Интеллектуальные угловые сенсоры информационно-измерительных систем на основе многослойных резонансных оптических структур

• Автор: Нгуен Ван Тхыонг
• Шифр специальности: 05.11.16
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Тула
• Количество страниц: 162 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
Диссертационная работа посвящена совершенствованию интеллектуального углового преобразователя на основе многослойных резонансных оптических структур (МРОС) за счет расширения диапазона угловых измерений, повышения быстродействия, точности измерений.
Произведен анализ применяемых в когерентных информационноизмерительных системах (ИИС) методов и средств измерения угловых величин, а также их погрешности при первичной обработке.
Разработаны математические модели и алгоритмы анализа угловых сенсоров на основе многослойных резонансных угловых структур
Разработаны структурные схемы и алгоритмы работы высокоточных интеллектуальных широкодиапазонных угловых сенсоров на основе многоканальных МРОС.
Проведено компьютерное моделирование характеристик угломерной информационно-измерительной системы на основе многоканальных МРОС, позволившее оценить ее рабочие параметры (диапазон измерений, погрешность, влияние внешних факторов) и разработать конкретные рекомендации по проектированию измерительных систем.

1. Обзор и анализ оптических методов и средств измерения угловых 12 величин

1.1. Оптические измерительные систем

1.2. Радиооптические информационно-измерительные системы на

основе явления резонансной угловой фильтрации

1.3. Интеллектуальные сенсоры
1.4. Угловые преобразователи на основе многослойных резонанс-
ных угловых структур
1.5. Формирование цели и задач исследования
Разработка математических моделей и алгоритмов анализа угло-
вых дискриминаторов на основе многослойных резонансных угло-
вых структур
2.1. Физико-математические модели многослойных оптических
структур
2.1.1. Математические модели многослойных оптических
структур
2.1.2. Многослойные резонансные оптические структуры в
режиме резонансной угловой фильтрации
2.2. Конструктивные варианты структур многоэлементных сенсо-
ров на основе МРОС
2.3. Разработка математических моделей односторонних одно-
мерных МРОС
2.3.1. Изменение размера пучка на границе раздела МРОС и
угла падения при преломлении пучка в призме
2.3.2. Математические модели слоя в приближении многоре-
зонансного высокодобротного фильтра
2.3.3. Комбинированная математическая модель
2.4. Математические модели МРОС с многослойными развязы-
вающими слоями
2.5. Разработка математических моделей односторонних двумер-
ных МРОС
2.5.1. Учет изменения угла падения излучения в ортогональ-
ной плоскости
2.5.2. Математическая модель односторонней двумерной
структуры
2.6. Разработка математических моделей многоэлементных МРОС
2.6.1. Параллельные многоэлементные МРОС
2.6.2. Последовательные многоэлементные МРОС
2.7. Основные результаты и выводы
Разработка структурных схем и алгоритмов работы высокоточных
интеллектуальных широкодиапазонных угловых сенсоров

3.1. Разработка структурной схемы широкодиапазонного углового
сенсора на параллельных МРОС
3.2. Разработка алгоритмов обработки информации многоканальных измерительных преобразователей на основе решения системы трансцендентных неоднозначных уравнений
3.2.1. Метод простой итерации
3.2.2. Метод Ньютона
3.2.3. Метод возмущения параметров
3.2.4. Алгоритм решения системы трансцендентных многозначных уравнений
3.3. Разработка алгоритмов обработки информации с многоканальных измерительных преобразователей на основе вероятностного метода
3.4. Алгоритмы учета влияния дополнительных факторов на угловые характеристики МРОС
3.4.1. Влияние амплитудного распределения на угловую характеристику оптического пропускания МРОС
3.4.2. Влияние фазовых искажений на угловую характеристику оптического пропускания МРОС
3.4.3. Влияние температуры на угловые характеристики оптического пропускания МРОС
3.4.4. Погрешности юстировки МРОС и многоканальной
системы
3.5. Источники погрешностей измерительных систем на основе
многоканальных МРОС
3.6. Основные результаты и выводы
Моделирование характеристик измерительной системы на основе
многоканальных МРОС
4.1. Разработка компьютерной модели измерительной системы
4.1.1. Компьютерная модель измерительной системы
4.1.2. Методика исследования модели многоканального интеллектуального сенсора
4.2. Анализ влияния характеристик каналов на погрешность измерений
4.2.1. Исследование влияния количества каналов на характеристики измерительной системы
4.2.2. Анализ зависимости выходных параметров измерительной системы от степени отличия угловых характеристик каналов при изменении толщины резонансного слоя
4.2.3. Исследование возможности использования МРОС с
различным направлением фильтрации
4.2.4. Двухканальная система с идентичными смещенными
по углу характеристиками 13
4.2.5. Многоканальная система, использующая МРОС с пле-

где пь П2 - показатели преломления соответственно призмы и резонансного слоя; а- угол падения пучка в призме; КгГ поперечное волновое число в среде і.
Соотношения (2.36), (2.37) позволяют рассчитать угловую зависимость оптического пропускания
Па,) = 1-|ҐЗІ|2 (2.43)
во всем диапазоне входных углов, достигающем для подобных структур величины атш = 2апт (для показателей преломления 1.5-1
а =70°-80°).
max
Подобная модель описывает оптическое пропускание структуры для входного сигнал в виде плоской волны во всем диапазоне углов при условии бесконечности апертуры МРОС и отсутствии дифракции пучка.
Для учета ограниченности и АФР входного пучка необходимо воспользоваться фильтрационной моделью преобразования типа интеграла свертки [25]
Аш-W = КХх - x')Am(x')dx'; (2.44)

а,| . |2 JH«(*)| dx
T(a/Lm) - , (2.45)
\Aex{x)dx

где Ашх(х),Аіа(х) - соответственно амплитудно-фазовое распределение выходного и входного пучков; h„,(x) - импульсная характеристика МРОС для m - ного резонанса. Значение Т(а/Ьт) соответствует максимальной величине оптического пропускания при m - ном резонансе.
Для каждого резонанса импульсная характеристика структуры описывается своими параметрами (Lm). Тогда общая математическая модель для расчета прохождения ограниченного пучка через многослойную резонансную структуру в широком угловом диапазоне имеет вид: