автореферат диссертации по авиационной и ракетно-космической технике, 05.07.07, диссертация на тему:Моделирование и конструирование амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа для систем контроля, испытаний авиакосмической техники

На правахрукописи

ПИВКИН Александр Григорьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА ДЛЯ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ, ИСПЫТАНИЙ АВИАКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.07.07 - Контроль и испытание летательных аппаратов и систем (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

На правах рукописи

ПИВКИН Александр Григорьевич

МОДЕЛИРОВАНИЕ И КОНСТРУИРОВАНИЕ АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА ДЛЯ СИСТЕМ КОНТРОЛЯ, ИСПЫТАНИЙ АВИАКОСМИЧЕСКОЙ ТЕХНИКИ

Специальность 05.07.07 - Контроль и испытание летательных аппаратов и систем (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2004

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте космических систем (НИИКС) Федерального государственного унитарного предприятия «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева (ФГУП им. М.В. Хруничева»)

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор, заслуженный машиностроитель Российской Федерации Гориш Анатолий Васильевич Научный консультант - доктор технических наук, профессор Мурашки на Татьяна Ивановна

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Ведущая организация > - Ракетно-космическая корпорация «Энергия»

(г. Королев Московской обл.)

Защита состоится 3 июня 2004 года в 15 часов на заседании диссертационного совета ДС 403.003.01 при Федеральном государственном унитарном предприятии «Государственный космический научно-производственный центр имени М.В. Хруничева» по адресу: г. Юбилейный, Московской области, ул. Тихонра-вова, дом 27.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке НИИКС ФГУП «ГКНПЦ им. М. В .Хруничева»

Автореферат разослан 10 апреля 2004 г. Ученый секретарь диссертационного-совета

Нефедов Евгений Иванович

доктор технических наук, профессор Меркишин Геннадий Васильевич

д. т. н., профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В России ведутся работы по совершенствованию и созданию различных волоконно-оптических устройств, систем, их компонентов и технологии изготовления самих оптических волокон (ОВ). Достаточно отработаны и уже широко используются волоконно-оптические телекоммуникационные системы. Ведутся интенсивные разработки в области создания внутри-объектовых волоконно-оптических сетей сбора данных, обеспечивающих более эффективное использование информации о состоянии объекта в сравнении с , традиционными системами сбора и преобразования.информации в условиях воздействия сильных электромагнитных' помех и повышенной искро- и взрыво-опасности. Дальнейшее совершенствование систем контроля и испытаний авиакосмической техники (АКТ) также не возможно без использования новых перспективных средств измерения, к которым, в первую очередь, относятся' волоконно-оптические датчики (ВОД).

Преимущества ВОД перед традиционными электрическими следующие:

- могут использоваться во взрывоопасной среде ввиду абсолютной искро- и взрывобезопасности; '

- имеют высокую механическую прочность, малые габариты, простую конструкцию и, соответственно высокую надежность;

- химически инертны;

- изготавливаются из диэлектрических материалов, чем обеспечивается отсутствие путей прохождения через них электрического тока;

- имеют высокую стойкость к повышенным температурам, механическим ударам, вибрациям и другим воздействиям окружающей среды;

- позволяют производить бесконтактные и дистанционные измерения;

- потребляют малое количество энергии;

- сигналы, идущее от датчиков, позволяют производить простое мультиплексирование;

- некоторые ВОД могут использоваться в ситуациях, в которых электронные устройства либо вообще нельзя использовать, либо такое использование сопровождается значительными трудностями и расходами, (например: измерение температуры в высоковольтных электрических аппаратах, таких как генераторы переменного тока, трансформаторы; измерение тока и напряжения в высоковольтных линиях электропередачи; быстрое измерение температуры небольших поверхностей, имеющих малую теплопроводность и переменную отражающую способность; в труднодоступных местах).

Несмотря на неоспоримые преимущества ВОД в настоящее время работы по созданию отечественных ВОД только выходят за рамки лабораторных исследований. Отставание отечественных разработок ВОД от зарубежных объясняется рядом объективных причин, среди которых определяющей является отсутствие комплексного подхода к решению этой проблемы и, как следствие, недостаточное финансирование этой области контрольно-измерительной техники. В то же время потребность в ВОД в различных отраслях достаточно высока. Наибольшую потребность в ВОД испытывают ракетно-космическая, авиационная и

военная техника. Не смотря на это, в настоящее время имеет место недопустимая недооценка роли ВОД при решении задач измерения и контроля в различных системах и на различных объектах.

Выявлены следующие факторы, влияющие на современное состояние в области разработки и использования ВОД:

- разработка ВОД в целом по стране не планируется;

- предприятия отдельных отраслей, как оборонных, так и общепромышленных ведут разработки ВОД практически только для "своих" изделий под ограниченный перечень задач;

- работы по созданию ВОД родственных предприятий различных отраслей не координируются, ведутся без обмена опытом и информацией;

- при постановке новых задач разрабатываются новые датчики, нередко с "нулевого" задела;

- предприятия, как правило, руководствуясь сиюминутными доходами, не заинтересованы в проведении широкоплановых комплексных исследований по созданию гаммы универсальных ВОД.

Преодоление существующих проблем - основная задача создания ВОД.

Давление - это один из тех параметров, без измерения которого не обходится ни один объект техники специального назначения. Так на объектах авиационно-космической техники подобные измерения составляют половину всех измерений. Поэтому создание ВОД давления (ВОДЦ) является актуальной задачей.

Проблемой создания ВОД занимались как зарубежные, так и отечественные ученые: В. Д. Бурков, В. И. Бусурин, М. М. Бутусов, В. М Гречишников, В. Г. Жилин, Е. А. Зак, Н. Е. Конюхов, Я. В. Малков, Т. И. Мурашкина, А. Л. Патлах, В. Т. Потапов, Н. П. Удалов, и др. В то же время вопросам разработки ВОД давления посвящено не так много работ, в научно-технической литературе слабо отражены особенности проектирования ВОДЦ для изделий, эксплуатируемых в жестких условиях авиакосмической техники. Большая часть известных публикаций связана с ВОДД отражательного типа, так как они наиболее просты в изготовлении. В то же время известно, что потенциальные возможности ВОД не реализуются в них из-за того, что в зоне измерения теряется большая часть светового потока в процессе отражения его от зеркальной мембраны. Это ведет к снижению чувствительности преобразования и, соответственно, к низкой точности измерения. Повышения чувствительности преобразования ВОДД можно добиться уменьшением неинформативных потерь света в процессе преобразования измерительной информации и, в первую очередь, в зоне восприятия информации об измеряемой величине в ВОДЦ аттенюаторного типа. ВОДЦ подобного типа не получили широко распространения, так как требуют точной юстировки оптических волокон относительно друг друга и относительно аттенюатора. Смещение оптических волокон относительно друг друга и относительно аттенюатора на 1...5 мкм в известных технических решениях ВОДЦ аттенюаторного типа может привести к резкому снижению чувствительности преобразования оптического сигнала и, соответственно, к снижению точности

измерения. Кроме того, большинство амплитудных ВОДД имеют существенную дополнительную погрешность, обусловленную, в первую очередь, изменением температуры окружающей среды и изгибами оптических волокон.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является повышение эффективности систем контроля и испытания авиакосмической техники путем существенного улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик ВОДД.

Научная задача, решаемая в работе, - моделирование и конструирование новых волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа, принцип действия которых основан на изменении интенсивности оптического сигнала при перекрытии части светового потока в зоне открытого оптического канала датчика под действием измеряемого давления.

Для решения поставленной научной задачи проведены следующие исследования и разработки:

- разработаны и проанализированы структурные, математические и метрологические модели амплитудных волоконно-оптических преобразователей давления (ВОПД) и ВОДД аттенюаторного типа с целью выбора наиболее оптимальной из них;

- разработан алгоритм управления световым потоком в зоне измерений, обеспечивающий необходимую пространственную структуру пучка;

- разработаны алгоритмы преобразования сигналов амплитудных ВОДД ат-тенюаторного типа;

- разработаны новые конструкции дифференциальных аттенюаторов и выбраны наиболее эффективные из них, обеспечивающие максимальные глубину модуляции и чувствительность преобразования оптического сигнала, простоту юстировки элементов оптической системы;

- усовершенствован дифференциальный способ повышения точности измерения ВОДД аттенюаторного типа, основанный на дифференциальном управлении световым сигналом непосредственно на участке восприятия измерительной информации;

- выведена аналитическая зависимость между выходным и входным сигналами дифференциального ВОДД аттенюаторного типа;

- осуществлена практическая реализация полученных результатов;

- проведены теоретические и экспериментальные исследования и анализ метрологических и эксплуатационных возможностей экспериментальных образцов разработанных ВОДД аттенюаторного типа.

Методы исследований. При решении поставленной задачи использованы методы интегрального и дифференциального исчисления, аналитической геометрии, теории геометрической и волоконной оптики, методы математической физики, прикладной механики, методы решения оптимизационных задач. Достоверность полученных теоретических результатов и выводов подтверждалась экспериментальными исследованиями реальных образцов датчиков давления, созданных с использованием разработанных математических моделей и мето-

дики проектирования, а также сравнением полученных результатов с экспериментальными и расчетными данными, опубликованными другими авторами.

Новизна научных результатов заключается в следующем.

Развита методика проектирования амплитудных ВОДД аттенюаторного типа для изделий авиакосмической техники (АКТ): разработан комплекс базовых функций преобразования ВОПД с учетом функции распределения светового потока в пространстве зоны измерения, анализ которых показал, что, изменяя целесообразным образом конструктивные параметры ВОПД, можно добиваться требуемых метрологических характеристик.

Создана методическая база для расчета основных параметров амплитудных ВОПД и ВОДД аттенюаторного типа.

Усовершенствован дифференциальный способ улучшения метрологических характеристик ВОДД аттенюаторного типа: чувствительности преобразования, глубины модуляции оптического сигнала, снижения погрешности измерения, основанный на дифференциальном управлении световым потоком непосредственно на участке восприятия измерительной информации и за счет применения оригинальных схем компоновки оптических волокон в рабочих торцах волоконно-оптического кабеля.

На основе проведенных исследований разработаны новые технические решения амплитудных ВОДД аттенюаторного типа, обеспечивающие требуемые метрологические характеристики и надежное функционирование ВОДД в условиях эксплуатации, характерных объектам АКТ.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором, и обеспечивает создание и внедрение в системах контроля и испытаний изделий авиакосмической техники амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют перейти к промышленному производству и внедрению разработанных датчиков.

Исследования проводились в рамках Федеральной космической программы России, "Программы оборонных НИР на 1996 - 2000 г.г", фундаментальных и отраслевых НИР и ОКР Минобщемаща СССР и Росавиакосмоса: НИР «Фаза» № 1007-8603, НИР «Световод» №1007-8501, НИР «Задел» №1007-8601, НИР «Измерение» №1007-8103, НИР «Автоматика-1», выполняемого Федеральным ядерным центром ВНИИТФ по гособоронзаказу, дог. № 4 (546Н) от 06.07.1999 г. между ПГУ и НИКИРЭТ (ГУП СНПО «Элерон» г. Заречный Пензенской обл. (НИР "Сфера"),

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке ВОД давления, а также внедрены в учебный процесс в Пензенском государственном университете на кафедре «Приборостроение».

В частности, эти результаты использовались при создании ВОДД аттенюаторного типа на диапазоны 0...5,0...10,0...15,0...28 кгс/см2.

Разработаны макетные образцы датчиков: шифр ВОДД 001 (для измерения разности давлений), ВОДЦ 002 (для измерения избыточного давления).

Датчики ВОДЦ 001 и ВОДД 002 внедрены на предприятиях Федерального космического агентства.

Элементы общей теории и проектирования ВОДД аттенюаторного типа, материалы по расчету ВОПД аттенюаторного типа использованы в НИР «Автома-тика-1», выполняемой ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ г. Снежинск Челябинской обл. по гособоронзаказу, а также в лекционном материале и лабораторном практикуме учебной дисциплины «Волоконно-оптические измерительные приборы и системы».

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на НТС Росавиакосмоса, на Международной НТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза, 1999,2002 г.г.), международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 1 монография, 9 статей в центральных и международных изданиях и межвузовских сборниках, 2 заявки на изобретения. Без соавторов опубликовано 3 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, 6 приложений. Основная часть изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 7 таблиц. Список литературы содержит 101 наименование. Приложения к диссертации занимают 20 страниц.

На защиту выносятся следующие положения:

1 Структурные, математические и метрологические модели, алгоритмы преобразования сигналов амплитудных ВОДЦ аттенюаторного типа.

2 Дифференциальный способ повышения точности измерения ВОДЦ атте-нюаторного типа, основанный на дифференциальном управлении световым потоком непосредственно на участке восприятия измерительной информации.

3 Методика расчета основных параметров оптического канала, при которых обеспечиваются повышенные метрологические характеристики амплитудных ВОДД аттенюатоного типа.

4 Новые конструкции дифференциальных аттенюаторов, обеспечивающие максимальные глубину модуляции и чувствительность преобразования, простоту юстировки элементов оптической системы.

5 Научное обоснование и новые технические решения амплитудных ВОД давления аттенюаторного типа с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками, внедрение которых позволит повысить эффективность систем контроля и испытаний изделий авиакосмической техники.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы основная цель и задачи исследований, раскрыты научная и практическая ценность, приведены результаты реализации и апробации работы, а также основные положения, выносимые на защиту.

' В первой главе "Постановка задачи исследований" обобщены и систематизированы известные сведения о состоянии вопроса в области создания и использования ВОД на объектах АКТ и других отраслей народного хозяйства.

Определены объекты перспективного внедрения ВОДД: это предприятия РКТ, ВВТ, металлургической, нефтедобывающей, химической промышленно-стей, топливно-энергетического комплекса, судостроительной отрасли.

Дано обоснование выбора ВОПД с открытым оптическим каналом атте-нюаторного типа для решения поставленных задач.

ВОДД является оптическим прибором, так как его основная функция выполняется с помощью оптической системы - совокупности оптических деталей (оптических волокон, линз, призм и т.д.), отражающих, преломляющих и дифрагирующих поверхностей. Ввиду того, что световой поток "канализируется" по ОВ в зону измерения и обратно оптическую систему и подводящие и отводящие оптические волокна объединяют под одним термином - "оптический канал". Амплитудные ВОП по типу оптического канала делят на три больших класса:

- ВОП с открытым оптическим каналом;

- ВОП с закрытым оптическим каналом;

- ВОП без внешнего ИИ и подводящего ОВ.

ОК служит для обеспечения требуемых энергетических соотношений, формирования рациональной пространственной структуры пучка света. Его состояние в процессе воздействия измеряемого давления Р и неизмеряемых параметров внешней среды определяет достоверность результатов измерения У

Эффективность управления световым потоком в оптическом канале оценивается по следующим критериям: глубине модуляции (ГМ) оптического сигнала (ОС), значению вносимых потерь, чувствительности к управляющему сигналу, эффективности преобразования оптического сигнала, инерционности, технологичности изготовления, работоспособности в жестких условиях эксплуатации на протяжении всего срока службы с заданной точностью преобразования.

Перечисленным требованиям, в первую очередь, отвечают аттенюаторы. Это объясняется тем, что в сравнении с другими типами управляющих устройств в аттенюаторах существенно меньше неинформативные потери светового потока на границах раздела сред.

Оптические аттенюаторы предназначены для внесения в оптический канал заданного оптического затухания. Действие аттенюаторов основывается на изменении оптических потерь в результате механического воздействия на оптическое волокно или механического перемещения элементов - аттенюаторов. Они характеризуются начальными оптическими потерями, динамическим диапазоном., устойчивостью параметров к внешним воздействиям.

Доказано, что наиболее эффективны, надежны в эксплуатации предельные механические аттенюаторы - устройства, оптические потери в которых создаются в результате введения между излучающими торцами подводящих (ПОВ) и приемными торцами отводящих (ООВ) оптических волокон дополнительных конструктивных элементов с переменным профилем или переменным коэффициентом поглощения. Поэтому основное внимание в работе уделяется ВОДД, в которых в качестве аттенюаторов используются конструктивные элементы с переменным профилем.

' Специфику выбора предмета исследований определили требования абсолютной искро- и взрывобезопасности, работоспособности в условиях воздействия сильных электромагнитных помех, механических факторов, перепадов температур, характерных для изделий авиакосмической техники (АКТ).

Определен предмет исследований - волоконно-оптические преобразователи и датчики давления аттенюаторного типа, принцип действия которых основан на изменении интенсивности оптического сигнала при перекрытии части светового потока в зоне открытого оптического канала под действием измеряемого давления, предполагаемые к применению в системах перспективных образцов авиакосмической техники и решающие следующие функциональные задачи: обеспечение встроенного контроля и информационное обеспечение автоматического управления режимами работы двигателей, контроль давления в топливных баках и цистернах для жидкостей.

Во второй главе "Физические и математические основы преобразования измерительной информации в амплитудных волоконно-оптических датчиках давления аттенюаторного типа " рассмотрена структурная модель и алгоритм преобразования измерительной информации в ВОПД аттенюаторного типа

Модуляция светового потока при помощи аттенюатора (непрозрачно' го экрана) осуществляется следующим образом.

Если часть светового потока (СП), идущего от ПОВ, перекрывается экраном, то при этом часть площади приемного торца ООВ 5, затеняется, соответственно изменяется освещенная площадь Sz приемного торца ООВ, причем 5г=5ов-5з-, Математическая модель функции преобразования (ФП) в общем

Б 8

случае имеет вид Ф(2)=К1К2Фо, где К1=—, Кг=——, где Б» Бда - площади

8с ^ '

поперечного сечения сердцевины ОВ и СП в плоскости расположения торца ООВ, 8АА=л(Ь1ё^А+Гс)2. где Ь - расстояние между излучающим торцом ПОВ и приемным торцом ООВ. Если СП от ПОВ распространяется параллельным пучком, то коэффициент К2=1, т. е. для уменьшения неииформативных потерь СП

имеет смысл формировать параллельный ход л учей.

Изменением вида функции преобразования можно добиться изме-

нения вида функции преобразования а именно: ее нелинейности и кру-

тизны. В свою очередь, изменения вида зависимости добиваются изме-

нением формы и размеров экрана. Для экрана прямоугольной формы (рис. 1, а):

2

лг2 -{ — (— 2агсап с 1 2 180

р^г-г

2)

■ £пп (2агса1п

зп(—

2^2 - г'

)}

35000

л \

ч

ч

0 J и

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 Перодщвние шторки 2, мш

б) 35000

эоооо

25000

2 26000

£ 15000 п

10000 5000

N к

\

1 ь к

•ч

0 20 40 (0 (0 100 120 140 140 180 200 Перемещен«« шторки 2, мкм

Рисунок 1 - Графики зависимостей Б 1=42) при параллельном ходе лучей; а - для прямоугольной шторки, б» для шторки с круглым отверстием, (]с = 200 мкм

Зависимость достаточно линейная. Некоторая нелинейность наблюдается на начальном и конечном участках, которые целесообразно исключить. При Ь< Ьф:

Ф(2)=Ф0-

{ж2-Г 2ахсз5п

1 с 2 180

- 2'

гЬ(2ахсЕзп

и

2^2-г'

При Ь>Ьф-Ф(2)=Фо-

2лг <21ЛдЭЫА +

<{лг2

I с I 2 180 [ Ъ

ал (2аггвЬ

[V

, 2

Экран может быть выполнен с отверстием. Если отверстие прямоугольное, то управление световым потоком аналогично рассмотренному выше случаю, - Более технологичен в изготовлении экран с круглым отверстием, радиус которого В этом случае

Изменять линейность зависимости Эг1*^) и глубину модуляции ОС можно, изменяя значение Шн в процессе проектирования (рисунок 1, 6). Определено, что погрешность линейности минимальна при

Модуляция > светового потока дифференциальными аттенюаторами значительно снижает влияние на точность измерений неинформативных параметров внешней среды и изгибов волоконно-оптического кабеля (ВОК).

Базовым преобразователем измерительной информации ВОПД является дифференциальный волоконно-оптический преобразователь перемещения, рас-четно-конструктивная схема которого приведена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Упрощенная расчетно-конструктивная схема

аттенюаторного преобразователя перемещения

ВОПД содержит шторку толщиной t с отверстием, форма которого выбирается в соответствии с рекомендациями, приведенными в главе 3, расположенную на расстоянии I относительно ПОВ, и ООВ первого и второго измерительных каналов, расположенные на расстоянии L от ПОВ.

Под действием давления шторка перемещается на величину Z относительно ООВ, что ведет к изменению интенсивности СП 0j(Z) и Ф¡(Z), поступающих на приемники излучения (ПИ) первого и второго измерительных каналов.

ФП 0(Z) имеет вид- Ф(2) = К0Ктт(2)Ф0, где К„- коэффициент, характеризующий распределение освещённости в зоне измерения; Kuim(Z) - коэффициент передачи оптико-механического тракта «ПОВ - шторка - ООВ»; Фа - начальный световой поток на выходе ПОВ. При Ка=1 поведение функции преобразо-

ваши Ф(2) будет оцениваться по поведению функции передачи оптического тракта, то есть коэффициента Кшт(2).Кшт (1)=Кшт ¡(2)Кшт2.

При соосном расположении ПОВ и ООВ Kum¡(Z)= у -2L

пП О

. у °zi

USC'

25,

.»где

л - количество ООВ; Sz¡ - освещенная часть поперечного сечения сердцевины ООВ; Sc - площадь поперечного сечения сердцевины ОВ; Sa-a - площадь поперечного сечения светового потока в плоскости А-А расположения приёмных торцов ООВ. SA-a =(Ltg0NA+rc)2, где L - расстояние между излучающим торцом ПОВ и плоскостью, в которой расположены приёмные торцы ООВ, L=do3/tg0NA'> соответственно SA-A=(doa+rJ2,

Площадь Sz3 представляет собой сумму площадей двух круговых секторов S¡3 и S23, образованных взаимным пересечением двух окружностей: радиусом га равным радиусу сердцевины ОВ и радиусом Rcn> равным радиусу светового потока, прошедшего через отверстие в шторке в плоскости расположения приёмных торцов ООВ. Причём Ra - LtgdNA Расстояние!, выбирается таким образом, чтобы световой поток в плоскости А-А полностью перекрывал торцы ООВ в нейтральном положении шторки (при Z-0).

ФП для одного измерительного канала (например, первого), когда имеется п ООВ, расположенных на одинаковом расстоянии относительно оптической оси, имеет вид:

я/2 „2

ФЛ

(d0,+rcy

(--aresin—- sin(2arcsh —) ' 90 2r 2r,

"Sír

где aa D¡ определяются выражениями

Rг

, я .а,

(--aresm—-

90 2R„

-sin(2arcsh—— 2R„

a,= 2

U 2D,

(Ra +z,)2 +Л2ст -2йс,(«„ + Z,)COS

360°

Для частного случая, когда имеем шесть ООВ, расположенных на одинаковом расстоянии относительно оптической оси (в центре расположено седьмое технологическое ОВ, обеспечивающее симметричность конструкции кабеля):

+ */)2 + -2ДСТ + г,)со5б0°, ЩЩ = -Zt)г+R2c, -2RC,(Лст-2,)сое60° .

ПИ преобразуют ОС в электрические // и поступающие на вход блока преобразования информации (БПИ). При обработке сигналов ВОДД для улучшения метрологических характеристик целесообразно сформировать отношение (ф]-ф2)/(ф]+ф2). В этом случае наблюдается удвоение чувствительности преобразования, линеаризация выходной зависимости и снижается влияние на точность измерения неинформативных изгибов ВОК, изменения мощности излучения ИИ и чувствительности ПИ. В этом случае на выходе БПИ формируется

сигнал: ¡1,(Р) - ШМ Ш+ Ь(Р)].

Так измерительные каналы изготавливаются идентичными друг другу, то т]1(Х) ~ г)2(АЛ Б пи! - 5Пи2, Ф01 - Фоъ кУ1 =куъ параметры а„ Ят ИА, ¿0& гс одинаковы для обоих каналов. Окончательно определено

_2

11,(Р) ~ 1г(Р)]/[1,(Р)+ 1г(Р)]= {

( —— агсзт—— зм(2агат—) 90 2г. 2г. '

Я1

ж . а,

(--атсэт—1

90 2Я.

-— яп(2агс51п —— 2Я„

( —— агсяп —— $М2агсат—) 90 2г 2г.

Я\

(--агсзт— 51п(2агсяп ) 90 2Я 2Я

г2 Т с

(-- агсзт—- зт(2агс51п — ) 90 2г. 2г

И2

. Л . а,у . . .

(--агсзш —-— 5гл(2агсл/г ——)

90 2П 2я'

н/2

+ V»

£

( — - сгс5ш - ¿шпагат —) 90 2тс 2гс /

/? « \ . л . а12 . а,2

--(--агсзш —-— $1п(2агсзш ——

2 90 2П 2»

В третьей главе "Особенности физической реализации амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа" рассмотрены конструктивные особенности амплитудных ВОПД и ВОДД в том числе, предложенные и разработанные при непосредственном участии автора. Дано обоснование выбора компонентной базы разрабатываемых ВОДД. В частности в качестве ИИ использованы инфракрасные светодиоды, в качестве ПИ - фото-

диоды, согласованные по спектру со светодиодами, использованы многомодо-вые ОВ. В качестве упругого элемента наиболее целесообразно использовать стаканообразные мембраны из упругих сплавов аустенитного класса с жестко закрепленными на них шторками с отверстием.

Предложено несколько конструкций дифференциальных аттенюаторов (ДА).

