автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Волоконно-оптические датчики перемещений со структурной избыточностью

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ, ВЫСШЕЙ ВКОЛИ И ТЕХНИЧЕСКОЙ ПОЛИТИКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИЙ КОМИТЕТ ПО ШСШЕЙ ШКОЛЕ САМАРСКИЙ ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ АВИАЦИОННЫЙ ИНСЮТ7Т км. акадэшка С. П. КОРОЛЕВА

На правах рукописи УЖ 68Х. 7,068,32: 621.31?. 39

Ж'ШЮВА НАТАЛИЯ ИГОРЕВНА

ВОШФНГО-бПТИЧБСМЕ ДАТЧИКИ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ СО СТРУКТУШЙ ИЗБЫТОЧНОСТЬЮ

Стзаяадьноеп» £35.13.05 - Эгаизнты я устройства

вычнсяиталькой техники и систем уп^аьвоння

АВТОРЕФЕРАТ диссэртпжш на сонскаяао учэиоЭ степени кандидата техннчэсхих наук

Сагара - 1992

Работа выполнена в .Самарском ордена Трудового Красного Зиашнн авиационном институте ш вкадешжв С. П. Королева.

Научный руководитель: Заслугашшй деятель науки и техники

РСФСР, доктор технических наук, профессор Коников Н. Е

Официальные оппоненты; Заслуженный жеятеяз» туки и техники

Башкортостана» доктор технических яаул, арофессср Ураксеев М, А.

каадшдит технических наук, доцзчт Тага ре их о Е И.

Водущая организация: Московское научно-производственное

объединение "Волна".

Засита состоится "---"-------------1992 г. на заседаю»

специализированного совета Л 053. 87.02 Саизрского евзшциокногс института км. академика С. П. Королем по адресу 443066, г. Самара, Московское шоссе, 34.

С диссертацией изьно ознакомиться в библиотеке Самарского авиационного института по адресу: 443036, г. Самара, Московское шоссе, 34.

Автореферат разослан "—" ---------- 1992 г.

Учэный секретарь специализированного совета, $ Л ш —

к. ф. -и н., доцент ш'А(¿¿¿¿¿Ш^ А. А. Калентьев.

- 3 -

ОБЩАЯ ХАРЖГтЯТПШ РАБОТЫ

Актуальность темы,

Волоконно-оптические датчики перемещений (ВОДП) широко ис-жьзуются а системах автоматического управления для определения рамзтрои технологических процессов, связанных с измерением ли-йных перемещений и вибраций, для контроля состояния проншлен-х изделий в процессе эксплуатация. Принцип действия рефлекто-трических ВОДП с модуляцией интенсивности световой волны анало-чэн принципу действия отражательных оптронов. Одноканальныэ ДП содержат источник излучения» излучающий и приемный световоды фотоприемник. Известно, что на волоконные световода (ВС) не иянзг электромагнитные и электростатические поля, изменение тем-ратур в широком диапазоне и другие неблагоприятные воздействия.

Однако в реальных условиях результат измерений ВОЛП зависит загрязненности окружавшей среды температуры, старения, внеш-х засветок, которые приводят к изменениям коэффициента отрагв-я поверхности контролируемого объекта, мощности источника пзлу-ния, параметров фотоприемшка, Необходимость в частых калкбров-х„ обусловленная нелинейностью функции преобразования (ФП) ВОДП изменявшимися условиями контроля увеличивает затраты на эксплу-ацш датчиков. Судествушиэ метода компенсации указанных фахто-в на позволяют получить шяыз погрешности измерений при язгане-и измеряемых параметров в широких диапазонах. В связи с этим гуальной является задача разработки ВОЛП, результат измерения горых ие зависит от дестабилизируицях факторов. Актуальным яв-этся такаэ уггеньшента погрешности от нелинейности ВОДИ

Паль и задачи исследований.

Пельи работы является уменьшение погреиностей из&врекпй ВОДП условиях воздействия на них дестабилизирующих факторов.

Для этого в диссертации резались следующие основпш задачи:

- анализ существующих ВОДП, катодов ш средств коррекции пог-шостей ВОДП;

- разработка принципов построения амшштудкых, время-им-гсьсных и фазовых ВОДИ со структурной избыточносты?

