Волоконно – оптические измерительные системы.
1. Введение . Классификация волоконно-оптических измерительных систем.
2. Оптические эффекты, используемые в ВОИС.
3. Параметры и характеристики волоконно-оптических измерительных систем.
4. Амплитудные датчики.
Список литературы по дисциплине “Волоконно – оптические измерительные системы“
1. Волоконно – оптические датчики / под ред. Э.Удда ; Москва , Техносфера , 2008 г.
2. М.М.Бутусов , С.Л.Галкин,С.П.Оробинский,Б.Пал “ Волоконная оптика и приборостроение “, Л.,Машиностроение , Лен. отд. ,1987 г.
3.Б.А.Красюк,О.Г.Семенов “ Световодные датчики ”, М., Машиностроение , 1990 г.
4. Б.А.Красюк,А.П.Корнеев “ Оптические системы связи и световодные датчики . Вопросы технологии “,М. , Радио и связь, 1985 г.
5. Т.Окоси “ Волоконно-оптические датчики “,Л. , Энергоатомиздат, 1990 г.
6. В.И.Бусурин ,Ю.Р.Носов “ Волоконно-оптические датчики . Физические основы,вопросы расчета и применения “, М. , Энергоатомиздат,1990 г.
7.” Оптоволоконные сенсоры. Принципы и компоненты . Вып.1“, М., Мир, 1992 г.
8. Волоконно - оптическая сенсорика.К.Е.Румянцев / ТагГРТУ, НУЦ "Инженерная экология", 1996г.
Глава 1. Введение. Классификация волоконно-оптических измерительных систем.
Волоконно – оптические измерительные системы – это устройства, предназначенные для измерения различных физических воздействий и различных физических полей, а также характеристик различных физических объектов, с помощью оптического излучения, и для передачи результатов такого измерения от места измерения к оператору посредством волоконного оптического световода.
Использование оптического излучения в качестве измерительного агента позволяет производить измерения многих факторов и воздействий, недоступных или труднодоступных другими, традиционными, неоптическими методами. При этом применение оптического волоконного световода в качестве передающей (а в ряде случаев, также и измерительной) среды позволяет получить существенные выгоды и преимущества, как в качестве измерений (более высокую чувствительность, возможность измерения более широкого класса воздействий, большую помехоустойчивость к воздействию паразитных факторов на процесс измерения) так и в технологии передачи измерительной информации к месту её обработки и использования (нечувствительность к электромагнитным помехам и наводкам, большую электробезопасность, меньшие весовые и габаритные параметры). В ряде случаев получение необходимой технической информации другими, неоптическими, способами, является попросту невозможным – например, диагностика параметров волоконно - оптических систем связи.
С некоторой долей условности можно разделить волоконно – оптические измерительные системы на группы по типу измеряемых объектов:
Упрощённо блок – схему любой ВОИС можно представить в виде совокупности четырёх основных узлов: источника излучения ИИ, приёмника излучения ПИ, чувствительного элемента ЧЭ и волоконного оптического световода ОВС (некоторых элементов в конкретной системе может не быть – например, чувствительным элементом может быть само волокно, источником излучения может являться измеряемый объект и так далее).
Измеряемое
воздействие
ОВС ОВС ОВС
Оптическое излучение от источника излучения поступает в волоконный световод, подводящий излучение к месту нахождения измеряемого объекта. В чувствительном элементе происходит изменение параметров оптического излучения под воздействием измеряемого фактора, после чего излучение, промодулированное измеряемым фактором, поступает в отводящее оптическое волокно и передаётся им в приёмник излучения. В приёмнике излучения происходит обработка модулированного оптического сигнала и извлечение из его параметров информации об измеряемом факторе.
Измеряемый фактор может оказывать воздействие на различные параметры оптического излучения. Для подробного рассмотрения этого вопроса напишем выражение для оптической волны (в самом простом случае – для монохроматической плоской волны, хотя в реальной измерительной системе используются более сложные виды излучения) :
E( r , t ) = Em cos ( ωt – kr + φ )(1)
Под воздействием измеряемого фактора может изменяться практически любой параметр оптического излучения - амплитуда Em или связанная с ней интенсивность излучения I ~ (Em )2 ; частота ω и связанная с ней длина волны λ , фаза волны и её поляризация, а также временные и спектральные характеристики излучения ( например, время затухания люминесценции в люминесцентных датчиках и спектральное распределение излучения в датчиках типа абсолютно чёрного тела). В соответствии с этим различием выделяют следующие типы датчиков :
датчики с модуляцией интенсивности (иногда их называют также датчиками амплитудного типа, хотя модуляция амплитуды и модуляция интенсивности, строго говоря, не одно и то же);
датчики спектрального типа;
фазовые датчики;
поляризационные датчики .
Некоторые типы датчиков затруднительно отнести к какому – либо определённому классу (как, например, люминесцентные датчики), а иногда измеряемый фактор может воздействовать одновременно на несколько параметров оптической волны.