Рассмотрены ДА, представляющие собой экран с двумя отверстиями квадратной или круглой формы, центры которых смещены на величину Гс.

Дана сравнительная оценка эффективности предложенных конструктивных решений ДА с точки зрения обеспечения требуемых метрологических характеристик (МХ) и технологичности изготовления. Определено, что при одном и том же количестве ООВ в ВОК, равном шести, эффективность ДА с круглым отверстием в 2..3 раза выше остальных. Следует также добавить к достоинствам данного ДА простоту юстировки его и ОВ. При неточной взаимной установке аттенюатора и ОВ вдоль оси У интегральная оценка поступающего в ООВ светового потока остается неизменной, то есть не скажется на результате измерений. Поэтому данный ДА рекомендован к применению в ВОПД.

Решены вопросы выбора количества ПОВ и ООВ, оптимального расположение ПОВ и ООВ в ВОК и относительно ДА, оптимальной формы ДА, которые влияют МХ: величину вносимого затухания, чувствительность преобразования, глубину модуляции ОС, линейность выходной характеристики.

Оказывает влияние на МХ и распределение освещенности в плоскости приемных торцов ООВ, определяемое расстоянием между ООВ и ПОВ. Если ООВ расположены от излучающего торца ПОВ нарасстоянии Ь&ф, то облученность площадки &ДД резко уменьшается при удалении от оптической оси ВОПД. Не-лине]'шое распределение освещенности не оказывает влияние на результат измерения, если ООВ двух измерительных каналов будут расположены симметрично относительно оси ПОВ. В то же время требуется точная юстировка ООВ относительно ПОВ и отверстий ДА и точное изготовление отверстий. Этот недостаток исключается, если ООВ расположены в плоскости, где распределение освещенности равномерное, когда диаметр зоны I равен диаметру </с- Но при этом в 4 раза уменьшится облученность приемных торцов ООВ, так как увеличивается площадь 8ДД Чтобы избежать снижения чувствительности преобразования из-за снижения освещенности целесообразно использовать не одно, а несколько ООВ. С точки зрения технологичности изготовления ВОК наиболее предпочтителен вариант из шести ООВ. При этом в центре приемного торца ВОК необходимо расположить седьмое технологическое ОВ, обеспечивающее симметричность конструкции кабеля. ООВ необходимо поделить между двумя измерительными каналами: по три на каждый.

Разработана методика расчета энергетических и конструктивных параметров ВОПД аттенюаторного типа, обеспечивающих эффективный ввод излучения в зону измерения, максимальную глубину модуляции ОС, равномерное распределение СП в плоскости расположения ООВ, минимальные габариты ВОПД

В качестве примера для расчёта оптической системы датчика использованы параметры оптического волокна ТХО.735.123 ТУ: <10в ~ 500 мкм, ^ =200 мкм, апертурный угол ем =12°. Толщина шторки выбрана ^ = 0,25 мм.

Анализ результатов теоретических исследований показал, что существенной глубины модуляции ОС (до 30 %) можно добиться, перемещая шторку вдоль оси Ъ на 0,5с1с, при сИс =200 мкм перемещение по оси Z составит 100 мкм.

В соответствии с программой «Расчет параметров упругого элемента», представленной в приложении А, для примера рассмотренного в п.3.3.1 проведен расчет конструктивных параметров мембраны с жестким центром (в качестве которого выступает шторка) для следующих исходных данных: Рт«=10 кгс/см2; Ио^12

мм; 0,2^ Ы 0,5 мм (рисунок 3). Материал мембраны сплав 36НХТЮ-Ш (У кото" рого модуль упругости Е=195000 Н/мм2; коэффициент Пуассона (Л =0,3; допускаемое напряжение [сг ]=1200 Н/мм^.

Рисунок 3 - Расчетные зависимости 8 =Р[Р) при R= 6,6 мм

На примере ВОДД аттенюаторного типа с ДА доказана целесообразность дифференциального управления СП в ВОПД, позволяющего значительно снизить влияние на точность измерений неинформативных параметров внешней среды и изгибов ВОК, удвоить чувствительность преобразования.

Рассмотрены конструктивная и структурная модели разработанного (в соавторстве) дифференциального ВОДД аттенюаторного типа, реализующие дифференциальный алгоритм управления световым потоком в зоне восприятия измерительной информации (рисунок 4).

Мембрана 1 жестко соединена со штуцером 2 или является его частью. В центре мембраны жестко закреплена шторка 3 на расстояниях относительно излучающего торца ПОВ 4 и приемных торцов ООВ 5 первого и второго измерительных каналов соответственно. ПОВ и ООВ жестко закреплены в корпусе 6. Юстировка волокон относительно шторки осуществляется с помощью металлической прокладки 7, толщина которой подбирается в процессе настройки датчика.

Рисунок 4 - Упрощенная конструктивная схема одного из вариантов дифференциального ВОДД аттенюаторного типа

В четвертой главе "Оценка метрологических и эксплуатационных характеристик амплитудных ВОДД аттенюаторного типа" определены возможные источники погрешностей и даны рекомендации по их снижению.

Разработана метрологическая модель (ММ) дифференциального ВОДД.

В соответствии с ММ датчика реальные ФП будут иметь вид:

- первого измерительного канала (ИК): 1Р1=8м(1+68м)8ии(1+б8ии)[(А1+Кпов)(1+бКпов)]-

[(Длм ,+Д2+Ам 1+КштО( 1+5КШТ 0] [(Д4+А«+Алш 1+Ащт |+Коов 1) • •(1+6Коов1)][(1+&П1^)][(Д8+Аш+8Пи1)(1+65пи1)]Р,

- второго измерительного канала: 1р2=8к(1+65м)5„И(1+&8ИИ)[(Л1+КПОВ)(1+&КПОВ)] •

• [(Длм2+Лз+Лм2+Кшт2)(1 +6Кшт2)][(А5+А7+ДЛШ2+АшТ2+КоОВ2) ' •(1+6Коов2)][(1+5Л2М][(А9+А1,+5ПИ2)(1+68ПИ2)]Р, где - погрешность юстировки ИИ относительно ПОВ; Дг, Д3 Д4, Д5 - погрешности из-за неточности начальной установки шторки относительно ПОВ и ООВ;

- погрешности из-за неточности юстировки ПОВ и ООВ друг относительно друга в зоне измерения; Дмь Дм г - погрешности из-за неточности изготовления мембраны, вносимые в первый и второй ИК соответственно; - погрешности из-за неточности изготовления шторки, вносимые в первый и второй ИК соответственно; Дв, Д9 - погрешности юстировки ООВ1 и ООВ2 относительно ПИ1 и ПИ2 соответственно; Дю» Ац - погрешности спектрального согласования ИИ и ПИ1 и ПИ2 соответственно; ДЛШ), Д^й - погрешности линейности ФП ОС на первом и втором отверстиях шторки соответственно; - погрешности линейности ФП упругого элемента (мембраны) первого и второго ИК соответственно; 65„ - погрешность чувствительности мембраны, обусловленная изменением ее параметров при воздействии ВВФ; бКцгп, бКщтг - погрешности, вносимые в первый и второй ИК, от прогиба шторки при воздействии ВВФ;

бКоовг - погрешности, обусловленные изменением светопропускания ПОВ и ООВ при воздействии ВВФ; б5ии - погрешность, обусловленная изменением мощности и диаграммы излучения ИИ при изменении ВВФ; бБпиь 65пи2 - погрешность от изменения интегральной токовой чувствительности первого и второго ПИ соответственно при изменении ВВФ; 6т|1(^), бт^Х) - погрешность спектрального согласования ИИ и ПИ1 и ПИ2 соответственно при изменении температуры окружающей среды; бКд - погрешность коэффициента преобразования делительного устройства при изменении температуры окружающей среды и напряжения питания.

Определено, что большинство аддитивных погрешностей может быть снижено в процессе сборки точной юстировкой элементов конструкции.

Мультипликативные погрешности, обусловленные изменением энергетических параметров ИИ и ПИ и коэффициента преобразования ИП при изменении параметров окружающей среды носят систематический характер, поэтому могут быть исключены. Автором (в соавторстве) предложено несколько способов снижения данных погрешностей.

Для подтверждения теоретических положений диссертации по определению конструктивных параметров ВОДД аттенюаторного типа, а также для определения количества и взаимного расположения оптических волокон в ВОК была разработана измерительная установка со специально разработанным оптическим тестером (рисунок 5). Снимались значения оптической мощности при перекрытии СП шторкой без отверстия (имитация квадратного отверстия) и шторкой с круглым отверстием. По полученным результатам были построены графические зависимости '\У=£(2) для каждого ИК и На рисунке 6 в качестве примера

приведены экспериментальные зависимости на выходе одного из измери-

тельных каналов для шторки с квадратным отверстием.

