Оптико-электронные измерительные системы на основе квази-распределенных волоконно-оптических брэгговских датчиков (1025511), страница 23
Текст из файла (страница 23)
Затем коэффициенты чувствительности вводились в измерительную систему и исследовалась абсолютная погрешность квази-распределенной измерительной системы в диапазоне деформаций 0...0,1% . Для этого деформация изменялась в диапазоне 0...0,1% с шагом 0,01% и результаты измерения сравнивались с показаниями калибратора. Для каждого значения деформации измерения проводились 10 раз определялось СКО по формуле (3.9) где ~;- значение деформации, регистрируемое на калибраторе, Г р - средне значение деформации, регистрируем на испытуемом макете. Предел допускаемой абсолютной погрешности измерения деформации вычислялись на основе результатов ранее проведенных измерений, по формуле: (3.10) , где К- коэффициент, зависящий от соотношения между случайной и неисключенной систематической погрешностями, определяемый по формуле: !О 0 ф Х— „.,з где н = 1 Я, 1 = 2,228 - коэффициент Стьюдента при п=10 и доверительной вероятности Р = 0,95; 8 — СКО, 0=0,0005% - неисключенная систематическая погрешность (собственная погрешность эталонного калибратора деформаций).
Для исследования деформаций в систему вводился аттенюатор, при помощи которого исследовалось предельное затухание, при котором разница между показаниями образцового устройства и исследуемого макета не Е превышает 10 пм. Частота опроса измерительной системы исследовалась при помощи секундомера, путем подсчета отображаемых результатов измерения за 1 мин.
По результатам исследований была составлена следующая таблица Таблица 10. Результаты экспериментальных исследований Из данной таблицы видно, что характеристики исследуемой системы близки к характеристикам системы, полученным при помощи численного моделирования (отличие по динамическом диапазону- 16 дБ вместо полученного по результатам моделирования 17 дБ).
165 Следовательно, результаты численного моделирования подтверждены экспериментальными исследованиями. 3.5. Разработка метрологического обеспечения для макетного образца квази-распределенной оптико-электронной измерительной системы на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков В предыдущем разделе были проведены экспериментальные исследования метрологических характеристик макета квази-распределенной оптико- электронной измерительной системы на основе ВОБП. Однако разработанная ® в предыдущем разделе методика испытаний не может быть использована для метрологических испытаний реальных (создаваемых в дальнейшем систем) вследствие того, что брэгговские датчики, в основном, устанавливаются на объект при помощи неразборного соединения (приклеивание, сваривание ) и поэтому поверять сами датчики по своим метрологическим характеристикам не представляется возможным.
В то же время, в случае отсутствия перегревов выше критической температуры (температуры при которой наблюдается уменьшение наведенного показателя преломления), сами по себе датчики являются стабильными структурами в течении десятилетий. Поэтому наиболее рационально обеспечивать метрологическое обслуживание измерительной системы, которая может быть аттестована по системным метрологическим характеристикам (погрешность измерения резонансной длины волны, динамический диапазон) при помощи стенда структурная схема, которого приведена на рис.
3.19 1бб Рис. 3.19. Структурная схема стенда для исследования погрешности измерения резонансной длины волны и динамического диапазона. Однако такой стенд, также как и стенд, приведенный в предыдущем разделе, не может быть применен для исследования систем с высокой частотой опроса из-за того, что эталонный измеритель длины волны работающий на принципе сканирующего интерферометра Майкельсона имеет достаточно большую постоянную времени измерения (0,1..10 с) Для исследования систем с высокой частотой опроса датчиков автор предлагает использовать стенд, приведенный на рис. 3,20 Рис. 3.20. Структурная схема стенда для исследования погрешности измерения резонансной длины волны и динамического диапазона для систем с высокой частотой опроса.
В данном стенде стабилизированные по длине волны лазеры работают в непрерывном режиме. Оптический переключатель, имеющий постоянную времени переключении т„= 10...100 мкс в зависимости от управляющего сигнала с ЭВМ, на лазер с требуемой длиной волны, что дает возможность оценить погрешность измерения сдвига длины волны для систем имеющих высокую частоту опроса датчиков (до 10... 100 кГц). 1б7 'Таким образом, можно сделать выводы, что активный метод калибровки измерительных систем на основе имитаторов ВОБП, являются предпочтительными, и позволяет эффективно решить проблему метрологического обслуживания измерительной системы.
