Оптоэлектронные датчики линейных перемещений для информационно-измерительных систем

Бадеев, Александр Валентинович

Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)

автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Оптоэлектронные датчики линейных перемещений для информационно-измерительных систем

кандидата технических наук: Бадеев, Александр Валентинович
город: Пенза
год: 2006
специальность ВАК РФ: 05.11.16

Диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам на тему «Оптоэлектронные датчики линейных перемещений для информационно-измерительных систем»

Автореферат диссертации по теме "Оптоэлектронные датчики линейных перемещений для информационно-измерительных систем"

На правах рукописи

БАДЕЕВ Александр Валентинович

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ДАТЧИКИ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ ДЛЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ СИСТЕМ

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Пенза 2006

Работа выполнена в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» на кафедре «Приборостроение».

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Мурашкина Татьяна Ивановна.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Геращенко Сергей Иванович; доктор технических наук, профессор Иванов Александр Иванович.

Ведущая организация - Пензенское конструкторское бюро

моделирования (г. Пенза).

Защита диссертации состоится 15 июня 2006 г., в 14 часов, на заседании диссертационного совета Д 212.186.02 в государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет» по адресу: 440026, г. Пенза, ул. Красная, 40.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Пензенский государственный университет».

Автореферат разослан «_»_2006 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук,

профессор --- Светлов А. В.

£09$А

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В бортовых информационно-измерительных системах (ИИС) ракетной и космической техники (РКТ) датчики играют особо важную роль, обеспечивая получение, обработку и передачу огромных объемов информации о физических процессах, происходящих в контролируемых системах. Непрерывное совершенствование изделий РКТ, развитие ИИС требуют повышения точности решения традиционных задач и расширения областей исследований закономерностей протекания физических процессов в экстремальных условиях эксплуатации, что, в свою очередь, предполагает создание высокоточных, надежных, малогабаритных и экономичных датчиков физических параметров. При этом предпочтение отдается датчикам, не требующим в процессе измерения энергетического взаимодействия с контролируемым объектом.

Большую потребность предприятия РКТ испытывают в датчиках, предназначенных для бесконтактного измерения перемещений в диапазонах 0-45, 0-60, 0-90. 0-125, 0-180, 0-250, 0-500, 0-800, 0-1000 мм.

Перечисленным требованиям наилучшим образом отвечают бесконтактные оптоэлектронные датчики линейных перемещений (ОЭДЛП). Отсутствие силового воздействия на перемещающийся объект, возможность дистанционного измерения параметра делает ОЭДЛП незаменимыми в тех случаях, когда наличие даже незначительного силового воздействия может привести к недопустимому изменению состояния контролируемого объекта. Кроме того, отсутствие механической связи с объектом контроля и, соответственно, механической преобразующей системы внутри датчика делает их надежными в эксплуатации, простыми в изготовлении и т.п.

Анализ научно-технической информации и публикаций в области оптических измерений известных ученых Вайнберга В. Б., Воронцова Л. Н., Гречишникова В. М., Катыса Г. П., Конюхова Н. Е., Ми-рошникова М. М., Меркишина Г. В., Свечникова С. В., Якушенко-ва Ю. Г. и др., а также теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором данной работы, показали, что для решения поставленной задачи целесообразно применить рефлексомет-рический способ преобразования перемещен^ ^дДЩЩ^Щ* сиг~

БИБЛИОТЕКА О Петербург

О» 200 Д"

нал, основанный на регистрации изменения в зависимости от расстояния интенсивности отраженного светового потока. При этом встает задача уменьшения влияния нелинейных изменений пространственных характеристик светового потока, ведущих к резкому снижению интенсивности оптического сигнала с удалением от рабочего торца датчика контролируемого объекта и, соответственно, к высокой погрешности линейности функции преобразования, снижению точности измерения и диапазона измеряемых перемещений.

Известные малогабаритные ОЭДЛ11 имеют ограниченный диапазон и низкую точность измерения, а для измерения перемещений до 1000 мм используются датчики с неприемлемо большими габаритами и массой, также сложные в аппаратурной реализации, что не удовлетворяет требованиям со стороны ИИС PKT. Это объясняется тем, что в известных ОЭДЛП не полностью учтены особенности пространственного распределения светового потока в оптическом канале, недостаточно решены вопросы оптимизации конструктивных параметров измерительных преобразователей и т.д.

Состояние оптического тракта ОЭДЛП в процессе воздействия измеряемой физической величины (перемещения) и неизмеряемых параметров внешней среды определяет достоверность результатов измерения. Для достижения требуемых метрологических характеристик необходимо формирование рациональных пространственных структур пучка лучей в зоне измерения. Поэтому при проектировании ОЭДЛП на первый план выступают вопросы, связанные с распределением плотности мощности по сечению пучка света, несушего измерительную информацию, характер изменения структуры излучения в зоне измерения.

К управляемым параметрам ОЭДЛП относятся формы и радиусы кривизны преломляющих и отражающих поверхностей, расстояния между поверхностями, показатели преломления сред, составляющих оптическую систему, материалы конструктивных элементов оптического канала. Критериями эффективности оптической системы ОЭДЛП являются линейность функции преобразования, диапазон измерения, глубина модуляции оптического сигнала, чувствительность преобразования, инерционность, технологичность изготовления, работоспособность в жестких условиях эксплуатации на протяжении всего срока службы с заданной точностью.

Определено, что если световой поток, поступающий в зону измерений, - величина постоянная, то вид функции преобразования ОЭДЛП будет оцениваться по виду пространственной модуляционной функции в диапазоне измерения. Из-за сложности математической формализации этому вопросу до настоящего времени уделялось недостаточно внимания. Поэтому необходимо разработать общий подход к математической формализации описания процессов, происходящих в зоне измерений ОЭДЛП. В результате математического моделирования необходимо определить, как распределена оптическая мощность в зоне преобразования оптического сигнала. Это дает возможность рационально расположить конструктивные элементы датчика с заранее известными оптическими свойствами, что, в свою очередь, позволит снизить массо-габаритные характеристики ОЭДЛП, линеаризовать выходную зависимость датчика, повысить чувствительность преобразования и глубину модуляции оптического сигнала, расширить диапазон измерения.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является повышение эффективности информационно-измерительных систем ракетно-космической техники путем существенного улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик оптоэлектронных датчиков линейных перемещений.

Научная задача, решаемая в работе, - научное обоснование, разработка и исследование новых и модернизированных бесконтактных оптоэлектронных датчиков линейных перемещений, реализующих амплитудно-фазовое преобразование перемещения в электрический сиг-нач, с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем PKT.

Для решения поставленной научной задачи проведены следующие исследования и разработки:

- проведен анализ известных способов и средств бесконтактного измерения линейных перемещений;

- разработаны структурные и математические модели рефлексо-метрических измерительных преобразователей перемещений (РИПП) и ОЭДЛП в целом;

ческого сигнала, линейность функции преобразования, простоту юстировки элементов оптической системы;

- выведена аналитическая зависимость между выходным и входным сигналами ОЭДЛП с компенсационным оптоэлектронным каналом;

- дано теоретическое обоснование новых и модернизированных технических решений физической реализации РИГИ и ОЭДЛП в целом, позволяющих при незначительной модификации конструктивного исполнения РИПП создать гамму ОЭДЛП для измерения перемещения в разных диапазонах измерения и в разных условиях применения;

- проведен теоретический анализ метрологических и эксплуатационных возможностей ОЭДЛП, применяемых в условиях РКТ;

- разработаны и внедрены новые способы снижения температурной погрешности и погрешности линейности ОЭДЛП;

- проведены экспериментальные исследования и анализ технических возможностей разработанных экспериментальных образцов ОЭДЛП, в которых реализованы основные положения диссертации.

Методы исследований. При разработке математических и физических моделей РИПП и ОЭДЛП в целом использовались основные положения геометрической оптики, применялись методы математической физики, прикладной механики. При решении задач по синтезу и анализу РИПП и ОЭДЛП использовались положения теории чувствительности, погрешностей, гармонического анализа, дифференциального и интегрального исчисления, аналитической геометрии, методы численного анализа, имитационное и статистическое моделирование на ЭВМ. В экспериментальных исследованиях использовались положения теории измерений, планирования эксперимента и математическая обработка полученных результатов.

Достоверность результатов подтверждается их непротиворечивостью законам физики, корректным использованием современных аналитических и расчетных методов, математическим моделированием. Основные теоретические положения и результаты расчетов подтверждены экспериментальными исследованиями лабораторных макетов и реальных образцов ОЭДЛП.

Научная новизна работы заключается в следующем.

Методика проектирования ОЭДЛП амплитудно-фазового типа для информационно-измерительных систем изделий ракетно-космической техники включает в себя:

- новые структурные схемы с компенсационным оптоэлектрон-ным каналом:

- алгоритм преобразования светового потока;

- разработанный комплекс базовых функций преобразования РИПП, учитывающих распределение светового потока в пространстве зоны измерения, анализ которых показал, что, изменяя целесообразным образом схемные и конструктивные параметры РИПП, можно добиться улучшения метрологических характеристик.

Методика расчета основных параметров оптической системы РИПП основана на определении закономерностей распределения светового потока в зоне измерения и связи диапазона измерения, угла наклона оптической оси источника излучения относительно оптической оси РИПП и расстояния между источниками и приемниками излучения.