Анализ полученных зависимостей позволил сделать следующие выводы:

- наиболее эффективный ввод оптического излучения в ООВ достигается при = 1,53 мм и /г = 1,37 мм;

- при количестве ООВ равном 6 на приемники излучения поступает большее количество оптической мощности, чем в случае, когда используется два ООВ;

- более линейные зависимости получаются в том случае, когда используется шторка с прямоугольным отверстием, в то же время принципиального отличия по линейности и чувствительности преобразования не наблюдается для сравниваемых случаев, если определяется разность сигналов Поэтому при физической реализации рекомендуется шторка с круглым отверстием, как более простая в изготовлении.

В заключении отмечается, что в работе изложены научно обоснованные новые технические решения по созданию дифференциальных ВОДД аттенюаторно-го типа, внедрение которых позволит создать системы контроля и испытаний с новыми полезными свойствами, существенно повышающими эффективность изделий АКТ.

СД-ЗЛ107Б 1

ФДКФДМ

|Лух10Вт х10*Вт *и7Вт хЮ8Вт

сэ/ □ а сп

ПИТАНИЕ^

к!-'

БП Ч12В'

*--о .

Рисунок 5-Схема экспериментальных исследований

320В

*

■1' 4

Рисунок 6 - Зависимость при перемещении шторки

с квадратным отверстием

В приложениях приведены программы и результаты расчетов параметров ВОДД на ЭВМ, результаты экспериментальных исследований макетных и опытных образцов ВОДД аттенюаторного типа, конструкторская документация, в которой реализованы отдельные положения диссертации, акты внедрения результатов диссертации на предприятиях космической отрасли и оборонного комплекса, в учебном процессе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится решение актуальной научной задачи моделирования и конструирования новых ВОД давления аттенюаторного типа, принцип действия которых основан на изменении интенсивности оптического сигнала при перекрытии части светового потока в зоне открытого оптического канала датчика под действием измеряемого давления, внедрение которых позволит существенно повысить эффективность систем контроля, испытания, управления, диагностики, защиты изделий авиакосмической техники.

Развита и реализована методика проектирования амплитудных ВОДД аттенюаторного типа для изделий АКТ, позволившая улучшить ряд метрологических характеристик ВОДД.

Разработаны структурные, математические и метрологические модели дифференциальных ВОПД и ВОДД аттенюаторного типа, анализ которых показал, что, изменяя определенным образом конструктивные параметры, можно добиться повышения чувствительности преобразования, глубины модуляции ОС, линеаризации выходной характеристики.

Создана методическая база для расчета основных параметров амплитудных ВОП и ВОД давления аттенюаторного типа.

Усовершенствован дифференциальный способ улучшения метрологических характеристик ВОДЦ аттенюаторного типа: чувствительности преобразования, глубины модуляции оптического сигнала, снижения погрешности измерения, основанный на дифференциальном управлении световым потоком непосредственно на участке восприятия измерительной информации и за счет применения оригинальных схем компоновки ОВ в рабочих торцах волоконно-оптического кабеля.

Предложена методика оценивания погрешностей дифференциальных ВОДД аттенюаторного типа. Даны основные аналитические выражения точностных характеристик разрабатываемых ВОДД; исследованы источники погрешностей, даны рекомендации по их снижению.

На основе полученных обобщений и проведенных исследований разработаны оригинальные конструкции дифференциальных ВОДД с открытым ОК аттенюаторного типа, обеспечивающие требуемые МХ и надежное функционирование ВОД в жестких условиях эксплуатации.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в НИР «Автоматика-1», выполняемой ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ г.Снежинск Челябинской обл. по гособоронзаказу, а также при разработке ВОДЦ аттенюаторного типа на диапазоны 0...5, 0...10, 0...15, 0...28 кгс/см2. Датчики ВОДД 001 и ВОДД 002 внедрены на предприятиях Федерального космического агентства.

Работа обеспечивает создание и внедрение новых средств измерения: амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для контроля параметров и испытаний изделий авиакосмической техники.

Основное содержание диссертации опубликовано в работах

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

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

3 Пивкин А.Г. Обобщенный подход к метрологическому анализу волоконно-оптических датчиков / Е. А. Бадеева,. А.В. Гориш, АХ. Пивкин //Труды. Межд-го симпозиума "Надежность и качество", 26 мая - 1июня 2003, Пенза - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2003.- С. 363-366.

4 Пивкин А.Г. Анализ механической надежности волоконно-оптического кабеля для датчиков / Е. А. Бадеева, АВ. Гориш, А.Г. Пивкин //Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. - Вып 6 (2003). - М.: МГУЛ, 2003.-С.243-254.

5 Пивкин А.Г. Обобщенный подход к метрологическому анализу волоконно-оптических датчиков / Е. А. Бадеева, А.В. Гориш, АХ. Пивкин //Информационно-измерительная техника, экология и мониторинпНауч. тр. -Вып 6 (2003). - М.:МГУЛ, 2003. -С.255-257.

6 Пивкин А. Г. Формализация. процесса распределения светового потока в пространстве волоконно-оптического преобразователя с открытым ОК / Е. А. Бадеева, АХ. Пивкин //Датчики систем измерения, контроля, и управления: Межвуз. сб. науч. тр. — вып.23 (2003) - Пенза: изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2003. -с.126-132.

7 Пивкин АХ. Проблемы проектирования волоконно-оптических датчиков давления //Труды. Межд-го симпозиума "Надежность и качество", 26 мая - 1июня 2003, Пенза- Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2003.- С. 71-75.

8 Пивкин АХ. Математическая модель волоконно-оптического преобразователя аттенюаторного типа //Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. - Вып 6 (2003). - М.: МГУЛ, 2003. -С. 268-274

9 Пивкин АХ. Амплитудные ВОДД с открытым оптическим каналом / Е. А. Бадеев;*, А. Г. Пивкин, Т. И. Мурашкина: Монография. - М.: МГУЛ, 2004. -188 с.

10 Пивкин.АХ. Источники погрешностей дифференциальных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа и пути их уменьше-ния//Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. -Вып 7 (2004). - М.: МГУЛ, 2004.

11 Заявка на изобретение №2003118757, МПК6 в01 L 19/04. Волоконно-оптический датчик давления/ Е. А. Бадеева, А. В. Гориш, Т. И. Мурашкина, АХ. Пивкин.

12 Заявка на изобретение №2003118757, МПК6 в01 Ь 19/04. Волоконно-оптический датчик давления/ Е. А. Бадеева, А. В. Гориш, Т. И. Мурашкина, АХ. Пивкин.

Подписано в печать 25.03.04. Формат 60x84 1/16. Бумага типогр. № 1. Печать трафаретная. Усл. печ. л. 1,16. Заказ №010270. Тираж 100.

Отпечатано в ИИЦ ЛГУ Пенза, Красная, 40, т.: 56-47-33

» - 8 7 7 8

Введение.

ГЛАВА 1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ.

1.1 Анализ состояния вопроса создания и использования датчиков на объектах авиакосмической техники.

1.2 Оценка перспективности внедрения волоконно-оптических датчиков давления в системах контроля и испытаний изделий авиакосмической техники.

1.3 Пример использования волоконно-оптических датчиков давления при испытаниях и контроле систем летательных аппаратов.

1.4 Обоснование выбора волоконно-оптических преобразователей давления с открытым оптическим каналом аттенюаторного типа.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2 ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКАХ

ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА.

2.1 Принцип действия волоконно-оптических преобразователей давления аттенюаторного типа.

2.2. Преобразование светового потока в оптическом канале волоконно-оптического датчика давления аттенюаторного типа.

2.3 Функции преобразования волоконно-оптических преобразователей перемещения с предельным аттенюатором.

2.4 Принцип действия и функция преобразования дифференциального волоконно-оптического датчика давления с предельным аттенюатором.

Выводы к главе 2.

ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА.

3.1 Элементная база волоконно-оптических датчиков давления.

3.2 Выбор конструкции предельных аттенюаторов.

3.3 Методика расчета параметров волоконно-оптического преобразователя давления аттенюаторного типа.101 •

3.4 Особенности схемно-конструктивных решений и физической реализации дифференциальных волоконно-оптических преобразователей и датчиков давления аттенюаторного типа.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4 ОЦЕНКА МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА.

4.1 Источники погрешностей амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа и способы их уменьшения.

4.2 Влияние волоконно-оптического кабеля на эксплуатационные характеристики волоконно-оптических датчиков давления и способы их улучшения.

4.3 Влияние волоконно-оптического кабеля на метрологические характеристики волоконно-оптических датчиков давления и рекомендации по их улучшению.

