическим параметром датчика, которая учитывает влияние основных параметров, дифракционные потери, пространственную разъюстировку отражателей, а также сжатие и изгиб волокна, что, в конечном счете, позволяет снизить погрешность измерений.

2. На базе разработанных методов и моделей впервые достигнуты результаты:

- предложен метод расширения диапазона измерений волоконно-оптических ИИС на основе датчика Фабри-Перо, обладающий повышенной устойчивостью к воздействию внешних дестабилизирующих факторов, I позволивший расширить диапазон измерения в 100 раз;

- разработаны имитационные компьютерные модели волоконно-оптического датчика Фабри-Перо и ИИС на его основе;

- выполнен анализ влияния параметров волоконно-оптических информационно-измерительных систем на погрешность измерений.

3. Разработана волоконно-оптическая информационно-измерительная система на основе датчика Фабри-Перо с расширенным диапазоном измерения. Достигнуто расширение диапазона измеряемого параметра в 100 раз. Получено положительное решение на заявку о регистрации изобретения РФ 2010123076 от 8.06.2010 г.

4. Разработан программный комплекс учебно-технического моделирования волоконно-оптических информационно-измерительных систем, внедренный в учебный процесс кафедры Радиоэлектроника ФГБОУ ВПО Тульский государственный университет. Произведена регистрация программного комплекса в Федеральной службе по интеллектуальной собственности, свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ №2008612565.

1. МИ 2438-97. ГСИ. Системы измерительные. Метрологическое обеспечение. Основные положения. М.: Стандартинформ, 1997. 38 с.

2. Фридман А.Э. Основы метрологии. Современный курс/ С.-Пб.: НПО «Профессионал», 2008. 284с. iI

3. Соколов А.Н. Яцеев В.А. Волоконно-оптические датчики и системы: принципы построения, возможности и перспективы// Lightwave Russian edition.-2006. №4. С. 41-44.

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

5. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников/ под ред. Э. Удда. М.: Техносфера, 2008. 520 с.

6. Бусурин В.И. Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические вопросы расчета и применения/ М.: Мир, 1990. 256 с.

7. Волоконно-оптические датчики/Т. Окоси и др.. Л.: Энергоатомиздат, 1991.252 с. ' |

8. Калитеевский Н.И. Волновая оптика/ М.: Наука, 1971. 376 с.

9. Бегунов Б.Н. Геометрическая оптика/ М.: изд-во Московского университета, 1966. 210 с.I

10. Ю.Унгер Х.Г. Планарные и волоконные оптические волноводы/ М.: Мир, 198о! 656 с.II

11. Унгер Г.Г. Оптическая связь/М.: Связь, 1979. 260 с.I

12. Ярив А. Введение в оптическую электронику: пер. с англ./ М.: Высшая школа, 1983. 898 с.

13. Н.Пространственные модуляторы света/ A.A. Васильев и др.. М.: Радио и связь, 1987. 320 с.1

14. Гублин A.C. Перспективы развития измерительных систем на основе волоконно-оптических датчиков// Вестник Тульского государственногоуниверситета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том X. 2008. С. 7680.

15. Yamauchi J., Ando T., Nakano H. Beam propagation analysis of optical fibers by lternating direction implicit method// Electron. Lett. 27. 1991.

16. Ryer A. Light measurement Handbook/ MA: International light, 1998

17. Соколовский И.И., Покровский Ю.А. Прикладная радиооптика. Теория и методы резонансной угловой фильтрации/ Киев. Наук. Думка, 1986с. 220с.

18. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети/ М.: ЭКО-ТРЕНДЗ, 2001. 265 с.

19. Лурье А.И. Теория упругости/ М.: Наука. 1970. 940 с.

20. Иванов А.Б. Волоконная оптика: компоненты, системы передачи, измерения/ М.: САЙРУС СИСТЕМС, 1999.-672 с.

21. Бруннер В. Справочник по лазерной технике: пер. с нем/ М.: Энергоатомиздат, 1991. 544 с.

22. Ищенко Е.Ф. Открытые оптические резонаторы: некоторые вопросы теории и расчета/ М.: Советское радио. 1980. 208 с.

23. Акиев А.А, Майоров С.А. Оптические методы обработки информации: репринтное воспроизведение издания 1988 г./ СПб.: СПбГУ ИТМО, 2005. 260 с. 1

24. Волоконно-оптические устройства и системы/ Е.А. Макарецкий, А .Я. Паринский, JI.H. Толкалин. Тула: ТулГУ, 2003. 186 с.

25. Слепов Н.Н. Современные технологии цифровых оптоволоконных сетей связи/ М.: Радио и связь, 2000. 468 с.

26. Мустель Е.Р. Парыгин В.Н. Методы модуляции и сканирования света/ М.: Наука, 1970. 296 с.

27. Соколов' А.Н., ЯЦЕЕВ В.А. Волоконно-оптические датчики и системы: принципы построения, возможности и перспективы// Lightwave Russian édition. 2006. №4. С. 42-44.

28. Гроднев И.И. Волоконно-оптические линии связи: Учеб. Пособие для вузов/ М.: Радио и связь. 1990. 224 с.

29. Snyder A. W., Love., J. D. Optical Waveguide Theory/ Chapman and Hall, 1983.

30. Sakai J., Kimura T. Bending loss of propagation modes in arbitrary-index profile optical fibers//Applied Optics vol. 17, no. 10, pp 1499-1506, 1978.

31. Гублин A.C. Интерполяция типовых характеристик оптических волокон// Молодежные инновации ТулГУ. Тула: ТулГУ. 2007. с. 98-101

32. Волоконно-оптические системы передачи/ М.М.Бутусов и др. -М.: Радио и связь, 1992.-416 с.

33. Наний О.Е Основы цифровых волоконно-оптических систем связи/// Lightwave Russian edition. 2003. №1. С. 48-52.I

34. Гублин A.C. Современные волоконно-оптические усилители на основе волокна легированного эрбием// Молодежные инновации ТулГУ. Тула: ТулГУ2006. с. 84-86

35. Зб.Заркевич Е.А., Скляров O.K., Устинов С.А. Элементная основа магистральных волоконно-оптических систем передачи со спектральным разделением каналов // Lightwave Russian edition. 2003. №1. С. 20-21.

36. Водяник В.И. Эластичные мембраны/ М.: Машиностроение, 1974. 136 с.I

37. Наний О.Е основы технологии спектрального мультиплексирования каналов передачи (WDM)// Lightwave Russian edition. 2004. №2. с. 47-52.

38. Гублин A.C. Моделирование характеристик волоконно-оптических линий в среде MATLAB// Известия Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том VIII, выпуск 1. Тула:ТулГУ 2006. с. 22-26.

39. Фалькович С.Е. Оценка параметров сигнала/ М.: Советское радио, 1970. 336с. (

40. Гублин А.С. Моделирование процесса распространения информационных сигналов в волоконно-оптических линиях связи// П-я магистерская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Тула: ТулГУ 2007. с.57-58.

41. Гублин A.C. Моделирование процесса передачи информации в волоконно-оптических линиях связи// Вестник Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том IX. Тула:ТулГУ,2007. с. 57-61.

42. Гублин A.C. Перспективы развития измерительных систем на основе ' волоконно-оптических' датчиков// Вестник Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том X. Тула:ТулГУ,2008. с. 76-80.

43. Гублин A.C. Моделирование фазовых волоконных сенсоров// Проблемы наземной радиолокации. Труды VI Всероссийской научно-технической интернет конференции. Тула: ТулГУ 2009. с. 34-39.

44. Гублин A.C. Моделирование Характеристик чувствительного элемента фазовых волоконных сенсоров// Вестник Тульского государственного университета. Серия «Радиотехника и Радиооптика». Том XI. Тула:ТулГУ, 2010. с! 73-79.

45. Гублин A.C. Гусев A.JI. Моделирование характеристик сенсора на основе изгиба оптического волокна//ХХХУП Гагаринские чтения -международная молодежная научная конференция М.: МАТИ, 2005. с. 34-35.

