Повышение информационной ёмкости волоконно-оптического мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические

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.

1. Гуляев 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.

2. 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.

3. 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.

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

5. 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.

6. Гречишников В. М., Теряева О. В. Волоконно-оптические преобразователи бортовых датчиков механизации летательных аппаратов // Известия вузов. Авиационная техника. 2016. № 3. С. 122–128.

7. 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.

8. 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.

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

10. 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.X0001-8

11. Li W., Pang J., Lu X., Liu J., Photonic Sensors, 2014, vol. 4(2), pp. 173–179. https://doi.org/10.1007/s13320-014-0163-6

12. Luo Z., Wen H., Guo H., Photonic Sensors, 2014, vol. 4(2), pp. 168–172. https://doi.org/10.1117/12.2031185

13. Нуриев И. И. Сенсорные пассивные оптические сети и ключевые вопросы применения в них волоконных брэгговских решеток // Электронный научный журнал «Инженерный вестник Дона». 2016. № 2.

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

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

16. 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.2020-2-20-28

17. Пат. № 2661752 РФ / Гречишников В. М., Теряева О. В., Арефьев В. В // Изобретения. Полезные модели. 2018. № 20.

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

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

20. Гречишников В. М., Конюхов Н. Е. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений со встроенными волоконно-оптическими линями связи. М: Энергоатомиздат, 1992. 160 с.