4.4 Экспериментальные исследования макетных образцов волоконно-оптических преобразователей и датчиков давления аттенюаторного типа.

Выводы к главе 4.

В России ведутся работы по совершенствованию и созданию различных волоконно-оптических устройств, систем, их компонентов и технологии изготовления самих оптических волокон (ОВ). Достаточно отработаны и уже широко используются волоконно-оптические телекоммуникационные системы. Ведутся интенсивные разработки в области создания внутри-объектовых волоконно-оптических сетей сбора данных, обеспечивающих более эффективное использование информации о состоянии объекта в сравнении с традиционными системами сбора и преобразования информации в условиях воздействия сильных электромагнитных помех и повышенной искро- и взрывоопасности [51]. Дальнейшее совершенствование систем контроля и испытаний авиакосмической техники (АКТ) также не возможно без использования новых перспективных средств измерения, к которым, в первую очередь, относятся волоконно-оптические датчики (ВОД).

Преимущества ВОД перед традиционными электрическими следующие:

- могут использоваться во взрывоопасной среде ввиду абсолютной искро- и взрывобезопасности;

- имеют высокую механическую прочность, малые габариты, простую конструкцию и, соответственно высокую надежность;

- химически инертны;

- изготавливаются из диэлектрических материалов, чем обеспечивается отсутствие путей прохождения через них электрического тока;

- имеют высокую стойкость к повышенным температурам, механическим ударам, вибрациям и другим воздействиям окружающей среды;

- позволяют производить бесконтактные и дистанционные измерения;

- потребляют малое количество энергии;

- сигналы, идущее от датчиков, позволяют производить простое мультиплексирование;

- некоторые ВОД могут использоваться в ситуациях, в которых электронные устройства либо вообще нельзя использовать, либо такое использование сопровождается значительными трудностями и расходами, (например: измерение температуры в высоковольтных электрических аппара-' тах, таких как генераторы переменного тока, трансформаторы; измерение тока и напряжения в высоковольтных линиях электропередачи; быстрое измерение температуры небольших поверхностей, имеющих малую теплопроводность и переменную отражающую способность; в труднодоступных местах).

Несмотря на неоспоримые преимущества ВОД в настоящее время работы по созданию отечественных ВОД только выходят за рамки лабораторных исследований. Отставание отечественных разработок ВОД от зарубежных объясняется рядом объективных причин, среди которых определяющей является отсутствие комплексного подхода к решению этой проблемы и, как следствие, недостаточное финансирование этой области контрольно-измерительной техники. В то же время потребность в ВОД в различных отраслях достаточно высока [50]. Наибольшую потребность в ВОД испытывают ракетно-космическая, авиационная и военная техника. Не смотря на это, в настоящее время имеет место недопустимая недооценка роли ВОД при решении задач измерения и контроля в различных системах и на различных объектах.

Выявлены следующие факторы, влияющие на современное состояние в области разработки и использования ВОД:

- разработка ВОД в целом по стране не планируется;

- предприятия отдельных отраслей, как оборонных, так и общепромышленных ведут разработки ВОД практически только для "своих" изделий под ограниченный перечень задач;

- работы по созданию ВОД родственных предприятий различных отраслей не координируются, ведутся без обмена опытом и информацией;

- при постановке новых задач разрабатываются новые датчики, нередко с"нулевого"задела;

- предприятия, как правило, руководствуясь сиюминутными доходами, не заинтересованы в проведении широкоплановых комплексных исследований по созданию гаммы универсальных ВОД.

Преодоление существующих проблем - основная задача создания

ВОД.

Давление - это один из тех параметров, без измерения которого не обходится ни один объект техники специального назначения. Так на объектах авиационно-космической техники подобные измерения составляют половину всех измерений. Поэтому создание ВОД давления (ВОДД) является актуальной задачей.

Проблемой создания ВОД занимались как зарубежные, так и отечественные ученые: В. Д.Бурков, В. И. Бусурин, М. М. Бутусов, В. М. Гречишников, В. Г. Жилин, Е. А. Зак, Н. Е. Конюхов, Я. В. Малков, Т. И. Му-рашкина, А. Л. Патлах, В. Т. Потапов, Н. П. Удалов, и др. В то же время вопросам разработки ВОД давления посвящено не так много работ, в научно-технической литературе слабо отражены особенности проектирования ВОДД для изделий, эксплуатируемых в жестких условиях ракетно-космической техники. Большая часть известных публикаций связана с ВОДД отражательного типа, так как они наиболее просты в изготовлении. В то же время известно, что потенциальные возможности ВОД не реализуются в них из-за того, что в зоне измерения теряется большая часть светового потока в процессе отражения его от зеркальной мембраны. Это ведет к снижению чувствительности преобразования и, соответственно, к низкой точности измерения. Повышения чувствительности преобразования ВОДД можно добиться уменьшением неинформативных потерь света в процессе преобразования измерительной информации и, в первую очередь, в зоне восприятия информации об измеряемой величине. Этого можно добиться в ВОДД аттенюаторного типа. ВОДД подобного типа не получили широко распространения, так как требуют точной юстировки оптических волокон относительно друг друга и относительно аттенюатора. Смещение оптических волокон относительно друг друга и относительно аттенюатора на 1.5 мкм в известных технических решения ВОДД аттенюаторного типа может привести к резкому снижению чувствительности преобразования оптического сигнала и, соответственно, к снижению точности измерения. Кроме того, большинство амплитудных ВОДД имеют существенную дополнительную погрешность, обусловленную, в первую очередь, изменением температуры окружающей среды и изгибами оптических волокон.

Учитывая вышеизложенное, целью диссертационной работы является повышение эффективности систем контроля и испытания авиакосмической техники путем существенного улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик ВОДД.

Соответственно, научная задача, решаемая в работе, - моделирование и конструирование новых волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа, принцип действия которых основан на изменении интенсивности оптического сигнала при перекрытии части светового потока в зоне открытого оптического канала датчика под действием измеряемого давления.

Для решения поставленной научной задачи проведены следующие исследования и разработки:

- разработаны и проанализированы структурные, математические и метрологические модели амплитудных ВОДД аттенюаторного типа с целью выбора наиболее оптимальной из них;

- разработаны алгоритмы преобразования сигналов амплитудных ВОДД аттенюаторного типа;

- разработаны новые конструкции дифференциальных аттенюаторов и выбраны наиболее эффективные из них, обеспечивающие максимальные глубину и чувствительность преобразования оптического сигнала, простоту юстировки элементов оптической системы;

- усовершенствован дифференциальный способ повышения точности измерения ВОДД аттенюаторного типа, основанный на дифференциальном управлении световым сигналом непосредственно на участке восприятия измерительной информации;

- выведена аналитическая зависимость между выходным и входным сигналами дифференциального ВОДД аттенюаторного типа;

- осуществлена практическая реализация полученных результатов;

- проведены теоретические и экспериментальные исследования и анализ метрологических и эксплуатационных возможностей экспериментальных образцов разработанных ВОДД аттенюаторного типа.

Предмет исследований - волоконно-оптические преобразователи и датчики давления аттенюаторного типа, принцип действия которых основан на изменении интенсивности оптического сигнала при перекрытии части светового потока в зоне открытого оптического канала под действием измеряемого давления, предполагаемые к применению системах перспективных образцов авиакосмической техники.

Методы исследований. При решении поставленных задач использованы методы интегрального и дифференциального исчисления, аналитической геометрии, теории геометрической и волоконной оптики, методы математической физики, прикладной механики, методы решения оптимизационных задач. Достоверность полученных теоретических результатов и выводов подтверждалась экспериментальными исследованиями реальных образцов датчиков давления, созданных с использованием разработанных математических моделей и методики проектирования, а также сравнением полученных результатов с экспериментальными и расчетными данными, опубликованными другими авторами.

Новизна научных результатов заключается в следующем.

Развита методика проектирования амплитудных ВОДД аттенюатор-ного типа для изделий авиакосмической техники (АКТ): разработан комплекс базовых функций преобразования ВОПД с учетом функции распределения светового потока в пространстве зоны измерения, анализ которых показал, что, изменяя целесообразным образом конструктивные параметры ВОПД, можно добиваться требуемых метрологических характеристик.

Создана методическая база для расчета основных параметров амплитудных ВОПД и ВОДД аттенюаторного типа.

Усовершенствован дифференциальный способ улучшения метрологических характеристик ВОДД аттенюаторного типа: чувствительности преобразования, глубины модуляции оптического сигнала, снижения погрешности измерения, основанный на дифференциальном управлении световым потоком непосредственно на участке восприятия измерительной информации и за счет применения оригинальных схем компоновки оптических волокон в рабочих торцах волоконно-оптического кабеля.

