Содержание общие вопросы метрологического обеспечения измерительных систем 9 Брюханов В. А. 9
| Вид материала | Доклад |
- Вопросы по дисциплине «Метрология, стандартизация и сертификация» для подготовки, 69.28kb.
- Организационной основой метрологического обеспечения ОАО «Теплоприбор» является Центр, 31.48kb.
- Совершенствование метрологического обеспечения инклинометрии нефтегазовых скважин 25., 254.4kb.
- Решение IX семинара по вопросам метрологического обеспечения топографо-геодезического, 201.85kb.
- Эталонный комплекс для метрологического обеспечения акустических измерений в твердом, 58.45kb.
- Экзаменационные вопросы по дисциплине «Измерительная техника», 40.7kb.
- Методика приемки из наладки в эксплуатацию измерительных каналов информационно-измерительных, 235.63kb.
- Отдел метрологического обеспечения измерений физико-химических величин, 18.17kb.
- Рабочая программа дисциплины мерительные устройства систем управления, 448.87kb.
- Анализ и синтез измерительных преобразователей с частотным выходным сигналом для информационно-измерительных, 675kb.
Цифровой измеритель давления
с управляемым волоконно-оптическим сенсором
В последние 10 лет в России и в Украине активно развиваются новые методы и средства измерений давления с использованием волоконно-оптических сенсоров давления (ВОСД). Если научные школы России развивают преимущественно прямые оптико-электронные (ОЭ) методы измерений давления с использованием структурных методов повышения точности измерений и методов поэлементной коррекции, то учёные Украины успешно развивают ОЭ методы избыточных измерений (МИИ) давления с автоматической коррекцией погрешностей.
Анализ исследований и публикаций
Среди амплитудных ВОСД большую группу составляют ВОСД рефлексометрического типа, в которых модуляция потока оптического излучения осуществляется за счёт изменения расстояния между зеркальной поверхностью мембраны, являющейся чувствительным элементом ВОСД, и торцами световодов подводящих и отводящих оптическое излучение [1].
Обобщённая структурная схема цифрового измерителя давления (ЦИД), реализующего ОЭ метод измерения давления, включает в себя, как правило, ВОСД, источник оптического излучения, фотоприёмник, волоконно-оптический кабель (ВОК), образованный из подводящих и отводящих оптическое излучение световодов, преобразователь “напряжение-код” (ПНК) и цифровое отсчётное устройство (ЦОУ).
Основными составляющими систематической погрешности результата измерения давления с помощью ЦИД являются [1]:
– погрешность от нелинейности функции преобразования (ФП) ВОСД;
– погрешность от нелинейности ФП фотоприёмника;
– температурная погрешность, обусловленная: а) линейным расширением конструктивных элементов ВОСД (например, мембраны) при изменении температуры окружающей среды; б) температурной нестабильностью характеристик источника оптического излучения; в) температурной нестабильностью характеристик фотоприёмника.
Традиционным методом уменьшения погрешностей от нелинейности ФП ВОСД и фотоприёмника является кусочно-линейная аппроксимация ФП с последующим выбором участков, на которых обеспечиваются минимальное значение погрешности аппроксимации и максимальное значение крутизны преобразования [2].
Для уменьшения температурной погрешности ВОСД используется ряд конструктивных способов: введение в конструкцию ВОСД дополнительного компенсирующего канала; использование в ВОСД металлической прокладки, материал которой имеет температурный коэффициент линейного расширения отличный от коэффициента линейного расширения материала мембраны; введение в конструкцию ВОСД коллимирующей линзы, формирующей параллельный ход лучей в сторону мембраны [3–5].
Для компенсации погрешности, обусловленной температурной нестабильностью характеристик источника оптического излучения используют просветляющие термостабилизирующие покрытия. Задача температурной стабилизации характеристик фотоприёмника, чаще всего, решается путём термостатирования его чувствительного элемента или путём использования разных схемотехнических решений [6].
Наиболее эффективными методами уменьшения систематической погрешности результата измерениq давления являются ОЭ МИИ. В работах [7, 8] показано, что ОЭ МИИ давления обеспечивают автоматическую коррекцию погрешности от нелинейности ФП фотоприёмника, а также составляющих температурной погрешности, обусловленных нестабильностью характеристик источника оптического излучения и фотоприёмника.
