автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.07, диссертация на тему:Волоконнооптические амплитудные методы измерения температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ, МЕХАНИКИ И ОПТИКИ

На правах рукописи

ВОЗНЕСЕНСКАЯ Анна Олеговна

ВОЛОКОННООПТИЧЕСКИЕ АМПЛИТУДНЫЕ МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ В УСЛОВИЯХ ВОЗДЕЙСТВИЯ СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ПОЛЕЙ

Специальность 05.11.07 - Оптические и оптико-электронные приборы и

комплексы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Санкт-Петербург 2004

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном университете информационных технологий, механики и оптики

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Мешкове кий Игорь Касьянович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дмитриев Александр Леонидович

кандидат технических наук Москвин Андрей Сергеевич

Ведущая организация: ОАО «Научные приборы», 198103, Санкт-Петербург, Рижский пр., 26.

Защита диссертации состоится ¿^£004 г. в /&ЗОчасов

на заседании диссертационного совета Д 212.227.01 «Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы» при Санкт-Петербургском Государственном университете информационных технологий, механики и оптики, по адресу: 197101, г. Санкт-Петербург, ул. Саблинская, д. 14.

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Университета.

Ваши отзывы и замечания по автореферату (в 2-х экз.), заверенные печатью, просим направлять по указанному адресу Ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь

диссертационного совета Д 212.227.01, кандидат технических наук, доцент

В.М. Красавцев

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы

Измерение температуры является одной из важнейших и неотъемлемых составляющих многих технологических процессов. Однако, в областях техники с воздействием сильных электромагнитных полей, например, в силовой энергетике (силовые электрические машины, мощные трансформаторы, усилители и т.д.), в системах с СВЧ-излучением (мощная радиопередающая аппаратура, СВЧ-печи, медицинские устройства СВЧ-терапии) и др., осуществление измерения температуры затруднительно и порой невозможно в связи с отсутствием подходящих измерительных устройств.

Традиционные устройства измерения температуры, такие как термопары, термисторы, терморезисторы и т.д., в системах с воздействием сильных электромагнитных полей могут быть применены только в совокупности со сложными системами экранировки из-за возникновения помех и наводок, обусловленных взаимодействием металлических компонентов измерительных устройств с сильными электромагнитными полями. Системы экранировки зачастую невозможно использовать по конструктивным и технологическим причинам.

Основными требованиями, предъявляемыми к устройствам измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей, являются: отсутствие собственной проводимости; простота и универсальность компонентов; малогабаритность; возможность проведения дистанционных измерений.

Требованию отсутствия собственной проводимости отвечают измерительные устройства, в основу которых положены оптические методы. Среди оптических методов измерения температуры можно выделить две основные группы - амплитудные и фазовые. Требованиям простоты, универсальности компонентов и малогабаритности в совокупности могут удовлетворить амплитудные измерительные устройства. Принцип действия таких устройств основан на регистрации изменения интенсивности оптического сигнала при изменении температуры окружающей среды. С целью проведения дистанционных измерений наиболее удобно использовать волоконнооптические линии связи в качестве среды передачи оптических сигналов.

Существующие единичные оптические устройства измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей включают в себя сложную и дорогостоящую аппаратуру обработки и регистрации оптических сигналов, а поэтому не обеспечивают требования простоты и универсальности компонентов и не являются доступными.

В связи с вышесказанным, представляется актуальной работа по исследованию и развитию волокон нооптических амплитудных методов

измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей.

Цель работы

Целью работы является исследование волоконнооптических методов измерения температуры, которые могут быть положены в основу устройств, работающих в условиях воздействия сильных электромагнитных полей и являющихся доступными.

Задачи исследования

1. Выявление оптических методов измерения температуры, которые могут быть положены в основу устройств, работающих в условиях воздействия сильных электромагнитных полей и являющихся доступными.

2. Построение физико-математической модели оптического преобразователя, основанного на методе изменения потерь света на отражение при изменении температуры окружающей среды.

3. Создание пакета программ и с его помощью проведение исследования функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы с целью определения оптимального набора параметров системы, обеспечивающего наибольшую чувствительность функции пропускания оптического преобразователя.

4. Построение лабораторного стенда и проведение экспериментального исследования функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей.

5. Создание макета оптического устройства, выполняющего измерение температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей и проведение исследования характеристик.

6. Построение лабораторного стенда и проведение экспериментального исследования температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6 Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

Научная новизна работы

1. Предложена и заявлена на патентование схема оптического преобразователя, в основу которого положен метод изменения потерь света на отражение при изменении температуры окружающей среды.

2. Построена физико-математическая модель оптического преобразователя и на ее основе создан пакет программ, позволяющий определять функцию пропускания одноволоконного и

двухволоконного оптических преобразователей при. варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы. Осуществлена оптимизация профиля поверхности модулирующего отражательного элемента оптического преобразователя и взаимного расположения в пространстве модулирующего отражательного элемента и входного и выходного оптических волокон, что обеспечило наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей среды.

3. Разработан макет оригинального оптического устройства измерения температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей.

4. Получены зависимости температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

Основные результаты, выносимые на защиту

1. Физико-математическая модель оптического преобразователя, основанного на методе изменения потерь света на отражение при изменении температуры окружающей среды. В основу принципа действия оптического преобразователя положено явление термического линейного расширения тел, обеспечивающего изменение расстояния между модулирующим отражательным элементом и входным и выходным оптическими волокнами, соединенными с источником и измерителем оптического излучения.

2. Взаимное расположение в пространстве компонентов оптического преобразователя, обеспечивающее наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей среды. Оптимизация профиля поверхности модулирующего отражательного элемента оптического преобразователя и взаимного расположения в пространстве модулирующего отражательного элемента и входного и выходного оптических волокон осуществлена при помощи специально созданного пакета программ, позволяющего определять функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы.

3. Макет оптического устройства измерения температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей. Представлены результаты исследования его характеристик.

4. Результаты исследования температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

Практическая ценность работы

1. Создан пакет программ, осуществляющий расчет функции пропускания оптического преобразователя при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы.

2. Определено взаимное расположение в пространстве компонентов оптического преобразователя, наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей среды.

3. Разработан макет оптического устройства измерения температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей.

Апробация работы

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Первой конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2004), Международной научно-практической конференции «Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2004), XXII Уральской конференции по неразрушающему контролю «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» (Челябинск, 2004), XYI Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Москва, 2004), Политехническом симпозиуме «Молодые ученые — промышленности Северо-Западного региона - 2004» (Санкт-Петербург, 2004), Третьей междисциплинарной конференции с международным участием «НБИТТ-21» (Петрозаводск, 2004).

Публикации

По материалам диссертации опубликовано 6 работ.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 116 наименований и четырех приложений, содержит 148 страниц основного текста, 48 рисунков и 27 таблиц.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность проводимых исследований; сформулированы цель, задачи и научная новизна работы; представлены основные результаты работы, выносимые на защиту, а также практическая ценность работы.

