1. Класифікація волоконно-оптичних датчиків для діагностики

Принцип дії датчиків заснований на перетворенні вимірюваних фізичних величин в модульований світловий сигнал з наступною передачею по ВОЛЗ, розшифруванням і використанням. За характером використання характеристик ОВ оптоволоконні датчики поділяються на 2 класи: зовнішні і внутрішні.

Зовнішні датчики використовують ВОЛЗ лише в якості пасивного елемента для передачі оптичного сигналу із пункту в пункт від джерела світла до датчика, і від датчика до детектора. Результат оцінки величин, які вимірюються, сприймається зовнішніми ОВ приладами і сам по собі не залежить від особливостей волокна. Вимірювальну інформацію несуть явища:

• переривання світлового потоку;

• відбивання світла;

• фільтрація довжини хвилі світла;

• передача на різних довжинах хвиль;

• зміна енергії випромінювання що подається на ОВ.

У внутрішніх датчиках активним елементом є ОВ, все або його частина. ОВ змінює передавальні характеристики. Оптична лінія або й частина є одночасно датчиком. Вимірювальний параметр (тиск, температура) тим чи іншим чином впливає на характеристики ОВ і таким чином на характеристики світлового променя, що проходить по ньому. При цьому можуть змінюватися групова і фазова швидкість розповсюдження, оптична потужність, яка поглинається у ОВ, характеристики поляризації світла, розсіювання світла, яке проходить по оптичному матеріалу та матеріалу оболонки кабеля, а також часткового переривання світла в оптичному каналі під дією контрольованого фізичного процесу.

Датчики для вимірювання швидкості розповсюдження світла по ВОЛЗ, вимірюють відбивання на невеликих ділянках, які утворюють відбивачі Фабрі-Перо. На відрізках одномодового кабеля довжиною L з коефіцієнтом заломлення n з полірованими торцями, наділених дуже високим коефіцієнтом відбивання у вакуумі напилюють діелектричні поверхні. Утворений таким чином оптичний резонатор має max проникність коли різниця фаз φ променя між площиною, на яку падає світло, і площиною відбивання складає:

Зміна довжини оптичного шляху (n·L) чи довжини хвилі світла λ₀ викликає зміну різниці фаз.

Датчик в якому застосовується цей принцип, повинен ефективно змінювати довжину резонатора у відповідності із коливальними значеннями деякого вимірювального параметра Р.

Датчики температури наносяться на торець ОВ люмінесцентного покриття і використовують температурну залежність інтенсивності світіння, можна вимірювати температуру в заданій області. Випромінювання що викликає люмінесценцію, попадає по тому ж ОВ, але в ін. спектральну область. Діапазон вимірювання температури визначається типом люмінофора.

В поляризаційних датчиках світло лазера поляризується, після чого розповсюджуються 2 ортогональні моди з інтенсивністю I₁ та I₂. На виході кабеля вони розділяються з допомогою призми. При юстуванні інтерференції в точці max чутливості маємо:

Вимірюваний параметр Р змінює заломлення і тим самим різницю фаз на величину , де β-фаза,

2 . Регресійний та кореляційний аналіз

Одними із найважливіших задач цифрової обробки оптичних сигналів є задачі фільтрації.

Цифровий фільтр – це пристрій, який формує нову числову послідовність даних на основі заданої вхідної послідовності за певним правилом.

Є два типи фільтрів: фільтр з кінцевим імпульсним відгуком та авторегресійний фільтр.

Схема авторегресійного фільтра

Дана схема є лінією затримки з відгалуженням і з від’ємним зворотнім зв’язком. Вихідна послідовність визначається за формулою: .

Для кореляційного аналізу метою є отримання рельєфу кореляційної функції С(х, у, t) та визначення її параметрів. Вхідними даними є поточне зображення (ПЗ) F(х, у, t) та еталонне зображення (ЕЗ) G(х, у). Вони є двовимірними функціями в системі координат х, у.

При відповідних обмеженнях ПЗ F(х, у, t) у кожен момент часу можна подати сукупністю рівновіддалених відліків f_ij на дискретному полі розміром (2N+1)×(2М+1). ЕЗ G(х, у) можна подати сукупністю відліків g_ij на дискретному полі розміром (2n+1)×(2m+1), де n<N, m<М.

Кожному дискретові поля (пікселю) ставиться у відповідність пара чисел (і, j), які інтерпретуються як цілочисельні координати даного дискрету і – х, j – у. Таким чином, для поля ПЗ -N<і<N, -М<j<М, а для поля ЕЗ характерно -n<і<n, -m<j<m.

Центровані стовпець і рядок полів ПЗ і ЕЗ є осьовими і мають нульові номери. Іншими словами, поля ПЗ і ЕЗ є прямокутними матрицями , .

Тоді взаємно-кореляційна функція (ВКФ) ПЗ і ЕЗ буде прямокутною матрицею розміром (2(N+n)+1)×(2(М+m)+1), елементи якої визначаються таким чином:

,

причому неіснуючі елементи матриць , приймають нульові значення.

Отже, кожен відлік (k, l) ВКФ визначається шляхом по елементного множення (кон’юнкції для двоградаційних зображень) матриці ЕЗ на матрицю ПЗ, одна з яких зсунута на вектор , та наступного визначення суми елементів отриманої матриці.

Білет №29