- создание математических моделей многоканальных ВОЛП при жальном и диффузном отраяэнии ог плоскости; '

- разработка конструкций к здгоритизг функционирования , ВОДП структурной избыточностью;

- 4 -

- оценка погрешностей разработанных БОЛИ Методы исследован к fi базируются на испс зованик численных методов решения систем уравнений, числеш интегрирования с применением ЭВ24 аппарата линейной алгебры, г рии погрешностей в теории вероятности.

Научная новизна работы заключается в следу«

1. Разработаны алгоритмы функционирования амплитудных. врзия-пульсньк, фазовых ВОЛИ со структурной избыточностью.

2. Получены математические модели многоканальны* рефлвктоио-ческих ВОДП при зеркальной и диффузном отракзнин о? плоско«

3. Предложен способ формирования функционального теста для В значение которого зависит от издаряемой величины.

4. Предложен способ установки и контроля величины зазора в ] прн измерении перешшний в динамическом режиме, инвариан-к изменениям мощности источнике излучения и коэффициента о' жения поверхности контролируемого объекта.

Практическая ценность работы заключи в разработке конструкций и алгоритшв функционирования аыпли-ных, время-импульсных и фазовых ВОДП со структурной избы ность» на результат измерения которых не влияют изменения i ности источника излучения, коэффициента отражения поверхн« контролируемого объекта и внешние засветки. По сравненив с шествухшми ВОДП рабочий диапазон разработанных датчиков расс в 5 раз при той же допустимой погрешности. Созданные воло1 но-оптические датчики вибраций позволяют непосредственно в ; цессе измерения устанавливать с точностью I жн и контролиро: требуемый рабочий зазор, а также поддерживать постоянной чуьс-телькость к вибрации в рабочей точке.

Внедрение результатов. Разработанные в диссертации ВОДП внедрены в системе конт; пульсаций давления в компрессоре газотурбинного двигател Омском машиностроительном конструкторском бвро и в составе с» ш позиционирования лазерного микроскопа в Ыосковскои научно-: изводственнон объединении "Волна".

Аппробация работа

Основные результаты работы докладывались и обсуждалис: Всесоюзном совещании ыолодых ученых и специанютов "Проблемы ' рик чувствительности электронных н электромеханических сис ( Москва, 1987), I Всесоюзной соведании-семинаре "Датчики и пр

эзователи ннфоргашгснно-управляотих систем (Москва, 1987), 8 5ластнсй научно-технической конфэракши "Прогрэссиаггыэ штоды й редства нераэрушагагго контроля полуфабрикатов, деталей и изде-яй" (Куйбышев, 1987), областной каучно-техническо?« еовашаро "Авизный контроль качества в современном иашностроениз" (Тольятти, 388), Всесоюзной научно-технической конференции "Оптические, ра-иоволновыэ и тепловые методы и средства керазрушаэдэго контроля зчества промышленной продукции" (Саратов, 1991), постоянно эйствутае?л научно-техническом еэ^гкзре "Современные изтоды и риборы иеразрутапвего контроля" (Москва, 1992), 4 научно-техни-эскои созешашга учэных и специалистов с участием представителей зрубежных стран "Датчики и преобразователи информации систем из-эрения, контроля и управления" (Гурзуф, 1992), на НТС кафедры лектротехники Самарского авиационного института.

Публикации.

По результатам работы опубликовано 18 печатных работ, из них авторских свидетельств на изобретения, получено 6 положительных эшений о выдаче авторских свидетельств.

Структура и объем работы.

Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, аключения, списка используемых источников и приложения. Основная зсть диссертации содержит 174 страницы машинописного текста, ключая 43 рисунка и I таблицу. Список используемых источников одержит 33 наименований.

На защиту выносятся: , Амплитудные, йремя-ишульеные, базовыз ВОДП со структурной из-

бигочностьэ и алгоритмы их функционирования. . Математические кодеин гшогоканалыжк рефля^тоиетряческиж ШДП

при зеркальном и диффузном отражении от плоскости. , Способ формирования функционального теста для ВОДП, значение

которого зависит от изкэряегюй величины. . Способ установки и контроля требузкого зазора в датчиках вибраций.

, Оценка погрешностей разработавшее ВОД! и алгоритмов.

С'ОДЕРНАЛИЕ РАБОТЫ

Во аведении обоснована актуальность -темы диссер-ащш,; дан анализ состояния проблемы.. Сформулированы цель работы,

- о -

•мучная новизна к осноэкыэ половения, аьшоок»а,*л на защиту.

Первая г я в в а посвящзна анэлизу существую®)* ¡методов л средств коррекции погрешностей амшштудных ВОДЛ рефлакто-штриччского типа, анализу известных ВОДЛ со структурной ¡¡збыгоч-костью. Приведена классафикация и краткое описание разработанных БОЛП со структурной избыточностью.

Рассмотрены фазовые:, поляризационные, акгиктуднь» (с издуяя-цией интенсивности проходящей световой волны) ШДП Показано, чтс наиболее миниотюрньзш» простыми по конструхщш а дешевыми являются аишггуднш БОЛП, которые совместимы с систеиэми передачи информации на многоходовых волокнах г; исподьзукт простую методику фотодатокткровэния. Однако амплитудные ВОДЛ обладают рядон недостатков. Эти недостатки обусловлены ток, что шдуляция ки-тенсмвностк потока излучения й реальных условиях осуществляется ко только г результате перзкгкония контролирует? о объекта, но такга из-за воздействия не устройства загрязнений, температурь;, старания, изыеняетдх значения коэффициента отрапекия поверхности к. о кт ро л;! р уи ш го объекта, мощности источника из луче.-пня, коэффкии-екта преобразования фотоприеннтса в процессе кз ые рений, о тэкА-е за счет наличия вкескшг засветок.

Показано, что при га иг нении параметров среды в зоне контроля, отрзкэших свойств поверхности контролируемого объекта, ковкости источник.', излучения, коэффициента преобразования фогопркем-ннка дополнительная погрешность кохет значительно превысить основнув погрешность ВОЛИ, что затрудняет использование амплитудных ШЛД рефлекто1ктричгского типа.

Проведений анализ сугкствутаих штодов и средств коррекции погрешностей БОЛП показал, что обш:ы подходок к снижению дополнительной погрескости датчиков является введение в них структурной избыточности. Однако ¡¡звестньге Е0Я1 со структурной избыточностью не позволяет существенно снизить погрешности измерений при аз книжки измеряемых параметров в широких диапазонах.

Для уиэньшония дополнительной пограсностп. возникавши в результате воздействия дестабилизиртаеих (факторов на датчики, разработаны сдадупшга ВОЛП со структурной избыточкостьп: амплитудные с использованием аддитивных тестов (ЮЛИ I); функциональных тестов и временного разделения каналов измерения (ЩЕП 2): кнзго-каналькш с использованием функциональных тестев (ВОДИ 3); дифференциальные ЕОДП (БОДП 4, ШДП 5); врекя-Ш!пу.льскьэ БОЯс дай«-

рещ|И8.шшз с использование;* глдудировашэге оптического кзду«о-чия (БЗДП 6); с иснсяьзоаякагм адагдадаак тестов к гэдуяирэвгкнв-г.-> оптического излучений (ВОД] 7, ОКШО; фазовые БОЛП аигорф>эрз-¡.■зтрического типа (ВОДЯ 8),

Реализация принципа структурной избыточности осусзстолялась •з ВОДП I за счет в-веденмя нескол?.!«?*: дополнительных приемных жгу-топ световодов, з 30ДП 2 - яоглодакаэй пластянц, расположенной ме?;ау торцом жгута световодов и поверхностью контролируемого объекта, В ВОДП 3 - ЮДП 5 вводились несколько приемных, хоаксиадьно расположенных жгутов сзетоводоз. 3 ВОДП 6, 7 кроме сдвинутьк друг относительно друга на фиксированные расстояния прие?-мых световода 8 использовалось модулированное оптическое излучение. В структуру НОТ 8 был введен дополнительный элетент - электромагнитный датчик, со -¿ставкой из магнитострикционного материала, позволивший в 5 - 6 раз повысить диапазон измерений по сравнению с суакствую-шя йнтерферометрическиш датчикаш при то!{ же разрешающей способности, что и у классических интерферометров.

Приведены области применения, сформулированы основные достоинства и недостатки предаожанных ВОДП

В т о р а я х- л а в 5 посвяшзиа теоретическому исследования нозгюккостей использования аддатгашос в функциональных тестов з ВОДП, принципам построэггая продо-нмяульсянх, фазовых БОДП со структурной »збдоочность&ь с текла вреия-икоульсных ВОДП с использованием тестов гокеряешго параметра а модулированного оптического излучения.

Показано, что путем введения в ВОЛП аддитивных тестов изменяемое перемещение можно определять согласно елвдуицему выражению

- = 1/2 - 2У\ + Т/з . , ,

й ЗЬ^ -Ш - 317з +ТЛ где Ш - сигнал с выхода основного канала измерения, Уг, Х/з и У/. - сигналы с выходов дополнительных каналов , сдвинутых от- ■ ноеительно основного на фиксированные расстояния -й , А и

При построении ВОДП существенно (ь 5 - 6 раз) расширить рабочий диапазон при той же допустимой погрешности и снизить погрешность измерения, обусловленную воздействием дестабилизирующих факторов, удается, если использовать тесты, величины которых за-зисят от измеряемого расстояния {функциональные тесты) и по величине функционального теста определять измеряемое расстояние И :

qiexp(-2Lsei)t

Uj=9c +9<exp(-2Laea).

Здесь l/f, I/2 , l/3 - значения сигнала фотолриемника в первом, втором и третьем тактах измерения, в какдом из которых падаюшй и отраженный от поверхности контролируемого объекта свет пропускают через комбинации прозрачных и полупрозрачных участков пластина расположенной между торивт световодов к поверхностью объекта, (Je. qt - коэффициент«, учитывающие шаность свата на выходе нзлучзкщего световода» коэффициент отражения поверхности кснтро-лируаюго объекта а внешние засветки» «"£{ . осг - коэффициенты поглощения света материалом прозрачной и полупрозрачной пластин. L - длина пути света в пластине.

Результат измерения 7. иокно представить следующим образок

f^Hrèzt-')^1-****- (Я

где

l = [ (ц -Ш/^ -ШШ*i - *а)

Здесь п„ - коэффициент преломления света на границе воздух -пластина, dn - толшша пластины, h ~ расстояние кэжду центра« торцов излучзюекго н приемного световодов.

Как видно из вырэкения (2), результат -измерений Z определяется только величиной функционального теста L . Таким образок, значение Z в алгоритмах (I) и (2) не зависит от параметров функциональной зависимости U = f(z) .

При измерении перемещений в динамической рента - вибраций, пульсаций давления актуарной является задача установки и конгро ля в процессе измерения величины зазора ьндлу торцом zryra све говодов и контролируемой поверхностью.

Предложен способ измерения вибраций. который' позволяет не посредствзино в процессе измерений устанавливать требуемый зазо с точностью I мхм н поддергивать постоянной чувствительность вибрации в рабочей точке. Чувствительность к вибрации увеличен ~ в 2 раза по сравнению с одноканальньаа датчиками. Кроме этого

¡таено влияние Фоновой засзетки фэтоприеиников на точность уста->йки зазоре, уменьшив зянянна на результат измерений небольших ю более 5 ) перекосов жгута световодов. Это осуществляется пу->и формирования сигнала Зх - Лг -I7* , где 1/1,1/2 - значения осодных напряжений . с первого и зторого каналов измерения. За-¡симости 17* (2) (кривая I), 1/г('¿) (кривая 2), пронормиро-шныа относительно максимального значения 17, приведены на ю. I (а), (г) - на рис. I (б). Значение 2 нормировано от-юительно внешнего радиуса Рви торца жгута ВС.

РиС.1.

»дарение виброперекешеннй производят при установочном зазоре I = г.о , для чего яри 51 <0 зазор увеличивают, а при 31 > О йкьеиют до получения равенства сгэ - 0 , гдо 5|ср - постоянная >стазлявдзя соткала Si . По переменной составляющей сигнала Б1 дат об аиплптуде вибрации, а выполнение равенства I/< •!- Цг -¡п51 позволяет стабилизировать чувствительность ВОДИ к вибрации.

йсследор.зна возможность линеаризации ФП ВОДИ при построении зеия-ишульскых датчиков. Мгновенные значения выходных переменах напряжений двух измерительных каналов на интервале Ь ~ О — ¿т юино представить з виде двухпараметричееккх за-дсиыостей от измеряемого перемещения Е и времени Ь".

= £ оле! 2 (3)

ио

1~0

т . л .

Ь)-Ш= Г. С10-2)ЬЕ дгЬ1.