В первой главе рассмотрены пути решения задачи измерения температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей. Обоснована необходимость применения оптических методов в поставленной задаче. Проведен обзор и анализ существующих оптических методов и устройств измерения температуры. Оптические методы разделены на группы: амплитудные и фазовые. Для рассмотренных методов приведены их характеристики: диапазон измеряемых температур, разрешающая способность, возможность применения в условиях воздействия сильных электромагнитных полей, сложность реализации, стоимость промышленных образцов. Показано, что перспективными методами, на основе которых возможно создать универсальное и компактное устройство измерения температуры, являются волоконнооптические амплитудные методы. Среди них выбраны методы, которые могут быть применены для решения задачи измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей- метод изменения оптических потерь и метод температурного тушения флуоресценции.

Во второй главе рассмотрена физико-математическая модель

оптического преобразователя (ОП), в основу которого положен

волоконнооптический амплитудный метод измерения температуры,

основанный на изменении потерь света на отражение. Схема ОП показана

на рис. 2.1. Оптический сигнал, передаваемый от источника оптического

излучения по входному оптическому волокну 1, отражается от

поверхности модулирующего отражательного элемента (МОЭ) 3 и

возвращается на приемник оптического излучения по выходному

оптическому волокну 2. При изменении температуры окружающей среды

вследствие термического расширения компонентов ОП происходит

изменение расстояния г между торцами оптических волокон и

поверхностью МОЭ, что вызывает изменение выходного оптического

сигнала ДР

вых

Функция преобразования оптического сигнала в ОП представляет собой сложную многофакторную зависимость от изменения температуры окружающей среды Л Тср:

(2.1)

0 оптический сигнал при начальной температуре среды 7о, X

где Р(

набор параметров распространения тепла, распространения света.

набор параметров

Рис. 2.1. Схема оптического преобразователя

Показано, что вследствие неравномерности распределения мощности оптической энергии в отраженном от МОЭ световом пятне и необходимости учета особенностей волноводного распространения света, определить функцию пропускания ОП теоретически невозможно. С целью нахождения функции пропускания ОП при изменении температуры окружающей среды была построена физико-математическая модель распространения тепла и света в ОП.

В физико-математической модели ОП рассмотрен как бесконечный цилиндр, составленный из слоев различных материалов (рис. 2.2). Уравнение теплопроводности имело вид:

0<г, < г, Ос/^,

где - температура в точке с координатой в момент времени температуропроводность слоя.

Начальное условие имело вид Г(г,0) = /(г), 0 < г( < г, (2.3)

На внешней границе (Л=г) было задано распределение температуры на поверхности ОП (условие первого рода) Г(г,0 = /(0, (2.4)

В центре симметрии тела было задано распределение

плотности теплового потока (условие второго рода) дТ( 0.0

дг

= 0,

(2.5)

На границах между слоями заданы условия равенства температуры и плотностей теплового потока (условия четвертого рода) Т,=Т,, (2.6)

где - коэффициенты теплопроводности граничащих слоев.

Численное моделирование распространения, тепла в ОП производилось методом конечных разностей. В результате моделирования распространения тепла в ОП определяется распределение температуры внутри ОП и вычисляется усредненное удлинение слоев ОП при изменении температуры:

Д/ = у&Т1, (2.8)

где - коэффициент термического линейного расширения слоя ОП.

Рис. 2.2. Распространение тепла в оптическом преобразователе, составленном из слоев различных материалов

С целью нахождения функции пропускания ОП была построена физико-математическая модель распространения света в ОП. В схеме ОП предполагалось использование многомодовых волокон, поэтому в основу численной модели расчета хода лучей в ОП был положен геометрический подход.

Нахождение функции пропускания ОП производилось методом элементарных площадок. Поверхность торца входного оптического волокна разбивалась на ряд равновеликих площадок (рис. 2.3). В декартовых координатах центры этих ^площадок имели координаты:

где Дх = ; Ду = ; Л/ и N— количество площадок по направлениям х и у.

Плоскость торца выходного оптического волокна также разбивалась на ряд равновеликих площадок, имеющих следующие координаты центров:

Ут. = Д/(2л'-1); т'= 1.....М", «'=1,...,Л",

где - количество площадок по направлениям

Для каждого /-го луча определялись координаты точки (х'„ у',) пересечения с плоскостью торца выходного оптического волокна ОВг-Затем количество лучей, попавших в площадку, имеющую координаты центра (х,т.,у„.) суммировалось. Функция пропускания ОП рассчитывалась

следующим образом: МхЫ

Т = -

MxN

(2.11)

где Л'(1 2) - световая энергия переносимая единичным отраженным лучом

при соблюдении двух условий: 1) условия попадания отраженных лучей в область сердцевины выходного ОВ 2) условия волноводного

распространения оптического излучения 0 где 0 - угол

падения отраженного луча на торец выходного ОВ.

Рис.- 2.3. Расположение площадок на торцах входного и выходного оптических волокон при вычислении функции пропускания оптического преобразователя методом элементарных площадок

Далее представлены результаты исследования функции пропускания одноволоконного и двухволоконного ОП.

Расчет функции пропускания ОП производился при помощи пакета программ, созданного на основе построенной физико-математической модели распространения тепла и света в ОП и реализованного в среде программирования Borland C++.

Расчеты функции пропускания ОП производились при варьировании величинами теплофизических, геометрических и оптических параметров системы ОП.

В результате расчета функции пропускания ОП была найдена конфигурация" ОП, обеспечивающая наибольшее изменение оптической

Т

мощности на выходе ОП Д/' = -10^(—) (7/ и - значения функции

пропускания ОП при расстояниях 2/ и 22 между торцами оптических волокон и поверхностью МОЭ соответственно) при изменении расстояния А 1=22-21 (см. рис. 2.1). Показано, что чувствительность выходной характеристики ОП (¡Р/сЪ максимальна в случае, когда ОП построен по двухволоконной схеме, диаметр сердцевины входного ОВ превосходит диаметр сердцевины выходного ОВ рабочая точка выбрана на

расстоянии г<2ата, профиль поверхности МОЭ имеет сферическую форму, поперечная дистанция между входным и выходным ОВ минимальна и центральная симметрия схемы ОП нарушена.

С целью экспериментального исследования функции пропускания ОП был построен лабораторный стенд, показанный на рис. 2.4. Приведенная оценка метрологических свойств лабораторного стенда позволяет считать, что систематическая погрешность измерений не превышает 6%.

Рис. 2.4. Лабораторный стенд для исследования функции пропускания оптического преобразователя:

1 - источник оптического излучения; 2 - входное оптическое волокно; 3 -модулирующий оптический элемент; 4 - выходное оптическое волокно; 5 - измеритель оптической мощности; 6 - микропозиционер

Представлены результаты экспериментального исследования функции пропускания образцов одноволоконного и двухволоконного ОП (см. рис. 2.5). Показано, что расхождение результатов расчета (сплошные линии) и эксперимента (точки) составило менее 10%. Таким образом, установлено, что построенная численная модель расчета- функции пропускания ОП дает вполне удовлетворительное соответствие с экспериментальными данными и созданный пакет программ может быть использован в дальнейшем.

Рис. 2 5. Расчетные и экспфимешальные зависимости изменения оптической мощности на выходе ОП АР огизменениярасстояния А г:

■ - одноволоконный ОП - 2а =100 мкм, Х=300 мкм, 1=0 мкм, А - двухволоконный ОП -

2а,х=2а,м=200 мкм, Д=300 мкм, 1/=12, 2<з,ых=100 мкм, Л=300 мкм, //=/?

двухволоконный ОП - 2а„=200 мкм.

В третьей главе приведено описание исследования характеристик волоконнооптического датчика температуры (ВОДТ), предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей.

На рис. 3.1 представлен внешний вид макета ВОДТ. Датчик состоит из трех основных частей - блока приемо-передатчика (источник и измеритель оптической мощности), волоконнооптической линии связи (ВОЛС) и ОП.

Приведено обоснование выбора материалов компонентов ОП ВОДТ с учетом следующих требований, материалы компонентов ОП ВОДТ должны быть не восприимчивы к воздействию сильных электромагнитных полей; материалы компонентов ОП ВОДТ должны быть устойчивы к температурам до 300 °С; материалы компонентов ОП ВОДТ должны обеспечивать наибольшее изменение мощности оптического сигнала на выходе ОП ВОДТ при изменении температуры окружающей среды; конструкция ОП ВОДТ должна иметь минимальные габариты. Рис. 3 1. Волоконнооптический датчик температуры (внешний вид)

Приведено обоснование выбора компонентов ВОЛС ВОДТ с учетом следующих требований: компоненты ВОЛС ВОДТ должны быть устойчивы к температурам до 300 °С; компоненты ВОЛС ВОДТ должны обеспечивать наибольшего изменения оптической мощности на выходе ОП ВОДТ при изменении температуры окружающей среды; компоненты ВОЛС ВОДТ должны обеспечивать наибольший интервал расстояний г (см. рис. 2.1), при которых характеристика-оптической мощности на выходе ОП ВОДТ меняется монотонно; компоненты ВОЛС ВОДТ должны быть невосприимчивы к макроизгибам.

Приведено обоснование выбора источника и измерителя оптической мощности ВОДТ.

Приведен расчет энергетического баланса ВОДТ. Показано, что энергетический потенциал ВОДТ составляет более 28 дБ.

Произведена оценка инструментальной погрешности ОП ВОДТ. В качестве функции преобразования ОП ВОДТ было использовано приближенное выражение, определяющее функцию пропускания ОП ВОДТ Г:

Г(г) = (-^—(ЗЛ) а + 2:Ыа

где а — радиус сердцевины оптического волокна; Ма - числовая апертура оптического волокна; Я - радиус кривизны профиля поверхности МОЭ.

Для простоты нахождения относительной инструментальной погрешности ОП ВОДТ выражение было прологарифмировано: 1п7" = 21п«-21п(а + 2;Л'д). (3.2)

Тогда относительная инструментальная погрешность ОП ВОДТ рассчитывалась по формуле:

^1 = 2—----[Да + гЛЬДг + ггДЛЬ]. (3.3)

Т а а + 2г№?

Для выбранных компонентов ОП ВОДТ относительная инструментальная погрешность ОП ВОДТ составляет

С целью экспериментального исследования характеристик ВОДТ был построен лабораторный стенд, включающий микроволновую печь и воздушный термостат. Приведенная оценка метрологических свойств лабораторного стенда позволяет считать, что систематическая погрешность измерений не превышает 6,9%.

Испытания ВОДТ в микроволновой печи показали, что ВОДТ не восприимчив к воздействию сильных электромагнитных полей (напряженность электрического поля

Исследование температурной характеристики ВОДТ проводилось в интервале температур +50...+300 °С в воздушном термостате в режимах нагревания и остывания (рис. 3.2). Обработка усредненных экспериментальных результатов проводилась по методу наименьших

квадратичных отклонений. Преобразовательная характеристика ВОДТ была аппроксимирована линейной функцией Д/^, = (0,0052Г-1,57) дБ (достоверность аппроксимации 0,94). Температурная чувствительность ВОДТ составляет </Р/<ГГ = 0,0052 дБ/^С.

Рис. 3.2. Преобразовательная характеристика волоконнооптического датчика температуры

На рис. 3.3 приведены результаты экспериментального исследования темпа нагревания ВОДТ. Определена функциональная зависимость темпа нагревания ВОДТ:

Т = ТС-(Т, -Г0)ехр[0,03(/-?(,)], (3.4)

где Тс - температура окружающей среды, То - температура ВОДТ в момент времени („.

В четвертой главе приведены результаты исследования температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла ДВ-1М.

Приведено обоснование выбора конфигурации ОП.

Обосновывается состав аппаратуры, необходимой для проведения экспериментальных измерений спектров флуоресценции молекул красителя: высокоинтенсивный источник излучения — аргоновый лазер для возбуждения флуоресценции в стоксовой полосе и гелий-неоновый лазер для возбуждения флуоресценции в антистоксовой полосе; спектральный селектор с возможностью сканирования; высокочувствительный приемник, излучения — ФЭУ, работающий в режиме счета фотонов; регистрирующее устройство (рис. 4.1). Рассматриваются требования, предъявляемые к перечисленной аппаратуре. Описывается методика и программа измерений. Приведенная оценка метрологических свойств установки позволяет считать, что систематическая погрешность измерений не превышает 5%.

Рис. 4.1. Схема лабораторного стенда для исследования температурного тушения флуоресценции:

1 - лазер; 2 - дифракционная решетка; 3 - нагреватель; 4 - исследуемый образец; 5 - датчик цифрового термометра; 6 - цифровой термометр; 7 - зеркало; 8 - объектив; 9 - дифракционные решетки спектрофотометра 1200 штрихов/мм; 10 - разворачивающая система; 11 — индикатор и пульт управления; 12 - фотоэлектронный умножитель; 13 - схема счета фотонов; 14 - частотомер; 15 - графопостроитель

Далее приводятся результаты исследования температурного тушения флуоресценции красителя Р 6Ж при возбуждении флуоресценции в стоксовой полосе (длина волны 4880 А) и в антистоксовой полосе (длина волны 6328 А) при нагревании образцов в температурном диапазоне от 300 до 400 К (рис. 4.2). Обработка усредненных экспериментальных результатов проводилась по методу наименьших квадратичных

отклонений. Аппроксимация экспериментальных результатов производилась степенными полиномами. Уравнения аппроксимирующих кривых имеют вид:

/ = -5-1(Г*Г2+0,0015Г + 1 (5.1)

(возбуждение флуоресценции в стоксовой полосе, достоверность аппроксимации 0,96);

/ =8-1(Г5Г2 -0,0456Г+5,6675 (5.2)

(возбуждение флуоресценции в антистоксовой полосе, достоверность аппроксимации 0,95).

При возбуждении флуоресценции красителя Р 6Ж в стоксовой полосе наблюдалось уменьшение интенсивности флуоресценции на 20% (0,97 дБ). При возбуждении флуоресценции красителя Р 6Ж в антистоксовой полосе наблюдалось увеличение интенсивности флуоресценции на 99,2% (20,97 дБ).

Таким образом, температурная чувствительность флуоресценции красителя Р 6Ж в температурном диапазоне от 300 до 400 К при возбуждении флуоресценции в стоксовой полосе составляет 0,01 дБ/°С, в антистоксовой полосе - 0,21 дБ/°С. Однако, уровень сигнала флуоресценции при ее возбуждении в стоксовой полосе значительно выше, чем в антистоксовой полосе. Поэтому при создании устройства измерения температуры, в основу работы которого положен метод температурного тушения флуоресценции красителей, может быть рекомендовано использование возбуждения флуоресценции в стоксовой полосе или, с целью повышения точности измерений, использование двухканального возбуждения флуоресценции в стоксовой и антистоксовой полосах.

