Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 3)

Первая демонстрация волоконно-оптических акустических измерений на основе эффекта фотоупругости привела к демонстрации системы, в которой была реализована и протестирована волоконно-оптическая гидроакустическая антенная решетка на основе эффекта фотоупругости с компенсацией по температуре и статическому давлению, состоявшая из четырех отдельных преобразователей с общим оптическим источником и модулем регистрации. Процесс разработки, создания и тестирования действующей системы был слишком длинным, и его невозможно здесь подробно описать. Но каждому желающему выполнить дополнительную работу в этой области рекомендуется ознакомиться с заключительным отчетом по этой теме, спонсируемой лабораторией по морским исследованиям, как с практической иллюстрацией проблем, которые приходится преодолевать при создании реальных систем.

Из приведенного выше описания волоконно-оптических датчиков на основе эффекта фотоупругости понятно, что существует широкий спектр потенциальных возможностей их применения. Как правило, эти датчики кодируют изменения исследуемого параметра через изменения интенсивности регистрируемого оптического сигнала. Чтобы исключить ошибки, вызываемые изменениями оптической интенсивности, не обусловленными изменениями исследуемого параметра, необходимо использовать какой-либо внутренний опорный сигнал, а если это невозможно, то откалибровать датчик и поддерживать калибровку в течение всего времени эксплуатации. Продемонстрировано множество методов использования внутреннего опорного сигнала, часто в сочетании с мультиплексированием. Сочетание этих методов мультиплексирования и использования внутреннего опорного сигнала с продемонстрированными датчиками позволяет уже в настоящее время использовать датчики на основе эффекта фотоупругости, если анализ отношения эффективность/стоимость показывает, что такие системы предлагают достаточно существенные преимущества, чтобы преодолеть инерцию применения более традиционных электрических систем. Кроме того, предметом исследований являются альтернативные способы кодирования измерительной информации по длине волны, а не по интенсивности. Однако работа в этой области ограничена из-за отсутствия надежных широкополосных твердотельных источников, совместимых с волоконной оптикой, и трудностей обеспечения точной и эффективной по стоимости обработки модулированного сигнала. Современные разработки оптических излучателей/детекторов позволяют предположить, что спектральное кодирование может стать более реализуемым на практике, чем в прошлом, и по этой причине сейчас мы вернемся к анализу типа датчиков, использующих модуляцию по длине волны для кодирования информации о положении.

2.2 Измерение параметров светового излучения

Для большинства оптических датчиков важной характеристикой является их способность изменять параметры светового излучения (например, интенсивность) под действием управляющих сигналов, которая называется модуляцией света. Управляющие сигналы могут иметь различную природу. Приведем некоторые из них: температура, химические вещества с разными коэффициентами преломления, электрические поля, механическое напряжение и т.д. В этом разделе будет рассматриваться модуляция света под действием электрических сигналов и акустических волн.

Рисунок 2.9-Электрооптический модулятор, состоящий из двух поляризационных фильтров и кристалла

Коэффициент преломления в некоторых кристаллах зависит от приложенного электрического поля. Это объясняется природой распространения лучей света внутри кристалла. Обычно допустимые направления поляризации света определяются симметрией кристалла. Приложенное к кристаллу внешнее электрическое поле может изменить эту симметрию, и, следовательно, привести к модуляции интенсивности света. Одним из часто используемых материалов в электрооптических устройствах является ниобат лития (LiNbO₃). На рисунке 2.9 показан электрооптический модулятор, состоящий из кристалла, расположенного между двумя поляризационными фильтрами, ориентированными под углом 90° друг к другу Входной поляризатор ориентирован под углом 45° к оси кристалла .

Рисунок 2.10-Акустикооптический модулятор, создающий множество лучей

На поверхность кристалла прикреплены два электрода, при изменении напряжения на которых происходит изменение поляризации падающего света на втором поляризаторе, что, в свою очередь, ведет к модуляции интенсивности выходного излучения Подобный эффект можно наблюдать, когда кристалл подвергается воздействию механических сил, особенно, акустических волн. Однако акустико-оптические устройства используются в оптоволоконной технике, в основном, в качестве оптических фазовращателей и сравнительно редко как модуляторы интенсивности излучений. Акустические волны, проходя через кристалл, вследствие эффекта фотоупругости вызывают в нем механические напряжения, линейно изменяющие его коэффициент преломления. Это, в свою очередь, при определенных условиях приводит к отклонению выходящих оптических лучей, также проходящих через этот кристалл (Рисунок 2.10) Таким образом, акустические волны создают для лучей света как бы дифракционную решетку. Акустикооптические устройства часто изготавливаются из ниобата лития и кварца, которые способны работать с акустическими волнами в широком частотном диапазоне: от десятков МГц до нескольких ГГц. Скорость звука через ниобат лития составляет порядка 6х10³м/с, поэтому 1-ГГц акустическая волна, имеющая длину волны 6 мкм, сравнима с излучением в И К спектральном диапазоне.

2.3Измерение ускорения

На рисунке 2.11 приведена структурная схема датчика ускорения, работающего по тому же принципу, что и датчик давления. Здесь также груз прикреплен непосредственно к фотоупругому элементу. При колебаниях на фотоупругий элемент действует сила, пропорциональная произведению массы груза на ускорение,

Рисунок 2.11-Датчик ускорения на основе эффекта Фотоупругости

Если к фотоупругому элементу из эпоксидной смолы прикрепить груз 25 г, го можно мерить ускорения 0,1...30g с точностью ±1 % для колебаний с частотой 0 ..3 кГц. Если же массу груза увеличить до 280 г, то минимальное измеряемое ускорение будет 0,0lg (при отношении сиг нал— шум 40 дБ), а частотная полоса в = 500 Гц.

Заключение

В данной курсовой работе описана общая характеристика фотоупругого эффекта, а также методы измерения параметров светового излучения, давления и ускорения с помощью фотоупругого эффекта.

Список использованных источников

1. Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников. Под ред. Э. Удда. Москва:Техносфера, 2008.-520с.

2. Р.Г. Джексон. Новейшие датчики.- М: Техносфера, 2007.-384с.

3. Дж.Фрайден. Современные датчики. Справочник.- Москва: Техносфера, 2005. - 592c.

Характеристики

Список файлов курсовой работы