1 = 0 1 = 0

\Jiiz), 17г(г)

(4)

№ и г ~ ФП первого и второго каналов измерения,

эответственно; й1, Сс , , (|с , 1,т,п ~ коэффициенты; Р1(1), Ря(1) - периодические функции времени, симмзтрич-

ньв относительно осй врекают Ь и сдзшуга» друг откосктвд друга нь вали чину Ьг " Т/Ч' , где Т ■- период изкетшкяя Г г (Л). '

Результат мзыерашя зрадставлиегся а виде временного аш вала» значение которого прязго нропорциоквжьно ьоличяие язюрш го перемещения я не звьксит с* изш«<зш& коэффициенте отракез поверхности контрожруемого Агента. При а то к условия шшарвгг ноге преобразован5.№ имзяя ьид:

иНг)-^^^), Т/г (£,'~ Р¿('Ь).

Использование ь ВОЯ! дву» /.аладов кзюарзняе к «юдуяяро>5&ш го оптичвслого излучения яопьоляет упростить аналох'о-кяфро) преобразовании пврекещэкий, уменьши, ногрошиостл кокпара) вследствие» сравнения встречно изшаяящхся напряяаний

При воздействии на датчьки впешшо: -засветок, а также в * случаях, когда погрешности воспроизведения временных функшюна: мых зависимостей, зознихазедае з результате неидеалького выполз ния уелошй (5); оказываются существенны®, предлагается пострс те врамя-ймяульсньк ВОДЯ с вскользовашзм тостов измеряемого I раметра к шдулировашого оптического ез лучения, С помощью аш рате линейной алгебры показано, какии образом попго определял процесса кзшреяий рзалъньк значения произведений О..'. 61, tl.Q. Ято позволяет н&шмтъ вяияыке указанных вшо погрешностей результат измерений который представляется ъ виде соотвоеен временных интервалов, пропорционального изшряеюку йоракещэш!

Е р е т ь с £ V л а в б получены штенатичэскш моде при зеркальной к диффузном отраяешк ох плоскости для базо! конструкции вожоконно-оптичэсхого »гута.. оригинальное?!. кото! состоят з том. что приемные БС образуют на торце «гута концент| ческие зона, количество которых; определяется число и каналов кзг гения, С помощью полученных математических моделей опреде.тк метрологические характеристики одноканальнык ЕОДП

Математический анализ фунхциоьнрозания ВОДП показал, выражение для ФИ Е'*!ДП со жгутом световодов, расположенным ш пендикулярно поверхности контролируемого объекта, для слу^ зеркального отражения можно свести к двойному интегралу по ра; усу г торца кгута сватоводов н телесному углу с*, вместо тра; ционногс интегрирования по четырем параметрам : радиусам тор: излучавдего и приешого жгутов ВС I. углам от О до 29С • рад ;

лого горна.

ЙС Я Г7У1*

Р| (6)

О С1ГЛ1Л

Р - Ж'хйость чзлучакдя ял выхода нркедаого ягу.-: спстоводоч лучао зеркального отраг^яия, Тке (с*.), Тле (<*) - хогффжцквнты топропусканмя соответственно излучающего я приеиного ВС; 1?в -к. под хоторыя из центра окружности с раачуеоа лолучав>-

ся а результате пересечения телесного угла л, ЯР с плоскостью ца хгута световодов, видны точки пересечения этой охрузтаости с центрической зоной на торце игута, холеру» обргзугг ириешые осгг 1.-1 , а.гая! мтагай и верхний ирвдо.'^ тнт^грирования по ¡."ж му углу сл .

Б случае диффузмог© охранения появляется третий параметр =грирова!Шй ~ угол отражения йдиф, поэтому ггчте.матичэск.ая эль ОП ВОДП описывается тройным интегралом;

Й! йяпз Лап

!<р~/ | | Ты« (Уйдиф£|а.с1г. (7)

Рдиер - .мощность излучения на выходя зркчкноуо хгута светово-з случае диффузного отражения, • угол отражения от

:кости в случае вдоалькюс рассеиваэдгас сздйст? «огерхностж - верхние пределы интегрирования по угла« А л Определение <5П по формулам (6), (?) дало возтотаость оокрз-> врэкя вычисления ФП ВОЮ в десятки раз. реализовать опере-ю действующие программы их вычисления и создать банк .данных ЮДП Ан^.игз полученного банка данных позволил сделать слздухь вьзоды; и с точки зрения получения минимальной нелинейности, точил зрения *.гаксиыально8 чувствительности целесообразно юлагать рабочий участок на восходящей ветви ФП ВОДП как л те зеркального, так и в случае диффузного отражения. В то же •я максимальная чувствительность наблюдается при зеркальном I гении. а минимальная нелинейность ~ при диффузном отражении.

получения максимальной^чувствительности следует реализовать :гльное отражение от поверхности контролируемого объекта и 1Льзозать жгуты световодов с радиусом излучающей зоны на торце 1кошо-оптического жгута И± = 0,38, а для получения минималь-нелинейности следует использовать диффузное отражение и выби-, = 0,3-0,4. Внешний радиус Рвн торца кгута ВС равен I.

Учитывая, что оптимальные значения Р?1 для зеркального и диффузного отражения примерно совпадают, южно рекомендовать при лх>5о законе отражения от поверхности контролируемого объекта для одно канальных ВОДП выбирать = 0,3-0,4.

В четвертой главе исследуются статические динамические погрешности амплитудных ВОДП со структурной избьггоч костык погрешности время-импульсных ВОДП, определяется ептималь ные конструктивные параметры разработанных ВОДП, приводятся рз зультаты экспериментальной проверки метрологических характернст? созданных ВОДП.

Анализ погрешностей ВОДП I показал, что использование в БОЛ аддитивных тестов сдерживается появлением существенной метод! ческой погрешности (>20%), связанной с неадекватностью реальнс ФП ВОДП теоретической модели. Для ВОДП 2, ВОДП 3 были определ: ны оптимальные конструктивные параметры; исходя из минимум относительного среднеквадратического отклонения величи!

р = (17з-Цг)/(и2-1Л) , необходимое число узлов еппроксимац] (число калибровок) для легко реализуемого случая кусочно-линейш аппроксимации зависимости р (и) , а также зависимость нео! ходимого числа разрядов АЩ от относительного среднекЕадрат: чзского отклонения бг~6г/и величины 2, из которой следует, ч для получения 6г = О, I % требуется 16 разрядов АШ1 Из анали погрешностей к конструктивных параметров БОДП 3 следует, что зн чениь й'- радиуса излучающей зоны ка торце агута целосообраз выбирать равным 0,3, что позволяет получить наибольший диапаз измерения. Значения радиусов Рг и ЯЬ приемных зон следует вьгб рать равными Пг = 0,627, Йз - 0, 835, что позволяет в найбояыг степени: подавить влияние внешней засветки на точность измерена Принтом йон= I, Для ВОДП 4, как показал анализ зависишстей £ и 51 = 931/Зг от £ для различных значений и R2, наибольс значение при Я* = 0, имеется в случае О, 35» С то^

орония максимума 21 значение Рг следует выбирать равным (15.

Экспериментально проверялись метрологические характерней ВОДП 3, ЕОДП 4, ВОДП х Правомерность теоретических выводов ис тверкдеяа экспериментально.

Пятая глава посвяцака вопросам разработкх практического использования ВОДЯ! со структурной избыточное Приведены принципиальные электрические схемы и подробно рассмс рено^фунчционкрованке двухканалъного волоконно-оптического дат1

ка вибраций, двухканального датчика положения с модулированном оптическим излучением, трехканальньк ШДП с обработкой информации в ЭЖ Подробно рассмотрена работа интерфейса. Применение специализированного преобразователя напряжения в частоту (микросхема КР 1108 ППХ) в сочетании с программируемым таймером ¿СЗ ВИ 53 дало воздахносгь реализовать простой интегрирующий 16 разрядный АЩ обладавший строго определенным временем измерения (интегрирования) ровным 40 кс. Это позволило подавить световые я электромагнитные помехи, что дало возможность получить разрешающую способность ВОДЛ 2 и ЕОДП 3 близкой к расчетной. Приведена структурная схема быстродействующего многоканального ВОДП. Применение в нем ПЗУ для аппроксимации зависимости р - (х) и исключение операции деления за счет регулировки мощности источника свеаа дало возможность получить датчих перемещений с цифровой индикацией результата измерения Е без применения дорогостоящего вычислительного устройства. Использование быстродействующих многоканальных ВОДП позволяет применять их и для измерения вибраций в диапазоне частот (по уровни -3 дб) 1,4 Гц - 65 кГц с разрешающей способностью I иск, чувствительность» 10 В/мм.

Основные результаты работа

1. В результате сравнительного анализа существующих ВОДП установчено, что известные ВОДП рефлектометрического типа с модуляцией интенсивности световой волны не позволяют снизить погрешность, обусловленную изменениями э широком диапазоне мощности источника излучения, коэффициента отражения света от контролируемой поверх«: коэффициента преобразования фотоприемника и внешних засьэток.

2. Показано, что применительно к ВОДП целесообразно использовать структурные методы повышения точности измерений. Введение дополнительных каналов измерерия, тестов измеряемого параметра и модулированного оптического излучения дает возможность в десятки раз по сравнению с одноканальными датчикам снизить погрешность, обусловленную влиянием неинфорыатизных факторов, и в 2-3 раза уыеньшть методическую погрешность, связанную с нелинейностью ФП ВОДП.

3. Предложен способ формирования функционального теста для ВОДЛ, за счет введения которого в 5 раз расширен диапазон измерения при той Ее допустимой погрешности и в десятки раз снижена погрешность, обусловленная влиянием дестабилизирующих факторов.

- 14 -

4„ Предложен способ измерения вибраций, который за счет в: деная дополнительного канала измерения и формирования разности и суммарного сигналов с двух измерительных каналов позволяет 2 посредственно в процессе измерений устанавливать требузыый за: с точностью I шш и поддерживать постоянной чувствительность вибрации в рабочай точке. Чувствительность к вибращш увалич« примерно в 2 раза по сравнению с одноканалькыми датчиками. Кр< этого, снижено влияние фоновой засветки фотоприемнихов на т< ность установки зазора, уме а шанс влияние ча результат измере! небольших (не болев 5°) перекосов жгута световодов.

5» Получены математические модели при зеркальном и диффуз! отразили от плоскости для базовой конструкции волоконно-оп: ческого жгута, оригинальность которой состоит в том, что приеиз волоконные световоды образует на торце згута концентрические ; ны, количество которых определяется числом каналов измерения.

6; Проведен анализ статических и динамических погрешкос. предаокенных ЗЗОДП со структурной избыточность^ который пока: эффекткзность разработанных датчиков и алгоритмов в плане повы кия точности измерений и расширения рабочего диапазона.

7. Созданы двухканальные волоконш-оптическиа датчики ; измерения перемещений н параметров вибраций, двухканельз волоконно-оптический датчик полонения с модулированным оптичас» излучением, трехканальный ВОДП с обработкой информации в Ш быстродчйствуший многоканальный ВвЖ

8. Экспериментальная проверка разработанных ВОДП подтверда правильность теоретических положений и выводов,

9. Созданные ВОДП используется в системе контроля пульсах . давления в компрессоре газотурбинного двигателя в Оме?

машиностроительном конструкторском бюро и в составе систс позиционирования лазерного микроскопа в Московск научно-производствв!шоы объединении •'Волна".

Основные результаты диссертации опубликованы в слэдувдих работах:

1. Конюхов Н. Е., Лиманова К И. Волоконно-оптические датчя перемещений со структурной избыточностью // Оптические, радиоьс но виз и тепловые методы и средства не раз рула гаде го контроля к •:зства промышленной продукции: Тез. докл. Всесоюзной научно-те нической конференции. - Саратов, 1991, с. 5 - 6.

2. Химанова Н. И. Синтез волоконно-оптических преобразоват

Р. со структурно-временной избыточностью // Королевские чтения: 1, докл. ВсесоязмоГ! научно-техиич хонф., Куйбышев,. Ï99I, с, 60.

3. Ливанова 51 И. Дзухканальный волоконно-оптический измерить вибраций. - Информационный листок N 116 - 92, Самара: 11НТИ, 32. - 2 с.

4. Ливанова Я. il Волоконно-оптический датчик положения с мо-иировагошм оотическим излучением. - Информационна листок N 304 32. Самара: ПНТИ, I9S2. - 2 с.

5. Лиманога Н. И, Волоконно-оптические датчики перемещений со зуктурной избыточностью // Датчики ш преобразователи информации :тем измерения, контроля и управления; Тез. докл. 4 нгучно-тэх-t совещания ученых и специалистов с участием представителей >убеяных стран. - ¡"Гурзуф, 19Э2. -- с, Ж

S. Ливанова Н. Я Преобразователь с распределенными яараметра-// Труды 2-ой научно-технической конференции молодых ученых и щиалистов Куйбытавского авиационного института. Ч, 4, Куйбышев, 12, с. 17 ~ 21 (Рук. дэк. а ПНЖГЭИприбороетроения H 2I2I-II).

