Реализация принципа двухканальности в волоконно-оптических информационно-измерительных системах 

Елена Александровна Бадеева, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры бухгалтерского учета, налогообложения и аудита, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), badeeva_elena@mail.ru
Татьяна Ивановна Мурашкина, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры приборостроения, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), timurashkina@mail.ru
Екатерина Алексеевна Полякова, начальник отдела надежности, Научно-исследовательский институт физических измерений (Россия, г. Пенза, ул. Володарского, 8/10), yek.polyakova2016@yandex.ru
Илья Евгеньевич Славкин, аспирант, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), ilya-slavkin@yandex.ru
Алексей Николаевич Кукушкин, магистрант, Пензенский государственный университет (Россия, г. Пенза, ул. Красная, 40), Kukushkin.97@mail.ru

621.317 

DOI

10.21685/2072-3059-2021-2-8 

Актуальность и цели. Для повышения точности перспективных волоконно-оптических информационно-измерительных систем, применяемых в жестких условиях ракетно-космической и авиационной техники, целесообразно применение метода инвариантности, в основу которого положен принцип многоканальности с использованием как минимум двух каналов приема и преобразования сигналов, построенных таким образом, чтобы совместная обработка сигналов в электронном тракте приводила к компенсации помех, снижению дополнительных погрешностей, обусловленных воздействием внешних влияющих факторов (климатических, механических), изменением напряжения питания, изгибами оптических волокон. Необходимо выявить условия, обеспечивающие деление светового потока в миро-оптико-механической системе волоконно-оптических датчиков как минимум на два независимых потока, преобразование которых осуществляется независимо в двух измерительных каналах, а также определить структуру инвариантной волоконно-оптической информационно-измерительной системы, реализующей принцип многоканальности. Цель работы – обоснование и реализация принципа пространственной двухканальности в волоконно-оптических информационно-измерительных системах для снижения дополнительных погрешностей в условиях воздействия внешних влияющих факторов. Материалы и методы. Представлена теория, развивающая принцип двухканальности, включая необходимые и достаточные условия ее физической реализации в инвариантных волоконно-оптических информационно-измерительных системах. Предложено двухканальное пространственное преобразование оптических сигналов непосредственно в зоне измерения путем деления одного светового потока на два с помощью особых схем расположения оптических волокон в торцах волоконно-оптических кабелей и оптико-модулирующих элементов, измерительные преобразования которых осуществляются независимо в первом и втором измерительных каналах. Результаты. Разработана инвариантная волоконнооптическая информационно-измерительная система, реализующая принцип пространственной двухканальности путем преобразования двух независимых световых потоков от одного источника излучения, обеспечивающий улучшение ее технических и эксплуатационных характеристик при эксплуатации в условиях характерных изделиям ракетно-космической и авиационной техники. Выводы. Принцип двухканальности в волоконно-оптических информационно-измерительных системах позволил при реализации логометрического или амплитудно-фазового преобразования в 1,5–2 раза снизить дополнительные погрешности измерения, обусловленные воздействием внешних влияющих факторов, свойственных ракетно-космической и авиационной технике. 

Ключевые слова

принцип двухканальности, инвариантность, волоконно-оптическая информационно-измерительная система, датчик, измерительный преобразователь, преобразование, световой поток

 Скачать статью в формате PDF

1. Петров Б. Н., Викторов В. А., Лункин Б. В., Совлуков А. С. Принцип инвариантности в измерительной технике. М. : Наука, 1976. 242 с.
2. Нестеров В. Н., Ли А. Р. Теория и практика проектирования инвариантных измерительных преобразователей и систем на основе двухканального принципа // Известия Самарского научного центра РАН. 2016. Т. 18, № 4 (7). С. 1414–1422.
3. Свистунов Б. Л. Измерительные преобразователи для параметрических датчиков с использованием аналитической избыточности // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2017. № 2. С. 94–100.
4. Чернецов М. В., Чураков П. П. Инвариантное преобразование в измерительных системах с параметрическими датчиками // Измерение. Мониторинг. Управление. Контроль. 2018. № 1. С. 11–17.
5. Murashkina T. I., Istomina T. V., Slavkin I. E., Chukareva M. M., Badeevа E. A., Motin A. V., Intellectual measuring system based of fiber optic sensors // Information
Innovative Technologies : materials of the International scientific-рractical conference / Uvaysov S. U., Ivanov I. A. (ed.). Moscow : Association of graduates and employees of AFEA named after prof. Zhukovsky, 2018. 652 p.
6. Murashkina T. I., Badeevа E. A., Yurova O. V., Savochkina M. M., Motin A. V. Transformation of Signals in the Optic Systems of Differenzial-type Fiber-Optic Transducers // Journal of Engineering and Applied Sciences. 2016. Vol. 11, iss. 13. P. 2853–2857. doi:10.3923/jeasci.2016.2853.2857
7. Бадеева Е. А., Щербакова А. А., Полякова Е. А., Мурашкина Т. И. Оценка взрывопожаробезопасности информационно-измерительных систем на базе волоконнооптических датчиков с открытым оптическим каналом // Обеспечение безопасности АЭС с ВВЭР : сб. тр. 11-й Междунар. науч.-техн. конф. (21–24 мая 2019 г., ОКБ «Гидропресс» г. Подольск). Подольск, 2019. С. 148–150.
8. Мурашкина Т. И., Бадеева Е. А. Волоконно-оптические приборы и системы: Научные разработки НТЦ «Нанотехнологии волоконно-оптических систем» Пензенского государственного университета Ч. I. СПб. : Политехника, 2018. 187 с.
9. Badeeva E. A., Murashkina T. I., Savochkina M. M. Luminous flux control in a fiberoptic measuring transducer // Journal of Physics: Conference Series (JPCS). 2017. Vol. 803 (1).
10. Бадеева Е. А., Мещеряков В. А, Мурашкина Т. И. [и др.]. Волоконно-оптические датчики давления аттенюаторного типа для летательных аппаратов // Датчики и системы. 2003. № 4. С. 11–14.
11. Долгов И. И., Иванов Г. А., Чаморовский Ю. К., Яковлев М. Я. Радиационностойкие одномодовые ОВ с кварцевой сердцевиной // ФОТОН-ЭКСПРЕСС. 2005.
№ 6 (46). С 4–10.
12. Патент 2740538 Российская Федерация. Способ преобразования светового потока и реализующий его волоконно-оптический датчик давления / Бадеева Е. А., Мурашкина Т. И., Серебряков Д. И., Бадеев А. В. Опубл. 15.01.2021, Бюл № 2.
13. Murashkina T. I., Motin A. V., Badeevа E. A. Mathematical simulation of the optical system of a fiber-optic measuring micro motion converter with a cylindrical lens modulation element // Journal of Physics: Conference Series (JPCS). 2017. Vol. 803 (1). P. 012101.
14. Патент 2290605 Российская Федерация. Волоконно-оптический преобразователь перемещения / Пивкин А. Г., Мурашкина Т. И., Бадеева Е. А. Опубл. 27.12.2006, Бюл. № 36.