Быстродействующая система измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков

• Автор: Лазарев, Владимир Алексеевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 185 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ОБОСНОВАНИЕ ПРИНЦИПОВ И ТЕХНИЧЕСКИХ ПУТЕЙ ПОСТРОЕНИЯ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ БРЭГГОВСКИХ ДАТЧИКОВ
1.1. Анализ существующих методов измерения деформации и температуры
1.2. Классификация и сравнительный анализ волоконно-оптических датчиков для измерения деформации и температуры
1.3. Исследование основных характеристик волоконно-оптических брэгговских датчиков для измерения деформации
и температуры
1.4. Анализ существующих методов построения волоконно-оптических систем измерения деформации и температуры на основе брэгговских датчиков
ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА МЕТОДА И ОБОСНОВАНИЕ
ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ БРЭГГОВСКИХ
ДАТЧИКОВ
2.1. Обоснование структурной схемы быстродействующей системы измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков
2.2. Математическая модель быстродействующей системы измерения деформации и температуры

2.3. Методика расчета быстродействующей системы измерения деформации и температуры на основе волоконно-
оптических брэгговских датчиков
2.4. Разработка методики исследований метрологических характеристик быстродействующей системы измерения деформации и температуры на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков
2.5. Анализ алгоритма обработки сигналов от брэгговских датчиков
2.6. Методика получения независимых оценок деформации и температуры
ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МАКЕТА
БЫСТРОДЕЙСТВУЮЩЕЙ СИСТЕМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ И ТЕМПЕРАТУРЫ НА ОСНОВЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ БРЭГГОВСКИХ ДАТЧИКОВ
3.1. Разработка макета быстродействующей системы измерения деформации и температуры
3.2. Лабораторные испытания макета быстродействующей системы измерения деформации и температуры
3.3. Результаты экспериментальных измерений деформации деталей с помощью макета быстродействующей системы измерения деформации и температуры
ВЫВОДЫ
ЛИТЕРАТУРА
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ
АОС - анализатор оптического спектра
АЦП - аналогово-цифровой преобразователь
ВОБР - волоконно-оптическая брэгговская решётка
ВОД - волоконно-оптический датчик
ВС - волоконный световод
ИК - инфракрасный
ИФП - интерферометр Фабри-Перо
ОБВ - объектив
ОВ - оптическое волокно
ПП - показатель преломления
УФ - ультрафиолетовый
ФПУ - фотоприёмное устройство
ЭВМ - электронно-вычислительная машина

ванного на методе волновых функций Блоха. Этот метод вытекает из решения одноэлектронного уравнения Шрёдингера и поэтому обычно используется для описания движения электронов в полупроводниках [32].
Рассмотрим подробнее метод волновых функций Блоха применительно к описанию поведения брэгговской решётки, а затем проведем сравнение с результатом, который дает теория связных мод.
Волны Блоха являются собственными типами колебаний (собственными модами) при распространении в периодической среде, подобно тому как плоские волны являются собственным типом колебаний при распространении в свободном пространстве. Кроме того, распространение поля в волоконных решетках сложно интерпретировать без понимания микроскопических параметров (прежде всего, дисперсионных). В этой связи необходимо отметить преимущество метода волновых фунций Блоха, который позволяет получить как макроскопические (коэффициент пропускания и отражения), так и микроскопические (диаграммы дисперсии) параметры решётки, в то
время как теория связанных метод и остальные описанные выше методы
предоставляют общее описание функционирования решётки, требуют численного расчета и дают только приближенные решения. При этом указанный метод позволяет описывать не только однородные решётки (с одинаковым периодом), но и апериодические, период которых изменяется вдоль оси волокна по определённому закону.
Изменение показателя преломления решетки может быть выражено через диэлектрическую проницаемость следующим образом [33]:
е(х, у, г) = е0 (х, у) + Д£(х,у, г). (1.7)
Можно показать, что решение волнового уравнения для ТЕ-моды может быть записано следующим образом:
Ет(.х,у,2) = а(2) + ат(х,у), (1.8)
где т — номер моды, а(г) - медленно меняющаяся амплитуда, ат(х, у) — поле моды в волоконном световоде без решетки. Тогда волновое уравнение примет вид: