Математическая модель функционирования мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя

Рассмотрена конструкция и принцип действия мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические. Данный преобразователь выполнен на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, состоящего из набора оптических аттенюаторов и волоконно-оптического сумматора. Разработана обобщённая математическая модель функционирования мультисенсорного преобразователя, объединяющая в себе частные математические модели функционирования волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, фотоусилителя и преобразователя напряжения в код с двойным интегрированием. Модель представлена в виде аналитических выражений для определения выходного электрического кода в зависимости от значений разрядных цифр входного механического кода с учётом комплекса конструктивных, схемотехнических и энергетических параметров преобразователя. Предложено аналитическое описание преобразованных сигналов частоты в код. Разработан алгоритм численного анализа математической модели функционирования исследуемого устройства, обеспечивающий получение значений предельно допустимых инструментальных погрешностей изготовления элементов преобразователя, при которых реализуется полная достоверность работы устройства. Представленные результаты могут быть использованы для разработки мультисенсорных преобразователей бинарных перемещений систем управления, контроля и мониторинга энергонасыщенных объектов, для которых высокая помехозащищённость, электрическая нейтральность, низкая химическая активность и информационная безопасность имеют первостепенное значение.

1. 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.

2. 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. 2013. Т. 18. Специальный выпуск. С. 95–100.

3. Шишкин В. В., Чурин А. Е., Харенко Д. С., Шелемба И. С. Система мониторинга несущих конструкций футбольного манежа на основе волоконно-оптических датчиков // ФОТОН-ЭКСПРЕСС. 2013. № 6. С. 22–23.

4. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. Пер. с англ. М: Техносфера, 2006, 592 с.

5. Удд Э. Волоконно-оптические датчики: Пер. с англ. М.: Техносфера, 2008, 526 с.

6. Леонович Г. И., Матюнин С. А., Ливочкина Н. А. Мультисенсорный волоконно-оптический преобразователь давления // Вестник самарского аэрокосмического университета. 2011. №7 (31). С. 123–127.

7. Буймистрюк Г. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control engineering РОССИЯ. 2013. № 3 (45). С. 34–40.

8. Hui R., O’Sullivan M., Fiber Optic Measurement Techniques, Amsterdam/London, Academic Press, 2009. 672 p. DOI:10.1016/B978-0-12-373865-3.X0001-8

9. Варжель С. В. Волоконные брэгговские решетки. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 65 с.

10. Samuel Chin-Chong Tseng, US Patent no. 3985423 (12 October 1976).

11. Yong-Kai Chen, Andreas Leven, Kun-Yii Tu, US Patent no. 7061414B2 (1 June 2006).

12. Зеленский В. А. Развитие теории и разработка мультиплексированных волоконно-оптических информационно-измерительных систем мониторинга сложных технических объектов: дис. докт. техн. наук. (МГУПИ, Москва, 2010).

13. Теряева О. В. Мультисенсорные преобразователи информации на основе волоконно-оптических ЦАП: дис. канд. техн. наук (Самарский университет, Самара, 2017).

14. Гречишников В. М., Теряева О. В. Волоконно-оптические преобразователи бортовых датчиков механизации летательных аппаратов // Известия вузов. Авиационная техника. 2016. № 3. С. 12–128.

15. Пат. № 2660623 РФ / Гречишников В. М., Теряева О. В., Арефьев В. В // Изобретения. Полезные модели. 2018. № 19.

16. Пат. № 173159 РФ / Гречишников В. М., Теряева О. В., Арефьев В. В. // Изобретения. Полезные модели. 2017. № 23.

17. Домрачев В. Г., Мейко Б. С. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. М.: Энергоатомиздат, 1984. 328 с.

18. Тихонов Б. Н., Ходжаев И. А. Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие / Под общей редакцией Б. Н. Тихонова. М.: Телеком, 2017. 398 с.

19. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л: Энергоатомиздат, 1988. 304 с.

20. Букреев И. Н., Горячев В. И., Мансуров Б. М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Техносфера, 2009. 712 с.

21. Муханин Л. Г. Схемотехника измерительных устройств. СПб.: Издательство «Лань», 2009. 288 с.

22. Гречишников В. М., Конюхов Н. Е. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений со встроенными волоконнооптическими линями связи. М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с.