7. Денисов Е А. » Дишнова R. И. Диагностическая система для фативного контроля механических фактороз коммутации электри-:ких мгасрокашга // Специальные электрические «вношу: Сб. науч,

- Куйбышев: КПТИ, 1933, о. ПО - 124,

8. Голубева Т. Е , Ликанова H, il Алгоритм сшивания типовых таентов (Рукопись деа Ш. £0. 04 в ВИНИТИ N S5S7 - 34).

9. Лиг/знова Н. И. Устройство для контроля малых перемещений: . докл. 35 шхвузовской С НТК. - Куйбьгшез, IS38, с. 62.

ICI Мельников А. В., Лимзаова Я. И. Устройство .для контроля и гностики ;:арзметров газотурбинных двигателей: Тез. докл. 36 вузовской СНТК. - Куйбышев, ÏS3S, с. 66,

11. Лиманова Н. Я » Денисов Е А. Устройство для прогнозирова-

надегности щеточных контактов электрических микромашин //

ваботка и исследование специальных электрических машин: Сб. ч. тр. - Куйбызеа, ОТЩ, 1987, с. 28 - 31.

12. Лишнова К И., Питанов М. Н., Капцов А Е Способ неразру-шего контроля качества электроvaонягкж реле с повышенной товарностью // Прогрессивные жтодн и средства неразрушавдего троля полуфабрикатов, деталей и изделий Тез. докл. 5 област-

научно - техн. хонф. - Куйбыиэв, 1987, с. 94 - 95.

13. Ливанова Е И. Устройство для контроля переизданий с повы-яой точеостьв и чувствительностью // Проблемы теории чувстви-

тельности электронных и электромеханических систем: Тез. докл. Все-союз, совещ, молодых ученых и специалистов. - М., 1987. - е. 103.

14. А. с. 1446460 СССР» МКИ 601 в 7 /Зй Измеритель угловых перемещений /ЕЕ Ливанова. - Опубл. 23.12.88. Бш. и 47.

15 . А» с. 1392365 СССР, ЫКИ 608 с 9/04. Электромагнитный преобразователь перемещений / ЕЕ. Конюхов» ЕИ. Лиманова, В.И.Гра-чииников и др. - Опубл. Зй 04.88. Вт. м 16.

16. А. с. 1561119 СССР, МКИ Н01 и 36/00, Бесконтактный перек-личатель / Ю. С. Дмитриев, К И. Лиманова. - Опубл. 30. 04.9й Бюя, к 16.

17. А. с. 1585693 СССР, МКИ в01 н П/ОО, Электромагнитное измерите ль нее устройство /ЕЕ Лиманова» А. Р. Шишкин» Е Е Буров. -Опубл. 15.08.90. Бш, К за

18. А. с. 1702511 СССР, МКИ Н03 в 1/00, 601 К 27/0а Генератор синусоидальных сигналов / А. Р. Шишкин» Е Е Буров» Е И. Лншнова, Е С. Зопилин. - Опубх Зй 12. 91, Бш. к 48.

19. Лиманова К И. Преобразователь перемвозний. Решение о выдаче авторского свидетельства по заявке N 4843068/28 от 23. 04. 91.

20. Конюхов Е £ , Лимзтова Е И.„ Шгасин А. Р. и др. Способ из-мзрения вибраций и устройство для его осуществления. Решение о выдаче авторского свидетельства по заявке н 4890037/28 от 26.06.92.

21. Лиманова Е Е Устройство для кзшрещиг расстояний до объекта. Решение о выдаче авторского свйдвязльства по заявке N 4808573/28 от 15.06. 91.

22. Кокнхов К Е,, Лиманова Н. Е , Шишкин А. Р. р Грвчшшков Е 11 Способ измерения расстояний до объекта.и устройство для его осуществления. Решение о выдаче авторского свидетельства по заявке N 4808674 / 28 ОТ 22. 08.91,

23. Ливанова й.Е» Конхасв ЕЕ Преобразователь перемещений. Решение о выдаче авторского свидетельства ш заявке й 4834504/28 от 27. П. 91.

24. Конюхов ЕЕ, Ливанова ЕЕ Преобразователь перемещений. Решение о вадэче авторского свидетельства ш заяжо N 4932507/28

Подписано в печать 30.06.92 г. формат 60x84 1Д6.

Офсетная печать. Уел, цеч. л, X, й Уч. гад, я, I, а

Тирах 100 экз. Заказ Бесплатно. -

г. Садарг., САИ, Ульяновская, 18. Участок оперативной полиграфии.

от 26.03.92.