Мультиплексная система для измерения температуры на основе микрорезонаторных волоконно-оптических датчиков

• Автор: Дехтяр, Андрей Васильевич
• Шифр специальности: 05.13.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1999
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 182 с.

СОДЕРЖАНИЕ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
ВВЕДЕНИЕ
1.ОБЗОР ИССЛЕДОВАНИЙ И РАЗРАБОТОК ВОД ТЕМПЕРАТУРЫ И МУЛЬТИПЛЕКСНЫХ СИСТЕМ НА ИХ ОСНОВЕ
1.1 ВОД температуры и их мультиплексирование. Состояние работ
1.2 ВОД на основе микрорезонаторов. Состояние работ
1.3 Мультиплексирование МР ВОД. Состояние работ
1.4 Постановка задачи
2.ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ МР ВОД ТЕМПЕРАТУРЫ, ИХ МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ
2.1 Типы MPC и их изготовление
2.2 Методы возбуждения и регистрации колебаний
2.3 Влияние температуры на частоту собственных колебаний MPC.
Пороговая чувствительность ВОД температуры
2.4 Выводы по главе
З.ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВОЗБУЖДЕНИЯ МИКРОРЕЗОНАТОРНЫХ СТРУКТУР И ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ВНЕШНИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ В ЧАСТОТУ СОБСТВЕННЫХ КОЛЕБАНИЙ
3.1 Моделирование процессов возбуждения МР, взаимодействующих с
волоконным лазером

3.2 Оптимизация параметров MPC для создания МР ВОД температуры
3.3 Выводы по главе
4.РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ МИКРОРЕЗОНАТОРНЫХ ВОД ТЕМПЕРАТУРЫ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ПАРАМЕТРОВ
4.1 Конструкции измерительных головок микрорезонаторных ВОД на основе интерферометра Фабри-Перо и автоколлиматора
4.2 Технологическая установка для сборки чувствительных элементов МР ВОД
4.3 Сборка макета МР ВОД и исследование его характеристик
4.4 Выводы по главе
5.МУЛЬТИПЛЕКСНАЯ СИСТЕМА ИЗМЕРЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ МИКРОРЕЗОНАТОРНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
5.1 Метод мультиплексирования ВОД на основе ВОЛ
5.2 Аппаратная реализация системы мультиплексирования микрорезонаторных волоконно-оптических датчиков температуры
5.3 Алгоритмы и ПО для обработки данных и взаимодействия с внешней вычислительной системой
5.4 Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

Список сокращений.
АК- автоколлиматор;
АС- анализатор спектра;
АЦП- аналого-цифровой преобразователь;
АЧХ- амплитудно-частотная характеристика;
БОС- блок обработки сигналов;
БП- блок питания;
БУ- блок управления током питания лазера;
ВМ- волоконный мультиплексор;
ВОД- волоконно-оптический датчик;
ВОДТ- волоконно-оптический датчик температуры; ВОЛ- волоконно-оптический лазер;
ВОЛС- волоконно-оптическая линия связи;
ГС Л- градиентная стержневая линза;
И- источник излучения;
ИГ- измерительная головка;
ИФП- интерферометр Фабри-Перо;
МР- микрорезонатор;
МРД- микрорезонаторный датчик;
MPC- микрорезонаторная структура;
ОС- обратная связь;
ПЗУ- постоянное запоминающее устройство;
ПОС- положительная обратная связь;
РБ- решетка Брэгга;
РКТ- ракетно-космическая техника;
ФП- фотоприемник;
ЦАП- цифро-аналоговый преобразователь;
ЦЛ- цилиндрическая линза;
ЧЭ- чувствительный элемент.

рые возникают в ходе выполнения различных технологических процессов, связанных с изготовлением МР (особенно, при легировании кремния бором). Формула, описывающая температурную чувствительность резонансной частоты для микромостика, имеет вид [24]:
к -1.
/V 7> “ ”

_1_ дЕ_ 2_ дЬ_ _1_ Эр Е ' дТ Ь дТ р ' дТ

1,04-1 ~ I +0,31е

, (1.6)
где к,Е- толщина и длина микромостика; Е, р - модуль Юнга и плотность материала МР; е(Г)- остаточные внутренние напряжения в МР
скольку слагаемые
1 сІЬ 1 сіЕ 1 йр
имеют постоянный знак, то немо-
I Л Е ОТ р ОТ
нотонный характер /(Г) объясняется влиянием остаточных напряжений, которые могут достигать весьма больших значений £«10"3, — сравнимых с пределом упругости.
В соответствии с формулой (1.6) для кремниевого микромостика, свободного от внутренних напряжений имеем кт « —4 10”5 / °С. В случае составных МР изменение толщины металлической пленки позволяет эффективно управлять температурной чувствительностью ВОДТ [24], при этом в формуле (1.6) выражение для / имеет вид:

1,04|-| -м/ + 0,31-£
4 + 6-

+ ”— + 4'
Е„ К

У, V
1 Е, К 1 +
. ЕпК У

р-А р, к
й„,р„,Еп — соответственно толщина, плотность и модуль Юнга металлической пленки. Очевидно, что множитель у также является функцией
температуры.