Постановка задачи
Задачей исследования является изучение возможностей создания ЦИД с управляемым ВОСД, реализующего ОЭ МИИ давления и обеспечивающего автоматическую коррекцию погрешности от нелинейности ФП ВОСД и всех составляющих температурной погрешности.
Целью исследования является создание ОЭ МИИ давления и соответствующего технического решения ЦИД, обеспечивающих решение поставленной задачи.
Решение поставленной задачи и полученные результаты
Решение поставленной технической задачи осуществлялось по следующим четырём направлениям: а) разработка конструкции управляемого ВОСД; б) изучение процесса модуляции мощности потока оптического излучения и вывод аналитического выражения для ФП ВОСД; в) описание процесса измерительного преобразования давления в электрический сигнал и вывод ФП измерительного канала ЦИД; г) описание сущности МИИ давления и технического решения ЦИД.
Конструкция и принцип действия управляемого ВОСД
В качестве сенсора в предлагаемом техническом решении ЦИД используется модифицированный рефлексометрический ВОСД на едином подводяще-отводящем световоде (ПОС) [9], конструкция которого приведена на рис. 1, где 1 – штуцер; 2 – мембрана; 3 – корпус; 4 – пьезоэлектрический элемент тороидальной формы; 5 – посеребренный контактный элемент; 6 – диэлектрическая втулка; 7 – функциональный держатель; 8 – ПОС; 9 – наконечник; 10 – электрический разъём; 11 – световодный соединитель (СС); 12 – ВОК; 13 – световодный ответвитель (СО).
Рис. 1. Конструкция управляемого ВОСД
Мембрана 2 имеет зеркальную внутреннюю поверхность и выполнена за одно целое со штуцером 1. Штуцер 1 соединён с корпусом 3 при помощи сваривания. Напротив зеркальной поверхности мембраны 2 на нормированном по значению расстоянии
в функциональном держателе 7 закреплён торец ПОС 8, радиус сердцевины которого равен 
. Между мембраной 2 и функциональным держателем 7 размещён пьезоэлектрический элемент 4, ширина которого с заданной точностью равна 
. Подключение пьезоэлектрического элемента 4 к источнику питания осуществляется через электрический разъём 10.Для исключения выпадения росы или конденсата на зеркальной поверхности мембраны внутренняя полость ВОСД заполняется инертным газом аргоном [1]. Давление газа аргона во внутренней полости ВОСД устанавливается по своему значению равным
.Принцип действия ВОСД заключается в следующем. От источника оптического излучения (на рис. 1 не показан) поток оптического излучения
через СО 13, ВОК 12 и СС 11 вводится в ПОС 8 и по нему подаётся на зеркальную поверхность мембраны 2.В зависимости от значения давления
, воздействующего на внешнюю поверхность мембраны 2, изменяется расстояние 
между её центром и торцом ПОС 8. Это приводит к изменению мощности потока оптического излучения 
, отражённого от зеркальной поверхности мембраны 2 и возвращённого в торец ПОС 8. Модулированный поток оптического излучения через ПОС 8, ВОК 12 и СО 13 подаётся на фотоприёмник (на рис. 1 не показан). Напряжение 
, полученное на выходе фотоприёмника, является функцией .Особенностью предложенной конструкции ВОСД является то, что она обеспечивает получение информативной избыточности за счёт увеличения расстояния между мембраной 2 и торцом ПОС 8 на нормированное по значению приращение
. Последнее эквивалентно подаче на вход ВОСД давления 
(
, где 
– нормированное по значению приращение давления). Таким образом, корректирующая физическая величина является сопряжённой с физической величиной .Увеличение расстояния между мембраной 2 и торцом ПОС 8 обеспечивают за счёт увеличения ширины пьезоэлектрического элемента 4 под действием электрического поля, создаваемого между штуцером 1 и контактным элементом 5.
Особенности процесса модуляции мощности потока оптического излучения
Прежде чем перейти к описанию процесса модуляции предварительно рассмотрим структуру потока оптического излучения
, испускаемого торцом ПОС в направлении зеркальной поверхности мембраны (рис. 2).Согласно [1, 3, 5], поток оптического излучения
может быть представлен в виде совокупности элементарных параллельных световых пучков, испускаемых каждой точкой торца ПОС. При этом в структуре потока оптического излучения можно выделить две области пространства: внутреннюю и внешнюю.
Рис. 2. Графические построения, поясняющие структуру потока оптического излучения, который формируется торцом ПОС
Внутренняя область пространства ограничивается боковой поверхностью конуса, образующими которого являются световые лучи 1 и 2, излучённые из края сердцевины ПОС под апертурным углом
к его оптической оси 
. Основанием конуса является окружность радиусом , а вершиной – точка 
, удалённая от основания конуса на расстояние 
, которое зависит от апертурного угла и радиуса сердцевины ПОС: 
.Внешняя область пространства ограничена снаружи боковой поверхностью усечённого конуса, образующими которого являются световые лучи 3 и 4, идущие из края сердцевины ПОС под апертурным углом
к оптической оси . Верхним основанием усечённого конуса является окружность радиусом , а нижним основанием – окружность радиусом 
, причём 
. Изнутри внешняя область пространства ограничена внутренней областью пространства.Следует отметить, что плотность энергии излучения во внутреннем пространстве в 2 раза выше плотности энергии излучения во внешнем пространстве [3].
Сечение
потока оптического излучения плоскостью, перпендикулярной к оптической оси и расположенной на расстоянии (
) от плоскости торца ПОС, имеет круговую (с радиусом 
(
)) и кольцевую (с внешним радиусом 
(
)) освещённые зоны. При этом энергетическая освещённость круговой зоны в 2 раза выше энергетической освещённости кольцевой зоны. Сечение
потока оптического излучения плоскостью, расположенной на расстоянии от плоскости торца ПОС, представляет собой равномерно освещённую круговую зону радиусом .Рассмотрим процесс модуляции мощности потока оптического излучения
измеряемым давлением . Как было сказано выше, модуляция мощности потока оптического излучения в ВОСД осуществляется за счёт изменения расстояния между зеркальной поверхностью мембраны и торцом ПОС. При этом возможны четыре случая распределения отражённого потока оптического излучения в плоскости торца ПОС (см. рис. 3, где 1 – мембрана; 2 – ПОС).1.
(рис. 3, а). В данном случае в плоскости торца ПОС образуются круговая и кольцевая освещённые зоны. Круговая зона формируется световыми лучами отражёнными мембраной по направлению к центру сердцевины ПОС и имеет радиус 
(
).Кольцевая зона формируется световыми лучами отражёнными по направлению от центра сердцевины ПОС и имеет внешний радиус
(
). Энергетическая освещённость круговой зоны в 2 раза выше энергетической освещённости кольцевой зоны. Для данного случая на основе графических построений получена ФП ВОСД в виде нелинейного уравнения величин
, (1)где
– постоянный коэффициент (
).2.
(рис. 3, б). В данном случае в плоскости торца ПОС формируется равномерно освещённая круговая зона радиусом 
(
). Мощность потока оптического излучения, возвращающегося в торец ПОС, равна 
.3.
(рис. 3, в). В плоскости торца ПОС образуются освещённая кольцевая (с внешним радиусом ) и неосвещённая круговая (с радиусом 
(
)) зоны. Ширина освещённой кольцевой зоны равна 
. Для данного случая на основе графических построений получена ФП ВОСД в виде линейного уравнения величин
(2)
| а | б | в |
Рис. 3. Графические построения, иллюстрирующие процессы взаимодействия потока оптического излучения с зеркальной поверхностью мембраны
4.
. В данном случае неосвещённая круговая зона полностью перекрывает торец ПОС (
), а следовательно в ПОС поток оптического излучения не поступает (
).Из выше приведенных данных следует, что:
1. вследствие неоднородности структуры потока оптического излучения
, испускаемого из торца ПОС в направлении зеркальной поверхности мембраны, наблюдаются два явления модуляции: эффект линейной модуляции (при ) и эффект нелинейной модуляции (при );2. ФП ВОСД состоит из равных по длине линейного и нелинейного участков, сопряжённых в точке соответствующей условию
;3. нелинейность ФП ВОСД имеет место при глубине модуляции превышающей
;4. для обеспечения корректной работы ВОСД начальное расстояние
между зеркальной поверхностью мембраны и торцом ПОС должно устанавливаться по своему значению меньшим чем 
;5. для расширения диапазона измерения давления
в качестве ПОС необходимо использовать волоконный световод с максимально допустимым, для данной конструкции ВОСД, радиусом сердцевины и минимальным апертурным углом .Произведём сравнение длин рабочих участков ФП ВОСД при различных значениях радиуса сердцевины
и апертурного угла ПОС. В [1, 5] рекомендуется использовать в амплитудных ВОСД световоды следующих трёх типов: 1) кварцевые многомодовые 1-го класса (
, 
); 2) кварцевые многомодовые 2-го класса (
, 
); 3) многомодовые для инфракрасного излучения с длинной волны более 
(
, 
).Проведенный сравнительный анализ показал, что при использовании в качестве ПОС световода 3-го типа обеспечивается расширение диапазона измерения давления в 1,67 раза по сравнению с результатами, полученными при использовании световода 2-го типа, и в 2,66 раза – при использовании световода 1-го типа (см. рис. 4).
1 – при
, 
;2 – при
, 
;3 – при
, 
Рис. 4. Графики относительной ФП ВОСД:
ФП измерительного канала ЦИД
В связи с тем, что ФП ВОСД состоит из линейного и нелинейного участков, сопряжённых в точке соответствующей условию
, весь диапазон измерения давления целесообразно разделить на два поддиапазона. Первому поддиапазону измерения давления будет соответствовать поддиапазон изменения расстояния от значения до значения 
, а второму – от до значения, обусловленного погрешностью измерения.ФП давления
в расстояние описывается линейным уравнением величин [4]:
, (3)где
– начальное расстояние между центром мембраны и торцом ПОС (
); 
– коэффициент преобразования давления в расстояние (
); 
– радиус мембраны; 
– толщина мембраны; 
– модуль Юнга материала мембраны; 
– коэффициент Пуассона материала мембраны.Составным элементом измерительного канала ЦИД является фотоприёмник, состоящий из чувствительного элемента (полупроводникового фотодиода) и усилителя напряжения. При номинальной температуре окружающей среды ФП такого фотоприёмника в линейном приближении описывается уравнением величин:
, (4)где
– мощность потока оптического излучения, падающего на чувствительный элемент фотоприёмника; 
– вольтовая чувствительность фотоприёмника (
); 
– коэффициент усиления усилителя напряжения; 
– постоянная Больцмана (
); 
– номинальная абсолютная температура; 
– интегральная токовая чувствительность фотодиода; 
– заряд электрона (
); 
– темновой ток фотодиода.Номинальные ФП измерительного канала ЦИД (ВОСД и фотоприёмника), с учётом уравнений величин (1) – (4), для первого и второго поддиапазонов измерения давления имеют, соответственно, вид
Реальные ФП измерительного канала ЦИД для указанных поддиапазонов, с учётом влияния дестабилизирующих факторов, описываются следующими уравнениями величин:
, (5)
где
, 
и 
– параметры ФП, учитывающие влияние дестабилизирующих факторов (
; 
; 
); 
– относительное отклонение вольтовой чувствительности фотоприёмника от номинального значения при изменении температуры окружающей среды (
); 
– отклонение температуры окружающей среды от номинального значения; 
– относительное отклонение мощности источника оптического излучения от номинального значения вследствие изменения температуры окружающей среды; 
– относительное отклонение расстояния между мембраной и торцом ПОС от номинального значения при изменении температуры окружающей среды (
); 
– температурный коэффициент линейного расширения материала мембраны; 
– ширина запрещённой зоны полупроводника из которого изготовлен чувствительный элемент фотоприёмника; 
– темновое напряжение фотоприёмника (
).Таким образом, получены аналитические выражения для ФП измерительного канала ЦИД для первого и второго поддиапазонов измерения давления. Данные аналитические выражения связывают между собой все физические величины, участвующие в процессе преобразования.
