автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.05, диссертация на тему:Волоконно-оптические преобразователи перемещения на основе многокомпонентных оптических спектрально-селективных структур

На правах рукописи

Степанов Максим Владимирович

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ НА ОСНОВЕ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СПЕКТРАЛЬНО-СЕЛЕКТИВНЫХ СТРУКТУР

Специальность 05.13.05 - Элементы и устройства вычислительной техники и систем управления

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Самара - 2010

2 О МАЙ 2010

004602293

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева» (СГАУ) на кафедре электронных систем и устройств

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Матюнин Сергей Александрович

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор Калакутский Лев Иванович

доктор технических наук, доцент Мелентьев Владимир Сергеевич

Ведущая организация: Федеральное государственное унитарное предприятие «Научно-исследовательский институт физических измерений», г. Пенза

Защита состоится 21 мая 2010 г. в 12 часов на заседании диссертационного совета Д212.215.05 при Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева» по адресу: 443086, г. Самара, Московское шоссе, 34а.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СГАУ.

Автореферат разослан «20 » апреля 2010 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета доктор технических наук,

профессор

А.А. Калентьев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Известно, что применение оптоэлектроники позволяет добиться высоких метрологических характеристик измерительных преобразователей, их устойчивости к электромагнитным воздействиям, создать помехоустойчивые каналы связи, элементы практически идеальной гальванической развязки измерительных, управляющих и силовых цепей. Вопросам разработки и применения волоконно-оптических преобразователей, элементов и устройств посвящено большое количество работ, создана теоретическая и практическая базы волоконно-оптических преобразователей. Изучению проблем построения таких преобразователей перемещения посвящены труды проф. Гречишникова В.М., Домрачева В.Г., Конюхова Н.Е., Леоновича Г.И., Матюнина С.А., Преснухина Л.Н., Удалова Н.П., Huang Y.S., Okosi T.I. и др.

Однако такие преобразователи также подвержены влиянию внешних дестабилизирующих факторов (ВДФ). Несмотря на принимаемые меры защиты, остается высокой чувствительность оптозлектронного тракта к загрязнению, изменению степени поглощения излучения оптической системой и др. Стабилизация характеристик оптоэлектронных элементов путем введения дополнительного оптического канала обратной связи в сложных условиях эксплуатации не эффективна, так как требует идентичности изменения характеристик прямого канала и канала обратной связи под влиянием ВДФ.

Разработка волоконно-оптических преобразователей перемещения на основе многокомпонентных оптических спектрально-селективных структур (ВОПП-МОС) позволяет решить многие перечисленные выше проблемы. В ВОПП-МОС удается использовать одни и те же опто-электронные элементы как для получения и передачи измерительной информации, так и для компенсации воздействий ВДФ, а значит, добиться максимальной идентичности измерительного и компенсирующего каналов. Кроме того, в таких преобразователях удается достичь существенного снижения чувствительности к ВДФ: к изменению температуры, деградации характеристик оптоэлектронных элементов и свойств оптической системы.

Однако широкое использование ВОПП-МОС ограничивается сложностью технологии их изготовления, отсутствием достаточно точных для инженерной деятельности математических моделей и методик проектирования, а также необходимостью проведения соответствующих экспериментальных исследований.

Одной из особенностей систем автоматического управления (САУ) различного назначения является наличие большого количества контролируемых параметров, что приводит к необходимости использования значительного числа измерительных преобразователей различных физических величин и каналов связи для передачи измерительной информации. Так как измерительные преобразователи, за редким исключением, не имеют спектрально-модулированного выходного сигнала, то для согласования с волоконно-оптическими линиями связи (ВОЛС) необходимо преобразовать их электрические сигналы в оптические и осуществить их спектральное разделение и уплотнение. Это не только усложняет и снижает надежность САУ, но и существенно повышает ее стоимость.

Подобного недостатка лишены САУ, построенные с использованием ВОПП-МОС, так как выходной оптический сигнал таких преобразователей уже модулирован по спектру излучения, что упрощает согласование с ВОЛС и позволяет комбинировать их на одну ВОЛС без дополнительного использования мультиплексоров. Однако использование ВОПП-МОС в САУ с разветвленными сетями так же требует разработки соответствующих точных математических моделей и инженерных методик их проектирования.

Целью диссертационной работы является разработка положений теории функционирования, теоретическое и экспериментальное исследования и разработка волоконно-оптических аналоговых и цифровых преобразователей перемещения на основе оптических спектрально-селективных структур со спектральным уплотнением для систем управления.

Задачи исследования:

1. Разработка и исследование математических моделей аналоговых и цифровых ВОПП-МОС.

2. Разработка алгоритмов и программ расчета и оптимизации характеристик ВОПП-МОС.

3. Проработка вариантов компоновки ВОПП-МОС и структурных схем вторичных преобразователей.

4. Анализ и оптимизация метрологических характеристик аналоговых и цифровых ВОПП-МОС.

5. Разработка инженерных методик расчета аналоговых и цифровых ВОПП-МОС.

6. Экспериментальные исследования макетных образцов ВОПП-МОС.

Метопы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, теории дифракции, численные методы анализа и синтеза.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований макетных образцов ВОПП-МОС, созданных с использованием разработанных математических моделей и структурных схем и совпадением результатов экспериментальных исследований и математического моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

- Разработан способ преобразования углового перемещения, заключающийся в том, что перемещение контролируемого объекта преобразуют в изменение степени взаимного перекрытия спектральных характеристик спектрально-селективных элементов (ССЭ), а изменение степени взаимного перекрытия спектральных характеристик преобразуют фотоприемником в соответствующее изменение электрического сигнала;

- Разработана математическая модель формирования выходного сигнала произвольного разряда цифрового ВОПП-МОС, кодовый диск которого выполнен в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, учитывающая взаимное влияние соседних дифракционных элементов кодового диска и конструктивных параметров преобразователя на его характеристики и позволяющая совместить функции позиционного кодирования и спектрального уплотнения;

- Разработана математическая модель аналогового ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которого выполнены в виде дифракционных решеток с переменным шагом, позволяющая линеализировать позиционную характеристику преобразователя и учесть влияние конструктивных параметров на его характеристики;

- Разработаны математические модели аналоговых ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которых выполнены в виде узкополосных фильтров, учитывающие влияние параметров волоконно-оптических линий связи и узкополосных фильтров на его характеристики.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

- Разработаны методики расчета параметров аналоговых и цифровых ВОПП-МОС для систем управления со спектральным уплотнением, позволяющие разработать их оптимальные конструкции;

- Разработан вариант формирования кодового диска цифрового ВОПП-МОС, выполненного в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, позволяющий совместить функцию позиционного преобразования и спектрального уплотнения;

- Разработаны экспериментальные стенды, позволяющие проводить исследования основных характеристик аналоговых и цифровых ВОПП-МОС;

- Разработаны алгоритм и программа анализа характеристик ССЭ аналоговых и цифровых ВОПП-МОС, позволяющие автоматизировать процесс исследований;

- Разработаны алгоритм и программа аппроксимации спектральных характеристик опто-электронных элементов и ССЭ функциями Гаусса, позволяющие получить аналитическое решение задач анализа и синтеза ВОПП-МОС.

- Внедрены экспериментальные образцы ВОПП-МОС.

Внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе теоретические положения, математические модели, методики, конструкции и алгоритмы внедрены в: проектно-конструкторскую деятельность ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» (рекомендованы к использованию в бортовой аппаратуре современных самолетов, в том числе в системах автоматического управления и цифровых измерителях); аппаратуру наземного испытательного комплекса (ФГУП ГНП РКЦ ЦСКБ-Прогресс, г. Самара); в технологический процесс ООО «СЭД-Сызрань»; учебный процесс ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева».

Апробация работы. Результаты работа докладывались, обсуждались и были одобрены

на:

- Международных НТК:

1. «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» (Москва, 2007 г.);

2. «Современные направления теоретических и прикладных исследований - 2007» (Одесса, 2007 г.);

3. «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте - 2007» (Одесса, 2007 г.);

4. «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития - 2008» (Одесса, 2008 г.);

- Всероссийских НТК:

1. «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (Самара, 2008, 2009

гг.);

2. «Всероссийская конференция по волоконной оптике» (Пермь, 2009 г.);

- НТК молодежи: «Инновационные разработки - основа создания мирового лидирующего продукта в ракетно-космической отрасли» (Самара, 2007 г).

Публикации. По результатам исследований опубликовано б статей, из них 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на изобретение (способ и устройство).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, заключения и списка использованной литературы из 110 наименований, изложенных на 167 страницах машинописного текста, перечня основных сокращений, принятых в работе, 4 приложений, содержит 81 рисунок и 10 таблиц.

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Способ преобразования углового перемещения на основе многокомпонентных оптических спектрально-селективных элементов.

2. Математическая модель формирования выходного сигнала произвольного разряда цифрового ВОПП-МОС, кодовый диск которого выполнен в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, совмещающих функции позиционного кодирования и спектрального уплотнения.

3. Способ формирования кодового диска цифрового ВОПП-МОС в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов.

4. Математическая модель аналогового ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которого выполнены в виде дифракционных решеток с переменным шагом.

5. Математическая модель аналогового ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которого выполнены в виде узкополосных фильтров.

6. Инженерные методики расчета, рекомендации, результаты анализа, расчетов и экспериментальных исследований.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, дан анализ состояния проблемы, показана практическая значимость работы, перечислены решаемые задачи, сформулирована научная новизна работы.

В первой главе проведен анализ существующих САУ летательных аппаратов (ЛА) и технологических процессов. Показано, что в состав САУ, кроме измерительных преобразователей и исполнительных органов, входят системы сбора и передачи информации (ССПИ), обеспечивающие сбор и передачу по каналам связи информацию от множества измерительных преобразователей к управляющей ЭВМ. Организация индивидуальных каналов передачи информации каждого измерительного преобразователя приводит к большой протяженности и массе кабелей. Волоконно-оптические же каналы передачи информации отличаются высокой пропускной способностью, большим быстродействием, отсутствием переходных помех и не подвержены влиянию электромагнитных помех. Кроме того, использование ВОЛС делает возможным применение различных видов уплотнения каналов, в т.ч. спектрального. Было показано, что использование волоконно-оптических измерительных преобразователей и ССПИ позволит существенно (на 300-400 кг) уменьшить массу ЛА, снизить чувствительность САУ к воздействию электромагнитных полей, повысить ее быстродействие. В представленной классификации

ВОПП-МОС показано место разрабатываемых в диссертации преобразователей. На основе проведенного анализа сформулированы основные вопросы научно-технического характера, решение которых необходимо для реализации волоконно-оптической ССПИ со спектральным уплотнением.

Вторая глава посвящена вопросам математического моделирования процессов в аналоговых и цифровых ВОПП-МОС.

Обычно датчики перемещений, в т.ч. и ВОПП-МОС, состоят из первичного и вторичного преобразователей. Первичный преобразователь, как правило, размещается в непосредственной близости от контролируемого объекта, а вторичный - в более комфортных условиях. Первичные преобразователи ВОПП-МОС (рис. 1) состоят из источника излучения (ИИ), ВОЛС1, передающей поток оптического излучения от ИИ к подвижному ССЭ2, , механически связанного с объектом измерения, неподвижного ССЭ1, приемника излучения (ПИ) и ВОЛС2, передающей поток излучения к ПИ. Взаимное расположение спектральных характеристик (СХ) неподвижного Ъ^фп), ССЭ1 и подвижного Т2(А,Фт2) ССЭ2 представлено на рис.2. При угловом перемещении контролируемого объекта изменяется положение СХ подвижного ССЭ2 относительно СХ неподвижного ССЭ1 и, как следствие, изменяется степень перекрытия их спектральных характеристик, что регистрируется ПИ.

Первичный

преобразователь

:с2 * пи

Рис. 1 Структура оптической части первичного пре- Рис. 2 Взаимное расположение СХ образователя ВОПП-МОС ССЭ

Для общего случая с учетом пространственного взаимного расположения элементов оп-тоэлектронной части ВОПП-МОС, характеристик ССЭ, ПИ, ИИ и влияния ВДФ получено выражение для выходного сигнала л^р у и) приемника излучения:

• Тш (ХТ1 ,уп,<р-п,ип)- Еп {Т[Л - Л,., (хп, уп, (рп, ип )],ип} •

■ ТМ2(ХГ2,Уг2 > <Рт2 > ^7-2 ) ' ГТ2 {Ш " Л'2 (ХТ2 > Ут2 = <Рп '11Т2 )] VГ2 } ' ' (хт, ут ,иту От (<рТ,ср^,итурт Ц [Я - (Ут)], ит} ■

N

соя(<рт)

(¿N2

-(Ьстс1ут<1хН1 дуу 2 йХ

где Р, РК2 - поверхности торцов ВОЛС^; фш - угол излучения от элементарной площадки ¿р с координатами (х^Уи^О ВОЛС1; ф)Т1/ срТ2/ <рш- углы падения оптического излучения от элементарной площадки ¿р^ на ССЭ1,2 и на элементарную площадку ¿р с координатами (х2,у3,г2) ВОЛС2; ф"1, фуш и фхт, фу2 - проекции углов фш и фш на координатные плоскости;; Фм(иф), 5м(из) - максимумы спектральных характеристик ИИ и ПИ; ТМ1:2(хТ1,2, Уп,2, Фт1,2у ип,г), Мм1(хт, Ут, иш), Ут, Ую) - координатные зависимости максимумов

спектральных характеристик ССЭ^ и ВОЛС^; у = \U0,Un,UT1,Ufn,Um>Us}~ множество па~

раметров ВДФ, действующих на элементы ВОПП-МОС; 0[A-Ao(Uo)], Т1Л[А-АпХхп,ь Ути, <Рп,ь Un,г)], Ni[A-An1(Uni)], NJA-AmfUm)], S[A-As(Us)] - относительные СХ излучения ИИ, пропускания (отражения) CC3i, ССЭ2, пропускания ВОЛС^ и чувствительности ПИ; Рф, FTi,i, Fs, FN1, -функции, учитывающие изменение формы относительных СХ под воздействием ВДФ; Gm(q>£",ik\), GN2(<Px2,(PyN2,Uta)- относительные угловые диаграммы направленности излучения BOflCi,2; (xm,yN1,zm,), (Xn2,Yn2,Zn2) ~ координаты текущих точек поверхности торцов BO/lCi (Рш) и ВОЛСг (Рш); р ~ коэффициент, учитывающий потери на ввод и вывод оптического излучения в ВОЛС.

Обобщенное выражение (1) позволяет учесть как конструктивные особенности аналоговых и цифровых ВОПП-МОС, так и действие ВДФ на элементы преобразователя.

Из (1) для основных схем реализации ВОПП-МОС (одноканзльных, дифференциальных и дифференциальных со следящей обратной связью) и множества вариантов реализации ССЭ получены частные математические модели ВОПП-МОС.

Так, из (1) выходной сигнал ПИ одноканального ВОПП-МОС с узкополосными ССЭ (без учета действия ВДФ) будет иметь вид:

О

* 4ФЁ -с!

Z '=I /•> i=l /-1 '■=! М VC«siJ I LW/W J

где у = <-p0 ± q, - угол начальной установки ССЭ2; д^ - отклонение подвижного ССЭ2 от угла начальной установки; = Фи$иNHlNyllTinP,{PKl

CJg/hl = К? + К]' + К* + К* + К? + к?>; К?,К]\ К' >К% ■ K'i' ■А*' 4> Аш ' 4> 4Vl, A>'' коэффициенты аппроксимации спектральных характеристик элементов ВОПП-МОС рядами функций Гаусса; а2^ (<рТ1) = К,ФЛ? + Кт--(х\} + ЯГ2)+ К? Ат< +KsrAsf + К ¿'Л+ i

= + ктгО/ + + кХ'2 + + /г;''^'1 + A-/ :;

ЯГ2 = A,„T2cos (p„Xsin (<pr2}g(<p0)+ cos (?>r2)- I)'

Как показывает анализ, существенное влияние на линейность позиционной характеристики и диапазон измеряемых перемещений ВОПП-МОС оказывают ширина полосы пропускания ССЭ1 и ССЭ2 и взаимное начальное расположение спектральных характеристик ССЭ. Графики нормированных ПХ и погрешности нелинейности ПХ для различной ширины 2М полосы пропускания ССЭ представлены на рис. 3 а, б.

-----Диапазон линейности ПХ

а) б)

Рис. 3 Графики нормированной ПХ (а) и погрешности нелинейности ПХ (б) одноканального ВОПП-МОС для различной ширины ¿ИЛ полосы пропускания ССЭ (кривая 1-2/1Л=20 нм, кривая 2 -24/1=40 нм, кривая 3 -<?ЛЛ= 60 нм, кривая 4 -2АА= 80 нм, кривая 5 -2АА= 100 нм)

гряд

В работе показано, что существенно лучшей линейностью ПХ обладают ВОПП-МОС, реализованные по дифференциальной схеме. В дифференциальном ВОПП-МОС с отражающим подвижным ССЭ2 и пропускающим неподвижным ССЭ1 поток оптического излучения от ИИ поступает через ВОЛС1 и неподвижный пропускающий ССЭ1 далее подается в двух направлениях на отражающий подвижный ССЭ2, связанный с контролируемым объектом. Отраженные оптические сигналы, пройдя ВОЛСг,з, поступают на приемники излучения ПИ^ (рис. 4).

Положения спектральных характеристик ССЭ1;2 и области их спектрального взаимодействия для начального положения ф0 и случая смещения подвижного отражающего ССЭ на величину Дф (фо+Дф = Фо-Дф) представлены на рис. 5.

■КДф). отк. ед.

Поток излучения

Поток излучения

Поток излучения

О

К2 Х3

'-3

ЧЧг-фо+Дф

Рис. 5 Взаимное расположение спектральных характеристик ССЭ дифференциального

ВОПП-МОС

Для дифференциального ВОПП-МОС с отражающим подвижным ССЭ2 выходные сигналы ]1(фо±Дф) и ]2(фаЛ- Дф) приемников излучения ПИ1 и ПИ2 с учетом (1) и (2) примут вид:

ос

о

Тогда выражение для выходного сигнала дифференциального ВОПП-МОС примет вид: У Дифф. (Д Р) = М (<р0 ±A<P^)-J2 (% + А <Р)]-К,, (4)

где /0 - коэффициент передачи дифференциального усилителя.

Для дифференциального ВОПП-МОС также существенное влияние на линейность позиционной характеристики и диапазон измеряемых перемещений оказывают ширина полосы пропускания ССЭ и начальное взаимное расположение спектральных характеристик ССЭ. Графики нормированных ПХ ВОПП-МОС и погрешности нелинейности ПХ для различной ши-

рины полосы пропускания ССЭ представлены на рис. 6.

дф, град

и

В

8

----------1-.-5--

4<)>. град -----Диапазон линейности ПХ"

а) 6)

Рис. 6 - Графики нормированных ПХ ВОПП-МОС (а) и погрешности нелинейности ПХ (б) при различных значениях полос пропускания ССЭ (Кривая 1 - 2М=20 нм, кривая 2 - 2ЛЛ=40 нм, кривая 3 - 2АА=60 нм, кривая 4 - 2АА=80нм,

кривая 5 - 2АА=100 нм)

Из сравнения результатов численного моделирования (рис. 3 и 6) видно, что у дифференциальных ВОПП-МОС диапазон линейности ПХ в 2 раза больше, чем у одноканальных. Однако при этом остается высокой чувствительность преобразователя к влиянию ВДФ на ИИ, ПИ и элементы волоконно-оптического тракта. Существенное снижение чувствительности ВОПП-МОС к ВДФ характерно для дифференциальных преобразователей с компенсирующей следящей обратной связью. Зависимость выходного сигнала У(Аср) дифференциального ВОПП-МОС с компенсирующей обратной связью с учетом (3) и (4) имеет вид:

У(Д<р) = К, ■ К2

Jí(Л,<p„±A<p) ~/1(Л,<рл + А<р)

- К 2-(У, (Л, (pll±A<p) + J1(Л,<p0 + А <р))

(5)

где К2 - коэффициент передачи усилителя компенсирующей обратной связи.

Для случая глубокой обратной связи (к оо) выражение (5) упрощается и имеет вид:

¥(АЧ>) = -К]

Jl (Л, р„±А<р)-У2 (Л, % +А <р) (б)

J^(Л,<p¡1±A(p) + У2 (Л, % + Аср) Из проведенного по (5) анализа влияния ВДФ на характеристики ВОПП-МОС получено, что у дифференциального ВОПП-МОС со следящей обратной связью снижается чувствительность к деградации характеристик оптической среды, оптоэлектронных элементов, загрязнению оптических элементов и ВДФ. Так, введение компенсирующей обратной связи позволяет снизить чувствительность ВОПП-МОС к влиянию температуры почти в 18 раз и уменьшить величину дополнительной погрешности с 4% до 0,2%.

Рассмотренные выше ВОПП-МОС с узкополосными ССЭ имеют относительно простую конструкцию, позволяют строить преобразователи с диапазонами измеряемых перемещений от долей мм до десятков см для линейных и от долей градусов до полного оборота для угловых, но им присущ ряд недостатков: большие габариты оптического блока и сравнительно большие потери мощности оптического сигнала, а также сложность технологического процесса изготовления узкополосных ССЭ с высокой точностью повторения спектральных характеристик. Устранить указанные недостатки можно, выполнив ССЭ в виде пленарных дифракционных решеток, которые можно выполнить с высокой точностью изготовления рисунка, используя хорошо отработанные технологии фотолитографии. Это позволяет разместить торцы ВОЛС достаточно близко к решетке, что существенно уменьшает потери. Для реализации спектральной модуляции перемещения подвижный ССЭ такого ВОПП-МОС выполняется в виде ДР с переменным шагом. Неподвижный ССЭ представляет собой ДР с постоянным шагом. В этом случае выходной сигнал ПИ одного канала можно представить в виде:

»Янах

О А»

гДе /, (Л, Д р,(вГ2) = |С/,(Я,А<р,<рГ2)|2' 12(А,А<р,грТ1) =\и" интенсивности дифрагированных от ССЭ волн;

а, а

1-е'

ьр)

1-е'

УДАт-1)=и2

1-е

■¡^■¿хрйщ^

(¡1, 62, 31, Э2 - период и ширина прозрачных окон ДР неподвижного и подвижного ССЭ;

1 1, ~ " г ~ оилпиоу^ с- и. . е - .. — ,

/£,=«:,=-' ¿>, =-:—!- 51П(<рГ2)' д2--- $т((рТ2)'

2-я- - волновое число; о 2 -к - с/, 2-л-<1г ■ А/-количество

—' '<?,=—^^т(<рТ2)' 8г=—— 2 —

периодов ДР, засвеченных световым зондом; рт,„,рпш-пределы изменения угла фтг-

График ПХ, построенный по выражению (7), представлен на рис. 7 (кривая 1), из которого видно, что ПХ имеет линейный участок, который составляет менее 30% от всего диапазона измерения.

Проведенные исследования показывают, что увеличить линейность ПХ ВОПП-МОС можно соответствующим изменением шага ДР. Так, приравняв (7) к линейной зависимости от перемещения, аппроксимировав СХ оптоэлектронных элементов рядом функций Гаусса и из решения полученного интегрального уравнения определена координатная зависимость шага ДР, реализующую линейную позиционную характеристику ВОПП-МОС (рис. 7, кривая 2). Из результатов моделирования, изображенных на рис. 7 видно, что возможно существенно уменьшение погрешности нелинейности до величины 0,2% и менее.

.А 0,5 <3 0.4

^ 0,3 0,2

4

\ ' ч , я

\\

_1/

N

----Днлшзон лпне1Шости ПХ Д^' я 1

Рис.7 График позиционных характеристик ВОПП-МОС линейных перемещений (Кривая 1 - исходная нелинеаризованная ПХ; кривая 2 - линеаризованная ПХ)

Для цифрового ВОПП-МОС, обладающего лучшими метрологическими характеристиками, из (1) с учетом (7) получена математическая модель формирования выходного сигнала произвольного разряда цифрового ВОПП-МОС. Цифровой ВОПП-МОС состоит из 14-разрядного кодового диска, ВО/1С, источника широкополосного излучения, ряда ССЭ, определяемых числом разрядов кодовой маски (КМ) и вторичного преобразователя.

Оптический сигнал от ИИ через ВОЛС подается на КМ, представляющую собой двоичную матрицу, каждый разряд которой реализуется дорожкой с чередующимися ячейками, отражающими (пропускающими) диапазон длин волн, соответствующий данному разряду. Ячейки КМ каждого разряда представляют собой дифракционные решетки с разными периодами, при этом периоды ДР разных разрядов не повторяются.

Поскольку при перемещении КД световой зонд засвечивает одновременно несколько соседних элементов КМ, то дифрагированную волну и/Л, Аф, Фт2) на входе приемной ВОЛС можно представить в виде суммы двух волн и1Л(А, Аф, фи) и и^К Аф, фТ2), дифрагированных от соседних элементов ^ого разряда. Тогда, в случае нормального падения оптического излучения на поверхность ССЭ, справедливо выражение:

и,(Л,А (p,q>T2) = Ut

¡e-'^'^'^dx + U,

l-k2xsin(<pT1)

dx

(8)

где Мтах — максимальное количество периодов ДР, которое может быть засвечено зондом. Учитывая (1), (7) и приняв, что в диапазоне интегрирования фп)«1,£(А)« Ь запишем координатную зависимость выходного сигнала ПИ Ji((p) Аого разряда КМ в виде:

,) • /,(Я,&ср,<рТ2) ■ 12(Л, А<р,<ртг) ■ N2(Л -ЛХ2) ■ d<pT2dÄ ■■

11 Ad.

(9)

/л-Ф' и 4л

с.,„

График выходных сигналов ПИ произвольного /-ого разряда КМ представлен на рис. 8, из которого видно, что амплитуда сигнала изменяется, при перемещении КМ. Это приводит к необходимости изменения уровня срабатывания компаратора и, соответственно, к дополнительным ошибкам определения момента перехода светового зонда с одного элемента КМ на другой. Для устранения указанного явления разработан вариант выравнивания амплитуд сигналов ПИ за счет изменения параметров КМ (изменением шага ДР элементов КМ).

Ji(.d<l>K отн. ед.

Фгг- РЗД

° о a А (> , мкм

Рис. 8 Выходной сигнал ПИ произвольного разряда КМ

8. =

В третьей главе на основе положений теории чувствительности проводится метрологический анализ ВОПП-МОС. Для нахождения составляющих относительной погрешности были получены выражения и численные значения коэффициентов чувствительности характеристик аналогового и цифрового ВОПП-МОС к изменению конструктивных параметров и влиянию ВДФ. Поскольку полученные коэффициенты чувствительности принимают значения разных знаков, то для уменьшения основной погрешности существует возможность взаимной компенсации составляющих погрешности. Задача минимизации основной погрешности 5С преобразователя сформулирована в виде:

max7(^)-minF(<)9)|

I

тФ)

дх,

•А

(10)

при ограничениях: 5С<50/ Aclmm < Ас/ < Аатах, А=0,1...л

где A a - абсолютного отклонения А го влияющего фактора; АЛ- минимальное и макет min ' с; max

симальное значения абсолютного отклонения Аго влияющего фактора; 50- допустимое значение основной относительной погрешности ВОПП-МОС; Y(cp)- выходной сигнал ВОПП-МОС.

Для экспериментального образца аналогового ВОПП-МОС были определены оптимальные величины допусков на отклонения параметров элементов от номинальных. Получено, что величина основной относительной погрешности ВОПП-МОС 5С=0,118 %, а дополнительная погрешность в рабочем диапазоне температур ±60°С может быть уменьшена до 0,2 %.

В работе были исследованы динамические характеристики экспериментального образца ВОПП-МОС и установлено, что переходная характеристика дифференциального ВОПП-МОС носит апериодический характер с перерегулированием, при этом величина перерегулирования не превышает 5%, время переходного процесса составляет 0,5 мс.

В четвертой главе рассматриваются вопросы синтеза аналоговых и цифровых ВОПП-

' ¡Подвижный ССЭ "Ч ВОПП-МОС'1 \

Подвижный ССЭ вопп-мос: г

БСЛС для передачи измерительной информации

Неподвижный СС'Э ВОПП-МОС 1

Неподвижный ССЭ ВОПП-МОС 2

МОС со спектральным уплотнением и особенности построения систем сбора и передачи информации.

При синтезе ВОПП-МОС для САУ со спектральным уплотнением выбор ширины полосы пропускания ССЭ определяется назначением преобразователя. Так, для концевых выключателей с уменьшением ширины полосы пропускания ССЭ уменьшается зона нечувствительности, а для ВОПП угловых перемещений с увеличением полосы пропускания СО уменьшается влияние неравномерности СХ оптоэлектронных элементов на ПХ. От ширины полосы пропускания зависят также величина нелинейности ПХ ВОПП-МОС, энергетические характеристики ит. д.

Структурная схема системы сбора и передачи информации со спектральным уплотнением представлена на рис. 9. Весь рабочий спектральный диапазон Ар системы (рис. 10) разбивается на поддиапазоны АЛ р. Распределение спектральных характеристик ССЭ ВОПП-МОС по рабочему спектральному диапазону системы Ар представлено на рис.10. При этом в зависимости от назначения ВОПП-МОС спектр сигнала может занимать как один спектральный поддиапазон, так и несколько. В ходе проведенного анализа было получено, что одного ВОЛС-канала достаточно для сбора информации с преобразователей перемещения САУ и системы ограничительных сигналов современных самолетов при условии, что система реализована на основе ВОПП-МОС.

В работе разработаны методики синтеза аналоговых ВОПП-МОС с линейной и косинусоидальной ПХ и волоконно-оптического сопряжения цифрового ВОПП-МОС для систем управления со спектральным уплотнением.

В разработанной методике синтеза аналогового ВОПП-МОС с линейной ПХ осуществляется оптимизация его параметров по: длине волны максимумов СХ пропускания ССЭ; полосе пропускания СО; начальному углу падения излучения на СО.

В методике расчета ВОПП-МОС с косинусоидальной ПХ учитывается влияние углов начальной установки торцов передающей и приемной ВОЛС на величину отклонения ПХ от функции сов(х). На рис. 11 представлен график зависимости отклонения ПХ ВОПП-МОС от функции созМ при разных значениях углов начальной установки, а на рис. 12 -зависимость отношения сигнал/шум от угла начальной установки сро торцов приемных ВОЛС.

ПОДВИЖНЫЙ СС'Э / ВОПП-МОС 11

Нгподвгссньш ССЭ ВОПП-МОС II

" БОЛО для подвода сигнала от источника излучения

Широкополосный источник света

Рис. 9 Структурная схема системы сбора и передачи информации со спектральным уплотнением

т2„а)

ти(>..

вопп-мос 1

ВОПП-МОС 2

Рис. 10 Распределение спектральных характеристик СО по рабочему спектральному диапазону системы Ар

Из анализа рис. 11 и 12 следует, что при заданной величине отклонения ПХ от функ-

ции соб(х) можно определить угол ср0, при котором соотношение сигнал/шум максимально.

с ш

Г 30

3" * 25

1 й5 20

о О >1 15

и и 10

5 X § 5

О | 0

О

/

/

/

/

10 15 <Р0, град

20

25

Угол кпчлльнон установки.

Рис. 12 Зависимость отношения сигнал/шум от угла начальной установки ср0 торцов приемных воле

Рис. 11 График зависимости отклонения ПХ ВОПП-МОС от функции соб(х) для разных значений углов начальной установки

В пятой главе рассматриваются конструктивные и схемотехнические особенности построения аналоговых и цифровых ВОПП-МОС, приведены принципиальные схемы вторичных преобразователей аналоговых и цифровых ВОПП-МОС, варианты компоновок, подробно рассмотрены варианты изготовления кодового диска цифрового ВОПП-МОС и приводятся результаты экспериментальных исследований.

Для изготовления КД цифрового ВОПП-МОС использована технология лазерной термохимической записи. На поверхность стеклянной подложки, прошедшей этап очистки, наносится тонкий ~ 80 - 100 нм слой хрома стандартным методом. Далее хромовая маска экспонируется лазерным лучом, движущимся по заданной траектории. Завершается процесс селективным химическим травлением неокисленных участков хромовой маски.

Стенд для исследования ВОПП-МОС состоит из двух ССЭ, ИИ, ПИ, зеркала и микрометрического винта. С помощью микрометрического винта задается перемещение подвижного отражающего ССЭ (2АА=20 нм, Ат=922 нм), на который поступает оптический сигнал от светоиз-лучающего диода АЛ165Д \2ДЛ<?= 80 нм, Лдат=920 нм). Оптический сигнал, отражаясь от зеркала, попадает на неподвижный отражающий ССЭ. После отражения от неподвижного ССЭ оптический сигнал поступает на фотодиод ФД-ЗК (область спектральной чувствительности 500 -1100 нм), сигнал с которого подается на усилитель и далее на вход универсального цифрового вольтметра. Для исключения влияния подсветки ИИ работает в импульсном режиме с частотой модуляции 1 кГц, а усилитель - на переменном токе. На рис. 13 изображены расчетная (1) и экспериментальная (2) ПХ. Отклонение экспериментальных точек от расчетной ПХ не превышает 5,2%.

20

Иеремешаше, град

Рис.13 Расчетные графики (кривые 1, 3, 5) и экспериментальные точки (кривые 2, 4, 6) ПХ аналогового ВОПП-МОС для углов начальной установки ССЭ дая0°, <ра= 12°, (рц= 24° соответственно

Экспериментальный образец аналогового ВОПП-МОС представлен на рис. 14, а его харак-

теристики - в таблице 1.

|1Ш

Рис. 14 Экспериментальный образец первичного преобразователя аналогового ВОПП-МОС

Таблица 1 - Характеристики экспериментального об эазца аналогового ВОПП-МОС

Параметр Значение

Диапазон измеряемых перемещений, град 0-360

Основная погрешность, % 0,14

Дополнительная погрешность, % не более 0,2

Напряжение питания вторичного преобразователя, В ±12

Выходной сигнал первичного преобразователя Оптический, спектромодулиро-ванный 800-1000 нм

Нелинейность ПХ, % 0,2

Вес первичного преобразователя, кг 0,4

Габариты первичного преобразователя, мм 060x43

Длина ВОЯС, м 25

Диапазон рабочих температур, °С ±60

Исследования цифрового ВОПП-МОС проводились следующим образом. Оптический сигнал от ИИ (СИД 2ДЛ®=20 нм, АФО=800 нм), пройдя фокусирующую линзу и щель, поступает на отражающую ДР, установленную на поворотном столе с возможностью выставления угла поворота с помощью микрометрического винта. Отраженный оптический сигнал, пройдя фокусирующую линзу, подается на вторую отражающую ДР, сигнал от которой поступает на видеокамеру. Видеокамера по интерфейсу USB передает распределение интенсивности в персональный компьютер для обработки. На рис. 15 изображены расчетная (1) и экспериментальная (2) позиционные характерисгки младшего разряда цифрового ВОПП-МОС.

\ *

и \

1

»

-—

—т—■

Перемещение, мкм

Рис. 15 Расчетный график (кривая 1) и экспериментальные точки (кривая 2) выходного сигнала ПИ произвольного разряда цифрового ВОПП-МОС Величина отклонения расчетной ПХ младшего разряда цифрового ВОПП-МОС от экспери-

ментальной не превышает 4,8 %.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ

1. Разработан способ преобразования углового перемещения на основе многокомпонентных оптических спектрально-селективных элементов.

2. Для аналогового ВОПП-МОС с СО в виде ДР получены математическая модель и способ линеаризации ПХ путем изменения периода ДР, позволивший получить нелинейность ПХ ниже 0,2 %.

3. Разработана математическая модель формирования выходного сигнала произвольного разряда цифрового ВОПП-МОС, кодовый диск которого выполнен в виде планарного набора раз-ношаговых дифракционных элементов, позволившая провести анализ влияния соседних элементов разряда на вид ПХ.

4. Разработаны математические модели аналоговых ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которых выполнены в виде узкополосных фильтров.

5. Проведен метрологический анализ ВОПП-МОС. Получены выражения коэффициентов чувствительности ВОПП-МОС к отклонению конструктивных параметров от номинальных и к ВДФ. Общая относительная погрешность экспериментального образца ВОПП-МОС не превышает

0.14., время переходного процесса составляет 0,5 мс, а величина перерегулирования не превышает 5%.

6. Разработан вариант формирования кодового диска цифрового ВОПП-МОС, выполненного в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, совмещающего функцию позиционного преобразования и спектрального уплотнения;

7. Проведены исследования ВОПП-МОС на экспериментальных стендах. Отклонение экспериментальной ПХ от расчетной для аналогового ВОПП-МОС не превышает 5,2%, а для младшего разряда цифрового ВОПП-МОС - 4,8%.

ПЕРЕЧЕНЬ ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Степанов, М.В. Анализ погрешности нелинейности позиционной характеристики МОС-датчика перемещения [Текст] / С.А. Матюнин, М.В. Степанов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева. - 2008. - №1(14). -С. 181-186.

2. Степанов, М.В. Консгрукторско-технологические особенности цифрового МОС-датчика перемещения [Текст] / М.В. Степанов, С.А. Матюнин, В.Д. Паранин // Датчики и системы. - 2009. - №3. - С. 21-24.

3. Степанов, М.В. Анализ детерминированной погрешности оптоэлектронного датчика угловых перемещений на многокомпонентных оптронных структурах [Текст] / М.В. Степанов // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета имени академика С.П. Королева (СГАУ). - 2009. - №2. - С.106-112.

Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, по смежным специальностям:

1. Степанов, М.В. Система сбора информации с МОС-датчиков со спектральным уплотнением [Текст] / М.В. Степанов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. -2009. -Т.П. -№3. - С. 94-97. Статьи в других изданиях

1. Степанов, М.В. Оптоэлектронные датчики перемещения. Классификация [Текст] / С.А. Матюнин, М.В. Степанов // Сб. тр. студентов и аспирантов РТФ СГАУ. - Вып. 10. - Самара : Изд-во СГАУ, 2006. -132 с. - С. 41-46.

2. Степанов, М.В. Оценка влияния некоторых конструктивных параметров углового датчика перемещений на его позиционную характеристику [Текст] / С.А. Матюнин, И.В. Лофицкий, М.В. Степанов // Сб. науч. тр. по материалам X международной научно-практической конференции «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики». -Кн. "Приборостроение" (дополнения). - М., 2007. - С. 102-107.

3. Степанов, М.В. Синтез МОС-датчика перемещения, оптимального по критерию линейности позиционной характеристики [Текст] / С.А. Матюнин, Ю.А. Федотов, М.В. Степанов // Автоматизация, диагностика и контроль технологических процессов и оборудования: Межвузовский сборник научных трудов. - Самара : Самарский государственный технический университет. -

2008. - №8. - С. 14-20. - Библиогр.: с. 20.

4. Положительное решение по заявке «Российская Федерация, МПК7 G 01 В 11/04. Способ измерения углового перемещения объекта и устройство для его осуществления» [Текст] / С.А. Матюнин, М.В. Степанов (Российская Федерация); заявитель ГОУ ВПО Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева;- № 2008100998; заявл. 21.01.08; -5 с.: ил.

5. Степанов, М.В. Актуальные направления в построении оптоэлектронных датчиков перемещения [Текст] / М.В. Степанов // Сб. науч. тр. по материалам международной научно-практической конференции «Современные направления теоретических и прикладных исследований "2007». Том 2. Технические науки. - Одесса : Черноморье, 2007. - С. 57-59.

6. Степанов, М.В. Функция преобразования дифференциального оптического датчика угловых перемещений с подвижным спектроформирующим элементом [Текст] / М.В. Степанов // Сб. науч. тр. по материалам международной научно-практической конференции «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте "2007». Том 2. Технические науки.

- Одесса : Черноморье, 2007. - С. 15-18.

7. Степанов, М.В. Основные проблемы построения стабильных оптоэлектронных датчиков перемещения [Текст] / М.В. Степанов // Сб. науч. тр. по материалам международной научно-практической конференции «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития '2008». Том 2. Технические науки. - Одесса: Черноморье, 2008.

- С. 60-64.

8. Степанов, М.В. Волоконно-оптическая система сбора информации на многокомпонентных оптронных структурах [Текст] / М.В. Степанов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» / Под ред. И.Г. Мироненко, М.Н. Пиганова. - Самара: Изд-во СГАУ, 2008. - С. 236-239.

9. Степанов, М.В. Моделирование и оптимизация волоконно-оптического цифрового МОС-датчика углового перемещения со спектральным уплотнением для систем измерения, контроля и управления [Текст] / М.В. Степанов // Фотон-Экспресс. - октябрь 2009. - № 6 (78). - С. 243244.

10. Степанов, М.В. Оптимальный синтез стабильных волоконно-оптических МОС-датчиков перемещения [Текст] / М.В. Степанов // Материалы Всероссийской научно-технической конференции «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» / Под ред. И.Г. Мироненко, М.Н. Пиганова. - Самара: Изд-во СГАУ, 2009. - С. 199-203.

Подписано в печать 02.04.10. Усл. печ. л. 1,00. Тираж 100 экз.

Отпечатано с готового оригинал-макета В ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева» (СГАУ). 443086, Самара, Московское шоссе, 34.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1 ОСОБЕННОСТИ РЕАЛИЗАЦИИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1.1 Преобразователи линейных и угловых перемещений как элементы систем управления. Обзор и классификация

1.2 Общая характеристика основных элементов волоконно-оптических преобразователей угловых и линейных перемещений. Влияние условий эксплуатации на их характеристики

1.3 Особенности построения многоканальных систем сбора и передачи информации измерительных преобразователей 38 перемещения для систем управления, контроля и измерения

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ В МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ АНАЛОГОВЫХ И ЦИФРОВЫХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯХ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ

2.1 Обобщенная математическая модель оптоэлектронного тракта волоконно-оптических преобразователей угловых и линейных перемещений

2.2 Математическое моделирование процессов в аналоговых ВОПП-МОС

2.3 Математическое моделирование процессов в цифровых ВОПП-МОС

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 3. МЕТРОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СО

СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ

3.1 Метрологический анализ аналоговых и цифровых ВОПП-МОС

3.2 Методы повышения точности и стабильности аналоговых и цифровых ВОПП-МОС

3.3 Исследование динамических характеристик аналоговых и цифровых волоконно-оптических преобразователей 91 перемещения со спектральным уплотнением

3.4 Особенности юстировки аналоговых и цифровых волоконно-оптических преобразователей перемещения со спектральным 95 уплотнением

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 4. СИНТЕЗ И МЕТОДИКИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ

ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ 4Л Синтез аналоговых и цифровых волоконно-оптических преобразователей перемещения

4.2 Особенности построения систем сбора и передачи информации с ВОПП-МОС

4.3 Методика расчета параметров аналогового ВОПП-МОС

4.4 Методика расчета параметров цифрового ВОПП-МОС 128 ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

ГЛАВА 5. КОНСТРУКТИВНЫЕ И СХЕМОТЕХНИЧЕСКИЕ

ОСОБЕННОСТИ ПОСТРОЕНИЯ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕЙ ПЕРЕМЕЩЕНИЯ СО СПЕКТРАЛЬНЫМ УПЛОТНЕНИЕМ

5 Л Конструктивные и схемотехнические особенности построения аналоговых и цифровых ВОПП-МОС

5.2 Экспериментальные исследования аналоговых и цифровых ВОПП-МОС

5.3 Особенности практического применения аналоговых и цифровых ВОПП-МОС в системах управления, контроля и измерения

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

Известно, что применение оптоэлектроники позволяет добиться высоких метрологических характеристик первичных преобразователей, их устойчивости к электромагнитным воздействиям, создавать помехоустойчивые каналы связи, элементы практически идеальной гальванической развязки измерительных, управляющих и силовых цепей [24, 61, 62]. Вопросам разработки и применения оптоэлектронных преобразователей, элементов и устройств посвящено большое количество работ. Создана теоретическая и практическая базы оптоэлектронных первичных преобразователей, устройств вычислительной техники и систем управления. Изучению проблем построения оптоэлектронных датчиков перемещения посвящены труды отечественных и зарубежных ученых Гитиса Э.И., Гречишникова В.М., Домрачева В.Г., Конюхова Н.Е., Леоновича Г.И., Матюнина С.А., Преснухина J1.H., Удалова Н.П., Huang Y.S., Okosi T.I. и др. Разработке и производству оптоэлектронных датчиков перемещения уделяют внимание отечетсвенные и зарубежные производители, такие как: ЛОМО, ЛИТМО, СКБ ИС, Allen Bradley, Siemens, Kuebler, Honeywell и др.

Современное состояние отечественной авиационной промышленности диктует необходимоть создания качественной, конкурентоспособной и надёжной продукции, что невозможно без создания новых двигательных установок, планеров, без совершенствования систем автоматического управления (САУ) воздушных и космических летательных аппаратов (ЛА), совершенствования элементной базы САУ, в том числе первичных преобразователей.

Среди известных типов измерительных преобразователей, применяемых в САУ, широкое распространение получили волоконно-оптические преобразователи. Применение волоконно-оптических преобразователей позволяет строить более помехоустойчивые и быстродействующие системы в сравении с существующими. Но такие датчики подвержены влиянию внешних дестабилизирующих воздействий (температуры, деградации характеристик оптических элементов и т.д.). Несмотря на принимаемые меры защи ты, остается высокой чувствительность оптоэлектронного тракта к загрязнению, изменению степени поглощения излучения оптической системой (ОС). Даже волоконно-оптические датчики, не содержащие полупроводниковых элементов, остаются чувствительными к возникающему во время эксплуатации загрязнению ОС, к изменению степени поглощения в канале связи, к временным изменениям характеристик элементов. Стабилизация характеристик оптической системы путем введения дополнительного оптического канала обратной связи не дает особого эффекта, так как требует идентичности изменения под влиянием внешних дестабилизирующих факторов (ВДФ) характеристик основного и дополнительного каналов.

Эффективным выходом из сложившейся ситуации является использование измерительных преобразователей перемещения на основе многокомпонентных оптических спектрально-селективных структур (ВОПП-МОС). В ВОПП-МОС удается добиться существенного снижения чувствительности к ВДФ: изменению температуры, деградации характеристик оптоэлектронных элементов и свойств оптической системы. Для ВОПП-МОС характерно: высокая чувствительность к информативным параметрам, сравнительная простота оптомеханического узла, большая светосила, высокая точность и стабильность. Однако возможность их широкого применение ограничивается сложностью технологии изготовления и отсутствием достаточных для инженерной деятельности математических моделей и инженерных методик проектирования.

Другой особенностью использования волоконно-оптических измерительных преобразователей в САУ является наличие большого количества контролируемых параметров, что приводит к необходимости применения значительного количества первичных преобразователей различных физических величин. Так как измерительные преобразователи, за редким исключением, не имеют спектральномодулированного выходного сигнала, то для согласования с волоконно-оптическими линиями связи необходимо преобразовать их электрические сигналы в оптические и осуществить их спектральное разделение и уплотнение. В результате возникают существенные проблемы в волоконно-оптическом канале связи преобразователей с вычислительно-управляющим центром.

Проведенные исследования систем управления современных летательных аппаратов (ДА) показывают, что более 80% их измерительных преобразователей представляют собой преобразователи перемещения резистивиого типа с погрешностью 3—4%, а масса кабелей связи преобразователей с бортовой САУ доходит до 300 кг. Замена этих преобразователей перемещения на более точные и стабильные волоконно-оптические и замена электрических кабелей связи на волоконно-оптические линии связи (BOJTC) позволяют: снизить массу JIA на 350-400 кг, увеличить дальность полета на 9%, повысить тактико-технические характеристики самолета [55, 63, 109].

Существующие современные системы сбора и передачи измерительной и управляющей информации на основе волоконно-оптических линий связи являются наиболее рациональными элементами приемо-передающих трактов благодаря высокой устойчивости оптоволоконных элементов к электромагнитным помехам, разрушающим факторам окружающей среды (химическим, радиационным, температурным и др.), а также в связи с возможностью сверхскоростной передачи результатов измерений и команд управления.

Особую значимость приобретает возможность установки в сетевой структуре оптических и волоконно-оптических пространственно разнесенных измерительных преобразователей физических величин на принципах последовательного, параллельного и комбинированного опроса. Такие преобразователи могут работать в условиях высокой взрыво- и пожароопасности, имеют высокие метрологические характеристики, обладают высокой надежностью, долговечностью, стабильностью, малой массой и энергопотреблением, совместимостью с микроэлектронными устройствами обработки информации при малой трудоемкости изготовления и небольшой стоимости. На их основе в США, Японии и Китае созданы и практически применяются волоконно-оптические контрольно-измерительные сети на принципах мультиплексирования сигналов волоконных чувствительных элементов [73, 106].

Однако из-за сложности мультиплексирования, связанной с температурной и акусто-механической нестабильностью оптических мультиплексоров и демультиплексоров, число измерительных преобразователей, реально интегрированных в состав таких сетей, невелико, что существенно ограничивает область практического применения и не позволяет создать унифицированные средства. В качестве примера можно привести экспериментальные измерительные комплексы FTSO TECHNOLOGIES (Канада), Blue Road Research (США), Oregon Department of Transportation (США), SOFO (Japan). Среди российских разработок можно указать интерферометрическую волоконно-оптическую измерительную систему «Дозор» и распределенную волоконно-оптическую измерительную систему, разработанные «Лабораторией цифровых методов обработки сигналов» при «Московском государственном техническом университете им Н.Э. Баумана», измерительную интерферометрическую систему «Электроника-2000А», выпускаемую НПК ПО «Научно-производственный комплекс прецизионного оборудования» [63].

Все перечисленные разработки имеют узкую специализацию и ограниченные возможности по наращиванию, масштабированию и длительной эксплуатации. В частности, входящие в них полупроводниковые оптоэлектронные элементы характеризуются низкой температурной стабильностью (0,2-2%/С°) и высокой скоростью деградации энергетических характеристик (0,1-0,5%/100 ч), что существенно снижает эксплуатационную надежность и точность таких систем в бортовых комплексах J1A [55].

В то же время использование в системах автоматического управления ВОПП-МОС позволит реализовать SCADA—системы на основе аналоговых и цифровых измерительных преобразователей угловых и линейных перемещений, содержащих простые оптомеханические кодомодулирующе узлы, полосовые интерференционные светофильтры, многокомпонентные оптоэлектронные системы и элементы с встроенной функцией спектрального уплотнения информации. В таких преобразователях путем расчета топологической схемы кодирующего узла и конструктивных оптических элементов формируется алгоритмическая маска спектрального взаимодействия, реализующая спектральное уплотнение информации без введения дополнительных мультиплексирующих и других оптоэлектронных и электронных элементов и устройств. Выходной оптический сигнал ВОГГП-МОС модулирован по спектру излучения, что упрощает согласование множества датчиков с волоконно-оптическими линиями связи и позволяет комбинировать множество преобразователей перемещения на одну волоконно-оптическую линию связи (BOJIC) без использования специальных мультиплексоров.

Таким образом, актуальность решаемой проблемы определяется:

- потребностью различных областей техники в стабильных и точных волоконно-оптических датчиках и устройствах со спектральным уплотнением для систем управления;

- отсутствием точных математических моделей и инженерных методик, позволяющих реализовать стабильные и точные оптоэлектронные преобразователи перемещения и устройства со спектральным уплотнением.

Цель диссертационной работы - разработка положений теории функционирования, теоретическое и экспериментальное исследования и разработка волоконно-оптических аналоговых и цифровых преобразователей перемещения на основе оптических спетрально-селективных структур со спектральным уплотнением для систем управления.

Методы исследования. Для решения поставленных задач использовались методы дифференциального и интегрального исчислений, теории дифракции, численные методы анализа и синтеза.

Решаемые задачи.

1. Разработка и исследование математических моделей аналоговых и цифровых ВОПП-МОС;

2. Разработка алгоритмов и программ расчета и оптимизации характеристик ВОПП-МОС;

3. Проработка вариантов компоновки ВОПП-МОС и структурных схем вторичных преобразователей;

4. Анализ и оптимизация метрологических характеристик аналоговых и цифровых ВОПП-МОС;

5. Разработка инженерных методик расчета аналоговых и цифровых ВОПП-МОС;

6. Экспериментальные исследования макетных образцов ВОПП-МОС.

Достоверность полученных результатов подтверждена результатами экспериментальных исследований макетных образцов ВОПП-МОС, созданных с использованием разработанных математических моделей и структурных схем и совпадением результатов экспериментальных исследований и математического моделирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

Разработан способ преобразования углового перемещения, заключающийся в том, что перемещение контролируемого объекта преобразуют в изменение степени взаимного перекрытия спектральных характеристик спектрально-селективных элементов (ССЭ), а изменение степени взаимного перекрытия спектральных характеристик преобразуют фотоприемником в соответствующее изменение электрического сигнала;

- Разработана математическая модель формирования выходного сигнала произвольного разряда цифрового ВОПГГ-МОС, кодовый диск которого выполнен в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, учитывающая взаимное влияние соседних дифракционных элементов кодового диска и конструктивных параметров преобразователя па его характеристики и позволяющая совместить функции позиционного кодирования и спектрального уплотнения;

- Разработана математическая модель аналогового ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которого выполнены в виде дифракционных решеток с переменным шагом, позволяющая линеализировать позиционную характеристику преобразователя и учесть влияние конструктивных параметров на его характеристики;

- Разработаны математические модели аналоговых ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которых выполнены в виде узкополосных фильтров, учитывающие влияние параметров волоконно-оптических линий связи и узкополосных фильтров на его характеристики.

Практическая значимость результатов работы заключается ,в следующем:

- Разработаны методики расчета параметров аналоговых и цифровых ВОПГ1-МОС для систем управления со спектральным уплотнением, позволяющие разработать их оптимальные конструкции;

- Разработан вариант формирования кодового диска цифрового ВОПП-МОС, выполненного в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, позволяющий совместить функцию позиционного преобразования и спектрального уплотнения;

- Разработаны экспериментальных стендах, позволяющие проводить исследования основных характеристик аналоговых и цифровых ВОПП-МОС;

- Разработаны алгоритм и программа анализа характеристик ССЭ аналоговых и цифровых ВОПП-МОС, позволяющие автоматизировать процесс исследований;

- Разработаны алгоритм и программа аппроксимации спектральных характеристик оптоэлектронных элементов и ССЭ функциями Гаусса, позволяющие получить аналитическое решение задач анализа и синтеза ВОПП-МОС.

- Во внедренных экспериментальных образцах ВОПП-МОС.

На защиту выносятся следующие положения;

1. Способ преобразования углового перемещения на основе многокомпонентных оптических спектрально-селективных элементах;

2. Математическая модель формирования выходного сигнала произвольного разряда цифрового ВОПП-МОС, кодовый диск которого выполнен в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, совмещающих функции позиционного кодирования и спектрального уплотнения;

3. Способ формирования кодового диска цифрового ВОПП-МОС в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов;

4. Математическая модель аналогового ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которого выполнены в виде дифракционных решеток с переменным шагом;

5. Математическая модель аналогового ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которого выполнены в виде узкополосных фильтров

6. Инженерные методики расчета, рекомендации, результаты анализа, расчетов и экспериментальных исследований.

Внедрение результатов работы. Разработанные в диссертационной работе теоретические положения, математические модели, методики, конструкции и алгоритмы внедрены в: проектно-конструкторскую деятельность ОАО «Ульяновское конструкторское бюро приборостроения» (рекомендованы к использованию в бортовой аппаратуре современных самолетов, в том числе в системах автоматического управления и цифровых измерителях); аппаратуру наземного испытательного комплекса (ФГУП ГНП РКЦ ЦСКБ-Прогресс, г. Самара); в технологический процесс ООО

СЭД-Сызрань»; учебный процесс ГОУ ВПО «Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева».

Теоретические и экспериментальные результаты использованы при проведении исследований в рамках НИОКР «Разработка теоретических основ, моделирование и исследование управляемых элементов дифракционной оптики», выполняемой Самарским государственным аэрокосмическим университетом в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы (20092010 гг.)».

Апробация работы. Результаты работа докладывались, обсуждались и были одобрены на:

- Международных НТК:

1) «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики» (Москва, 2007);

2) «Современные направления теоретических и прикладных исследований — 2007» (Одесса, 2007);

3) «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте - 2007» (Одесса, 2007);

4) «Научные исследования и их практическое применение. Современное состояние и пути развития - 2008» (Одесса, 2008 г.);

- Всероссийских НТК:

1) «Актуальные проблемы радиоэлектроники и телекоммуникаций» (Самара, 2008, 2009);

2) «Всероссийская конференция по волоконной оптике» (Пермь, 2009);

- НТК молодежи:

1) «Инновационные разработки — основа создания мирового лидирующего продукта в ракетно-космической отрасли» (Самара, 2007).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 6 статей, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент на изобретение (способ и устройство).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав и заключения, изложенных на 167 страницах машинописного текста, списка использованной литературы из 110 наименований, перечня основных сокращений, принятых в работе, 4 приложений, содержит 81 рисунок и 10 таблиц.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 5

1. Разработана принципиальная схема вторичного преобразователя, компановка аналогового дифференциального ВОПП-МОС с 4-х кратным резервированием и конструкция оптического блока.

2. Разработана принципиальная схема вторичного преобразователя, компановка, предложен способ формирования кодового диска цифрового ВОПП-МОС.

3. На основе проведенного экспериментального исследования аналогового ВОПП-МОС полученная ПХ отличается от расчетной не более чем на 5,2%.

4. На основе проведенного экспериментального исследования цифрового ВОПП-МОС подтверждены результаты его теоретических расчетов, отклонение полученных экспериментальных значений от расчетных не превышает 4,8 %.

5. Приведены особенности практического применения ВОПП-МОС в системах управления, контроля и измерения.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проведенного исследования разработаны положения теории функционирования, выполнены теоретическое и экспериментальное исследования и разработаны волоконно-оптические аналоговые и цифровые преобразователи перемещения на основе оптических спетрально-селективных структур со спектральным уплотнением для систем управления. Основные результаты работы:

1. Разработан способ преобразования углового перемещения на основе многокомпонентных оптических спектрально-селективных элементов.

2. Для аналогового ВОПП-МОС с ССЭ в виде ДР получены математическая модель и способ линеаризации ПХ путем изменения периода ДР, позволивший получить нелинейность ПХ ниже 0,2 %.

3. Разработана математическая модель формирования выходного сигнала произвольного разряда цифрового ВОПП-МОС, кодовый диск которого выполнен в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, позволившая провести анализ влияния соседних элементов разряда на вид ПХ.

4. Разработаны математические модели аналоговых ВОПП-МОС, спектрально-селективные элементы которых выполнены в виде узкополосных фильтров.

5. Проведен метрологический анализ ВОПП-МОС. Получены выражения коэффициентов чувствительности ВОПП-МОС к отклонению конструктивных параметров от номинальных и к ВДФ. Общая относительная погрешность экспериментального образца ВОПП-МОС не превышает 0,14%, время переходного процесса составляет 0,5 мс, а значение перерегулирования не превышает 5%.

6. Разработан вариант формирования кодового диска цифрового ВОПП-МОС, выполненного в виде планарного набора разношаговых дифракционных элементов, совмещающего функцию позиционного преобразования и спектрального уплотнения;

7. Проведены исследования ВОПП-МОС на экспериментальных стендах. Отклонение экспериментальной ПХ от расчетной для аналогового ВОПП-МОС не превышает 5,2%, а для младшего разряда цифрового ВОПП-МОС -4,8%.

1. Agrawal, G.P. Fiber-optic communications systems. Third Edition Текст. — USA: John Wiley & Sons, Inc., 2002.

2. Alavie, A., Karr, S., Othonos, A., Measures, R. A multiplexed Bragg grating fiber laser sensor system Текст. // IEE Photonics Technology Letters. — 1993. -vol. 5(9).-P. 1112-1114.

3. Aviation Week. 11ГШ 2007. - P.35.

4. Jackson, D., Lobo Ribeiro, A., Reekie, L., Archambault, J., Simple multiplexing scheme for a fiber-optic grating sensor network Текст. // Optics Letters. 1993.-vol. 18, (14).-P. 1192-1194.

5. Kersey, A. Distributed and multiplexed fiber optic sensors, in fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists Текст. / edited by Eric Udd, Wiley. New York, 1991.

6. LeBlanc, M., Huang, S., Ohn, M., Measures, R. Distributed strain measurement based on a fiber Bragg grating and its reflection spectrum analysis Текст. // Optics Letters. 1996. - vol. 21, (17). - P. 1405-1407.

7. Photoelectric sensors: a solution for every application Текст. / Myers E., Allison J., Frigyes G. // Control Solut. Int. 2004. - №3 (77). - P. 50-53.

8. A.C. 1105923 SU, G08 С 9/06. Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код / С.А. Матюнин, Н.Е. Конюхов, А.А. Плют № 3530464 // Открытия. Изобретения. 1984, Б.И.28.

9. A.C. 1187270 SU Н 03 М 1/24. Преобразователь перемещения в код / С.А. Матюнин, Г.И. Леонович № 3709343 // Открытия. Изобретения. 1985, Б.И. 39.

10. А.С. 1182672 SU, Н 03 М 1/24. Преобразователь перемещения в код / С.А. Матюнин, Г.И. Леонович № 3709301 // Открытия. Изобретения. 1985, Б.И. 31.

11. А.С. 1206956 SU, Н 03 М 1/24. Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код / Н.Е. Конюхов, А.А. Плют, С.А. Матюнин № 3728732 // Открытия. Изобретения. 1986, Б.И. 3.

12. А.С. 1254581 SU И 03 М 1/24. Преобразователь перемещения в код / Г.И. Леонович, С.А. Матюнин, Л.И. Матюнина № 3775259 // Открытия. Изобретения. 1986, Б.И. 32.

13. Авиационные приборы и измерительные системы: Учебник для вузов гражданской авиации Текст. / В.Г. Воробьев, В.В. Глухов, А.Л. Грохольский и др.; Под ред. В.Г. Воробьева. М.: Транспорт, 1981. - 391 с.

14. Алейников, А.Ф. Датчики Текст. / А.Ф. Алейников и др. . Новосибирск, 2000.- 176 с.

15. Алексенко, А.Г. Применение прецизионных аналоговых микросхем Текст. / А.Г. Алексенко, Е.А. Коломбет, Г.И. Стародуб. — 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1985. - 256 с.

16. Андриевский, Е.Г. Вопросы построения пилотажно-навигационного комплекса беспилотных летательных аппаратов Текст. / Е.Г. Андриевский, О.В. Гавриков, Н.А. Задорина и др. // Датчики и системы. 2001. - № 11. - С. 32-34.

17. Ахманов, С.А. Физическая оптика Текст. : Учебник / С.А. Ахманов, С.Ю. Никитин. М.: Изд-во МГУ; Наука, 2004, 2-е. изд. - 656 с.

18. Аш, Ж. Датчики измерительных систем: В 2-х книгах. Текст. / Ж. Аш и соавторы. Кн. 1. Пер. с франц. -М.: Мир, 1992. -480 е., ил.

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

20. Батищев, В.И. Измерение параметров емкостных датчиков положения и перемещения Текст. / В.И. Батищев, B.C. Мелентьев. М.: Машиностроение, 2005. — 124 с.

21. Берг, А. Светодиоды Текст. / А. Берг, П. Дин. М.: Мир, 1979. - 686 с.

22. Бусурин В.И. Оптические и волоконно-оптические датчики (обзор) Текст. / В.И. Бусурин, А.И. Семёнов, Н.П. Удалов // Квантовая электроника.- 1985. №5.-С. 901-939.

23. Бусурин, В.И. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения Текст. / Ю.Р. Носов М.: Энергоатомиздат, 1990.-256 с.

24. Виглеб, Г. Датчики: Пер. с нем Текст. / Г. Виглеб. М.: Мир, 1989. -196с., ил.

25. Выгодский, М.Я. Справочник по высшей математике Текст. / М.Я. Выгодский . М., 1975. - 872 с.

26. Гармаш, В.Б. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических измерительных систем в современном приборостроении Текст. / В.Б. Гармаш, Ф.А. Егоров, Л.И. Коломиец и др. // Фотон-экспресс. 2005. - № 6.

27. Гречишников, В.М. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений со встроенными волоконно-оптическими линиями связи Текст. / Н.Е. Конюхов -М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с.

28. Гречишников, В.М. Обобщенная математическая модель цифровых преобразователей перемещений и методы ее анализа Текст. / С.В. Гречишников // Вестн. СамГТУ. Сер. Физико-математические науки. — 1998.- №6. С.

29. Датчики параметров движения в ракетно-космической технике и народном хозяйстве Текст. / Е.А. Мокров, А.Н. Трофимов, А.А. Панко, В.Н. Колганов, Н.И. Баринов // Мезвуз. сб. науч. тр., Пенз. гос. ун-т. 2000. - №25. - С.108-116.

30. Двайт, Г.Б. Таблицы интегралов и другие математические формулы Текст. / Г.Б. Двайт. М.: Наука, 1977. - 228 с.

31. Демьяненко, П.А. Измерительные преобразователи на основе волоконно-оптических датчиков Электронный ресурс. / Ю.Ф. Зиньковский , М.И. Прокофьев // www.fotonexpress.ru, 2005.

32. Домрачев, В.Г. Цифровые преобразователи угла: принципы построения, теория точности, методы контроля Текст. / Б.С. Мейко. — М.: Энергоатомиздат, 1984. 328 с.

33. Домрачев, В.Г. Схемотехника цифровых преобразователей перемещений: Справочное пособие Текст. / В.Р. Матвеевский, Ю.С. Смирнов. М.: Энергоатомиздат, 1987.-392 с.

34. Домрачев, В.Г. Цифроаналоговые системы позиционирования (Электромеханотронные преобразователи) Текст. / В.Г. Домрачев. М.: Энергоатомиздат, 1990. -240 е.: ил.

35. Допуски и посадки: Справочник. В 2-х ч. Текст. / В.Д. Мягков, М.А. Палей, А.Б. Романов, В.А. Брагинский. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние. 1983. - Ч. 2. - 448 с. - ил.

36. Житомирский, Г.И. Конструкция самолетов Текст.: Учебник / Г.И. Житомирский. — М.: Машиностроение. — 2005. — 406 с.

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

38. Игнатов, А.Н. Оптоэлектронные приборы и устройства Текст. : Учеб. Пособие / А.Н. Игнатов. М.: Эко-Трендз, 2006. - 272 е.: ил.

39. Каталог стекол ЗАО «Опто-Технологическая Лаборатория» Электронный ресурс. // http://www.optotechnolab.ru/mat/K8

40. Кизеве1тер, Д.В. Аппроксимация угловых передаточных характеристик волоконных световодов Текст. / Д.В. Кизеветтер // Оптический журнал. -2007. №9. - С. 20-29.

41. Клюев, Г.И. Авиационные приборы и системы: Учебное пособие Текст. / Г.И. Клюев, Н.Н. Макаров, В.М. Солдаткин; под ред. В.А. Мишина. -Ульяновск: УлГТУ, 2000. 343 с.

42. Конюхов, Н.Е. Оптоэлектронные цифровые преобразователи перемещений с интерференционными элементами коррекции и обработки оптических сигналов Текст. / Г.И. Леонович, С.А. Матюнин // Приборы и системы управления. 1990. - № 9. - С. 18-20.

43. Корн, Г.Справочник по математике (для научных работников и инженеров) Текст. / Г. Корн, Т. Корн. М., 1974. - 832 с.

44. Коронкевич, В.П. Лазерные технологии в дифракционной оптике Текст. / В.П. Коронкевич, В.П. Корольков, А.Г. Полещук // Автометрия. 1998. - №6. - С. 5-26.

45. Котюк, А.Ф. Датчики в современных измерениях Текст. / А.Ф. Котюк . — М.: Радио и связь, Горячая линия Телеком, 2006. - 96 с.

46. Крылова, Т.Н. Интерференционные покрытия Текст. / Т.Н. Крылова. -Л., Машиностроение, 1973. 224 с.

47. Кудрявцев, Е.М. Mathcad 11: Полное руководство по русской версии Текст. / Е.М. Кудрявцев. М.: ДМК Пресс, 2005. - 592 с.

48. Кузнецов, В.А. Прогнозирование изменения метрологических характеристик измерительных каналов с датчиками Текст. / В.А. Кузнецов // Измерительная техника. 1994. - № 11. - С. 9-10.

49. Кульчин, Ю.Н. Дистанционный контроль углового положения на базе волоконной оптики Текст. / О.Б. Витрик, А.В. Дышлюк, В.Ф. Обух, П.Л.

50. Титов, Ю.С. Борисов // Сборник тезисов Десятой всероссийской научной конференции студентов-физиков и молодых ученых. М.: Изд-во АСФ России. - 2004. - Том 2. - С. 667-669.

51. Курносов, А.И. Материалы для полупроводниковых приборов и интегральных микросхем: Учеб. пособие Текст. / А.И. Курносов. М.: Высшая школа, 1980. - 327 е., ил.

52. Латырев, С.М. Компенсация погрешностей в оптических приборах Текст. / С.М. Латырев. Л.: Машиностроение, 1985. - 248 с.

53. Леонович, Г.И. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений для жестких условий эксплуатации: научное издание Текст. / Г.И. Леонович. -Самара: СГАУ, 1998. 256 с.

54. Мазпп, В.Д. Метрологический анализ датчиков Текст. / В.Д. Мазпп // Приборы и системы управления. 1995. - №10 - С. 37.

55. Материалы сайта http://www.kuebler.com/russian/

56. Материалы сайта http://www.megasensor.com

57. Матюнин, С.А. Фотоэлектрический преобразователь перемещения в код с твёрдотельным фотоприёмником Текст. / С.А. Матюнин // Известия высших учебных заведений. Приборостроение. Л., 1985.

58. Матюнин, С.А. Оптоэлектронные цифровые преобразователи перемещений с интерференционными элементами коррекции и обработки оптических сигналов Текст. / С.А. Матюнин // Приборы и системы управления. 1990. - № 9. - С. 18-20.

59. Матюнин, С.А. Датчик перемещения на основе кодирующего фотоприемника с термокомпенсацией по оптическому каналу (научнотехническая статья) Текст. / С.А. Матюнин // Датчики и системы. 2001. -№9.-С. 21-23.

60. Матюнин, С.А. Многокомпонентные оптронные структуры Текст. / С.А. Матюнин . Самара: Самарский научный центр РАН, 2001.

61. Матюнин, С.А. Оценка влияния неравномерности спектральных характеристик оптоэлектронных элементов на позиционную характеристику МОС датчика перемещения Текст. / С.А. Матюнин, М.Ю. Иноземцев // Датчики и системы. - 2005. - №3. - С. 6-9.

62. Матюнин, С.А. Оптоэлектронные датчики перемещения. Классификация Текст. / С.А. Матюнин, М.В. Степанов // Сб. тр. студентов и аспирантов РТФ СГАУ. Вып. 10. - Самара : Изд-во СГАУ, 2006. -132 с. - С. 41-46.

63. Мокров, Е. А. Интегральные датчики. Состояние разработок и производство. Направления развития, объёмы рынка Текст. / Е.А. Мокров // Датчики и системы. 2000. - № 1. - С. 28-30.

64. Мокров, Е.А. Датчики и преобразующая аппаратура НИИ Физических измерений для авиационно-космической техники и других отраслей народного хозяйства Текст. / Е.А. Мокров // Электронные компоненты. — 2003.-№2.-С. 35 -39.

65. Мухитдинов, М. Светоизлучающие диоды и их применение Текст. / М. Мухитдинов, Э.С. Мусаев. М.: Радио и связь, 1988. - 80 с.

66. Окоси, Т. И. Волоконно-оптические датчики. Пер. с япон. Текст. / Т. Окоси и др. М.: Энергоатомиздат, 1990.

67. Перель Л.Я. Подшипники качения: Расчет, проектирование и обслуживание опор Текст. : Справочник / Л.Я. Перель. М.: Машиностроение, 1983. — 543 с.п

68. Поляков, А.В. Волоконно-оптические датчики: современное состояние и перспективы развития Текст. / А.В. Поляков // Приборы и системы. Управление, контроль, диагностика. 2007. - №6. — С. 42 — 46.

69. Преснухин, Л.Н. Фотоэлектрические преобразователи информации Текст. / Л.Н. Преснухин. М.: Машиностроение, 1974. — 376 с.

70. Проектирование оптических систем: Пер. с англ Текст. / Под ред. Р. Шеннона, Дж. Вайанта. М.: Мир, 1983. - 432 с.

71. Путилин Э.С. Оптические покрытия. Учебное пособие по курсу «Оптические покрытия» Текст. / Э.С. Путилин. СПб: СПбГУИТМО, 2005. - 199 с.

72. Разработка датчика смещения объекта Текст. // Nanotechnology. 2005. -16, №8.-С. 1089- 1094.

73. РМГ 29-99. Рекомендации по межгосударственной стандартизации. Государственная система обеспечения единства измерений Текст. / Метрология. Основные термины и определения.

74. Семенов, Ю.П. Датчиковая аппаратура в ракетно-космической технике Текст. / Ю.П. Семенов // Приборы и системы управления. 1990. - № 10. -С. 4-5.

75. Сергеев, А.Г. Метрология. Учебн. пособие для вузов.Текст. / А.Г. Сергеев, В.В. Крохин. М.: Логос, 2000. - 408 с.

76. Скляров, O.K. Волоконно-оптические сети и системы связи Текст. / O.K. Скляров. М.: СОЛОН-Р, 2004. - 272 с.

77. Сойфер, В.А. Методы компьютерной оптики Текст. / Под ред. В.А. Сойфера. М.: Физматлит, 2000. - 688 с.

78. Соколов, А.Н. Волоконно-оптические датчики и системы: принципы построения, возможности и перспективы Текст. / В.А. Яцеев // Lightwave. — 2006. № 4. - С. 42-44.

79. Справочник конструктора оптико-механических приборов Текст. / В.А. Панов, М.Я. Кругер, В.В. Кулагин и др.; Под общ. ред. В.А. Панова. 3-е изд., перераб. и доп. - Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1980. - 742 с.

80. Справочник по теории автоматического управления Текст. / Под ред. А.А. Красовского. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. - 712 с.

81. Степанов, М.В. Конструкторско-технологические особенности цифрового МОС-датчика перемещения Текст. / М.В. Степанов, С.А. Матюнин, В.Д. Паранин // Датчики и системы. 2009. - №3. - С. 21-24.

82. Степанов, М.В. Система сбора информации с МОС-датчиков со спектральным уплотнением Текст. / М.В. Степанов // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. — 2009. — Т. 11.- №3. С. 94-97.

83. Убайдуллаев, P.P. Протяженные ВОЛС на основе EDFA Текст. / P.P. Убайдуллаев // Lightware Russian Edition. 2003. - № 1. — С. 22-28.

84. Фурман, Ш.А. Тонкослойные оптические покрытия Текст. / Ш.А. Фурман. Л.: Машиностроение, 1977. - 264 с.

85. Хаусли Т. Системы передачи и телеобработки данных Текст. / Т. Хаусли. М.: Радио и связь, 1994. - 453 с.

86. Цыпкин, Я.З. Основы теории автоматических систем Текст. / Я.З. Цыпкин. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1977. — 560 с.

87. Чео, П.К. Волоконная оптика. Приборы и системы: Пер. с англ. Текст. / П.К. Чео. М.: Энергоатомиздат, 1988. - 280 с.

88. Яковлев, П.П. Проектирование интерференционных покрытий Текст. / П.П. Яковлев, Б.Б. Мешков. — М.: Машиностроение, 1987. — 192 с.

89. Якушенков, Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов Текст. / Ю.Г. Якушенков. — М.: Машиностроение, 1989. — 360 с.

90. Ярив, А. Оптические волны в кристаллах: Пер. с англ. Текст. / А. Ярив, П. Юх.-М.: Мир, 1987.-616 с., ил.