izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-9-15-23izmertech-1833Research ArticleЛИНЕЙНЫЕ И УГЛОВЫЕ ИЗМЕРЕНИЯLINEAR AND ANGULAR MEASUREMENTSПовышение информационной ёмкости волоконно-оптического мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрическиеIncreasing the information capacity of a fiber-optic multi-sensor converter of binary mechanical signals into electrical signalsГречишниковВ. М.GrechishnikovV. M.

Самара

Samara

gv@ssau.ruКомаровЕ. Г.KomarovE. G.

Москва

Moscow

fuzzykom@gmail.comСамарский национальный исследовательский университет имени академика С. П. КоролеваРоссияS. P. Korolev Samara National Research UniversityRussian FederationМосковский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана (национальный исследовательский университет)РоссияBauman Moscow State Technical University (National Research University)Russian Federation202017072023091523Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1833

Рассмотрена конструкция и принцип действия мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические на основе секционированного волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя с параллельной структурой. Цифроаналоговый преобразователь выполнен из набора простых и технологичных (трёх- и пятиразрядных) волоконно-оптических цифроаналоговых секций. Обоснованы преимущества оптической схемы предложенного преобразователя по метрологическим и энергетическим характеристикам в сравнении с одинарными многоразрядными преобразователями. Показано, что в результате наращивания числа цифроаналоговых секцийможномногократно увеличивать информационную ёмкостьмультисенсорного преобразователя без ужесточения требований к технологии его изготовления и элементной базе. Разработана математическая модель предложенного преобразователя, отражающая особенности функционирования в режиме последовательного во времени преобразования входных механических кодовых векторов отдельных волоконно-оптических секций в электрические аналоги и формирования результирующего выходного кодового вектора. Разработанную математическую модель можно использовать на этапе проектирования преобразователей бинарных механических сигналов для получения обширной и глубокой информации о технических возможностях будущего изделия, не прибегая к дорогостоящему физическому эксперименту.

The design and operation principle of a multi-sensor Converter of binary mechanical signals into electrical signals based on a partitioned fiber-optic digital-to-analog Converter with a parallel structure is considered. The digital-to-analog Converter is made from a set of simple and technological (three to five digit) fiber-optic digital-to-analog sections. The advantages of the optical scheme of the proposed Converter in terms of metrological and energy characteristics in comparison with single multi-bit converters are justified. It is shown that by increasing the number of digital-analog sections, it is possible to repeatedly increase the information capacity of a multi-sensor Converter without tightening the requirements for its manufacturing technology and element base. A mathematical model of the proposed Converter is developed that reflects the features of its operation in the mode of sequential time conversion of the input code vectors of individual fiber-optic sections into electrical analogues and the formation of the resulting output code vector.

мультисенсорный преобразовательинформационная ёмкостьцифроаналоговый преобразовательбинарный сигналметрологические характеристикиэнергетическая эффективностьматематическая модель.multi-sensor сonverterinformation capacitydigital-to-analog сonverterbinary signalmetrological characteristicsenergy efficiencymathematical model.ReferencesГуляев Ю.В., Никитов С.А., Потапов В.Т., Чаморовский Ю.К. Волоконно-оптические технологии, устройства, датчики и системы // ФОТОН-ЭКСПРЕСС. 2005. № 6(46). С. 114–127.Gulyaev Yu. V., Nikitov S. A., Potapov V. T., Chamorovsky Yu. K., Photon-Express, 2005, no. 6 (46), pp. 114–127 (in Russian).Гармаш В. Б., Егоров Ф. А., Коломиец Л. Н., Неугодников А. П., Поспелов В. И. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических измерительных систем в современном приборостроении // ФОТОН-ЭКСПРЕСС. 2005. № 6(46). С. 128–140.Garmash V. B., Egorov F. A., L. N. Kolomiets L. N., Neugodnikov A. P., Pospelov V. I., Photon-Express, 2005, no. 6 (46), pp. 128–140 (in Russian).Макаров Ю. Н., Серебряков Д. И., Мурашкина Т. И., Граевский О. С. Многоканальный волоконно-оптический уровнемер и способ его изготовления // Датчики и системы. 2009. № 12(127). С. 43–46.Makarov Yu. N., Serebryakov D. I., Murashkina T. I., Graevsky O. S., Sensors & Systems, 2009, no. 12 (127), pp. 43–46 (in Russian).Леонович Г. И., Матюнин С. А., Ливочкина Н. А. Мультисенсорный волоконно-оптический преобразователь давления // Вестник самарского аэрокосмического университета. 2011. № 7 (31). С. 123–127.Leonovich G. I., Matyunin S. A., Levochkina N. A., Vestnik of Samara aerospace University, 2011, no. 7 (31), pp. 123–127 (in Russian).Бабин С. А., Глушко С. К., Цыба А. М., Чейдо Г. П., Шелемба И. С., Шакиров С. Р. Концепция многофункциональной системы безопасности угольной шахты с использованием волоконно-оптических технологий // Вычислительные технологии. Специальный выпуск. 2013. Т. 18. С. 95–100.Babin S. A., Glushko S. K., Tsyba A. M. Cheido G. P., Shelemba I. S., Shakirov S. R., Computational Technologies, 2013, vol. 18, Special issue, pp. 95–100 (in Russian).Гречишников В. М., Теряева О. В. Волоконно-оптические преобразователи бортовых датчиков механизации летательных аппаратов // Известия вузов. Авиационная техника. 2016. № 3. С. 122–128.Grechishnikov V. M., Teryaeva O. V., Russian Aeronautics, 2016, no. 3, pp. 122–128.Гречишников В. М., Леонович Г. И., Лукин А. С., Ливочкина Н. А. Мультисенсорные волоконно-оптические преобразователи транспортных систем // Известия Самарского научного центра РАН. Специальный выпуск «Перспективы и направления развития транспортной системы». Самара. СНЦ РАН. 2007. С. 95–99.Grechishnikov V. M., Leonovich G. I., Lukin A. S., Livochkina N. A., Izvestiya Samara scientifi c center of the Russian Academy of Sciences, 2007, pp. 95–99 (in Russian).Шишкин В. В., Чурин А. Е., Харенко Д. С., Шелемба И. С. Система мониторинга несущих конструкций футбольного манежа на основе волоконно-оптических датчиков // ФОТОНЭКСПРЕСС. 2013. № 6. С. 22–23.Shishkin V. V., Churin A. E., Harenko D. S., Shelemba I. S., Photon-Express, 2013 no. 6, pp. 22–23 (in Russian).Буймистрюк Г. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control engineering РОССИЯ. 2013. № 3(45). С. 34–40.Buymistruk G., Control Engineering RUSSIA, 2013, no. 3 (45), pp. 34–40 (in Russian).Hui R., O’Sullivan M., Fiber Optic Measurement Techniques, Academic Press, 2009, 672 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-373865-3-да.X0001-8Hui R., O’Sullivan M., Fiber Optic Measurement Techniques, Academic Press, 2009, 672 p. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-373865-3-да.X0001-8Li W., Pang J., Lu X., Liu J., Photonic Sensors, 2014, vol. 4(2), pp. 173–179. https://doi.org/10.1007/s13320-014-0163-6Li W., Pang J., Lu X., Liu J., Photonic Sensors, 2014, vol. 4(2), pp. 173–179. https://doi.org/10.1007/s13320-014-0163-6Luo Z., Wen H., Guo H., Photonic Sensors, 2014, vol. 4(2), pp. 168–172. https://doi.org/10.1117/12.2031185Luo Z., Wen H., Guo H., Photonic Sensors, 2014, vol. 4(2), pp. 168–172. https://doi.org/10.1117/12.2031185Нуриев И. И. Сенсорные пассивные оптические сети и ключевые вопросы применения в них волоконных брэгговских решеток // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2016. № 2.Nuriev I. I., Electronic scientifi c journal “Engineering Bulletin of the Don”, 2016, no. 2 (in Russian).Варжель С. В. Волоконные брэгговские решетки. СПб: Университет ИТМО, 2015. 65 с.Vargel S. V. Fiber Bragg gratings, St. Petersburg, ITMO University Publ., 2015, pp. 65 (in Russian).Теряева О. В. Мультисенсорные преобразователи информации на основе волоконно-оптических ЦАП: дис. канд. техн. наук. (Самарский университет, Самара, 2017).O. V. Teryaeva, Candidate’ s dissertation. Technical Science (Samara University, Samara, 2017) (in Russian).Гречишников В. М., Макаров Е. Г. Математическая модель функционирования мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя // Измерительная техника. 2020. № 2. С. 20–26. https://doi.org/10.32466/0368-1025it.2020-2-20-28Grechishnikov V. M., Komarov E. G., Measurement Techniques, 2020, vol. 63, pp. 96–105. https://doi.org/10.1007/s11018-020-01756-6Пат. № 2661752 РФ / Гречишников В. М., Теряева О. В., Арефьев В. В // Изобретения. Полезные модели. 2018. № 20.Grechishnikov V. M., Teryaev O. V., Aref’ev V. V., Patent RF no. 2661752, Byull Izobret., no. 20 (2018).Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л: Энергоатомиздат, 1988. 304 с.Gutnikov V. S., Integrated electronics in measuring devices, Leningrad, Energoatomizdat Publ., 1988, 304 p. (in Russian).Домрачев В. Г., Мейко Б. С. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. М: Энергоатомиздат, 1984. 328 с.Domrachev V. G., Meiko B. S. Digital angle converters: principles of construction, accuracy theory, control methods, Moscow, Energoatomizdat Publ., 1984, 328 p. (in Russian).Гречишников В. М., Конюхов Н. Е. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений со встроенными волоконно-оптическими линями связи. М: Энергоатомиздат, 1992. 160 с.Grechishnikov V. M., Konyukhov N. E. Optoelectronic digital displacement sensors with integrated fi ber-optic communication lines, Moscow, Energoatomizdat Publ., 1992, 160 p. (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.