Техническое решение ЦИД с автоматической коррекцией погрешностей
Рассмотрим решение задачи автоматической коррекции погрешностей измерения давления с помощью ЦИД, структурная схема которого приведена на рис. 5, где 1 – электромагнитный клапан давления; 2 – усилитель мощности; 3 – управляемый ВОСД; 4 и 5 – волоконные световоды; 6 – источник оптического излучения; 7 – высоковольтный преобразователь; 8 – фотоприёмник; 9 – микроконтроллер (МК); 10 – преобразователь «код-напряжение» (ПКН); 11 – интегрирующий ПНК; 12 – ЦОУ; 13 – оперативное запоминающее устройство (ОЗУ); 14 – постоянное запоминающее устройство (ПЗУ); 15 – общая шина (ОШ).
Рис. 5. Структурная схема ЦИД
Опишем работу ЦИД как в первом (при линейной ФП измерительного канала (5)), так и во втором (при нелинейной ФП измерительного канала (6)) поддиапазонах измерения давления.
После включения прибора все функциональные блоки устанавливаются в исходное положение. Входные регистры чисел ЦОУ 12 и ПКН 10 обнуляются. В результате ЦОУ 12 отображает нулевой результат. На выходе высоковольтного преобразователя 7 напряжение отсутствует. Клапан давления 1 установлен в закрытое положение, а источник оптического излучения 6 выключен.
Выбор поддиапазона измерений давления осуществляется автоматически следующим образом. По команде с МК 9 клапан давления 1 переводится в открытое положение. В штуцер ВОСД подводится среда, давление которого измеряется.
В результате прогиба мембраны ВОСД под действием давления
расстояние между её центром и торцом ПОС по своему значению устанавливается равным 
. Далее по команде с МК 9 включается источник оптического излучения 6. Поток оптического излучения от источника 6 поступает через световод 4, ВОК и ПОС на зеркальную поверхность мембраны ВОСД. Часть потока оптического излучения отражённого от мембраны возвращается в торец ПОС и передаётся на вход фотоприёмника 8. Выходное напряжение 
фотоприёмника подаётся на ПНК 11 и преобразуется в код числа
,где
– крутизна аналого-цифрового преобразования.Код числа
поступает через ОШ 15 в ОЗП 13, где запоминается. Затем в МК 9 осуществляется сравнение кода числа с заранее записанным в ПЗУ 14 кодом числа 
(
). В случае если 
, то процесс измерения осуществляется в соответствии с алгоритмом, записанным в ПЗУ 14 для первого поддиапазона измерения. В противном случае (
) процесс измерения осуществляется в соответствии с алгоритмом, записанным в ПЗУ 14 для второго поддиапазона измерений.Первый поддиапазон измерений давления
В данном поддиапазоне осуществляются три такта промежуточных измерений и один такт обработки полученных результатов промежуточных измерений.
В первом такте клапан давления 1 находится в закрытом состоянии. На выходе высоковольтного преобразователя 7 напряжение отсутствует. По команде с МК 9 включается источник оптического излучения 6. Поток оптического излучения
от источника 6 поступает через световод 4, ВОК и ПОС на зеркальную поверхность мембраны ВОСД. Часть потока оптического излучения отражённого от мембраны возвращается в торец ПОС и передаётся на вход фотоприёмника 8.На выходе фотоприёмника 8 образуется напряжение
,которое поступает на вход ПНК 11 и преобразуется в код числа
. (7)По команде с МК 9 код числа
(7) поступает через ОШ 15 в ОЗП 13, где запоминается.Во втором такте по команде с МК 9 в регистр числа ПКН 10 записывается код числа
. В результате на выходе ПКН 10 появляется нормированное по значению напряжение 
, которое подаётся на вход высоковольтного преобразователя 7. При помощи высоковольтного преобразователя 7 напряжение преобразуется в высоковольтное напряжение 
, которое подаётся на электрический вход ВОСД. В результате в ВОСД между штуцером и контактным элементом образуется электрическое поле с нормированной по значёнию напряжённостью 
.Под действием напряжённости
электрического поля ширина пьезоэлектрического элемента пропорционально изменяется. Взаимосвязь ширины пьезоэлектрического элемента с напряжённостью электрического поля описывается уравнением величин [10]:
,где
– постоянный безразмерный коэффициент; 
– диэлектрическая проницаемость материала пьезоэлектрического элемента; 
– напряжённость электрического поля в поперечном направлении; 
– модуль Юнга материала пьезоэлектрического элемента.Изменение ширины
пьезоэлектрического элемента приводит к изменению расстояния между центром мембраны и торцом ПОС на нормированную по значению величину , причём 
.Аналогично первому такту поток оптического излучения
поступает на зеркальную поверхность мембраны ВОСД. Часть потока оптического излучения отражённого от мембраны возвращается в торец ПОС и передаётся на вход фотоприёмника 8. Выходное напряжение фотоприёмника 8
с помощью ПНК 11 преобразуется в код числа
. (8)Код числа
(8) запоминается в ОЗУ 13.В третьем такте по команде с МК 9 регистр числа ПКН 10 обнуляется. Вследствие этого в ВОСД напряжённость электрического поля между штуцером и контактным элементом по своему значению становится равной нулю, а ширина пьезоэлектрического элемента уменьшается до величины
.Одновременно клапан давления 1 по команде с МК 9 переводится в открытое положение. В штуцер ВОСД подводится среда, давление
которого измеряется. В результате прогиба мембраны 2 под действием давления расстояние между её центром и торцом ПОС по своему значению устанавливается равным .Поток оптического излучения
, как и в предыдущих тактах, поступает на зеркальную поверхность мембраны ВОСД. Часть потока оптического излучения отражённого от мембраны возвращается в торец ПОС и передаётся на вход фотоприёмника 8. На выходе фотоприёмника 8 образуется напряжение
,которое подаётся на вход ПНК 11, где преобразуется в код числа
. (9)Код числа
(9) запоминается в ОЗУ 13.В четвёртом такте полученные результаты промежуточных измерений (7) – (9) обрабатываются в соответствии с уравнением числовых значений
. (10)Полученный результат измерения давления (10) отображается на индикаторе ЦОУ 12.
В при использовании уравнения числовых значений (10) достигается исключение влияния на результат измерения давления абсолютных значений следующих параметров ФП (6):
, и . Кроме того, исключаются аддитивные и мультипликативные составляющие систематической погрешности результата измерения, обусловленные отклонениями , , указанных параметров от их номинальных значений и наличием темнового напряжения фотоприёмника .Второй поддиапазон измерений давления
В данном поддиапазоне осуществляются четыре такта промежуточных измерений и один такт обработки полученных результатов промежуточных измерений. Первый и второй такты измерений идентичны первому и второму тактам измерений, описанным выше (для первого поддиапазона измерения давления).
В третьем такте клапан давления 1 (рис. 5) переводится в открытое положение. По команде с МК 9 в регистр числа ПКН 10 подаётся код нуля. Это обеспечивает отсутствие напряжения на выходе высоковольтного преобразователя 7, а, следовательно, и отсутствие электрического поля в ВОСД между штуцером и контактным элементом.
Как и в предыдущих тактах, поток оптического излучения
от источника 6 поступает на зеркальную поверхность мембраны ВОСД. Часть потока оптического излучения отражённого от мембраны возвращается в торец ПОС и передаётся на вход фотоприёмника 8.Выходное напряжение фотоприёмника 8
подаётся на вход ПНК 11 и с его помощью преобразуется в код числа
, (11)который через ОШ 15 поступает в ОЗУ 13, где и запоминается.
В четвёртом такте источник оптического излучения 6 по команде с МК 9 выключается. В результате на вход фотоприёмника 8 поток оптического излучения не поступает, а, следовательно, на его выходе присутствует только темновое напряжение
. Выходное напряжение фотоприёмника 8 
(
) подаётся на вход ПНК 11 и преобразуется в код числа
. (12)Код числа
(12) по команде с МК 9 поступает через ОШ 15 в ОЗУ 13, где запоминается.В пятом такте полученные результаты промежуточных измерений (7), (8), (11) и (12) обрабатываются в соответствии с другим уравнением числовых значений
где
.Полученный результат измерения давления (13) отображается на индикаторе ЦОУ 12.