Новые и усовершенствованные способы улучшения метрологических характеристик амплитудно-фазовых ОЭДЛП основаны на:

- взаимной компенсации неинформативных изменений параметров оптического канала ОЭДЛП при воздействии ВВФ за счет использования оптико-электронного компенсационного канала;

- взаимной компенсации изменений сигналов, обусловленных противоположно изменяющимися мощностью излучения источника излучения (ИИ) и фоточувствительностью приемников излучения (ПИ) при изменении температуры окружающей среды;

- уменьшении отраженного светового потока в начале диапазона измерения и его увеличении в конце диапазона измерения за счет формирования сходящегося к концу диапазона измерения светового потока и снижения потока рассеяния отраженного светового потока;

- формировании необходимого сечения светового потока при использовании отражающей поверхности с переменным коэффициентом отражения.

Экспериментально исследованы метрологические и эксплуатационные характеристики разработанных новых ОЭДЛП с компенсационным каналом на диапазоны 0...1000 мм, подтвердившие основные теоретические положения диссертационных исследований.

Практическая значимость работы. Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором в Пензенском государственном университете (ПГУ) на кафедре «При-

боростроение», и способствует решению актуальной научно-технической задачи создания новых бесконтактных ОЭДЛП с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками и внедрения га в ИИС на изделиях ракетно-космической техники.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют перейти к их промышленному проектированию, производству и внедрению. Научная и практическая значимость исследований подтверждается тем, что работа проводилась в рамках Федеральной космической программы России, НИОКР «Составные части и модули АСУ межвидового применения электроснабжения» (дог. №4/97-8 от 03.04.97 между ФГУП «Рубин», г. Пенза, и ОАО «НИИВТ», г. Пенза), договора № 275 от 01.02.04 (НИР «Устройства сбора и обработки данных в информационно-измерительных системах») между ЗАО «НИИФИ и ВТ», г. Пенза, и ПГУ.

Диссертационные исследования выполнялись и реализовывались в 111 У при финансовой поддержке НИР аспирантов вузов в форме гранта Министерства образования России (приказ Минобразования РФ от 12.05.2003 г.), шифр А03-3.20-362 «Оптимизация конструктивных исполнений оптоэлектронных датчиков линейных перемещений на основе формирования рационального распределения светового потока».

Реализация результатов работы. Основные результата теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке ОЭДЛП, а также внедрены в учебный процесс. В частности, эти результаты использовались при создании ОЭДЛП с компенсационным каналом для измерения перемещений в диапазонах 0...45, 0...60, 0...90, 0...125, 0...180, 0...250, 0...350, 0. .500, 0.. .800,0...1000 мм.

Разработаны макетные образцы ОЭДЛП: шифр ПГУ-ПО1-001, ПГУ-П02-001.

Элементы теории проектирования, материалы по расчету ОЭДЛП использованы в НИОКР «Составные части и модули АСУ межвидового применения электроснабжения» в разделе «Унифицированные модули и устройства системы гарантированного электроснабжения», НИР «Устройства сбора и обработки данных в ИИС», «Оптимизация конструктивных исполнений оптоэлектронных датчиков линейных перемещений на основе формирования рационального распределения светового потока», а также в лекционном материале и лабораторном

практикуме дисциплины «Теория измерений», преподаваемой студентам специальности 200100 «Приборостроение» в ПТУ.

Апробация работы. Основные научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам по разделу «Авиация, авиастроение и воздушный транспорт» (г. Казань, 1998 г.), Всероссийской НТК «Состояние и проблемы технических измерений» (г. Москва, 1998 г.), Международной НТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза, 2002 г., 2003 г.), Международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2004 г., 2005 г.), Международной НТК «Метрологическое обеспечение измерительных систем» (г. Пенза, 2005 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 работ, из них 18 статей в центральных (в том числе международных) изданиях и межвузовских сборниках. 2 - тезисы докладов. Без соавторов опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения, списка используемой литературы, 8 приложений. Основная часть изложена на 172 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 115 наименований. Приложения к диссертации занимают 20 страниц.

На защиту выносятся•

1 Структурные схемы, математические модели и алгоритмы преобразования сигналов РИПП и амплитудно-фазовых ОЭДЛП с компенсационным каналом, отвечающие алгоритму максимальной линеаризации выходной характеристики.

2 Алгоритм преобразования светового потока, обеспечивающий требуемые энергетические соотношения и рациональные пространственные структуры пучка лучей в зоне измерений оптической системы ОЭДЛП.

3 Методика расчета основных параметров оптической системы, основанная на определении закономерностей распределения светового потока в зоне измерения.

4 Новые и усовершенствованные способы улучшения метрологических характеристик амплитудно-фазовых ОЭДЛП с компенсационным каналом.

з повые технические решения РИПП и амплитудно-фазовых ОЭДЛП с компенсационным каналом с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками, внедрение которых позволит повысить эффективность информационно-измерительных систем PKT.

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 проведены теоретическая проработка и анализ существующих методов измерения линейных перемещений, которые показали, что в настоящее время отсутствуют простые малогабаритные бесконтактные средства измерения перемещений в диапазонах до 1000 мм, позволяющие с высокой точностью проводить измерения в жестких условиях эксплуатации.

Доказано, что для решения поставленной задачи необходимо использовать оптический метод измерения, причем по характеру взаимодействия оптического излучения с контролируемым перемещающимся объектом выбран метод отраженного излучения, по первичному информативному параметру - амплитудно-фазовый, по способу получения первичной информации - рефлексометрический.

Определено, что критериями эффективности оптической системы ОЭДЛП являются линейность функции преобразования, диапазон измерения, глубина модуляции оптического сигнала, чувствительность преобразования, инерционность, технологичность изготовления, работоспособность в жестких условиях эксплуатации на протяжении всего срока службы с заданной точностью.

Определен предмет исследований - оптоэлектронные датчики линейных перемещений, реализующие амплитудно-фазовое преобразование перемещения в электрический сигнал, в состав которого входит рефлексометрический измерительный преобразователь перемещения (РИПП), предназначенные для бесконтактного измерения линейных перемещений подвижных частей изделий в диапазонах 0...45, 0...60, 0...90, 0...125, 0...180, 0...250, 0...500, 0...800,

0...1000 мм для информационно-измерительных систем перспективных образцов ракетно-космической техники и народного хозяйства.

Рассмотрена базовая структурная модель амплитудно-фазовых ОЭДЛП. Определено, что амплитудно-фазовые ОЭДЛП с одним измерительным каналом обладают существенным недостатком: мощность излучения ИИ, интегральная чувствительность и внутреннее сопротивление ПИ зависят от температуры окружающей среды, что ведет к большой температурной погрешности. Поэтому стоит задача снижения данной погрешности.

Во второй главе проведена математическая формализация процесса распределения светового потока в РИПП.

Математическую основу РИПП составляет модель функции преобразования (ФП) светового потока Фт(%) от входной величины X

Фпи (Х)=Ф0т1(>да),

где Ф0 - световой поток на входе оптического тракта РИПП; -коэффициент спектрального согласования источников (ИИ) и приемников излучения (ПИ); Р(Х) - ФП оптического тракта; Г(Х) ^КноКоп, где Кт - коэффициент передачи оптического тракта «ИИ-ПИ»; Коп- коэффициент передачи оптического тракта «отражающая поверхность - ПИ».

Если начало трассы совпадает с плоскостью, в которой расположен ИИ, то в РИПП с распределенным ИИ (РИИ)

где Л^- потери в коллиматорной системе; Кх~ потери на поглощение по продольной координате; Хо, Хпр - координаты перемещения отражателя, соответствующая началу трассы и относительно координаты ИИ.

При равномерном распределении по сечению светового потока, падающего на отражающую диффузную поверхность, освещенность Е площадки 5щр будет равномерной. Тогда

= Р е~кххатр Г [8тПсо8Ш\)/с1П, ^отр

где П, у - координаты направления распространения элементарного отраженного потока; Хст> - координата перемещения отражателя относительно координаты ПИ в обратном направлении. Для круглого зрачка

^оп =

р5"Р г-КхХПТР J

П^отр X2

Окончательно определено, что в РИШТ с РИИ

Фпи(Х) = ФоМе^^-^^-^Х) . (1)

Аналогично определен световой поток Ф'гшС^О, падающий на приемную площадку 5пр, для РИПП с сосредоточенным ИИ (СИИ)

(2)

С целью выбора базовой модели РИПП проведен сравнительный анализ выражений (1) и (2). С учетом принятых допущений найдено соотношение световых потоков Фш(Х) и Ф пиРО

Ф (X) ^отр '

ПИ

анализ которого позволил сделать следующие выводы:

- световой поток, поступающий в приемную плоскость, в обоих случаях уменьшается с удалением контролируемой поверхности по нелинейному закону (близкому к квадратичному);

- в РИПП с СИИ имеются дополнительные потери светового потока, из-за расхождения в пределах телесного угла О за пределы углового зрения прибора. Для контроля больших перемещений требуется отражатель значительных габаритов;

- чувствительность РИПП с РИИ в Л^/Хрии рйз выше, чем чувствительность РИПП с СИИ;

- для расширения диапазона измерения за счет повышения чувствительности преобразования необходимо формировать пучок света, сходящийся в направлении к отражающей поверхности.

