Зак Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией. - Москва: Энергоатомиздат, 1989. - 128 с. (Библиотека по автоматике. Выпуск 670)
Рассмотрены принципы построения, приведены конструкции приборов на базе оптоэлектронных волоконнооптических преобразователей, используемых в автоматических системах измерения, контроля и управления. Разобраны все основные этапы их проектирования - от построения имитационных моделей до конкретной реализации в системе контроля и управления.
Для инженерно-технических работников, занимающихся вопросами проектирования и применения первичных преобразователей для средств измерения и автоматизации.
Редактор Н. В. Кравцов
Редактор издательства В. И. Петухова
Художественные редакторы Т. А. Дворецкова, Т. Н. Хромова
Технический редактор Г. Н. Лядухина
Корректоры С. Ю. Торокина, Е. В. Кудряшова
Содержание книги Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией
Предисловие
Глава 1. Физические и математические основы преобразования информации с помощью волоконно-оптического преобразователя 1.1. Принцип действия волоконноюптических преобразователей
1.2. Классификация волоконноюптических преобразователей
1.3. Элементная база волоконноюптических преобразователей с внешней модуляцией
1.4. Диаграммы направленности передающих каналов ВОП
1.5. Математические основы построения волоконноюптических преобразователей с внешней модуляцией
1.6. Обобщенная схема алгоритма расчета на ЭВМ функций преобразования
Глава 2. Физико-технические основы проектирования оптических каналов волоконноюптических преобразователей 2.1. Методика анализа функций преобразования
2.2. Механизм формирования функций преобразования рефлекто метрических волоконноюптических преобразователей
2.3. Функция преобразования гибридных волоконноюптических преобразователей аксиальных перемещений
2.4. Влияние угла наклона плоскости на параметры рефлектометрических волоконноюптических преобразователей
2.5. Влияние отражающих свойств поверхности на функцию преобразования рефлекто метрических волоконноюптических преобразователей
2.6. Влияние конструкции волоконно-оптического канала на функцию преобразования ВОП ортогональных перемещений
2.7. Анализ функции преобразования рефлектометрических волоконно-оптических преобразователей при отражении от цилиндров
2.8. Функция преобразования волоконно-оптического преобразователя проходящего типа
2.9. Источники погрешности ВОП
2.10. Методы автоматической компенсации погрешностей бесконтактных рефлектометрических волоконноюптических преобразователей
Глава 3. Принципы построения и применение контрольно-измерительной аппаратуры с волоконно-оптическими преобразователями 3.1. Особенности схемно-конструктивных решений рефлектометрических волоконноюптических преобразователей
3.2. Аналоговые устройства первичной обработки информации для бесконтактных измерений параметров вибраций
3.3. Цифровые приборы для измерения виброперемещений
3.4. Особенности построения бесконтактных волоконно-оптических виброщупов
3.5. Применение микропроцессоров для обработки информации с ВОП
3.6. Применение для измерения параметров вибраций и удара
3.7. Применение волоконно-оптических преобразователей в гибких автоматизированных производствах
Заключение
Список литературы
ПРЕДИСЛОВИЕ
В настоящее время быстро растут потребности в совершенных средствах измерения и контроля, обладающих высокой точностью и быстродействием, возможностью работать в сложных условиях окружающей среды, имеющих простую конструкцию и низкую стоимость.
Указанным требованиям в значительной степени удовлетворяют средства измерения и контроля, в основе которых лежат методы получения измерительной информации путем модуляции параметров излучения оптического диапазона.
Успехи оптоэлектроники, связанные с появлением высокоэффективных полупроводниковых источников излучения, фотоприемников, а также развитие и совершенствование технологии оптических волокон (световодов) для передачи направленных потоков оптического излучения на значительное расстояние позволили расширить возможности генерации, переноса, преобразования и хранения информации [1].
В середине 60-х годов было отмечено, что факторы, препятствующие качественной передаче направленных потоков излучения через световоды (изменение условий полного внутреннего отражения, рассеяние излучения на микродефектах и даже обрыв светопроводящих волокон), могут стать источниками измерительной информации. Именно влияние этих факторов служит основой для построения преобразователей различных физических величин (оптоэлектронных волоконно-оптических преобразователей), в которых световод, расположенный между источником излучения и фотоприемником, является одновременно чувствительным элементом и каналом, связывающим объект измерений с регистрирующей аппаратурой.
Одним из направлений развития волоконно-оптических преобразователей (ВОП) являются исследование и разработка устройств, в которых полезный эффект достигается изменением интенсивности некогерентного оптического излучения в разрыве волоконно-оптического канала. В преобразователях такого типа, получивших название ВОП с внешней модуляцией, изменение интенсивности потока излучения, проходящего от источника к фотоприемнику, осуществляется либо за счет введения в разрыв волоконно-оптического канала объекта контроля, либо за счет взаимного перемещения каналов под действием измеряемой величины.
Приоритетной областью применения ВОП с внешней модуляцией являются бесконтактные измерения параметров движения в диапазоне частот до сотен килогерц, размерный контроль, контроль сил, давлений и других механических величин, контроль качества поверхностей объектов и состояния прозрачных сред в сложных условиях окружающей среды.
