Моделирование и конструирование амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа для систем контроля, испытаний авиакосмической техники

• Автор: Пивкин, Александр Григорьевич
• Шифр специальности: 05.07.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 197 с. : ил.

ГЛАВА 1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ
1.1 Анализ состояния вопроса создания и использования датчиков
на объектах авиакосмической техники
1.2 Оценка перспективности внедрения волоконно-оптических датчиков давления в системах контроля и испытаний
изделий авиакосмической техники
1.3 Пример использования волоконно-оптических датчиков давления
при испытаниях и контроле систем летательных аппаратов
1.4 Обоснование выбора волоконно-оптических преобразователей
давления с открытым оптическим каналом аттенюаторного типа
Выводы к главе
ГЛАВА 2 ФИЗИЧЕСКИЕ И МАТЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКАХ
ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА
2.1 Принцип действия волоконно-оптических преобразователей
давления аттенюаторного типа
2.2. Преобразование светового потока в оптическом канале волоконно-оптического датчика давления аттенюаторного типа
2.3 Функции преобразования волоконно-оптических преобразователей перемещения с предельным аттенюатором
2.4 Принцип действия и функция преобразования дифференциального волоконно-оптического датчика давления
с предельным аттенюатором
Выводы к главе
ГЛАВА 3 ОСОБЕННОСТИ ФИЗИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА
3.1 Элементная база волоконно-оптических датчиков давления
3.2 Выбор конструкции предельных аттенюаторов
3.3 Методика расчета параметров волоконно-оптического преобразователя давления аттенюаторного типа
3.4 Особенности схемно-конструктивных решений и физической реализации дифференциальных волоконно-оптических
преобразователей и датчиков давления аттенюаторного типа
Выводы к главе
ГЛАВА 4 ОЦЕНКА МЕТРОЛОГИЧЕСКИХ И ЭКСПЛУАТАЦИОННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ АТТЕНЮАТОРНОГО ТИПА
4.1 Источники погрешностей амплитудных волоконно-оптических датчиков давления аттенюаторного типа и способы их уменьшения
4.2 Влияние волоконно-оптического кабеля на эксплуатационные характеристики волоконно-оптических датчиков давления
и способы их улучшения
4.3 Влияние волоконно-оптического кабеля на метрологические характеристики волоконно-оптических датчиков давления и рекомендации по их улучшению
4.4 Экспериментальные исследования макетных образцов волоконно-оптических преобразователей и датчиков давления
аттенюаторного типа
Выводы к главе
Заключение
Перечень принятых сокращений
Библиографический список

ПРИЛОЖЕНИЕ А Технические характеристики зарубежных
и отечественных датчиков давления
ПРИЛОЖЕНИЕ Б Расчёт параметров волоконно-оптического преобразователя давления
аттенюаторного типа
ПРИЛОЖЕНИЕ В Фотографии измерительной установки для исследования волоконно-оптических преобразователей
перемещения аттенюаторного типа
ПРИЛОЖЕНИЕ Г Фотографии и сборочные чертежи
макетных и опытных образцов ВОДЦ аттенюаторного типа
ПРИЛОЖЕНИЕ Д Акты внедрения результатов диссертации

Распределение светового потока в пространстве измерительного
преобразователя
При проектировании амплитудных ВОДД на первый план выступают вопросы, связанные с распределением плотности мощности по сечению пучка света, несущего регистрируемую информацию, характер изменения структуры излучения в зоне измерения.
Из-за сложности математической формализации до настоящего времени не уделяется внимание распределению яркости на выходе ОВ и в зоне измерения ВОП с открытым оптическим каналом [49, 50].
Визуальная оценка распределения изображения в виде цветовой или квазитрехмерной видеограммы [72] позволяет только определить, в каком направлении необходимо проводить анализ и не позволяет обосновать оптимальное месторасположение в зоне измерения управляющих устройств -аттенюаторов, подводящих и отводящих оптических волокон и других элементов оптической системы. В то же время для достижения требуемых метрологических характеристик ВОДД очень важно на этапе конструирования знать, как распределен в разрыве ОК поток излучения. Формализованное представление распределения плотности мощности оптического излучения в пространстве зоны измерения ИП позволит определить рациональное местоположение аттенюатора относительно рабочих торцов подводящих и отводящих ОВ.
Для этого рассмотрим структуру пучка света, сформированного, излучающим торцом ОВ, подводящего свет в зону измерения.
Известно, что в результате множества отражений внутри ОВ происходят симметризация пучка лучей относительно оптической оси ОВ и усреднение освещенности по выходному (излучательному) торцу волокна [16]. Симметризация приводит к тому, что узкий конический пучок лучей, падающий под некоторым углом на входной торец ОВ с прямыми торцами, на выходе заполняет пространственную зону, ограниченную двумя близ-