46. Оптико-электронные информационно-измерительные системы/ монография/ Е.А.Макарецкий, А.Я. Паринский, М.А. Абрамова, A.C. Гублин. Тула: ТулГУ, 2010. 100 с.

47. Гублин A.C. Моделирование характеристик фазовых волоконных сенсоров// Известия Тульского .государственного университета. Серия «Технические науки». Выпуск 4, часть 1. Тула: ТулГУ, 2010 г., с. 301-307.

48. Гублин A.C. Гусев A.JI. Моделирование чувствительности волоконного сенсора на основе изгиба// V магистерская научно-техническая конференция. Тезисы докладов. Тула: ТулГУ, 2011 г., с. 73-74.

49. Гублин A.C. Расширение диапазона измерений волоконно-оптическихсенсоров на основе интерферометра Фабри-Перо// Известия Тульскогогосударственного университета. Серия «Технические науки». Выпуск 4, часть 1. Тула: ТулГУ, 2010 г., с. 308-314.

50. Дианов Е.М. На пороге тера-эры/ Е.М. Дианов// Квантовая электроника. 2000. №3. С. 65-76.

51. Наний О.Е Оптические передатчики/// Lightwave Russian edition. 2003. №2. С. 48-51.

52. Бейли Д., Райт Э. Волоконная оптика: теория и практика/ М.:КУДИЦ-ПРЕСС. 2008. 320 с.

53. Справочник по лазерам/ под ред. A.M. Прохорова. Т II. М.: Советское радио, 1978. 400 с.

54. Источники и приемники излучения: Учебное пособие для студентов оптических специальностей вузво/ Г.Г. Ишанин и др.. СПб.: Политехника. 1991. 240 с.

55. Волоконно-оптические системы передачи и кабели: справочник/ И.И. Гроднев и др.. М.Радио и связь, 1993. 264 с.

56. Мидвинтер Дж. Э. Волоконные световоды для передачи информации: пер. с англ./ М.: Радио и связь, 1983. 336 с.

57. Шевцов Э.А. Белкин М. Е. Фотоприемные устройства волоконно-оптических систем передачи/ М.: Радио и связь. 1992. 224 с.

58. Аблеков В.К., Зубков П.И., Фролов A.B. Оптическая и оптоэлектронная обработка информации/ М.: Машиностроение. 1976. 256 с.

59. Справочник по волоконно-оптическим линиям связи/ Л.М. Анрушко и др.. К.: Техника, 1988. 239 с. Листвин A.B., Листвин В.Н. Рефлектометрия оптических волокон/ М.: ЛЕСАРарт. 2005. 2008 с.

60. Справочник технолога-оптика/ М.А. Окатов и др.. СПб.: Политехника, 2004с. 680 с.

61. Бутиков Е.И. Оптика: Учеб. пособие для вузов/ М.: Высш. шк. 1986. 512 с.I

62. Дубнищев Ю.Н. Теория и преобразование сигналов в оптических системах: Учеб. Пособие/ Новосибирск: изд-во НГТУ, 2000. 116 с.

63. Виглеб Г. Датчики: пер. с нем./М.: Мир. 1989. 196 с.

64. Агравал Г. Нелинейная волоконная оптика: пер. с англ./ М.: Мир, 1996. 323 с.

65. Гутников B.C. Фильтрация измерительных сигналов/ Л.: Энергоатомиздат, 1990. 192 с.

66. Прокис Д. Цифровая связь: пер. с англ./ под ред. Д.Д. Кловского. М.: Радио и связь, 2000. 800 с.

67. Matthijusse P., Kuyt G. Влияние изгибов оптических волокон на их характеристики// Наука и техника. №4 (293). 2005. С. 17-22.

68. Markatilli Е., Miller J. Improved relations describing control in electromagnetic wave guidance//Bell. Syst. Tech. J.48 1969.