С учетом сказанного выбран РИПП с РИИ.

Разработана конструктивно-оптическая схема, на которой показан ход лучей света от одного ИИ до ПИ (рисунок 1).

ИИ установлен под углом а к оптической оси ПИ и под углом (90 - а) - к поверхности отражателя. Начальный световой поток ИИ Фии преобразуется с помощью линзы 1 в коллимированный поток Ф0,

который проходит путь X, сова в направлении к отражателю. При этом в соответствии с законом Бугера происходит затухание мощности светового потока. Но ввиду того, что расстояние между ИИ и ПИ незначительно (меньше 1000 мм), а коэффициент затухания воздуха т ~ 0, при выводе ФП этими потерями пренебрегаем.

Отражатель закреплен на подвижной часта объекта, перемещение X, которой контролируется.

Часть отраженного светового потока ФотрС^) направляется на рабочий ПИ (РПИ) посредством линзы 2. На светочувствительную площадку РПИ поступает только та часть свето-

Рисунок 1 - Упрощенная конструктивно-оптическая схема измерительного канала ОЭДЛП

вого потока Фрпи, которая распространяется в пределах угла зрения РПИ. Таким образом, происходят следующие преобразования:

Фии ~> Фо © фотр (*) -> Фргти (*) • хТ

Окончательно ФП оптического тракта примет вид: - для нечетных степеней

рпи

рЕф, 1=1

81П

arctg

вШ

а«%

А)

>сп ~дпер

бш

aгctg

1+г2

-явша-^а 1 +

/У

(г г

ят

агсф

v v

1 + Ъ . , ^

-— -хеша- tga

х__

1 + 1§а

вт

агс^

х вт 2а - (сое2 а)(/ — ) хсоб 2а + 8ц^а (/ - г2 )

-вт

ап^

дгвт 2а - (сое2 а)(/ -г2) х соэ 2а + 5т^а (/ - г2 )

для четных степеней

1 "

Фрпи =-рЕФии 2 ¿=1

агОД

/ г ею

arctg

5сп _5пер

пв

'1 + Ъ . . ^ ---«та-tgа

аг^

1 + 1да

/ Г /

вш aгctg

V 1 \

1 + г2

\\\

-хзта-^а

1 + 1ёа

вш

arctg

эт 2а /, \ хсоБ2а +-У~г2/

-- arctg

хеш 2а- (сое2 а)(/ - г2 )

зт2а/, \ дгсоэ 2а + —-—\1-г2)

Разработаны структурные схемы АФОЭДЛП с компенсационным каналом. Наличие компенсационного канала снижает погрешности

от изменения мощности излучения ИИ, обусловленного изменением температуры окружающей среды, колебаний параметров питающего напряжения, временной нестабильности параметров ИИ, а также изменением чувствительности ПИ.

Предложен новый ОЭДЛП, в котором снижается погрешность от углового смещения отражателя и существенно повышается чувствительность преобразования (рисунок 2). Датчик содержит РИПП, состоящий из нескольких источников излучения (ИИ1...ИИ/, где i = 1, 2, 3, 4,..., tt), рабочего (РПИ) и компенсационных (КПИ1...КПИ/, где i = 1, 2, 3, 4, ..., и) приемников излучения, первый масштабный преобразователь (МП1), масштабирующий контур (МК) в виде последовательно соединенных фазосдвигающей цепи (Фц) и второго масштабного преобразователя (МП2). На перемещающейся части изделия закрепляется диффузный отражатель (ДО).

Световые потоки Фиш ИИ модулируются синусоидальным напряжением U~ низкой частоты генератора Г~. Световые потоки Фотр,{^0. отражаясь от ДО, поступают на РПИ, где преобразуются в электрический сигнал U?(X). Части световых потоков ИИ/ поступают непосредственно на КПИ1,..., КПИ/, где преобразуются в постоянные электрические сигналы £/кгщь--^кпш-) которые суммируются в точке объединения. Сигнал U^X) и суммарный компенсационный сигнал i/K подвергаются масштабированию до уровней U\(X) и С/2 на масштабных преобразователях МП1 и МП2, соответственно, и сдвигаются с помощью фазосдвигающей цепи Фц на угол (рц относительно друг друга.

За счет разнополярного питания РПИ и КПИ сигнал U2 первоначально сдвинут относительно сигнала U\(X) на угол 180 ° (рисунок 3).

Путем подбора элементов фазосдвигающей цепи Фц создают сдвиг фаз 90° <<Pi2< 180°. Сигналы U\(X) и С/2 поступают на входы сумматора X, где происходит их геометрическое суммирование. С выхода сумматора Е суммарный сигнал Ui{X) поступает на один из входов фазометра Ф, который используется в качестве вторичного преобразователя, на второй вход которого поступает один из гармонических сигналов: или С/~, или 1/х(Х), или Щ.

ФШ(

0С1 ¿П^) ИИ1 К™1

Ф»«2

ИИ2

РЕЙ

0эдп1

РИИ

Фииз

осз ръ-—] ииз ®ИН4

БП

ОСрпи - оптическая система приемника излучения; РПИ - рабочий приемник излучения; ИИ - источники излучения; ЮПИ - компенсационный приемник излучения; ОС - оптическая система источников излучения; БП - блок питания; МП - масштабирующий преобразователь; Г - генератор;

Фц - фазосдвигающая цепь; Ф - фазометр; £ - сумматор; МК - масштабирующий контур: РИПП - рефлексометрический измерительный преобразователь; ОЭДЛП - оптоэлектронный датчик

перемещений; ДО - диффузный отражатель Рисунок 2 - Структурная схема нового оптоэлектронного датчика линейных перемещений

Зависимость фазы ф суммарного сигнала иг{Х) от перемещения X: ф =/(.¥), которая является выходным сигналом датчика, имеет вид

Ф = агОД-

вш ф|2

^мпг^Фц ^ ^кпт ^вг

1=1

С08ф12+-

где Кту(Х), Л"кпи " коэффициенты использования светового потока РПИ и КПИ; Лвь ~ вольтовые чувствительности РПИ и КПИ, соответственно.

икЛх]

и- (х)

и" (х)

Для определения оптимальных конструктивных параметров оптической системы ОЭДЛП проведены расчеты в предположении, что К?Ш(Х)=-= Ф/Фии, (рису-

нок 4).

Анализ полученных результатов показал, что для расширения диапазона измерения, повышения чувствительности преобразования и снижения погрешности линейности угол наклона а ИИ относительно оптической оси датчика должен быть 0,5...5°, уровень компенсационного сигнала Фк, должен быть приблизительно равен половине рабочего сигнала в точке балансировки, т. е. 0,5ФР,угол ф!2 должен находиться в интервале 120... 140

В третьей главе разработаны варианты взаимного расположения ИИиПИ: рабочих и компенсационных. Разработаны конструкции РИПП ОЭДЛП с компенсационным каналом. Введен критерий-

Рисунок 3 - Векторная диаграмма сигналов ОД при амплитудно-фазовом преобразовании сигналов

КПД преобразователя, равный отношению площади торцевой поверхности к диапазону измерения: КПД = ^рипп/Д где Д ¿/РИПП -диапазон измеряемых перемещений и диаметр торцевой поверхности РИПП, соответственно. Чем меньше это отношение, тем эффективнее предложенная конструкция преобразователя.

перемещение X, ми

Рисунок 4 - График зависимостей у~ЛХ) от угла а

На рисунке 5 приведена конструктивная схема модернизированного ОЭДЛП с компенсационным каналом, у которого отношение Д/^ригт наименьшее по сравнению с остальными разработанными конструкциями.

В четвертой главе определены основные источники погрешностей: изменение температуры окружающей среды Т, наличие внешних световых потоков (фоновых засветок) ФВ№ нелинейность функции преобразования и даны рекомендации по их снижению.

/ /

X ✓

✓ у

1 - корпус; 2 - фотоблок; 3 - электронный блок; 4 - защитное стекло; 5 - гермопроходник; 6 - отражатель; 7 - несущая деталь; 8 - светодиоды; 9 - компенсационные фотодиоды; 10 - рабочий фотодиод; 11,12- линзы; 13,15,17-гайки; 14-плата; 16-прокладка Рисунок 5 - Конструкция модернизированного ОЭДЛП с компенсационным каналом, в которой используются четыре светодиода и четыре компенсационных приемника излучения

Основными элементами, изменение которых ведет к возникновению температурной погрешности, являются ИИ, ПИ и измерительная схема (ИС). Тогда с достаточной точностью можно записать

Лф, = 7(ДФИИ)2+(АФПИ)2+(АФИС )2 . (3)

где Дф'ии, Аф'пи > Афис абсолютные температурные погрешности, обусловленные изменениями параметров ИИ, ПИ и ИС, соответственно.

При изменении температуры окружающей среды изменяются мощность излучения ИИ и интегральная чувствительность ПИ, т. е.

Дф'ии = Дфр, Аф'пи = Аф5 •

При этом выражение (3) примет вид

ДФ, =д/(Дф 1р)2 +(Дф'5)2 +(Аф'ис)2 ,

где Дфр, Дф^ - погрешности измерений, обусловленные изменением мощности излучения ИИ и интегральной чувствительности ПИ, соответственно.

Определено, что максимальная температурная погрешность у ОЭДЛП, построенного по схеме, приведенной на рисунке 2, равна 0,43 %, что в 28 раз меньше, чем у ОЭДЛП без компенсационного канала.

Неравнопропорциональные изменения интегральных фоточувст-вительностей РПИ и КПИ при неизменной мощности излучения ИИ приведут к температурной погрешности Дф$ = | ф ~ фу I. Это обстоятельство положено в основу предложенного способа температурной компенсации. С целью уменьшения температурной погрешности необходимо, чтобы Аф/.= -Дфл т. е. изменения фазы ф суммарного сет-нала, вызванные изменением мощности излучения ИИ и изменением фоточувствительности ПИ, были взаимно скомпенсированы.

Для полной температурной компенсации необходимо, чтобы выполнялось условие

- 12

со 8ф12+АЧ-^-/(ДФ0Жрпи(Х)

^кпи/вг

sincp,,

= arctg--—--,

^IS ^Bl cos <p12 --^РПИ(Х)

^KmmsB2

1=1

т. е. снижения температурной погрешности ОЭДЛП можно добиться применением РПИ и КПИ одного типа, путем изменения количественного соотношения ИИ и ПИ, изменением положения КПИ относительно ИИ.

Новый способ температурной компенсации позволит снизить температурную погрешность до 1...2 %.

Предложены конструктивные способы линеаризации выходной характеристики РИПП, в том числе основанный на формировании необходимого сечения светового потока при использовании отражающей поверхности с переменным коэффициентом отражения; основанный на искусственном уменьшении отраженного светового потока а начале диапазона измерения и его увеличении в конце диапазона измерения за счет снижения потока рассеяния отраженного светового потока.

Разработан новый способ градуирования датчиков, снижающий погрешность градуирования ОЭДЛП, разработана процедура настройки датчика. На рисунке 6 приведен пример градуировочных характеристик макета ОЭДЛП.

Проведенные экспериментальные исследования и анализ метрологических и эксплуатационных характеристик экспериментальных образцов, разработанных ОЭДЛП, подтвердили большинство теоретических положений диссертации, показали, что они обеспечивают измерение перемещений в диапазонах до 1000 мм. Приблизительные габаритные размеры датчика в 3-4 раза меньше, чем у аналогов (таблица). Погрешность линейности функции преобразования в 5-7 раз меньше, чем у ОЭДЛП амплитудного типа. Температурная погрешность разработанных датчиков снижена в 2-3 раза в сравнении с амплитудными аналогами и не превышает 5 % в диапазоне температур ± 50 °С.

В заключении отмечается, что в работе изложены научно обоснованные новые технические решения бесконтактных оптоэлектронных датчиков линейного перемещения, реализующих амплитудно-фазовое преобразование перемещения в электрический сигнал, вне-

дрение которых позволит создать ИИС с качественно новыми полезными свойствами, существенно повышающими эффективность информационно-измерительных систем изделий PKT.

Рисунок 6- Результаты экспериментальных исследований макета ОЭДЛП

Техническая характеристика датчика

Наименование параметра Значение параметра

1 Диапазоны контролируемых перемещений, мм 0...45; 0. .60; 0...90; 0...125; 0...180; 0...250; 0...500; 0...800, 0...1000

2 Изменение выходного сигнала, Д<р, град 70 ±3

3 Основная приведенная погрешность, %, не более ±1

4 Погрешность линейности градуировочной характеристики, %, не более ±5

5 Температурная приведенная погрешность в диапазоне температур от - 50 до +60 °С, %, не более ±4

6 Наименьшее выходное напряжение, мВ 40

Наименование параметра Значение параметра

7 Потребляемая мощность, Вт, не более 0,5

8 Выходное сопротивление на частоте питающего напряжения 1500 Гц, Ом, не более 100

9 Рабочая длина волны, мкм 0,94... 0,95

10 Сохраняет работоспособность при воздействии вибрации: - с частотой, Гц 5-5000

- с ускорением, м/с2 10-400

механического удара:

- с ускорением, м/с2 1500

- длительность импульса, мс 0,5-5

11 Вероятность безотказной работы 0,99

12 Срок службы, лет, не менее 11

13 Масса, кг, не более 0,2

14 Габаритные размеры, мм: - на диапазоны 0...90; 0... 125; 0... 180 027x106

- на диапазоны 0...250; 0... 500; 0... 1000 042x106

В приложениях приведены программы и результаты расчетов параметров ОЭДЛП на ЭВМ, конструкторская документация и фотографии экспериментальных образцов ОЭДЛП, в которых реализованы отдельные положения диссертации, акты внедрения результатов диссертации на промышленных предприятиях и в учебном процессе.

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

1 Разработаны структурные схемы, математические модели и алгоритмы преобразования сигналов РИПП и амплитудно-фазовых ОЭДЛП с компенсационным каналом, отвечающие алгоритму максимальной линеаризации выходной характеристики.

Наличие компенсационного канала позволяет снизить погрешности от изменения мощности излучения ИИ и изменения интегральной чувствительности ПИ.

2 Разработаны алгоритмы целенаправленного изменения вида пространственной модуляционной функции излучения в зоне восприятия информации, обеспечивающие требуемые энергетические соотношения и рациональные пространственные структуры пучка лучей в зоне РИПП.

3 Определена функция преобразования tp=X<Y) амплитудно-фазового ОЭДЛП с компенсационным каналом и несколькими источниками излучения, анализ которой показал, что, изменяя определенным образом схемно-конструктивные параметры, можно добиться максимальной чувствительности преобразования при максимально достижимых линейности функции преобразования и диапазона измерения.

4 Разработана методика расчета основных параметров оптического тракта РИПП, основанная на определении закономерностей распределения светового потока в зоне измерения и связи диапазона измерения, угла наклона оптической оси источника излучения относительно оптической оси РИШТ и расстояния между ИИ и ПИ, при которых обеспечиваются улучшенные метрологические характеристики.

5 Разработан новый способ снижения температурной погрешности ОЭДЛП, обусловленной изменением параметров источников и приемников излучения, основанный на применении амплитудно-фазового преобразования сигналов и расчете определенного соотношения количества РПИ и КПИ, а также путем изменения положения КПИ относительно ИИ.

6 Предложены конструктивные способы снижения погрешности линейности РИПП, основанные на уменьшении отраженного светового потока в начале диапазона измерения и его увеличении в конце диапазона измерения за счет формирования сходящегося к концу диапазона измерения светового потока и снижения потока рассеяния отраженного светового потока.

7 Дано теоретическое обоснование новых и модернизированных технических решений физической реализации РИПП и ОЭДЛП с компенсационным каналом, позволяющих при незначительной модификации конструктивного исполнения на их основе создать ОЭДЛП для измерения перемещений в разных диапазонах измерения, обеспечивающие высокие метрологические характеристики и надежное функционирование ОЭДЛП в жестких условиях эксплуатации PKT.

8 Результаты исследований использованы при разработке экспериментальных образцов ОЭДЛП на диапазоны 0...45; 0...60; 0...90; 0...125; 0...180; 0...250; 0...500; 0...800, 0...1000 мм. Экспериментальные исследования и анализ технических возможностей экспери-

ментальных образцов ОЭДЛП подтвердили большинство теоретических положений диссертации.

Работа обеспечивает создание и внедрение новых средств измерения: амплитудно-фазовых оптоэлектронных датчиков линейных перемещений с компенсационным каналом с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем ракетно-космической техники.

Основные публикации по теме диссертации

1 Бадеев А. В. Оптоэлекгронный датчик перемещений/ А. В. Бадеев, Т. И. Му-< рашкина // Датчики и системы. - 2003. - № 5. - С. 30-32.

2 Бадеев А. В. Рефлексометрические измерительные преобразователи перемещений/ А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Датчики и системы. - 2005. - № 8. -С. 13-14.

3 Бадеев А. В. Линеаризация выходных характеристик рефлексометрических измерительных преобразователей перемещения/ А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Датчики и системы. - 2005. - № 10. - С. 12-14.

4 Бадеев А. В. Новый способ измерения уровня жидкости/ А. В. Бадеев, В. А. Мещеряков, Т. И. Мурашкина //Датчики и системы. - 2003. - № 7. - С. 50-52.

5 Бадеев А. В. Математическая модель функции преобразования оптоэлектрон-ного датчика перемещений // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: Тр. Междунар. науч.-техн. конф. 9-10 сентября 2002. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2002. - С. 20-22.

6 Бадеев А. В. Рефлексометрические измерительные преобразователи перемещений // Надежность и качество: Тр. Мевдунар. симп., 24-31 мая 2004. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. - 2004. - С. 440-441.

7 Бадеев A.B. Конструктивные способы линеаризации выходных характеристик рефлексометрических измерительных преобразователей // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп., 24-31 мая 2004. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. -2004. - С. 442-444.

8 Бадеев А. В. Математическая формализация процесса распределения светового потока в рефлексометрических измерительных преобразователях // Надежность и качество: Тр. Междунар. симп., 24-31 мая 2004. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та. - 2004. - С. 444-446.

9 Бадеев А. В. Математическая модель функции преобразования оптоэлек-тронного датчика перемещений // Датчики систем измерения, контроля и управ, ления: Межвуз. сб. науч. тр. - Вып. 23 (2003). - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та,

2003. - С. 126-132.

10 Бадеев А. В. Новый способ измерения уровня жидкости / А. В. Бадеев, В. А Мещеряков, Т. И. Мурашкина // Методы и средства измерения в системах контроля и управления: Тр. Междунар. науч.-техн. конф., 9-10 сентября 2002. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2002. - С. 31-32.

11 Бадеев А. В. Метрологический анализ оптоэлектронного датчика перемещений / А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр.- Вып. 6 (2003). - М.: МГУЛ, 2003. -568 с. - С. 255-267.

12 Бадеев А. В. Математическая формализация процесса распределения светового потока в рефлексометрических измерительных преобразователях / А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. - Вып. 7 (2004). - М.: МГУЛ, 2004. - 511 с. - С. 282-285.

13 Бадеев А. В. Оптимизация конструктивного исполнения отдельных узлов рефлексометрических измерительных преобразователей /А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Современные технологии безопасности. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. унта, 2004. ~№ 3(10). - С. 26-28.

14 Бадеев А. В. Конструктивные особенности рефлексометрических измерительных преобразователей оптоэлектронных датчиков линейных перемещений /' А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Современные технологии безопасности. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2004. - № 4 (11). - С. 30-31.

15 Бадеев A.B. Новый способ градуировки датчика / А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина// Надежность и качество: Тр. Междунар. симп., 26 мая ! июня 2005. -Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2005. - С. 376-377.

16 Бадеев А. В. Способ снижения температурной погрешности оптических датчиков/А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина, А. Г. Пивкин, Д. И. Серебряков // Метрологическое обеспечение измерительных систем: Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф., 3-7 октября 2005. - Пенза, 2005. - С. 231-241.

17 Бадеев А. В. Математическая формализация процесса распределения светового потока в рефлексометрических измерительных преобразователях/ А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. -- Вып. 7 (2005). - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. -440 с.-С. 173-181.

18 Бадеев A.B. Оптимизация конструктивного исполнения отдельных узлов рефлексометрических измерительных преобразователей/ А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. - Вып. 7 (2005). - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 440 с. - С. 182-192.

19 Бадеев А. В. Конструктивные способы линеаризации выходных характеристик рефлексометрических измерительных преобразователей /А. В. Бадеев, , Т. И. Мурашкина // Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: Науч. тр. - Вып. 7 (2005). - М.: ГОУ ВПО МГУЛ, 2005. - 440 с. -

С. 193-201.

20 Бадеев A.B. Новый способ диагностирования оптических датчиков механи- « ческих величин /А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина, А. Г. Пивкин // Автоматизация и управление в технических системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Вып. 24. - Пенза: Инф.-издат. центр Пенз. гос. ун-та, 2005. - С. 203-205.

БАДЕЕВ Александр Валентинович

Оптоэлектронные датчики линейных перемещений для информационно-измерительных систем

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

Редактор Т. Н. Судовчихина Технический редактор Н. А. Вьялкова

Корректор Ж. А. Лубенцова Компьютерная верстка М. Б. Жучковой

ИД № 06494 от 26.12.01 Сдано в производство 10.05.2006. Формат 60x841/16. Бумага писчая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 1,39. Заказ № 310. Тираж 100.

Издательство Пензенского государственного университета. 440026, Пенза, Красная, 40.

jT^ST »157 55

Оглавление автор диссертации — кандидата технических наук Бадеев, Александр Валентинович

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА И ОСОБЕННОСТИ АМПЛИТУДНО-ФАЗОВОГО СПОСОБА ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ЛИНЕЙНОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ В ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ СИГНАЛ.

1.1 Состояние вопроса и постановка задачи исследований.

1.2 Анализ бесконтактных методов и средств измерения линейных' перемещений. 1.3 Предмет исследований.

1.4 Физические и математические основы амплитудно-фазового способа преобразования.

1.5 Базовая структурная модель амплитудно-фазовых оптоэлектронных датчиков линейных перемещений.

Выводы к главе 1.

ГЛАВА 2 ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В

ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКАХ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.47 2.1 Математическая формализация процесса распределения светового потока в рефлексометрических измерительных преобразователях линейных перемещений.:.

2.2 Вывод функции преобразования оптической системы измерительного канала оптоэлектронного датчика линейных перемещений.

2.3 Описание структурных схем и принципа действия амплитудно-фазовых оптоэлектронных датчиков линейных перемещений с компенсационным каналом.

2.4 Анализ и оптимизация параметров функции преобразования оптоэлектронного датчика линейных перемещений с компенсационным каналом .-.:.

Выводы к гладе 2.

ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКТИВНОЙ РЕАЛИЗАЦИИ ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.

3.1 Обоснование выбора компонентной базы оптоэлектронных датчиков линейных перемещений.

3.2 Оптимизация конструктивного исполнения отдельных узлов рефлексометрических измерительных преобразователей линейных перемещений.

3:3 Конструктивные особенности рефлексометрических измерительных преобразователей линейных перемещений.

3.4 Разработка схемно-конструктивных исполнений экспериментальных образцов оптоэлектронных датчиков линейных перемещений.

Выводы к главе 3.

ГЛАВА 4 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ СНИЖЕНИЯ ПОГРЕШНОСТЕЙ

ОПТОЭЛЕКТРОННЫХ ДАТЧИКОВ ЛИНЕЙНЫХ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ.

4.1 Основные составляющие погрешности измерения оптоэлектронного датчика линейных перемещений.:.

4.1.1 Оценка методической погрешности.

4.1.2 Исследование влияния изменения температуры окружающей среды.

4.2 Способ температурной компенсации.

4.3 Конструктивные способы линеаризации выходной характеристики рефлексометрических измерительных преобразователей.

4.4 Экспериментальные исследования макетных образцов оптоэлектронных датчиков линейных перемещений с компенсационным каналом.-.'.

4.4.1 Состав лабораторного стенда и описание структурной схемы и принципа действия измерительной установки.

4.4.2 Процедура настройки оптоэлектронного датчика линейных перемещений.

4.4.3 Методика и результаты экспериментальных исследований.

Выводы к главе 4.

Введение 2006 год, диссертация по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, Бадеев, Александр Валентинович

Актуальность работы

В бортовых информационно-измерительных системах (ИИС) ракетной и космической техники (РКТ) датчики играют особо важную роль, обеспечивая получение, обработку и передачу огромных объемов информации о физических процессах, происходящих в контролируемых системах. Непрерывное совершенствование изделий РКТ, развитие ИИС требуют повышения точности решения традиционных задач и расширения областей исследований закономерностей протекания физических процессов в экстремальных условиях эксплуатации, что, в свою очередь, предполагает создание высокоточных, надежных, малогабаритных и экономичных датчиков физических параметров. При этом предпочтение отдается датчикам, не требующим в процессе измерения энергетического взаимодействия с контролируемым объектом.

Большую потребность предприятия РКТ испытывают в датчиках, предназначенных для бесконтактного измерения перемещений в диапазонах 0-45, 0-60, 0 - 90, 0 -125, 0 -180, 0 - 250, 0 - 500, 0 - 800, 0 - 1000 мм.

Перечисленным требованиям наилучшим образом отвечают бесконтактные оптоэлектронные датчики линейных перемещений (ОЭДЛП). Отсутствие силового воздействия на перемещающийся объект, возможность дистанционного измерения параметра делает ОЭДЛП незаменимыми в тех случаях, когда наличие даже незначительного силового воздействия может привести к недопустимому изменению состояния контролируемого объекта. Кроме того, отсутствие механической связи с объектом контроля и, соответственно, механической преобразующей системы внутри датчика, делает их надежными в эксплуатации, простыми в изготовлении и т.п.

Анализ научно-технической информации и публикаций в области оптических измерений известных ученых Вайнберга В.Б., Воронцова JI.H., Гречишникова В.М., Катыса Г.П., Конюхова Н.Е., Мирошникова М.М., Меркишина Г.В, Свечникова С.В., Якушенкова Ю.Г. и др., а также теоретические и экспериментальные исследования, выполненные автором данной работы, показали, что для решения поставленной задачи целесообразно применить рефлексометрический способ преобразования перемещения в электрический сигнал, основанный на регистрации изменения в зависимости от расстояния интенсивности отраженного светового потока. При этом встает задача уменьшения влияния нелинейных изменений пространственных характеристик светового потока, ведущих к резкому снижению интенсивности оптического сигнала с удалением от рабочего торца датчика контролируемого объекта и, соответственно, к высокой погрешности линейности функции преобразования, снижению точности измерения и диапазона измеряемых перемещений.

Известные малогабаритные ОЭДЛП имеют ограниченный диапазон и низкую точность измерения, а для измерения перемещений до 1000 мм используются датчики с неприемлемо большими габаритами и массой, также сложные в аппаратурной реализации, что не удовлетворяет требованиям со стороны ИИС РКТ. Это объясняется тем, что в известных ОЭДЛП не полностью учтены особенности пространственного распределения светового потока в оптическом канале, недостаточно решены вопросы оптимизации конструктивных параметров измерительных преобразователей и т.д.

Состояние оптического тракта ОЭДЛП в процессе воздействия измеряемой физической величины (перемещения) и не измеряемых параметров внешней среды определяет достоверность результатов измерения. Для достижения требуемых метрологических характеристик необходимо формирование рациональных пространственных структур пучка лучей в зоне измерения. Поэтому при проектировании ОЭДЛП на первый план выступают вопросы, связанные с распределением плотности мощности по сечению пучка света, несущего измерительную информацию, характер измёt нения структуры излучения в зоне измерения.

К управляемым параметрам ОЭДЛП относятся: формы и радиусы кривизны преломляющих и отражающих поверхностей, расстояния между поверхностями, показатели преломления сред, составляющих оптическую систему, материалы конструктивных элементов оптического канала. Критериями эффективности оптической системы ОЭДЛП являются: линейность функции преобразования, диапазон измерения, глубина модуляции оптического сигнала, чувствительность преобразования, инерционность, технологичность изготовления, работоспособность в жестких условиях эксплуатации на протяжении всего срока службы с заданной точностью.

Определено, что, если световой поток, поступающий в зону измерений, - величина постоянная, то вид функции преобразования ОЭДЛП бу- г дет оцениваться по виду пространственной модуляционной функции в диапазоне измерения. Из-за сложности математической формализации этому вопросу до настоящего времени уделялось недостаточно внимания. Поэтому необходимо разработать общий подход к математической формализации описания процессов, происходящих в зоне измерений ОЭДЛП. В результате математического моделирования необходимо определить, как распределена оптическая мощность в зоне преобразования оптического сигнала. Это дает возможность рационально расположить конструктивные элементы датчика с заранее известными оптическими свойствами, что, в свою очередь, позволит снизить массо-габаритные характеристики ОЭДЛП, линеаризовать выходную зависимость датчика, повысить чувствительность преобразования и глубину модуляции оптического сигнала, расширить диапазон измерения.

Цель и задачи исследований

Целью диссертационной работы является повышение эффективности информационно-измерительных систем ракетно-космической техники путем существенного улучшения метрологических и эксплуатационных характеристик оптоэлектронных датчиков линейных перемещений.

Научная задача, решаемая в работе, - научное обоснование, разработка и исследование новых и модернизированных бесконтактных оптоэлектронных датчиков линейных перемещений, реализующих амплитудно-фазовое преобразование перемещения в электрический сигнал, с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками для информационно-измерительных систем РКТ.

Для решения поставленной научной задачи проведены следующие исследования и разработки:

- проведен анализ известных способов и средств бесконтактного измерения линейных перемещений;

- разработаны структурные и математические модели рефлексометри-ческих измерительных преобразователей перемещений (РИПП) и ОЭДЛП в целом;

- разработан алгоритм управления световым потоком в зоне измерений, обеспечивающий необходимую пространственную структуру пучка, максимальную чувствительность преобразования оптического сигнала, линейность функции преобразования, простоту юстировки элементов оптической системы;

- дано теоретическое обоснование новых и модернизированных технических решений физической реализации РИПП и ОЭДЛП в целом, позволяющих при незначительной модификации конструктивного исполнения РИПП создать гамму ОЭДЛП для измерения перемещения в разных диапазонах измерения и в разных условиях применения;

- разработаны и внедрены новые способы снижения температурной погрешности и погрешности линейности ОЭДЛП;

Методы исследований

При разработке математических и физических моделей РИПП и ОЭДЛП в целом использовались основные положения геометрической оптики, применялись методы математической физики, прикладной механики. При решении задач по синтезу и анализу РИПП и ОЭДЛП использовались положения теории чувствительности, погрешностей, гармонического анализа, дифференциального и интегрального исчисления, аналитической геометрии, методы численного анализа, имитационное и статистическое моделирование на ЭВМ. В экспериментальных исследованиях использовались положения теории измерений, планирования эксперимента и математическая обработка полученных результатов.

Научная новизна работы заключается в следующем.

Методика проектирования ОЭДЛП амплитудно-фазового типа для информационно-измерительных систем изделий ракетно-космической техники включает в себя

- новые структурные схемы с компенсационным оптоэлектронным каналом,

- алгоритм преобразования светового потока,

Экспериментально исследованы метрологические и эксплуатационные характеристики разработанных новых ОЭДЛП с компенсационным каналом на диапазоны 0.1000 мм, подтвердившие основные теоретические положения диссертационных исследований.

Практическая значимость работы

Работа обобщает теоретические и экспериментальные исследования, проведенные автором в Пензенском государственном университете (ПГУ) на кафедре "Приборостроение", и способствует решению актуальной научно-технической задачи создания новых бесконтактных ОЭДЛП с улучшенными метрологическими и эксплуатационными характеристиками и внедрения их в ИИС на изделиях ракетно-космической техники.

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют перейти к их промышленному проектированию, производству и внедрению. Научная и практическая значимость исследований подтверждается тем, что работа проводилась в рамках Федеральной космической программы России, НИОКР «Составные части и модули АСУ межвидового применения электроснабжения» (дог. №4/97-8 от 03.04.97 между ФГУП «Рубин» г. Пенза и ОАО НИИВТ г. Пенза), договора № 275 от 01.02.04 (НИР «Устройства сбора и обработки данных в информационно-измерительных системах») между ЗАО «НИИФИ и ВТ» г. Пенза и ПГУ.

Диссертационные исследования выполнялись и реализовывались в ПГУ при финансовой поддержке НИР аспирантов ВУЗов в форме гранта Министерства образования России (приказ Минобразования РФ от 12.05.2003 г.) шифр А03-3.20-362 «Оптимизация конструктивных исполнений оптоэлектронных датчиков линейных перемещений на основе формирования рационального распределения светового потока».

Реализация результатов работы

Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований автора (в соавторстве) использованы при разработке ОЭДЛП, а также внедрены в учебный процесс. В частности, эти результаты использовались при создании ОЭДЛП с компенсационным каналом для измерения перемещений в диапазонах 0.45, 0.60, 0.90, 0. 125, 0.180, 0.250,

0.350, 0.500, 0.800, 0.1000 мм.

Разработаны макетные образцы ОЭДЛП: шифр ПГУ-ПО1-001, ПГУ-П02-001.

Элементы, теории проектирования, материалы по расчету ОЭДЛП использованы в НИОКР «Составные части и модули АСУ межвидового применения электроснабжения» в разделе «Унифицированные модули и устройства системы гарантированного электроснабжения», НИР «Устройства сбора и обработки данных в ИИС», «Оптимизация конструктивных исполнений оптоэлектронных датчиков линейных перемещений на основе формирования рационального распределения светового потока», а также в лекционном материале и лабораторном практикуме дисциплины «Теория измерений», преподаваемой студентам специальности 200100 "Приборостроение" в ПТУ.

Апробация работы

Основные, научные и практические результаты исследований по теме диссертации докладывались и обсуждались на Всероссийском конкурсе на лучшую научную работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам по разделу «Авиация, авиастроение и воздушный транспорт» (г. Казань, 1998 г.), Всероссийской НТК «Состояние и проблемы технических измерений» (г. Москва, 1998 г.), Международной НТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления» (г. Пенза, 2002, 2003 г.г.), международном симпозиуме «Надежность и качество» (г. Пенза, 2004, 2005 г.г.), Международной НТК «Метрологическое обеспечение измерительных систем» (г. Пенза, 2005 г.).

Публикации

По теме диссертации опубликовано 20 работ, из них 18 статей в центральных (в том числе международных) изданиях и межвузовских сборниках, 2 тезисы докладов. Без соавторов опубликовано 5 работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка используемой литературы, 8 приложений. Основная часть изложена на 170 страницах машинописного текста, содержит 50 рисунков, 6 таблиц. Список литературы содержит 105 наименований. Приложения к диссертации занимают 20 страниц.

Заключение диссертация на тему "Оптоэлектронные датчики линейных перемещений для информационно-измерительных систем"

16 Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований использованы в НИР аспирантов ВУЗов «Оптимизация конструктивных исполнений оптоэлектронных датчиков линейных перемещений на основе формирования рационального распределения светового потока», «Автоматика-1», НИР «Устройства сбора и обработки данных в ИИС», а также в лекционном материале и лабораторном практикуме дисциплины «Теория измерений».

Проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволяют перейти к производству и внедрению ОЭДЛП.

ПЕРЕЧЕНЬ ПРИНЯТЫХ СОКРАЩЕНИЙ

БП - блок питания Б ПИ - блок преобразования информации ВВФ - внешний влияющий фактор ДО - диффузный отражатель ИИ - источник излучения ИП - измерительный преобразователь ИИС - информационно-измерительная система ИК — измерительный канал КА — космический аппарат КПИ - компенсационный приемник излучения JIA - летательный аппарат ЛД - лазерный диод Л - линза ЛФД - лавинный фотодиод МК - масштабирующий (масштабный) контур МЗ — масштабирующее звено MX — метрологические характеристики НИОКР - научно-исследовательская и опытно-конструкторская работа ОКР — опытно-конструкторская работа ОЭБ — оптоэлектронный блок ОЭДЛП - оптоэлектронный датчик линейных перемещений ПИ - приемник излучения ПЛ - полупроводниковый инжекционный лазер РИПП - рефлексометрический измерительный преобразователь перемещения РКТ - ракетно-космическая техника РИИ - распределенный источник излучения

РПИ - рабочий приемник излучения

СД - светодиод СИД - светоизлучающий диод СИИ - сосредоточенный источник излучения СЛД - суперлюминесцентный диод СХ - спектральная характеристика ТТ — технические требования Ф - фазометр ФВ - физическая величина ФД - фотодиод

ФП - функция преобразования .

Фц - фазосдвигающая цепь

ЧЭ - чувствительный элемент

ЭХ - эксплуатационные характеристики

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1 В работе изложены научно обоснованные новые технические решения бесконтактных оптоэлектронных датчиков линейного перемещения, реализующих амплитудно-фазовое преобразование перемещения в электрический сигнал, внедрение которых позволит создать ИИС с качественно новыми полезными свойствами, существенно повышающими эффективность информационно-измерительных систем изделий РКТ.

2 Разработан и внедрен алгоритм проектирования ОЭДЛП, которой обеспечивает создание типовой конструкции, отвечающей комплексу предъявляемых требований. Процесс проектирования включает выбор основных конструктивных параметров элементов конструкции, источников и приемников излучения, линзовых узлов, а также взаимного их расположения и количественного соотношения.

3 Разработаны структурные, математические модели и алгоритмы преобразования сигналов РИПП и амплитудно-фазовых ОЭДЛП с компенсационным каналом. Наличие компенсационного канала позволяет снизить погрешности от изменения мощности излучения ИИ и изменения чувствительности ПИ.

4 Разработаны алгоритмы целенаправленного изменения вида пространственной модуляционной функции излучения в зоне восприятия информации, обеспечивающие требуемые энергетические соотношения и рациональные пространственные структуры пучка лучей в зоне РИПП.

5 Определена функция преобразования ср =ДХ) амплитудно-фазового ОЭДЛП с компенсационным каналом и несколькими источниками излучения, анализ которой показал, что, изменяя определенным образом схемно-конструктивные параметры, можно достичь максимальной чувствительности преобразования при максимально достижимых линейности функции преобразования и диапазона измерения.

6 Разработана методика расчета основных параметров оптического канала РИПП и ОЭДЛП, основанная на определении закономерностей распределения светового потока в зоне измерения, при которых обеспечиваются повышенные метрологические характеристики.

7 На основании полученных математических моделей функций преобразования выполнены расчеты параметров ОЭДЛП, проведена оптимизация параметров ОЭДЛП с компенсационным каналом, обеспечивающие расширение диапазона измерения, повышение чувствительности преобразования и снижение погрешности линейности необходимо.

8 Предложены и реализованы конструктивные решения РИПП, позволяющие уменьшить нелинейность функции преобразования РИПП:

- основанные на снижении чувствительности преобразования начале диапазона измерения и повышении ее в конце диапазона измерения путем более эффективного распределения светового потока в пределах диапазона измерения;

- основанные на изменении коэффициента отражения контролируемой поверхности обратно пропорционально изменению светового потока, падающего на рабочие приемники излучения, в диапазоне измерения.

Предложенные технические решения позволили расширить диапазон измеряемых перемещений в 3 - 5 раз за счет снижения отношения чув-ствительностей преобразования до 10. 15 при одновременном повышении чувствительности преобразования в конце диапазона измерения в 1,2.2,5 раза относительно известных аналогов.

9 Введен сравнительный критерий РИПП, равный отношению площади торцевой поверхности к диапазону измерения: КПД= ^рипп ID.

10 Разработан новый ОЭДЛП, в котором снижена погрешность от углового смещения отражателя и существенно повышена чувствительность преобразования в сравнении с базовым ОЭДЛП за счет того, что в нем используется несколько источников излучения, симметрично расположенных относительно оптической оси датчика и, соответственно, несколько компенсационных приемников излучения.

11 Предложена методика оценивания погрешностей ОЭДЛП. Даны основные аналитические выражения точностных характеристик разрабатываемых ВОДЦ; исследованы источники погрешностей, даны рекомендации по их снижению.

12 Разработан новый способ снижения температурной погрешности ОЭДЛП, обусловленной изменением параметров источников и приемников излучения, основанный на применении амплитудно-фазового преобразования сигналов и расчете определенного соотношения количества РПИ и КПИ, а также путем изменения положения КПИ относительно ИИ.

13 Предложены конструктивные способы снижения погрешности линейности РИПП, основанные на снижении световых потерь в конце диапазона измерения и на искусственном увеличении их в начале диапазона измерения.

14 Дано теоретическое обоснование новых и модернизированных технических решений физической реализации РИПП и ОЭДЛП с компенсационным каналом, позволяющих при незначительной модификации конструктивного исполнения на их основе создать ОЭДЛП для измерения перемещений в разных диапазонах измерения, обеспечивающие высокие метрологические характеристики и надежное функционирование ОЭДЛП в жестких условиях эксплуатации РКТ.

15 Результаты исследований использованы при разработке экспериментальных образцов ОЭДЛП на диапазоны 0.45; 0.60; 0.90; 0.125; 0. 180; 0.250; 0.500; 0.1000. Экспериментальные исследования и анализ технических возможностей экспериментальных образцов ОЭДЛП подтвердили большинство теоретических положений диссертации.

Библиография Бадеев, Александр Валентинович, диссертация по теме Информационно-измерительные и управляющие системы (по отраслям)

1. Агейкин Д.И., Костина Е.Н., Кузнецова Н.Н. Датчики контроля и регулирования. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1965.928 с.

2. Азимов Р.К., Шипулин Ю.Г. Разработка новых измерительных преобразователей на основе аналогии между электрическими и опти• ческими цепями // Оптико-механическая промышленность.- 1982. №3. -С. 60

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

4. Акаев А.А., Майоров С.А. Оптические методы обработки информации. М.: Высш. шк.- 1988. - 237 с.

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

6. Аксененко М.Д., Бараночников М.Л., Смолин О.В. Микроэлектронные фотоприемные устройства. М.: Энергоатомиздат. - 1984.- 208 с.

7. Альметьева Э.Н., Выговский М.А., Кочеркевич С. С., Макаров Г.Н., Михайлова Н.Н. Цифровой вихретоковый толщиномер покрытий ЭТЦ-40П // ПТО. Производственно-технический опыт -1986.- С. 37-38

8. А.С. 1226060 СССР, МКИ3 G01 В 21/00. Фотоэлектрический датчик перемещений / В.М.Чудов (СССР), Н.Д.Конаков (СССР), Т.И.Мурашкина (СССР), В.Н.Аштаева (СССР). 3 е.: ил.

9. А.с. 1260664 СССР, МКИЗ G01 В 7/00. Способ преобразования• перемещение-фаза/В .М.Чудов (СССР), Н.Д.Конаков (СССР),

10. Т.И.Мурашкина (СССР).- 4с.: ил.

11. А.с. 1388700 СССР, МЬСИЗ G 01 В 7/00. Устройство для бесконтактного измерения перемещений / Т.И.Мурашкина (СССР),

12. Г.А.Киреева (СССР).-4с.: ил.

13. Афанасьев Ю.В. Феррозонды.- Л.: Энергия, Ленингр. отд-ние, 1969.- 166 с.

14. Бадеев А. В. Математическая модель функции преобразования оптоэлектронного датчика перемещений // Труды Межд-ой НТК «Методы и средства измерения в системах контроля и управления», 9-10 сентября 2002, Пенза: Изд-во Пенз.гос. ун-та, 2002. С. 20 - 22.

15. Бадеев А. В. Математическая модель функции преобразования ® оптоэлектронного датчика перемещений // Датчики систем измерения, контроля, и управления: Межвуз. сб. науч. тр. вып.23 (2003) - Пенза: изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2003. - С.126 - 132.

16. Бадеев А. В. Оптоэлектронный датчик перемещений/ Т. И. Мурашкина, А. В. Бадеев // Датчики и системы. -2003. №5. - С.30 - 32.

17. Бадеев А. В. Новый способ измерения уровня жидкости/В.А Мещеряков, Т. И.Мурашкина, А. В. Бадеев//Датчики и системы. 2003,- №7. -С.50-52.

18. Бадеев А. В. Метрологический анализ оптоэлектронного датчика перемещений / Т. И. Мурашкина, А. В. Бадеев //Информационно-измерительная техника, экология и мониторинг: /Науч. тр. Вып. 6 (2003). - М.: МГУЛ, 2003. -568 с.-С. 255-267.

19. Бадеев А.В. Оптимизация конструктивного исполнения отдельных узлов рефлексометрических измерительных преобразователей/А.В.Бадеев, Т.И.Мурашкина// Современные технологии безопасности.- Пенза: изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2004. №3 (10).- С.26 - 28.

20. Бадеев А.В. Рефлексометрические измерительные преобразователи перемещений // Труды Межд-го симпозиума "Надежность и качество", 24 мая -31 мая 2004 Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2004.- С. 440 - 441.

21. Бадеев А.В. Конструктивные способы линеаризации выходных характеристик, рефлексометрических измерительных преобразователей // Труды Межд-го симпозиума "Надежность и качество", 24 мая —31 мая 2004- Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2004.- С. 442 444.

22. Бадеев А.В. Новый способ градуировки датчика / А. В. Бадеев, Т.И. Мурашкина // Труды Межд-го симпозиума «Надежность и качество», 26 мая -1 июня 2005 Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та.- 2005.- С. 376 - 377.