Рис. 4.2. Интенсивность флуоресценции красителя Родамин 6Ж в диапазоне температуры 300 ... 400 К:

а - возбуждение флуоресценции в стоксовой полосе; б - возбуждение флуоресценции в антистоксовой полосе

В заключении подведен итог полученных в диссертационной работе

результатов.

Основные результаты диссертационной работы могут быть

сформулированы следующим образом:

1. Проведен обзор и анализ существующих оптических методов и устройств измерения температуры. Показано, что наиболее перспективными методами, на основе которых возможно создать универсальное и малогабаритное устройство измерения температуры, являются волоконнооптические амплитудные методы. Выявлены оптические методы измерения температуры, которые могут быть применены для решения задачи измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей - метод изменения оптических потерь и метод температурного тушения флуоресценции.

2. Построена физико-математическая модель оптического преобразователя, в основу которого положен волоконнооптический амплитудный метод измерения температуры, основанный на изменении потерь света на отражение. Модель описывает пространственно-временные параметры распространения тепла и света в оптическом преобразователе.

3. Создан пакет программ и с его помощью проведено исследование функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы. Определено взаимное расположение в пространстве компонентов оптического преобразователя, обеспечивающее наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей.

4. Построен лабораторный стенд и проведено экспериментальное исследование функции пропускания оптического преобразователя. Показано, что построенная физико-математическая модель оптического преобразователя дает вполне удовлетворительное соответствие с экспериментальными данными.

5. Исследованы характеристики волоконнооптического датчика температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей;

6. Построен лабораторный стенд и проведено экспериментальное исследование температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Заявка о выдаче патента Российской Федерации №2004107454/28(007981). Волоконно-оптический датчик температуры / Вознесенская А.О., Мешковский И.К., Попков О.С., приоритет от 03.032004.

2. Вознесенская А.О., Мешковский И.К., Миронов С.А., Попков О.С. Волоконнооптический датчик для дистанционного контроля температуры в системах с воздействием микроволновых электромагнитных полей // Материалы международной научно-практической конференции «Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты». - Кемерово: Институт угля и углехимии СО РАН, Кузбасский государственный технический университет, Кемеровский государственный университет, ЗАО КВК «Экспо - Сибирь», 2004, с. 7879.

3. Вознесенская А.О., Мешковский И.К., Миронов С.А., Попков О.С. Волоконнооптический датчик для дистанционного контроля температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей // Труды XXII Уральской конференции по неразрушаюшему контролю «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами». - Челябинск: Изд-во ЦНТИ, 2004, с. 4 - 5.

4. Вознесенская А.О., Мешковский И.К., Миронов С.А., Попков О.С. Волоконнооптический датчик для измерения температуры в условиях воздействия электромагнитных СВЧ полей // Материалы XYI Научно -технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления». Под редакцией профессора В.Н. Азарова. — М.: МГИЭМ, 2004, с. 169-170.

5. Вознесенская А.О. Волоконнооптический датчик для дистанционного контроля температуры в системах с нагревом энергией сверхвысоких частот // Материалы семинаров политехнического симпозиума «Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона -2004». - СПб: Изд-во СПб ГПУ, 2004, с. 14 - 15.

6. Вознесенская А.О. Исследование температурного тушения флуоресценции красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из нанопористого стекла ДВ-1М // Материалы третьей междисциплинарной конференции с международным участием «НБИТТ-21». - Петрозаводск: Академия медико-технических наук РФ, 2004, с. 62 - 63.

Тиражирование и брошюровка выполнены в Центре "Университетские Телекоммуникации". Санкт-Петербург, Саблинская ул., 14 Тел. (812) 233-46-69. Лицензия ПДЛ № 69-182 от26.11.96 Тираж 100 экз.

$15192

Редакционно-издательский отдел

Санкт-Петербургского государственного университета информационных технологий, механики и оптики

197101, Санкт-Петербург, Саблинская ул , 14

ИТМО

......................

Введение

Глава 1. Основные направления развития оптических методов измерения температуры

1.1. Обоснование выбора оптических методов измерения температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей

1.2. Оптические методы измерения температуры

1.2.1. Оптическая пирометрия

1.2.2.Поглощение света полупроводниками

1.2.3. Температурное тушение флуоресценции

1.2.4. Методы изменения оптических потерь

1.2.5. Оптическая интерферометрия 35 Выводы

Глава 2. Метод изменения оптических потерь

2.1. Физико-математическая модель оптического преобразователя температуры

2.1.1. Физико-математическая модель распространения тепла в оптическом преобразователе

2.1.2. Физико-математическая модель распространения света в оптическом преобразователе

2.1.3. Обобщенный алгоритм расчета распространения тепла и света в оптическом преобразователе

2.2. Расчет функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей

2.2.1. Расчет функции пропускания одноволоконного оптического преобразователя

2.2.2. Расчет функции пропускания двухволоконного оптического преобразователя

2.2.3. Анализ результатов расчета функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей

2.3 Экспериментальное исследование функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей

2.3.1. Лабораторный стенд для исследования функции пропускания оптических преобразователей

2.3.2. Результаты экспериментального исследования функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей 72 Выводы

Глава 3. Исследование характеристик волоконнооптического датчика температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей 77 3.1. Волоконнооптический датчик температуры, предназначенный для условий воздействия сильных электромагнитных полей

3.1.1. Требования и выбор компонентов оптического преобразователя волоконнооптического датчика температуры

3.1.1.1. Конструкция оптического преобразователя вол оконнооптического датчика температуры

3.1.1.2. Расчет параметров распространения тепла в оптическом преобразователе волоконнооптического датчика температуры

3.1.2. Требования и выбор компонентов волоконнооптической линии связи волоконнооптического датчика температуры

3.1.3. Требования и выбор компонентов блока приемо-передатчика волоконнооптического датчика температуры

3.1.4. Расчет энергетического баланса волоконнооптического датчика температуры

3.1.5. Инструментальная погрешность оптического преобразователя волоконнооптического датчика температуры 91 3:2. Экспериментальное исследование характеристик волоконнооптического датчика температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей 92 3.2.1. Лабораторный стенд для исследования характеристик волоконнооптического датчика температуры

3.2.2. Результаты исследования характеристик волоконнооптического датчика температуры

3.2.2.1. Исследование восприимчивости волоконнооптического датчика ф температуры к воздействию электромагнитных полей свч

3.2.2.2. Исследование влияния изгибов оптических волокон волоконнооптического датчика температуры на результаты измерения температуры

3.2.2.3. Исследование температурной чувствительности волоконнооптического датчика температуры 97 3.2.2:4. Исследование температурной характеристики волоконнооптического датчика температуры в диапазоне температур

50 . +300 °С

3.2.2.5. Исследование инерционности волоконнооптического датчика температуры

Выводы

Глава 4. Метод температурного тушения флуоресценции красителей, ((É введенных в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла

4.1. Экспериментальное исследование температурного тушения флуоресценции красителей, введенных в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла

4.1.1. Лабораторный стенд для исследования температурного тушения флуоресценции

4.1.2. Результаты экспериментального исследования температурного тушения флуоресценции красителей, введенных в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла

4.1.2.1. Подготовка образцов

4.1.2.2. Исследование температурного тушения флуоресценции красителей, введенных в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла, при возбуждении флуоресценции в стоксовой полосе

4.1.2.3. Исследование температурного тушения флуоресценции красителей, введенных в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла, при возбуждении флуоресценции в ф антистоксовой полосе

Выводы

Измерение температуры является одной из важнейших и неотъемлемых составляющих многих технологических процессов. Однако в областях техники с воздействием сильных электромагнитных полей, например, в силовой энергетике [13] (силовые электрические машины, мощные трансформаторы, усилители и т.д.), в системах с СВЧ-излучением (мощная радиопередающая; аппаратура, СВЧ-печи, медицинские устройства СВЧ-терапии) и др., осуществление измерения температуры затруднительно и порой невозможно в связи с отсутствием подходящих измерительных устройств.

Традиционные устройства измерения температуры, такие как термопары, термисторы, терморезисторы и т.д., в системах с воздействием сильных электромагнитных полей могут быть применены только в совокупности со сложными системами экранировки из-за возникновения помех и наводок, связанных с взаимодействием металлических компонентов измерительных устройств с сильными электромагнитными полями. Системы экранировки зачастую невозможно использовать по конструктивным и технологическим причинам.

Основными требованиями, предъявляемым к устройствам измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей являются: отсутствие собственной проводимости; простота и универсальность компонентов; малогабаритность; возможность проведения дистанционных измерений.

Требованию отсутствия собственной проводимости отвечают измерительные устройства, в основу которых положены оптические методы; Среди оптических методов измерения температуры можно выделить две основные группы -амплитудные и фазовые. Требованиям простоты, универсальности компонентов и малогабаритности в совокупности могут удовлетворить амплитудные измерительные устройства. Принцип действия таких устройств; основан на изменении мощности оптического сигнала при изменении температуры окружающей среды. С целью проведения дистанционных измерений наиболее удобно использовать волоконнооптические линии связи в качестве среды передачи оптических сигналов.

В основе современных волоконнооптических амплитудных методов измерения температуры лежат такие физические явления, как эффект изменения'теплового излучения (оптическая пирометрия) [4, 5], эффект смещения края полосы поглощения света, проходящего через кристалл полупроводника [4-8], эффект температурного тушения флуоресценции [4-7], эффект изменения поглощения света в дисперсных средах (изооптическая термометрия) [9, 10]; различных эффектах изменения пропускания или отражения [4-7, И]:'

Существующие единичные оптические устройства измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей включают в себя сложную и дорогостоящую аппаратуру обработки и регистрации оптических сигналов, а поэтому не обеспечивают требования простоты и универсальности компонентов и не являются доступными.

В связи с вышесказанным, представляется актуальной работа по исследованию и развитию волоконнооптических амплитудных методов измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей.

Цель настоящей работы состояла в нахождении оптических методов измерения температуры, которые могут быть положены в основу устройств,. работающих в условиях воздействия сильных электромагнитных полей.

В соответствии с поставленной целью задачами исследования являлись:

- выявление оптических методов измерения температуры, которые могут быть положены в основу устройств, работающих в условиях воздействия сильных электромагнитных полей и являющихся доступными; построение физико-математической модели оптического преобразователя, основанного на методе изменения оптических потерь при изменении температуры окружающей среды;

- создание пакета программ и: с его помощью проведение исследования функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы с целью определения оптимального набора параметров системы, обеспечивающего наибольшую чувствительность функции пропускания оптического преобразователя;

- построение лабораторного стенда и проведение экспериментального исследования функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей;

- создание макета оптического устройства, выполняющего измерение температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей и проведение исследования характеристик;

- построение лабораторного стенда и проведение экспериментального исследования температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6 Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

Научная новизна работы состоит в том, что

- заявлена на патентование схема оптического преобразователя, в основу которого положен метод изменения оптических потерь при изменении температуры окружающей среды;

- построена физико-математическая модель оптического преобразователя и на ее основе создан пакет программ, позволяющий определять функцию пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами схемы. Осуществлена оптимизация профиля поверхности модулирующего отражательного элемента оптического преобразователя и взаимного расположения в пространстве модулирующего отражательного элемента и входного и выходного оптических волокон, что обеспечило наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей среды;

- разработан макет оригинального оптического устройства, выполняющего измерение температуры в условиях воздействия сильных электромагнитных полей;

- получены зависимости температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

На защиту выносятся следующие основные результаты диссертационной работы:

1. Физико-математическая модель оптического преобразователя, основанного на методе изменения оптических потерь при изменении температуры окружающей среды. В основу принципа действия оптического преобразователя положено явление термического линейного расширения тел, обеспечивающего изменение расстояния между модулирующим отражательным элементом и входным и выходным оптическими волокнами, соединенными с источником и измерителем оптического излучения.

2. Взаимное расположение в пространстве компонентов оптического преобразователя, обеспечивающее наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей среды. Оптимизация профиля поверхности модулирующего отражательного элемента оптического преобразователя и взаимного расположения в пространстве модулирующего отражательного элемента и входного и выходного оптических волокон осуществлена при помощи специально созданного пакета программ, позволяющего определять функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы.

3. Макет оптического устройства измерения температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей. Представлены результаты исследования его характеристик.

4. Результаты исследования температурного тушения^ флуоресценции, органического красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

Практическая ценность диссертационной работы заключается в следующем:

1. Создан пакет программ, позволяющий выполнять расчеты функции пропускания оптического преобразователя при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы.

2. Определено взаимное расположение в пространстве компонентов оптического преобразователя, обеспечивающее наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей среды.

3. Разработан макет оптического устройства измерения температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на Первой конференции молодых ученых СПбГУ ИТМО (Санкт-Петербург, 2004), Международной научно-практической конференции «Химия - XXI век: новые технологии, новые продукты» (Кемерово, 2004), XXII Уральской конференции по неразрушающему контролю «Контроль технологий, изделий и окружающей среды физическими методами» (Челябинск, 2004), ХУ1 Научно-технической конференции с участием зарубежных специалистов «Датчики и преобразователи информации систем измерения, контроля и управления» (Москва, 2004), Политехническом симпозиуме «Молодые ученые - промышленности Северо-Западного региона - 2004» (Санкт-Петербург, 2004), Третьей междисциплинарной конференции с международным участием «НБИТТ-21» (Петрозаводск, 2004).

По теме диссертации опубликовано 7 работ.

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка из 116 наименований и четырех приложений, содержит 148 страниц основного текста, 48 рисунков и 27 таблиц.

Основные результаты диссертационной работы заключаются в следующем:

1. Проведен обзор и анализ существующих оптических методов и устройств измерения температуры. Показано, что наиболее перспективными методами, на основе которых возможно создать универсальное и малогабаритное устройство измерения температуры, являются волоконнооптические амплитудные методы. Выявлены оптические методы измерения температуры, которые могут быть применены для решения задачи измерения температуры в системах с воздействием сильных электромагнитных полей - метод изменения оптических потерь и метод температурного тушения флуоресценции.

2. Построена физико-математическая модель оптического преобразователя, в основу которого положен волоконнооптический амплитудный метод измерения температуры, основанный на изменении потерь света на отражение. Модель описывает пространственно-временные параметры распространения тепла и света в оптическом преобразователе.