Установлено, что при обработке результатов промежуточных измерений (7), (8), (11) и (12) в соответствии с уравнением числовых значений (13) обеспечивается автоматическая коррекция систематической и случайной составляющих погрешности результата измерения давления. Это несложно показать, если подставить в (13) уравнения числовых значений (7), (8), (11) и (12).
Уровень случайных погрешностей уменьшается за счёт использования в ЦИД интегрирующего ПНК 11. В отдельных случаях при высоком уровне случайных погрешностей в каждом такте проводятся
-кратные измерения напряжения (
) с последующей обработкой полученных результатов по соответствующему алгоритму, записанному в ПЗУ 14.Особенностью процесса измерения давления является то, что число тактов измерения в первом и втором поддиапазонах различно.
Выводы
1. Описана конструкция управляемого ВОСД, предназначенного для реализации ОЭ МИИ. Предложенная конструкция ВОСД обеспечивает получение информативной избыточности за счёт управления параметрами сенсора.
2. Особенностью процесса модуляции мощности потока оптического излучения измеряемым давлением является наличие двух эффектов: линейного и нелинейного.
3. Установлено, что ФП ВОСД состоит из двух чётко выраженных частей: линейного и нелинейного участков.
4. Благодаря избыточным измерениям решена задача системной линеаризации общей (виртуальной) ФП ЦИД.
5. За счёт обработки результатов промежуточных измерений согласно соответствующему уравнению числовых значений обеспечивается автоматическая коррекция систематической и случайной составляющих погрешности измерения.
6. Предложенное техническое решение ЦИД может использоваться как автономно, так и в составе информационно-измерительных систем.
Литература
1. Бадеева Е.А., Гориш А.В., Котов А.Н., Мурашкина Т.И., Пивкин А.Г. Теоретические основы проектирования амплитудных волоконно-оптических датчиков давления с открытым оптическим каналом: Монография. – М.: МГУЛ, 2004. – 246 с.
2. Кондратов В.Т., Зарницина А.А., Редько В.В., Ситар В.Б. Аппроксимация функции преобразования фотодиода для задач избыточных измерений физических величин // Вісник КНУТД. – 2004, №6. – С. 29-36.
3. Зак Е.А. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 128 с.
4. Мещеряков В.А., Мурашкина Т.И., Мурашкина Е.А. Волоконно-оптические датчики давления отражательного типа для летательных аппаратов // Датчики и системы. 2001, № 9. – С. 14-18.
5. Мурашкина Т.И., Волчихин В.И. Амплитудные волоконно-оптические датчики автономных систем управления: Монография. – Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. – 188 с.
6. Конюхов Н.Е., Плютт А.А., Марков П.И. Оптоэлектронные контрольно-измерительные устройства. – М.: Энергоатомиздат, 1985. – 152 с.
7. Кондратов В.Т., Редько В.В. Цифровой измеритель давления с оптическим сенсором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Хмельницкий, 2004, № 2. – С. 22-25.
8. Кондратов В. Т., Редько В.В. Анализ методической погрешности цифрового измерителя давления с оптическим сенсором // Вимірювальна та обчислювальна техніка в технологічних процесах. Хмельницкий, 2004, № 1. – С. 41-47.
9. Волоконная оптика и приборостроение / Бутусов М.М., Галкин С.Л., Оробинский С.П., Пал Б.П.; Под общ. ред. Бутусова М. М. – Л.: Машиностроение. Ленингр. отд-ние, 1987. – 328 с.
10. Джагупов Р.Г., Ерофеев А.А. Пьезокерамические элементы в приборостроении и автоматике. – Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1986. – 256 с.
Авторы
Кондратов Владислав Тимофеевич – ведущий научный сотрудник института кибернетики им. В.М. Глушкова Национальной академии наук Украины, д.т.н., доцент
Украина, 03187, Киев-187, пр. Глушкова, 40.
Тел. +380 (044) 526-24-69, факс (841-2) 49-82-63, 49-85-00
E-mail: vlad@vladikon.kiev.ua
Редько Виталий Владимирович – студент 6 курса Института информационно-диагностических систем Национального авиационного университета
E-mail: blist2002@mail.ru