69. Marcuse D. Principle of optical fiber measurements/ Academic Press, 1981.

70. Байбородин Ю.В. Основы лазерной техники/ К.: Выща шк. 1988. 383 с.

71. Савчук В.П. Обработка результатов измерений: Учеб. пособие для студентов вузов/ Одесса: ОНПУ, 2002. 154 с.

72. Warren J. Modem optical engineering: 3rd ed./ R. Donnelley & Sons Company 2000. 640 p

73. Семенов H.A. Техническая электродинамика: Учебное пособие для вузов/ М.: Связь, 1973.480 с.

74. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника: 2-е изд., перераб и доп/ М.: Радио и связь, 1989. 360 с.

75. Погарев Г.В., Киселев Н.Г. Оптические котировочные задачи: Справочник/ Л.: Машиностроение, 1989. 260 с.

76. Виноградов В.В., Котов В.К., Нуприк В.Н. Волоконно-оптические линии связи/ М.: ИПК Желдориздат, 2002. 278 с.

77. Шарварко В.Г. Волоконно-оптические линии связи: Учеб. Пособие/ Таганрог: изд-во ТРТУ, 2006. 170 с.

78. Семенов Н.А. Оптические кабели связи: Теория и расчет/ М.: Радио исвязь, 1981. 152 с.

79. Круз П., Макглоуин JL, Макквистан Р. Основы инфракрасной техники: пер. с англ./ М.: Военное изд-во Мин. обороны ССР, 1964. 464 с.

80. Гауэр Дж. Оптические системы связи: пер. с англ./ М.: Радио и связь, 1989. $04 с.

81. Маркузе Д. Оптические волноводы: пер. с англ./ М.: Мир, 1974. 576 с.

82. Хансперджер Р. Интегральная оптика: Теория и технология: пер. с англ./ М.: Мир, 1985. 384 с.

83. Чео П.К. Волоконная оптика: Приборы и системы: пер. с англ./ М.: Энергоатомиздат, 1988. 280 с.

84. Адаме М. Введение в теорию оптических волноводов. Пер. с англ./ М.: Мир, 1984.512 с.

85. Портнов Э.Л. Оптические кабели связи/ М.: ИНГИ Информсвязь, 2000. 112 с.

86. Фриман Р. Волоконно-оптические системы связи: пер с англ./ М.: Техносфера, 2003. 590

87. Семенов А.Б. Проектирование и расчет структурированных кабельных систем и их компонентов/ М.: ДМК Пресс/Компания АйТи, 2003. 416 с.

88. Вербовецкий А.А. Основы проектирования цифровых оптоэлектронных систем связи/ М.: Радио и связь, 2000. 159 с.

89. Скляров O.K. Современные волоконно-оптические системы передачи, аппаратура и элементы/М.: COJIOH-P, 2001. 238 с.

90. Иванов А.Б. Контроль соответствия в телекоммуникациях и связи.Измерения, анализ, тестирование и мониторинг/ М.: Сайрус Системе, 2000. 376 с.

91. Никульский И.Е. Оптические интерфейсы цифровых коммутационных станций и сети доступа/ М.: Техносфера, 2006. 256 с.

92. Страуструп Б. Язык программирования С++/ М.: Бином, 2011. 1136 с.

93. Курушин А.А., Пластиков А.Н. Проектирование СВЧ устройств в среде CST Microwave studio/ М.: изд-во МЭИ, 2010. 160 с.

94. В.Дьяконов, В.Круглов Математические пакеты расширения MATLAB. Специальный справочник/ СПб.: Питер, 2001. — 592 е.: ил.

95. Гандер В., Гржебичек И. Решение задач в научных вычислениях с применением Maple и MATLAB/ М.: Изд-во Вассамедина, 2005. 520 с.

96. ЮО.Гублин А.С. Комплекс учебно-технического моделирования BOJIC: свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008612565; опубл. 23.05.2008. 1

97. Гублин А.С., Макарецкий Е.А. Волоконно-оптическая сенсорная система: заявка 2010123076 Рос. Федерация; заявл. 08.06.2010.