3. Создан пакет программ и с его помощью проведено исследование функции пропускания одноволоконного и двухволоконного оптических преобразователей при варьировании геометрическими, оптическими и теплофизическими параметрами системы. Определено взаимное расположение в пространстве компонентов оптического преобразователя, обеспечивающее наибольшую чувствительность выходного оптического сигнала к изменению температуры окружающей среды.

4. Построен лабораторный стенд и проведено экспериментальное исследование функции пропускания, оптического преобразователя. Показано, что построенная, физико-математическая модель оптического преобразователя дает вполне удовлетворительное соответствие с экспериментальными данными.

5. Исследованы характеристики волоконнооптического датчика температуры, предназначенного для условий воздействия сильных электромагнитных полей;

6. Построен лабораторный стенд и проведено экспериментальное исследование оптического преобразователя температуры на основе температурного тушения флуоресценции органического красителя Родамин 6Ж, введенного в твердотельные матрицы из силикатного нанопористого стекла.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В настоящей диссертационной работе проведено исследование двух оптических методов измерения температуры - метода изменения оптических потерь и метода температурного тушения,* флуоресценции красителей. Характеристики исследованных оптических методов представлены в Табл. з.1. Оба метода могут быть положены в основу оптических устройств измерения температуры, работающих в условиях воздействия сильных электромагнитных полей. Необходимо отметить, что тот или иной метод следует выбирать в зависимости от предназначения устройства и требований к его характеристикам.

Исследованный метод изменения потерь света на отражение позволяет осуществлять измерение температуры в достаточно широком диапазоне (+50 . +300)°С. При этом подбором элементов конструкции и технологии изготовления можно создавать измерительные устройства с еще более широким температурным диапазоном. Метод не обеспечивает высокую точность измерения температуры и имеет невысокую температурную чувствительность. Следует отметить, что эти ^ характеристики могут быть улучшены оптимизацией конструкции оптического преобразователя устройства.

Исследованный метод температурного тушения флуоресценции красителей обеспечивает относительно высокую точность измерения температуры, имеет высокую температурную чувствительность, особенно при возбуждении флуоресценции в антистоксовой полосе. Однако метод может быть использован в устройствах измерения температуры в ограниченном диапазоне +20 . +120 °С. Следует отметить, что диапазон рабочих температур можно варьировать подбором красителей.

Анализ сложности производства оптических преобразователей на основе рассмотренных методов, позволил сделать вывод об относительно низкой себестоимости таких преобразователей. Наличие волоконнооптической линии в •) измерительных устройствах позволяет устанавливать блок приемо-передатчика вне области регистрации температуры, что существенно при проведении измерений в условиях воздействия сильных электромагнитных полей и в труднодоступных местах. Кроме этого, применение волоконнооптических линий может позволить в дальнейшем создавать разветвленные системы датчиков температуры и производить централизованный сбор и обработку информации.

1. СВЧ-Энергетика. Т. 1. // Под ред. Э. Окресса; пер. с англ. В.Т. Алыбина и Э.Я. Пастрона под общ. ред. Э.Д. Шлифера.-М.: Мир, 1971. -464 с.

2. СВЧ-Энергетика. Т. 2. // Под ред. Э. Окресса; пер. с англ. В.Т. Алыбина и Э.Я. Пастрона под общ. ред. Э.Д. Шлифера. М.: Мир, 1971. - 272 с.

3. СВЧ-Энергетика. Т. 3./ Под ред. Э. Окресса. пер. с англ. В.Т. Алыбина и Э.Я. Пастрона под общ. ред. Э.Д. Шлифера. М.: Мир, 1971. - 248 с.

4. Волоконно-оптические датчики // Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу, X. Нисихара, К. Кюма, К. Хататэ; под ред. Т. Окоси: пер. с япон. Л.: Энергоатомиздат. Ленинград, отд-ние, 1990. - 256 с.

5. Красюк Б.А., Корнеев Г.И. Оптические системы связи и световодные датчики. Вопросы технологии. М.: Радио и связь, 1985. - 192 с.

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

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

8. Kyuma К., Tai Sh., Sawada Т. et al. Fiber-optic Instrument for Temperature Measurement // IEEE J. Quantum Electron., 1982, v. QE-18, p. 676-680.

9. Чернякова M.M. Разработка метода изооптической термометрии. Основные термооптические параметры изооптических термодатчиков: Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. -Одесса, 1979.

10. Ю.Войцехов Ю.Р. Методы и аппаратура для измерения тепловых полей на основе изооптического термопреобразования. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук. Одесса, 1983.

11. И.US Patent 5,035,511. Distributed Fiber Optic Temperature Sensor Based on Time Domain Transmission / Berthold J.W., 1991.

12. Приборы для измерения температуры и их поверка // Под ред. А.Н. Гордова и Б.И. Пилипчука. М.: Изд-во машиностроительной литературы, 1955. - 472 с.

13. Чистков С.Ф., Радун Д.В. Теплотехнические измерения и приборы. Учеб. пособие для вузов. М.: «Высшая школа», 1972. - 392 с.

14. US Patent 6,335,518. Microwave Oven with Temperature Sensor Assembly / Dae-rae Kim et al. (Samsung Electronics Co, Ltd., Korea), 2002.

15. US Patent 5,603,572. Temperature Sensor for a Microwave Environment / Jacob M. Shmois et al. (Eastman Kodak Company, Rochester, NY), 1997.

16. US Patent 6,063,234. Temperature Sensing System for Use in a Radio Frequency Environment / Chan Sena Janson, Kennedy William S. (Lam Research Corp.), 2000.

17. Li Bing, Li Lin, Chen Feng. J.S. Temperature Measurement by Thermocouple in a Microwave Field // China Univ. Technol. Natur. Sci., 2000, v. 28, No 3, p. 54 58.

18. Патент РФ №96100903. Способ измерения температурного поля нагрева СВЧ излучением и устройство для его осуществления / Морозов Г.А., Чони Ю.И., Акишин Б.А., Застела М.Ю., Пироженко С.А., Баширова А.Г., 1998.

19. Sonnik С. Local Measurement of Gas Temperature with an Infrared Fibre-Optic Probe // Meas. Sci. and TechnoL, 1996, v. 7, No 6, p. 888-896.

20. Eyal O., Katzir A. Temperature Measurements Utilizing Two-Bandpass Fiber-Optic Radiometry // Opt. Eng., 1995, v. 34, No 2, p. 470 473.

21. Eyal O., Scharf V., Katzir A. Temperature Measurement Using Pulsed Photothermal Radiometry and Silver Hal ide Infrared Optical Fibers // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 70, No 12, p. 1509- 1511.

22. Поскачей А. А., Чу баров Е.П. Оптико-электронные системы измерения температуры. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Энергоатомиздат, 1988. - 248 с.

23. Ландсберг Г.С. Оптика. М.: Изд-во «Наука», 1976. - 928 с.

24. Jensen F., Kakuta Т., Shikama Т., Sagawa Т., Narui М., Nakazawa М. Optical Measurements of High Temperatures for Material Investigations in Nuclear Reactor Environments // Fusion Engineering and Design, 1998, v.42, p. 449 454.

25. Кондрусев A.B., Миронов C.A. Расчет характеристик чувствительного элемента волоконно-оптического датчика температуры // Изв. Вузов. Приборостроение, 2003. т.46, №6. с. 49-52.

