Разработка и исследование амплитудных волоконно-оптических датчиков давления

• Автор: Бялик, Александр Давидович
• Шифр специальности: 05.11.13
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 169 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

Список сокращений

ВВЕДЕНИЕ
1. СТРУКТУРНЫЕ, КОНСТРУКТИВНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ. ОБЗОР
ЛИТЕРАТУРЫ

1.1.Общая структура преобразования в волоконно-оптических

датчиках
1.2. Классификация, принципы построения и особенности волоконно-оптических датчиков

1.3. Общие конструкционные проблемы волоконно-оптических датчиков давления

1.4. Классификация оптических волокон, использующихся в волоконно-оптических датчиках
1.5. Классификация источников и приемников излучения, использующихся в волоконно-оптических датчиках
1.6. Чувствительные элементы для волоконно-оптических датчиков
1.6.1. Материалы для изготовления чувствительных
элементов
1.6.2. Технологические приемы изготовления чувствительных элементов для волоконно-оптических датчиков давления
1.7. Варианты конструкций и схемных решений волоконно-оптических датчиков
1.8. Некоторые принципы построения электронных блоков обработки
сигнала волоконно-оптических датчиков
Выводы по главе №1. Постановка задачи
2. ОСОБЕННОСТИ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ
ДАВЛЕНИЯ РЕФЛЕКТОМЕТРИЧЕСКОГО ТИПА
2.1. Введение
2.2. Элементы конструкции амплитудных волоконно-оптических датчиков давления рефлектометрического типа со стандартизованными
характеристиками элементов конструкции
2.3. Элементы конструкции амплитудных волоконно-оптических датчиков давления рефлектометрического типа с вариабельными свойствами и характеристиками
2.3.1 Преобразовательные характеристики амплитудных волоконно-
оптических датчиков давления рефлектометрического типа в двухволоконном приближении
2.3.2 Преобразовательные характеристики амплитудных волоконно-
оптических датчиков давления рефлектометрического типа в многоволоконном приближении
2.3.3 Расчетные характеристики амплитудного волоконно-оптического
датчика давления рефлектометрического типа
Выводы по главе №2
3.ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА ТИПА ЧУВСТВИТЕЛЬНОГО ЭЛЕМЕНТА
3.1. Введение
3.2. Расчет преобразовательной функции упругого микрозеркала при помощи вариационного метода
3.3. Моделирование прогибов упругого микрозеркала методом конечных элементов
3.4. Экспериментальное исследование частной преобразовательной
функции Б1
Выводы по главе №3
4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК АМПЛИТУДНЫХ ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ
4.1. Введение
4.2. Структура разработанного волоконно-оптического датчика давления
4.3.Преобразовательные характеристики волоконно-оптических датчиков
4.3.1. Частная преобразовательная характеристика Б2 для плоских полированных отражающих поверхностей
4.3.2. Преобразовательные характеристики для отражающих поверхностей с чередующимися участками с различными коэффициентами отражения
4.3.3. Преобразовательные характеристики для отражающих поверхностей с микрорельефом
4.4. Общие преобразовательные характеристики волоконно-оптических датчиков статического давления
4.5. Температурные зависимости общей преобразовательной характеристики
волоконно-оптических датчиков
Выводы по главе №4
5. КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ВОПРОСЫ СОЗДАНИЯ
ВОЛОКОННО - ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ ДАВЛЕНИЯ
5.1.В ведение
5.2 Волоконно-оптический преобразователь
5.2.1 Общая структура и назначение отдельных частей волоконно-оптического преобразователя
5.2.2. Технологический маршрут изготовления упругого микрозеркала и основания для упругого микрозеркала
5.2.3. Сборка и юстировка волоконно-оптического преобразователя
5.3. Волоконно-оптический кабель
5.4. Блок электронной обработки
5.5. Преобразовательные характеристики разработанного волоконно-оптического датчика давления
5.6. Применение амплитудных волоконно-оптических датчиков в экспериментальных установках, использующих электрогидравлический эффект
5.7. Методика проектирования амплитудных волоконно-оптических датчиков
давления рефлектометрического типа
Выводы по главе №5
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

Согласно приведенным в литературных источниках данным [3,5-7,18, 21,23,29,30], при измерении статического давления в качестве чувствительного элемента для амплитудного ВОД давления удобно использовать мембраны. В этом случае измеряемый параметр легко преобразуется в механическое перемещение, которое сравнительно просто можно преобразовать в электрический сигнал. Кроме того, мембраны можно изготавливать при помощи методов и технологических приемов, применяющихся при изготовлении изделий микроэлектроники, которые позволяют получать структуры с точным соблюдением исходных размеров и воспроизводимостью результатов от образца к образцу.
В случае, когда рассматривается амплитудный волоконно-оптический датчик давления с оптическим волокном в качестве проводящей среды и чувствительным элементом в виде мембраны, преобразующей измеряемый параметр в перемещение, прежде всего, необходимо выяснить характер сил, действующих на чувствительный элемент и поле его прогибов. Распределение нагрузки может быть сосредоточенным (точечным, контурным и т.д.) и равномерным. Для выяснения величин отклонения ЧЭ под воздействием измеряемого параметра от положения равновесия необходимо также знать способ закрепления ЧЭ на опоре. Обычно это жесткое защемление и опирание [3,8,18,63-68]. Согласно литературным данным, поле прогибов чувствительных элементов более традиционных тензорезистивных и емкостных датчиков давления существенно отличается от поля прогибов чувствительных элементов амплитудных ВОД давления рефлектометрического типа из-за того, что в последнем случае мембранный чувствительный элемент изготавливается сложнопрофилированным (с жестким центром). Такая конструкция чувствительного элемента, где жесткий центр при приложении давления смещается параллельно самому себе, позволяет исключить нелинейность преобразовательной характеристики, связанную с отражением оптического излучения от криволинейной поверхности.