Развитие ВОП с внешней модуляцией неразрывно связано с фундаментальными работами в области оптоэлектроники и оптоэлектронных преобразователей, проведенными Ю.Р. Носовым, С.В. Свечниковым, Н.П. Удаловым, Н.Е. Конюховым, и исследованиями по волоконной оптике, основанными на работах В.Б. Вайнберга, Д.К. Саттарова и многих других ученых.
В последние годы появились книги [2, 3, 4, 47] и ряд обзоров [7, 8, 9], в которых в той или иной степени затрагиваются вопросы, связанные с волоконно-оптическими преобразователями. Однако в них недостаточно освещены особенности проектирования оптических каналов ВОП с внешней модуляцией, влияние их конструкции на метрологические и эксплуатационные характеристики для различных конкретных применений, вопросы уменьшения влияния неинформативных факторов, а также особенности применения как компонента аппаратуры технологического контроля.
В гл. 1. рассмотрен принцип действия и проведена классификация ВОП с внешней модуляцией, даны математические соотношения для расчета функций преобразования.
В гл. 2 основное внимание уделено влиянию конструкций оптических каналов ВОП на их основные характеристики при различных способах преобразования информации, проведен анализ источников погрешностей и рассмотрены методы автоматической коррекции влияния неинформативных факторов.
Вопросам проектирования аппаратуры контроля на базе ВОП, примерам конкретных схемотехнических решений такой аппаратуры на современной элементной базе, включая микропроцессоры, посвящена гл. 3.
Автор выражает признательность рецензенту Н.Е. Конюхову за тщательный просмотр рукописи, обсуждение отдельных концепций и доброжелательные советы, облегчившие работу над книгой.
Автор благодарит за представленные материалы и помощь в оформлении рукописи Ю.И. Гудкова, В.В. Зиновьева и И.Н. Простомолотову.
Объем книги не позволил рассмотреть все аспекты проектирования и применения ВОП, поэтому пожелания и замечания будут с благодарностью приняты.
Автор
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Носов Ю.Р. Оптоэлектроника, М.: Советское радио, 1977.
2. Конюхов Н.Е., Плютт А.А., Марков П.И. Оптоэлектронные контрольно-измерительные устройства. М.: Энергоатомиздат. 1985.
3. Марков П.И., Шаповалов В.М. Волоконно-оптические преобразователи в системах технологического контроля, Минск: Наука и техника, 1984.
4. Оптоэлектронные преобразователи на основе управляемых световодных структур / В.И. Бусурин, В.Ф. Лярский, В.И. Садовников и др. М.: Радио и связь, 1984.
5. Зак Е.А., Кравченко Н.П. Фотоэлектрические измерительные преобразователи с разветвленными световодами // Зарубежная радиоэлектроника, 1980. № 7- С. 55-64.
6. Zack Е., Slodeew G.,MalinskiB. Optoelektronischer Fasersensor fur nichtelektrische Grofien. // Feingeratetechnik. 1985, № 3. S. 107.
7. Бусурин В.И., Семенов A.C., Удалов Н.П. Оптические и волоконно-оптические датчики (обзор) // Квантовая электроника. 1985. Т. 12, № 5.
8. Бадаев В.И., Мишин Е.В., Пятахин В.И, Волоконно-оптические датчики параметров физических полей (обзор) // Квантовая электроника. 1984. Т. 11, № 5.
9. Гречинский ДА., Патлах АЛ. Современное состояние и перспективы развития волоконно-оптических преобразователей механических величин // Оптико-механическая промышленность. 1983. № 4. С. 57-60.
10. Новицкий П.В., Лев шина Е.С. Электрические измерения физических величин, Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние, 1983.
11. Зак Е.А., Злодеев ГА., Малинский В.Д. Бесконтактные фотоэлектрические стекловолоконные преобразователи // Измерительная техника. 1976. № 5.
12. Носов Ю.Р., Сидоров А.Н. Оптроны и их применение. М.: Радио и связь, 1981.
13. Рождественский Ю.К., Вайнберг В.Б., Саттаров Д.К. Волоконная оптика в авиационной и ракетной технике. М.: Машиностроение, 1977.
14. Кучикян Л.М. Световоды, М.: Энергия, 1973.
15. Зак А.Ф. Физико-химические свойства стеклянного волокна. М.: Ростехиздат, 1962.
16. Тидикен Р. Волоконная оптика и ее применение. М.: Мир, 1975.
17. Иванов В.И., Аксенов А.И., Ющин A.M. Полупроводниковые оптоэлектронные приборы. М.: Энергоатомиздат, 1984.
18. Коган Л.М. Полупроводниковые излучающие диоды. М.: Энергоатомиздат, 1983.
19. Menadier С, Kissinger С, Adkins H. The Fotonic / Instruments Control Systems. 1967.V. 3.P. 114.
20. Дмитриев А.В., Зак ЕА. Моделирование на ЭВМ волоконно-оптических преобразователей с разветвленными световодами // Оптика и спектроскопия. 1985. Т. 58. Вып. 1.
21. Дмитриев А.В., Зак ЕА. Волоконно-оптические преобразователи перемещений и параметров движения // Зарубежная радиоэлектроника. 1985. № 5.