26. Faseroptisches Thermometer // Chem. Ing. Techn., 1996, v. 68, No 5, p.504.

27. Патент РФ № 2186350. Устройство для измерения температуры / Морозов! A.M., 2001.

28. Патент РФ № 2186351. Устройство для измерения физических параметров, преимущественно температуры / Морозов A.M., 2001.

29. Fitzpatrick С., Lewis E., Al-Shamma'a A., Lucas J. An Optical Fibre Sensor for Online Temperature Control of Germicidal Microwave Plasma Powered UV Lamps// Measurement, 2003, v. 33, p. 341 346.

30. Гурвич A.M. Введение в физическую химию кристаллофосфоров. Учебное пособие для ВТУЗов. М.: «Высшая школа», 1971. - 336 с.

31. Левшин JI.B., Салецкий A.M. Оптические методы исследования молекулярных систем, ч.1. Молекулярная спектроскопия. М.: Изд-во МГУ, 1994. - 320 с.

32. Wade S.A., Collins S.F., Baxter G.W. Fluorescence Intensity Ratio Technique for Optical Fiber Point Temperature Sensing // Journ. of Appl. Phys., 2003,v. 94, No. 8, p. 4743 4756.

33. Kusama H., Sovers O.J., Yoshioka T. // Jpn. J. Appl. Phys., 1976, v. 15, No 12, p. 2349-3258.

34. Maurice E., Monnom G., Dussardier В., Saissy A., Ostrowsky D.B., Baxter G.W. Erbium-Doped Silica Fibers for Intrinsic Fiber-Optic Temperature Sensors // Appl. Opt, 1995, v. 34, No 34, p. 8019 8025.

35. Kolodner P., Katzir A., Hartsough N. Noncontact Surface Temperature Measurement During Reactive-Ion Etching Using Fluorescent. Polymer Films // Appl. Phys. Lett., 1983, v.42, p. 749-751.

36. Sun Т., Grattan K.T.V., Sun W.M., Wade S.A., Powell B.D. Rare-Earth Doped Optical Fiber Approach to an Alarm System for Fire and Heat Detection // Rev. of Sci. Instrum., 2003,v. 74, No. 1, p. 250 255.

37. Forsyth D.I., Sun Т., Grattan K.T.V., Wade S.A., Collins S.F. Characteristics of Doped Optical Fiber for Fluorescence-Based Fiber Optic Temperature Systems // Rev. of Sci. Instrum., 2003, v. 74, No. 12, p. 5212 5218.

38. Simons A.J., McClean I.P., Stevens R: Phosphors for Remote Thermograph Sensing in Lower Themperature Ranges // Electron. Lett., 1996, v. 32, No 3, p. 253 254.

39. Bertrand S., Jalocha A., Tribillon G., Bouazaoui M., Rouhet J. Optical Fiber Temperature Sensor in the Cryogenic Range // Opt. and Laser Technol., 1996, v. 28, No 5, p. 363 -366.

40. US Patent 5,332,316. Fiber Optic Systems for Sensing Temperatures and Other Physical Variables / Kleinerman Marcos J, 1996.

41. Zhang Z.Y., Grattan K.T.V., Palmer A.W., Meggitt B.T. Characteristics of a High-Temperature Fibre-Optic Sensor Probe // Sensors and Actuators A, 1998, v. 64,p. 231 -236.

42. Fiber Optic Sensor for Soil-Remediation Sites // Photonics Spectra, 1996, v. 30, No 1, p. 132.

43. Vergara M.C., Khanina I., Baxter G.W., Collins S.F., He Y. Optical Fibre Temperature Sensing of the Breakage of Window Glass During Fires // Proc. SPIE, 2000, v. 4185, p. 214.

44. Вычислительная оптика: Справочник // М.М. Русинов, А.П. Грамматин, П.Д. Иванов и др. Под общ. ред. М.М. Русинова. JL: Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1984:-423 с.

45. Волоконная оптика и приборостроение / М.М. Бутусов, СЛ. Галкин, С.П. Оробинский, Б.П. Пал; под общ. ред. М:М. Бутусова. JI.: Машиностроение. Ленинград, отд-ние, 1987. - 328 с.

46. Pandey N.K., Goel Т.С., Pillai P. Optical'Fibre Temperature Sensor.with Polymer Ceramic Composites // J. Opt. (India), 1994, v. 23, No 2, p. 87 93.

47. Betta G., Pietrosanto A., Scaglione A. Temperature Measurements by Multifiber Optical Sensor// IEEE Trans. Instrum; and Meas, 2000, v. 49, No 5, p. 1004 1008.

48. Патент РФ №2091801. Двухканальный волоконно-оптический измеритель СВЧ-мощности / Милинкис Б.М.; Гусев А.Н.; Синани А.И., 1997.

49. US Patent 5,419,636. Microbend Fiber-Optic Temperature Sensor / Jonathan D. Weiss, 1995;

50. Снайдер А., Лав Дж. Теория оптических волноводов // Пер. с англ. М.: Изд-во «Радио и связь», 1987. - 656 с.

51. Интегральная оптика // под ред.Т. Тамира; пер. с англ. М.: Мир, 1978. - 344 с.

52. Lee В.Н., Nishii J. Self-Interference of Long-Period Fibre Grating and Its Application as Temperature Sensor // Electron. Lett., 1998, v. 34; No 21, p.2059 -2060.

53. Joulong J., Huayaw Т., Wenghong С., Muhtesem S.D; Fiber Bragg Grating Sensor for Simultaneous Measurement of Displacement and Temperature // Optics Letters, 2000, v. 25, No 16, p. 1141-1143.

54. Rao Y.J., Webb D.J., Jackson D.A., Zhang L., Bennion T. High-Resolution Wavelength-Division-Multiplexed in-Fibre Bragg Grating Sensor System // Electron. Lett., 1996, v. 21, No 10, p. 924 -926.

55. Rao Y.J;,- Jackson D.A., Zhang L., Bennion^ T. Dual-Cavity Interferometric Wavelength-Shift Detection for in-Fibre Bragg Grating Sensors // Opt. Lett., 1996, v. 21, No 19, p. 1556- 1558.

56. Yuan L., Yang J. Multiplexed Mach-Zehnder and Fizeau Tandem White Light Interferometric Fiber Optic Strain / Temperature Sensing System // Sensors and Actuators A, 2003, v. 105, p. 40 46.

57. Yuan L. Optical Path Automatic Compensation Low-Coherence Interferometric Fibre-Optic Temperature Sensor// Optics and Laser Technology, 1998, v. 30, p. 3338.

58. Yuan L., Zhou L., Wu J. Fiber Optic Temperature Sensor with Duplex Michelson Interferometric Technique // Sensors and Actuators A, 2000, v. 86, p. 2 7.

59. Кульчин Ю.Н., Воробьев Ю.Д., Витрин О.Б., Петров Ю.С., Каменев О.Т., Кириченко О.В., Максаев О.Г. Датчики температуры на основе волоконно-оптических интерферометров Фабри-Перо с внешними резонаторами // Оптич. техн., 1997, №1.-с. 24-25.

60. Патент РФ № 2082119. Волоконно-оптическое мультиплексное устройство для измерения температуры / Алавердов В.В., 1997.