На основе проведенных исследований разработаны новые технические решения амплитудных ВОДД аттенюаторного типа, обеспечивающие требуемые метрологические характеристики и надежное функционирование ВОДД в условиях эксплуатации, характерных объектам АКТ.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором, и обеспечивает создание и внедрение в системах контроля и испытаний изделий авиакосмической техники амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования по-' зволяют перейти к промышленному производству и внедрению разработанных датчиков.

Исследования проводились в рамках Федеральной космической программы России, "Программы оборонных НИР на 1996 - 2000 г.г.", фундаментальных и отраслевых НИР и ОКР Минобщемаща СССР и Росавиакосмоса: НИР «Фаза» № 1007-8603, НИР «Световод» №1007-8501, НИР «Задел» №1007-8601, НИР «Измерение» №1007-8103, НИР «Автоматика-1», выполняемого Федеральным ядерным центром ВНИИТФ по гособоронза-казу, дог. № 4 (546Н) от 06.07.1999 г. между ПГУ и НИКИРЭТ (ГУП СНПО «Элерон» г. Заречный Пензенской обл. (НИР "Сфера"),

Реализация результатов работы. Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке ВОД давления, а также внедрены в учебный процесс в Пензенском государственном университете на кафедре «Приборостроение».

В частности, эти результаты использовались при создании ВОДД аттенюаторного типа на диапазоны 0.5, 0.10, 0.15, 0.28 кгс/см2.

Разработаны макетные образцы датчиков: шифр ВОДД 001 (для измерения разности давлений), ВОДД 002 (для измерения избыточного давления).

Датчики ВОДД 001 и ВОДД 002 внедрены на предприятиях Федерального космического агентства.

Элементы общей теории и проектирования ВОДД аттенюаторного типа, материалы по расчету ВОПД аттенюаторного типа использованы в НИР «Автоматика-1», выполняемой ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ г. Снежинск Челябинской обл. по гособоронзаказу, а также в лекционном материале и лабораторном практикуме учебной дисциплины «Волоконно-оптические измерительные приборы и системы».

Автор благодарен сотрудникам Росавиакосмоса, РКК "Энергия", МГУЛ, ПГУ, НИИФИ, научная и практическая помощь которых помогли выполнить основную часть диссертационной работы и внедрить основные ее положения в реальные изделия и учебный процесс. Особая благодарность научному руководителю Горишу A.B. и научному консультанту Му-рашкиной Т.И.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на НТС Росавиакосмоса, на Международной НТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза, 1999, 2002 г.г.), международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2003 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 1 монография, 9 статей в центральных (в том числе международных) изданиях и межвузовских сборниках, 2 заявки на изобретения. Без соавторов опубликовано 3 работы.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, 6 приложений. Основная часть изложена на 177 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 7 таблиц. Список литературы содержит 101 наименование. Приложения к диссертации занимают 20 страниц.

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в НИР «Автоматика-1», выполняемой ФГУП РФЯЦ-ВНИИТФ г.Снежинск Челябинской обл. по гособоронзаказу, а также при разработке ВОДД аттенюаторного типа на диапазоны 0.5, 0.10, 0.15, 0.28 кгс/см2. Датчики ВОДД 001 и ВОДД 002 внедрены на предприятиях Федерального космического агентства.

Работа обеспечивает создание и внедрение новых средств измерения: амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для контроля параметров и испытаний изделий авиакосмической техники.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АСКИ - автоматизированная система контроля испытаний

АКТ - авиакосмическая техника

БП - блок питания

БПИ - блок преобразования информации

ВВФ - внешний влияющий фактор вод - волоконно-оптический датчик водд - волоконно-оптический датчик давления вок - волоконно-оптический кабель воп - волоконно-оптический преобразователь вопд - волоконно-оптический преобразователь деления воссд - волоконно-оптическая сеть сбора данных гтд - газотурбинный двигатель зс - зондирующий сигнал

ИИ - источник излучения ип - измерительный преобразователь иис - информационно-измерительная система ик - измерительный канал

КА - космический аппарат кпи - компенсационный приемник излучения

ЛА - летательный аппарат лд - лазерный диод

ЛФД - лавинный фотодиод мх - метрологические характеристики

НИОКР - научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа

НТК - научно-техническая конференция ов - оптическое волокно ок - оптический канал

ОКР - опытно-конструкторская работа оов - отводящее оптическое волокно

ОР - оптический разъем

ОТТ - общие технические требования

ОЭБ - оптоэлектронный блок

ПВО - полное внутреннее отражение пи - приемник излучения по - программное обеспечение пов - подводящее оптическое волокно пл - полупроводниковый инжекционный лазер пп - показатель преломления р - разветвитель волоконно-оптический

РКТ - ракетно-космическая техника рпи - рабочий приемник излучения

СИ - система измерений сд - светодиод сид - светоизлучающий диод слд - суперлюминесцентный диод

СУ - согласующее устройство

СХ - спектральная характеристика

ТКЛР - температурный коэффициент линейного расширения тт - технические требования

УУ - управляющее устройство (устройство управления)

УЮ - узел юстировки

ФВ - физическая величина

ФД - фотодиод

ФП - функция преобразования чэ - чувствительный элемент

ЭВМ - электронная вычислительная машина эх - эксплуатационные характеристики

168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе содержится решение научной задачи моделирования и конструирования новых технических решений ВОД давления аттенюаторного типа, принцип действия которых основан на изменении интенсивности оптического сигнала при перекрытии части светового потока в зоне открытого оптического канала датчика под действием измеряемого давления, внедрение которых позволит существенно повысить эффективность систем контроля, испытания, управления, диагностики, защиты изделий авиакосмической техники.

Развита и реализована методика проектирования амплитудных ВОДЦ аттенюаторного типа для изделий АКТ, позволившая улучшить ряд метрологических характеристик ВОДЦ.

Разработаны структурные, математические и метрологические модели дифференциальных ВОПД и ВОДЦ аттенюаторного типа, анализ которых показал, что, изменяя определенным образом конструктивные параметры, можно добиться повышения чувствительности преобразования, глубины модуляции оптического сигнала, линеаризации выходной характеристики.

Создана методическая база для расчета основных параметров амплитудных ВОП и ВОД давления аттенюаторного типа.

Усовершенствован дифференциальный способ улучшения метрологических характеристик ВОДЦ аттенюаторного типа: чувствительности преобразования, глубины модуляции оптического сигнала, снижения погрешности измерения, основанный на дифференциальном управлении световым потоком непосредственно на участке восприятия измерительной информации и за счет применения оригинальных схем компоновки ОВ в рабочих торцах волоконно-оптического кабеля.

Предложена методика оценивания погрешностей дифференциальных ВОДД аттенюаторного типа. Даны основные аналитические выражения точностных характеристик разрабатываемых ВОДД; исследованы источники погрешностей, даны рекомендации по их снижению.

На основе полученных обобщений и проведенных исследований разработаны оригинальные конструкции дифференциальных ВОДД с открытым оптическим каналом аттенюаторного типа, обеспечивающие требуемые метрологические характеристики и надежное функционирование ВОД в жестких условиях эксплуатации.

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

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

3. Азимов Р. К., Шипулин Ю. Г., Оптоэлектронные преобразователи больших перемещений на основе полых световодов М.: Энергоатомиздат, 1987. - 56 е.: ил. - (Б-ка по автоматике; Вып. 664).

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

5. Ахмадиев А. Т., Белоцерковский Э. Н., Патлах А. Л. Современное состояние и перспективы развития волоконно-оптических преобразователей уровня // Оптико-механическая промышленность. 1986. -№6. -С. 51-55.

6. Бабченко А. М., Бусурин В. И., Носов Ю. Р. Оптоэлектронные преобразователи уровня жидкости // Измерения, контроль, автоматизация. 1987.-№2(62).-С. 3-13.

7. Бадеева Е.А., Мещеряков В. А., Мурашкина Т. И. Волоконно-оптические датчики давления аттенюаторного типа для летательных аппаратов// Датчики и системы. 2003.- № . - С.

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

9. Бадеева Е.А. Обоснование конструктивного исполнения предельных аттенюаторов волоконно-оптических датчиков //Датчики и системы. 2003.- № . - С.

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

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

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

13. Белоцерковский Э. Н., Патлах А. Л. Волоконно-оптические первичные преобразователи информации // Приборы и системы управления. 1988. - № 5. - С. 20-22.

14. Букреев И. Н. и др. Волоконно-оптические датчики // Обзоры по электронной технике. Сер. 5. Радиодетали и радиокомпоненты / ЦНИИ "Электроника". 1984. - Вып. 1 (1027).