1б8 ОБЩИЕ ВЫВОДЫ По итогам результатов исследований, проведенных в диссертационной работе, можно сделать следующие выводы: 1. Обоснованы принципы и технические пути построения перспективного класса оптико-электронных измерительных систем на основе квази- распределенных волоконно-оптических брэгговских датчиков. Определены рациональные области применения этих систем и потенциально достижимые их метрологические характеристики. 2. Разработан модернизированный метод регистрации сигнала, формируемого квази-распределенными волоконно-оптическими брэгговскими датчиками, ® позволивший получить погрешность измерения резонансных длин волн менее 10 пм. 3.
Создана алгоритмическая модель оптико-электронной измерительной системы с квази-распределенными брэгговс кими датчиками для высокоточного контроля параметров полей деформации, На ее основе разработана методика синтеза измерительных устройств различного назначения с заданными метрологическими характеристиками. 4. Проведен анализ влияния параметров оптико-электронной измерительной системы с квази-распределенными волоконно-оптическими брэгговскими ф датчиками на ее метрологические характеристики, и определены рациональные диапазоны их изменения, при которых динамический диапазон является максимальным, а погрешность определения резонансных длин волн не превышает 10 пм. 5.
Разработаны методики расчета предельной частоты и динамического диапазона для оптико-электронных измерительных систем на основе квази- распределенных волоконно-оптических брэгговских датчиков с применением спектрального, временного, мультиплексирования. и пространственно временного 169 6. Разработан, изготовлен и испытан в лабораторных условиях макетный образец квази-распределенной оптико-электронной измерительной системы контроля деформаций, который обладает следующими характеристиками: Абсолютная погрешность измерения резонансной длины волны 10 пм (погрешность измерения деформации 0,001'Ы) Динамический диапазон 16 дБ Частота опроса 2 Гц.
Рабочий спектральный диапазон 1526...1566 нм Результаты экспериментальных исследований макетного образца оптико- электронной измерительной системы на основе квази-распределенных ф волоконно-оптических брэгговских датчиков в целом подтвердили правильность теоретических и расчетных соотношений предложенных в работе. 7.
Разработано метрологическое обеспечение для квази-распределенных оптико-электронных измерительных систем для контроля деформаций на основе имитаторов волоконно-оптических брэгговских датчиков, позволяющее калибровать системы контроля деформаций, в том числе при высоких частотах опроса. 8. Материалы исследований были использованы в НИИ Радиоэлектроники и лазерной техники МГТУ им.
Н,Э. Баумана при выполнении НИР «Разработка многоканальных оптико-электронных измерительных систем на основе наноразмерных датчиков деформаций», во ФГУП «ВНИИОФИ» в НИР «ПОЛИХРОМ>>, НИР «НАВЕТ», и в учебном процессе кафедры «Лазерные и оптико-электронные системы» МГТУ им. Н. Э.Баумана в курсе «Сборка и контроль оптико-электронных приборов», что подтверждено соответствующими актами. 9. Результаты работы докладывались на четырех конференциях и опубликованы в пяти публикациях. 10, Основным итогом выполнения диссертационной работы явилось решение важной научно-технической задачи разработки методики 17О проектирования и создание макета квази-распределенной оптико- электронной измерительной системы контроля деформаций, который по своим метрологическим и эксплуатационным характеристикам позволит существенно повысить качество контроля деформаций объектов различного назначения и надежность их эксплуатации.
171 список источников 1) Проведение исследований и разработка рекомендаций по метрологическому обеспечению разработки, производства и эксплуатации измерительных преобразователей волоконно-оптических датчиков рефлектометрического типа для измерения деформации и температуры: Отчет о НИР (заключит.) / Всерос. ин-т оптико физич-х изм-й (ВН??ИОФИ); Руководитель С.В. Тихомиров, отв. исполн.
В.Е Кравцов, А.Б Пнев, № ГР92564329; Инв№2749.- М., 2003.- 90 с. 2) Кульчин ?О.Н. Распределенные волоконно-оптические датчики и измерительные сети.- Владивосток: Дальнаука,1999.- 283 с. 3) БЬ?уа8?п М., М?гЫопоч' Б., Тепгог1 Р. ?пгег?егошегг?с с?иая? йягг1Ьигей ЙЬег орос яепяог ия1п8' ро1п1-1йе ро1аг1ка6оп соир1егя // БР?Е.- 199б.- Ч,2838.— Р.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