61. Патент РФ № 2110049. Волоконно-оптический датчик температуры на основе микрорезонатора / Дехтяр А.В., 1996.

62. ПатентРФ № 2116631. Волоконно-оптический автогенератор / Артемов Ю.А., 1996.

63. Патент РФ № 2142115. Волоконно-оптическая система измерения физических величин / Бурков В.Д., 1999.

64. Патент РФ № 2142615. Мультиплексная система автогенераторных микрорезонаторных волоконно-оптических датчиков физических величин / Бурков В.Д., 1999.

65. Патент РФ № 2161783. Волоконно-оптический датчик температуры на основе микрорезонатора / Бурков В.Д., 1998.

66. Cortes К., Khomenko A.V., Starodumov A.N., Arzabe Н., Zenteno L.A. Interferometric Fiber-Optic Temperature Sensor with Spiral Polarization Couplers // Opt. Commun., 1998, v. 154, No 5-6, p. 268 272.

67. US Patent 5,286,313. Process, Control System Using Polarizing Interferometer / Schultz J.A., Kotidis P.A., Woodroffe J.A., Rostler P.S., 1994.

68. Kuzin E.A., Sanchez-Mondragon J., Basurto-Pansado M.A., Ibarra-Escamilla В., Ramirez-Renero M., Cerecedo-Nunez M. Fiber Optic Polarimetric Type Sensors Based on the Loop Interferometer // Optik, 1997, v. 106, No 4, p. 172 174.

69. Starodumov A.N., Zenteno L.A., Monzon D., De La Rosa E. Fiber Sagnac Interferometer Temperature Sensor // Appl. Phys. Lett., 1997, v. 70, No 1, p. 19 -21.

70. Ma J., Bock M.J., Urbanczyk W. Error Analysis of Temperature-Compensated White-Light Interferometric Fiber-Optic Strain Sensor // Sensors and Actuators A, 2004, v. 112, p. 23-31.

71. Заявка о выдаче патента РФ №2004107454/28(007981). Волоконно-оптический датчик температуры / Вознесенская А.О., Мешковский И.К., Попков О.С., приоритет от 03.03.2004.

72. Хендель А. Основные законы физики // Пер. с нем. И.Ф. Головиной под ред. Н.Н. Малова. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1958. - 284 с.

73. Саульев В.К. Интегрирование уравнений параболического типа методом сеток // Под ред. JI.A. Люстерника. М.: Гос. изд-во физ.-мат. лит-ры, 1960. - 324 с.

74. Дульнев Г.Н; и др. Применение ЭВМ для решения задач теплообмена: Учеб. пособие для теплофизич. и теплоэнергетич. спец. вузов / Г.Н. Дульнев, В.Г. Парфенов. А.В. Сигалов. М.: «Высшая школа», 1990. 207 с.

75. Лыков В.А., Михайлов Ю.А. Теория тепло- и массопереноса. М.-Л.: Госэнергоиздат, 1963. - 536 с.

76. Кошляков Н.С. и др. Уравнения в частных производных математической физики: Учеб. пособие для мех.-мат. фак. ун-тов. М.: «Высшая школа», 1970.-721 с.

77. Самарский А.А., Вабищевич П.Н. Вычислительная теплопередача. М.: Едиториал УРСС, 2003. - 784 с.

78. Schneider P.J. Conduction Heat Transfer, Addison-Wesley Publishing Company, Inc., MA, 1955, p. 395.

79. Беляев H.M., Рядно A.A. Методы нестационарной теплопроводности: Учеб. пособие для вузов. М.: Высш. школа, 1978. - 328 с.

80. Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников , и инженеров. М.: Изд-во «Наука», 1968. - 720 с.

81. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. Ml: Наука, 1975.- 855 с.

82. Волноводная оптоэлектроника // Пер. с англ. под ред. Т. Тамира. М.: Мир, 1991.-575 с.

83. Родионов С.А. Автоматизация проектирования оптических систем: Учеб. пособие для приборостроительных вузов. Л.: Машиностроение, Ленинград, отд-ние, 1982.

84. Слюсарев Г.Г. Методы расчета оптических систем. Л.: Машиностроение, 1969.-670 с.

85. Верхотуров О.П. Введение в вычислительную оптику: Учебное пособие. -Новосибирск: СГГА, 1998. 273 с.

86. Feder D.P. Optical Calculations with Automatic Computing Machinery. Journal of the Optical Society of America, 1951, No 9, p. 630 - 641.

87. Вознесенская A.O., Мешковский И.К. Двухволоконный амплитудный оптический преобразователь отражательного типа // Изв. Вузов. Приборостроение, 2004. Принята для опубликования.

88. Артемьев Б.Г., Голубев С.М. Справочное пособие для работников метрологических служб. М.: Изд-во стандартов, 1982. - 280 с.

89. БурдунТ.Д., Марков Б.Н. Основы метрологии. Учебное пособие для вузов. Издание третье переработанное. М.: Изд-во стандартов, 1985. - 256 с.

90. Пюшнер Г. Нагрев энергией сверхвысоких частот // Пер. с англ. М.: Энергия, 1968.-312 с.

91. Сапунов Г.С. Ремонт микроволновых печей. Серия "Ремонт", вып. 19. -М.: «Солон», 1998.-268 с.

92. Дульнев F.H. Тепло- и массообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов по спец. «Конструирование и производство радиоаппаратуры». М.: «Высшая школа», 1984. — 247 с.

93. Кондратьев Г.М., Дульнев Г.Н., Платунов Е.С., Ярышев; Н.А. Прикладная физика: Теплообмен в приборостроении. СПб: СПбГУ ИТМО, 2003. -560 с.

94. КапаниМ: Волоконная оптика. М.: Мир, 1969.-464 с.

95. Ларин Ю:Т., Рязанов И.Б. Расчет параметров оптических кабелей. М.: МЭИ, 1992.- 122 с.

96. Верник С.М., Гитин В.Я., Иванов B.C. Оптические кабели связи. Mi: Радио и связь, 1988: - 144 с.

97. Источники и приемники излучения: Учеб. для техникумов / Г.Г. Иша-нин, Э.Д. Панков, B.C. Радайкин. М.: Машиностроение,Л982. - 222 с.108; Убайдуллаев P.P. Волоконно-оптические сети. М.: Эко-трендз, 1998; — 267 с.

98. Барашков Н.Н., Сахно Т.В. Оптически прозрачные полимеры и материалы на их основе М.: Химия, 1992. - 80 с.

99. Левшин B.JI. Фотолюминесценция жидких и твердых веществ. M. - JL: Гос. изд-во технико-теоретической литературы, 1951. -456 с.

100. Земский В.И., Мешковский И.К., Сечкарев А.М. Спектрально-люминесцентное исследование поведения органических молекул в мелкопористой стеклянной матрице // ДАН, т. 267, № 6. с. 1357 - 1360.

101. Чукова Ю.П. Антистоксова люминесценция и новые возможности ее применения. М.: Сов. Радио, 1980. - 192 с.

102. Hung J., Castillo J., Marcano Olaizola A. Fluorescence Spectra of Rhodamine 6G for High Fluence Excitation Laser Radiation // Journal of Luminescence, 2003, v. 101, p. 263-268.

103. Мешковский И.К. Композиционные оптические материалы на основе пористых матриц. Монография. СПб: СПбГИТМО (ТУ), 1998. - 332 с.