23. Бадеев А.В. Рефлексометрические измерительные преобразователи перемещений/ А. В. Бадеев, Т. И. Мурашкина // Датчики и системы.-2005.- № 8.- С. 13 —14.

24. Бадеев А.В. Линеаризация выходных характеристик рефлексомет-рических измерительных преобразователей перемещения/ А.В.Бадеев, Т.И.Мураппшна // Датчики и системы.- 2005. № 10.- С.12 -14.

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

26. Боднер В.А. Приборы первичной информации. М.: Мапшно строение, 1981.- 344 с.

27. Бралшиков Н.И. Ультразвуковые методы.- M.-JL: Энергия, 1965.- 248 с.

28. Брусков А.М., Брусков В.М. Конструирование зеркально-призменных оптико-механических узлов. М.: Машиностроение, 1987.144 с. .

29. Вейнберг В.Б., Саттаров Д.К. Оптика световодов Л.: Ма Шиностроение. Ленингр. отд-ние, 1977. - 320 с.

30. Волоконная оптика и приборостроение / М.М.Бутусов, С.Л.Гал кин, С.П.Оробинский, Б.П.Пал; Под общ. ред. М.М.Бутусова. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1987. - 328 с.

31. Воробьев В.И. Оптическая локация для радиоинженеров. -М.: Радио и связь, 1983. 176 с.

32. Воронцов Л.Н. Фотоэлектрические системы контроля линейных величин. М.: Машиностроение, 1965. - 236 с.

33. Геда Н.Ф. Измерение параметров приборов оптоэлектроники.-М.: Радио и связь, 1987. 368 с.

34. Глазер В. Световодная техника: Введение / Пер. с нем. под ред. И.И.Гроднева. М.: Энергоатомиздат, 1985. - 160 с.

35. Гольдман B.C., Сахаров Ю.И. Индуктивно-частотные преобразователи неэлектрических величин. М.: Энергия, 1968. - 96 с.-(Б-капо автоматике. Вып. 289).

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

37. Греченский Д.А., Патлах А.Л. Современное состояние и перспективы развития волоконно-оптических преобразователей механических величин // Оптико-механическая промышленность. 1983.-М. - С. 57 - 59.

38. Гуторов М.М. Основы светотехники и источники света. М.: Энергоатомиздат, 1983. - 384 с.

39. Добромыслов В.А., Румянцев С.В. Радиационная интроскопия.-М.: Атомиздат, 1972. 351 с.

40. Дорофеев A.JL, Никитин А.И., Рубин А.Л. Индукционная толщинометрия. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Энергия, 1978. -184 с.

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

42. Зак Е.А., Кравченко Н.П. Фотоэлектрические измерительные преобразователи с разветвленными световодами // Зарубежная радиоэлектроника. 1980. -№7. - С. 55 - 64.

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

44. Иванов В.И., Аксенов А.И., Кшин A.M. Полупроводниковые оптоэлекгронные приборы: Справочник. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Энергоатомиздат, 1988. 448 с.

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

46. Капичин И.И. Оптико-электронные углоизмерителъные системы.-К.: Техника, 1986. 144 с.

47. Кобус А., Тушинский Я. Датчики Холла и магниторезисторы. -М.: Энергия.-1971. 352 с.

48. Колесников А.Е. Ультразвуковые измерения. М.: Изд-во стандартов, 1970.-236 с.

49. Колтик Е.Д., Кравченко С.А. Измерение сдвига фаз электрических колебаний. М.: Машиностроение, 1973. - 64 с.

50. Колтик Е.Д. Фаз о сдвигающие устройства. М.: Изд-востандартов, 1981. 159 с.

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

52. Козлова Н. Д. Способы обработки сигнала в фазовых волоконно-оптических датчиках // Измерительная техника. -1991. № 1. - С. 31 -33.

53. Конюхов Н. Е., Плютг А. А., Марков П. И. Оптоэлектронные контрольно-измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат. -1985. - 152 с.

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

55. Конюхов Н.Е., Штат А.А., Марков П.И. Оптоэлектронные контрольно-измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат, 1985.-152с.

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

57. Коронкевич В.П., Ханов В.А. Современные лазерные интерферометры. -Новосибирск: Наука, Сибирск. отд-ние, 1985. 182 с.

58. Кравцов Н.В., Стрельников Ю.В. Позиционно-чувствительные датчики оптических следящих систем. -М.: Наука. 1969.- 118 с.

59. Креопалова Г.В., Лазарева Н.Л., Пуряев Д.Г.' Оптические измерения / Под ред. Д.Т. Пуряева. Учеб. пособие для оптических спец. вузов,- М.: Машиностроение. 1987. - 264 с.

60. Куликовский К.Л., Купер В .Я. Методы и средства измерений: Учеб. пособие дая вузов. М.: Энергоатомиздат. - 1986. - 447 с.

61. Лебедько Е.Г., Порфирьев Л.Ф., Хайтун Ф.И. Теория и расчет импульсных и цифровых оптико-электронных систем. Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние. - 1984. - 191 с.

62. Легоньков В.А. Оптические средства операционного контроля функциональных узлов вычислительной техники //-Измерения, контроль, автоматизация. 1985.-М (56).- С.19-27.

63. Лукошин А.П., Киренский И.Г., Петров О.В. Усилители на транзисторах со стабильным фазовыми характеристиками. М., Энергия. - 1973. - 112 с. - (Б-ка по радиоэлектронике. Вып. 43).

64. Марченко А.Н., Свечников С.В., Смовж А.К. Полупроводниковые сенсорные потенциометрические элементы. М.: Радио и связ. 1988.192 с.

65. Меркишин Г.В. Многооконные оптико-электронные датчики линейных размеров. М.: Радио и связь. - 1986. - 168 с.

66. Методы и средства лазерной прецизионной дальнометрии' / А.М.Андрусенко, В.П.Данильченко, А.В.Прокопов и др. М.: Изд-во стандартов. - 1987.-.222 с.

67. Миранян С.А. Линеаризация характеристик термодатчиков с помощью микропроцессора // Теория и проектирование систем автоматического управления и их элементов: Межвуз. науч. сб. Уфа: Изд-во Уфимского авиац. ин-та. - 1984.-С.121 - 125.

68. Мирошников М.М. Теоретические основы оптико-электронных приборов. Л.: Машиностроение. -1977. - 600 с.

69. Мурашкина Т.Н., Конаков.Н.Д. Амплитудно-фазовые датчики перемещений // Приборы и системы управления. -1989. №8.'- С.29 - 31.

70. Новицкий П.В. Основы информационной теории измерительных устройств. Л.: Энергия. - 1968.-248 с.

71. Оптические приборы в машиностроении. Справочник. М.: Машиностроение. - 1974. - 238 с.

72. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы: Справочник /В.И.Иванов, А.И.Аксенов, А.М.Юшин; Под ред. Н.Н.Горюнова. -Энергоатомиздат. 1984. - 184 с.

73. Полупроводниковые фотоприемники: Ультрафиолетовый, видимый и ближний инфракрасный диапазоны спектра /И.Д.Анисимова, И.М.Викулин,- Ф.А.Заитов, Ш.Д.Курмашев; Под ред. В.И.Стафеева. М.:

74. Радио и связь. 1984. - 216 с.

75. Прикладная оптика: Учеб. пособие для приборостроительных специальностей вузов / JI. Г. Бебчук, Ю. В. Богачев, Н. П. Заказнов и др.; Под общ. ред. Н. П. Заказнова. М.: Машиностроение. - 1988. - 312 с.

76. Проектирование датчиков для измерения механических вели чин / Под ред. ЕЛОсадчего. М.: Машиностроение. - 1979. - 480 с.

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

78. Скрипник Ю.А. Методы преобразования и выделения измерительной информации из гармонических сигналов. Киев: Изд-во Наукова думка. - 1971. - 276 с.

79. Смирнов А.Д. Импульсная ультразвуковая измерительная аппаратура (Вопросы конструирования). М.: Энергия. - 1967. - 192 с.

80. Спектор С.А. Электрические измерения физических величин: Методы измерений: Учеб. пособие для вузов. JL: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние. 1987. - 320 с.

81. Хомерики O.K. Применение гальваномагнитных датчиков в устройствах автоматики и измерений. М.: Энергия, 1971. г 112с.

82. Шило В.Л. Линейные интегральные схемы в радиоэлектронной аппаратуре. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Сов. Радио. - 1979. -368 с. .

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

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

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

86. Computer Des. //1983. Vol. 22. - №1 - P.P. 75-80

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

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

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

90. De Grandpre M. D. Measerement of seawater p C02 using a renewable reagent fiber optic senson with colorimetric detection // Anal Chem. - 1993. -Vol. 65. -№4. - P.P. 331-337.

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

92. 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.

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

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

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

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

97. 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.

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

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

100. 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.

101. Ovren C., Adolfsson M., Hok В., Brogardh T. New opportunities with fibre-optic measurement // Sensor. Rev. 1985. - Vol. 5. - № 4. - P.P. 199205. '

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

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

104. Ulrich R. Faseroptische Wegaufhehmer als Grundelemente fur Sensoren //Automatisirungstechn. Prax. 1985. Vol. 4. - № 3. - S. 117-123.175

Похожие работы

Приборостроение, метрология и информационно-измерительные приборы и системы
05.11.00