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

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

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

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

19. Волоконно-оптические датчики: настоящее и будущее // Экспресс-информ. Сер. Приборы и элементы автоматики и вычислительной техники, М: ВИНИТИ, 1987. - № 4. - С. 1-9.

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

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

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

23. Волохов В. Н. и др. Волоконно-оптический датчик уровня жидкости // Приборы и техника эксперимента.-1981.-№ 6.-С.197-199.

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

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

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

27. ГОСТ 18353-79. Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов. М.: Изд-во стандартов, 1980. - 17 с.

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

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

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

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

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

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

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

35. Зак Е. А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией. М.: Энергоатомиздат, 1989. - 128 с. - (Б-ка по автоматике. Вып. 670).

36. Заявка на изобретение №2003118757, МПК6 С01 Ь 19/04. Волоконно-оптический датчик давления/ Е. А. Бадеева, А. В. Гориш, Т. И. Мурашкина, А.Г. Пивкин.

37. Заявка на изобретение №2003118757, МПК6 в01 Ь 19/04. Волоконно-оптический датчик давления/ Е. А. Бадеева, А. В. Гориш, Т. И. Мурашкина, А.Г. Пивкин.

38. Иванина В. И., Каракчиев С. Н., Орлянский Н. В., Якунин И. А. Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости // Технология. Технология приборостроения: Науч.-техн. сб. / ЦНТИ "Поиск". 1990. -Вып. 3. ДСП-С. 146-153.

39. Интегральная оптика/Под ред. Т. Тамира,- пер. с англ. М.: Мир,1978.

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

41. Коняхин И. А., Панков Э. Д. Трехкоординатные оптические и оптико-электронные угломеры: Справочник. М.: Недра, 1991. - 224 с.

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

43. Красюк Б. А., Корнеев Г. И. Оптические системы связи и световодные датчики. М.: Радио и связь, 1985.

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

45. Кузин А. Ю., Жевидь С. В., Павлова И. В. Промышленные датчики на основе оптических волокон //Зарубежная радиоэлектроника. -1988.-№ 6, С. 72-82.

46. Мурашкина Т. И. Волоконно-оптический сигнализатор уровня жидкости // Радиотехника. 1995. - № 10. - С. 34-35.

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

48. Мурашкина Т. И. Состояние и проблемы волоконно-оптического датчикостроения // Состояние и проблемы технических измерений: Тез. докл. Всероссийск. науч.-техн. конф. 24-26 ноября 1998. Москва, 1998. -С. 183-184.

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

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

51. Основы волоконно-оптической связи: Пер. с англ. / Под ред. Е. М. Дианова. М.: Сов. радио, 1980. - 232 с.

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

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

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

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

56. Пивкин А.Г. Анализ механической надежности волоконно-оптического кабеля для датчиков / Е. А. Бадеева, A.B. Гориш, А.Г. Пивкин //Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. Вып 6 (2003). - М.: МГУЛ, 2003. -С.243-254.

57. Пивкин А.Г. Обобщенный подход к метрологическому анализу волоконно-оптических датчиков / Е. А. Бадеева, A.B. Гориш, А.Г. Пивкин //Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг:Науч. тр. Вып 6 (2003). - М.: МГУЛ, 2003. -С.255-257.

58. Пивкин А.Г. Проблемы проектирования волоконно-оптических датчиков давления //Труды. Межд-го симпозиума "Надежность и качество", 26 мая 1июня 2003, Пенза - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та.-2003.-С. 71-75.

59. Пивкин А.Г. Математическая модель волоконно-оптического преобразователя аттенюаторного типа //Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. Вып 6 (2003). - М.: МГУЛ, 2003.-С. 268-274

60. Пивкин А.Г. Амплитудные ВОДД с открытым оптическим каналом / Е. А. Бадеева, А. Г. Пивкин, Т. И. Мурашкина: Монография. -М.: МГУЛ, 2004. -188 с.

61. Пивкин А.Г. Источники погрешностей дифференциальных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа и пути их уменьшения//Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. Вып 7 (2004). - М.: МГУЛ, 2004.

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

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

64. Принципы действия и применения оптико-волоконных датчиков / Э.И. Приборы и элементы автоматики. -1985. №5 - с. 64-70.

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

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

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

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

69. Свирид В. А., Хотяинцев С. Н. Первичные преобразователи дискретных волоконно-оптических уровнемеров // Измерительная техника.- 1990.- № 7. С. 30-32.

70. Современное состояние и тенденции развития измерительных преобразователей на основе элементов волоконной оптики // Обзорная информация, ЦНИИТЭИ приборостроение, ТС-5, 1987.

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

72. Травина Т. С. Состояние разработок, выбор и расчет компонентов волоконно-оптических линий передачи с уровнем энергетических потерь 15-30 дБ / Радиоэлектроника. М.: НИИЭИР, 1986.- т. 2. ДСП С. 46-65.

73. Убайдуллаев Р. Р. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-тренз, 1998.-267 с.

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

75. Чичерин В. Г. Диагностирование и обеспечение безаварийной работы двигателей МТКК "Спейс Шаттл" // Обзор по матер, заруб, печати.- 1985. № 47 (108). - Серия IV, инв. № 154 ДСП.

76. Шафутдинов Г. К., Титова Г. В., Суягин С. В., Черников О. А. Волоконно-оптический датчик концентрации компонентов жидких сред // Приборы и системы управления.-1994,- № 6.-С.31-33.

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

78. Bucher A., Kist R., Ramakrishnan S., Unger L., Wolfelschnei- der H. Faseroptischer Wegsensor // Laser und Optoelektronik. 1989. - № 21 (1). -P.P. 54-56.

79. A. Competitive Assessment of the US Fiber Optics Industry / Office of Telecommunication US Deportment of Commerce // Fiber and Jntegr. Optics. 1986.- № 4. Vol.6. P.P. 329-409.

80. Cimmino A., Davis T.J. A Simple Optical Transducer for the Measurement of Small Vibration Amplitudes // Journ. Phus. t.: Sci Insrum. -1995.-Vol. 18.-P.P. 947-948

81. Dakin J. P. Multiplexed and distributed optical fibre sensor system // J. Phys. E: Sci. Instrum. 1989. - Vol. 20. - P.P. 954-967

82. Dakin J. P. Principles and applications of optical fibre sensors // Sys. Technol. 1984. - № 38. - P.P. 41-47.

83. De Grandpre M. D. Measerement of seawater p CO2 using a renewable reagent fiber optic senson with colorimetric detection // Anal Chem. - 1993. -Vol. 65.-№4.-P.P. 331-337.

84. El Sherif M. A. On - fiber sensor and modulator // IEEE Transactions on instrumentation and measurement. - 1989. - № 38. - P.P. 595-598.

85. El Sherif M. E., Shankar P. M., Herczfeld P. R., Bobb L., Krumboltz H. On - fiber electrooptic modulator switch // Appl. Opt. - 1986. - Vol. 25. -№15.

86. Garthe D. Ein rein optisches Mikrofon // Acustica. 1991. - Vol. 73/ -№ 2. - S. 72-89.

87. Jones R. Optical techniques for inspection and sensing // Sensor review. 1984.- №3. - P.P. 116-119.

88. Haran F. M. Optical fibre interferometric sensors using buffer guided light // Meas. Sci. Technol. 1994. - № 5. - P.P. 525-530.

89. Krohn D. A. Fiber optics: new sensors for old problems // In. Tech. -1983. Vol. 30'. - № 3. - P.P. 57-60.

90. Lewis N.e., Miller M.B., Lewis W.H. Fiber Optics Sensors Utilizing Surface Reflection // Fiber Optic and Laser Sensor 11. Proc. SPIE. 1984. - Vol. 478.

91. Main R. P. Fibre optic sensors future light // Sensors review, 1985, №3. -S. 133 - 138.

92. McMahon D. H., Nelson A. R., Spillman W. B. Fiber-optic transducers // IEEE Spectrum. Dec. 1981, P.P. 24-29.

93. Medck R. S. The present and future status of fibre optic sensors in industry // Meas. and Contr. 1987. - Vol. 20. - № 3. - P.P. 14-17.

94. Ovren C., Adolfsson M., Hok B., Brogardh T. New opportunities with fibre-optic measurement // Sensor. Rev. 1985. - Vol. 5. - № 4. - P.P. 199-205.

95. Pitt G. D. Fiber-optic sensors // Electrical Communication. 1982. -Vol. 57.-№2.-P.P. 102-106.

96. Verber C. M. The exciting promise of fiber-optic sensors //Mech. Eng. 1984. - Vol. 106. - № 5. - P.P. 60-65.

97. Ulrich R. Faseroptische Wegaufhehmer als Grundelemente fur Sensoren // Automatisirungstechn. Prax. 1985. Vol. 4. - № 3. - S. 117-123.