Көшкінбаев сәулетбек жолдықараұлы технологиялық процестерді бақылауға арналған талшықты-оптикалық көпфункционалды датчиктердің функционалдығын зерттеу және модельдеу
жүктеу/скачать 6,91 Mb.
|
koshkynbaev-s-zh-phd-s-sp
| Брэгг сенсорлық жүйелерін құру схемалары.
Брэгг торлары негізіндегі сенсорлық жүйелерді құрудың көптеген жолдары бар. Қарапайым жағдайда сенсорлық жүйе - бұл оптикалық таратқыш арқылы жарық сигналының көзі мен анализатор блогына қосылған нүктелік сенсор болып табылады (сурет 1.1). Жарық көзіндегі сигнал сенсорлық элементтен шағылысады. Шағылысу толқын ұзындығы анализатор богымен тіркеледі. Әдетте, анализатор (Bragg grating interrogator) тар жолақты спектрометр болып табылады. Қазіргі өлшеу саласында әр түрлі типтегі спектрометрлер кезедеседі. Спектрометрлердің дисперсиялық элемент ретінде дифракциялық тор қолданылатын стандартты дифракциялық түрлерінен бастап, Фабри-Перо интерферометріне негізделген анализаторларға дейінгі түрлері ажыратылады. Интерферометрдің енін сканерлеу арқылы датчиктің оптикалық шағылысу спектрін талдауға болады. Сурет 1.1 – Талшықты Брэгг торлы оптикалық датчиктің қарапайым сұлбасы Жиілік пен фазалық модуляциясы бар талшықты-оптикалық датчиктердің негізгі элементтері лазер, талшық және Брэгг торы болып табылады, сондықтан оларды толығырақ қарастырайық. Брэгг торына негізделген лазерлік және интерференциялық сенсорлық жүйелер [22]. Белсенді зат ретінде эрбиймен легирленген жарық өткізгіш қолданылады, ал лазерлік айналардың рөлін БТ орындайды. Сыртқы жағдайлар өзгерген кезде БТ параметрлері және сәйкесінше спектрометрмен талданатын талшықты лазердің генерациялау параметрлері өзгереді. Сигнал көзінің орнына талшықты лазерді қамтама қолданылады. Ұзақ периодты торларды қолданатын аралас жүйелер [23]. Ұзақ периодты талшықішілік торлардың Брэгг торынан айырмашылығы сигналды шағылыстырмайды, сонымен қатар тор периодына және жарық өткізгіштің құрылымына байланысты (спектрлік селективті шашырау арқылы) өзіндік ерекше өткізу спектріне ие. Ұзақ периодты торда штрихтар арасындағы қашықтық толқын ұзындығынан үлкен және оның спектрі негізгі және қабықша модтарының интерференциясымен анықталады. Бір қызығы, өткізу спектрінің Брэгг торымен салыстырғанда ұзақ периодты тордың температурасына тәуелділігі түбегейлі өзгеше. Сонымен қатар, жарық өткізгіштің құрылымына байланысты температураның жоғарылауымен спектрдегі өзгерістер оң және теріс болуы мүмкін. Осы құбылыстың негізінде деформациялық компонент пен температураның үлестерін бөлуге мүмкіндік беретін салыстырмалы түрде қарапайым сенсорлық жүйе жасалады (сурет 1.2). Мұндай жүйенің шағылысу спектрі 1.2 суретте көрсетілген. Пунктирлі қисық-бұл ұзақ мерзімді тордың өткізу спектрі. Сурет 1.2 – Температура мен деформацияны өлшеу жүйесіндегі талшықты Брэгг торларының шағылысу спектрі Брэгг торына негізделген физикалық шама сенсорлары [24] Қазіргі уақытта Брэгг торлы талшық (FBG) оптикалық датчиктің ең перспективалы сезімтал элементтерінің бірі ретінде қарастырылады. Олардың негізгі артықшылықтарының қатарына мыналар жатады: электромагниттік өрістердің әсерінен қорғау, жоғары сезімталдық, сенімділік, қайталану және кең динамикалық өлшеу диапазоны, бір немесе бірнеше жарық өткізгіштерде орналасқан сезімтал элементтердің спектрлік және кеңістіктік мультиплекстеу мүмкіндігі, өлшеу орнына дейінгі айтарлықтай қашықтық, өлшенетін шаманың өзгеруіне жауап берудің қысқа уақыты, жоғары коррозиялық және радиацияға төзімділік, шағын өлшемдер мен салмақ және т.б. Жоғарыда айтылғандай, талшықты Брэгг торының резонанстық толқын ұзындығы жарық өткізгіштің температурасына және оған әсер етілетін механикалық созылу немесе қысу жүктемелеріне байланысты. Бұл жағдай талшықты Брэгг торларын физикалық шама датчиктерінің сезімтал элементтері ретінде пайдаланудың негізі болып табылады. Брэгг талшықты торларының толқын ұзындығының ығысуын өлшеудің көптеген әдістері ұсынылған. Олардың ішіндегі ең тікелей-кең жолақты сәулелену көзі мен спектроанализатордың көмегімен немесе тар жолақты қайта реттелетін лазер мен фотодетектордың көмегімен тордың өткізу/шағылысу спектрін өлшеу. Бұл әдіс өлшеу кезінде оптикалық трактатта пайда болуы мүмкін оптикалық шығындарға сезімтал емес және ТБТ өлшемдерінің жоғары дәлдігін қамтамасыз етеді. Сонымен қатар, мұндай тіркеу схемасы өте қымбат жабдықты пайдаланады және жылдамдығы шектеулі. Тордың спектрлік ығысуы фотоқабылдағышқа түсетін оптикалық сигналдың қарқындылығының өзгеруіне түрленетін өлшеу схемалары жоғары өнімділікті қамтамасыз етеді. Мұны, мысалы, көлбеу өткізу қабілеті бар қосымша спектрлік сүзгіні қолдану арқылы жүзеге асыруға болады. Сүзгінің спектрлік тәуелділігінің көлбеуі талшықты сенсордың динамикалық диапазоны мен сезімталдығын анықтайды. Бұл схемалар Брэгг торының орналасқан жеріндегі физикалық шаманы өлшеуге мүмкіндік береді, сонымен бірге бұл шаманың кеңістіктік таралуын өлшеу міндеттері жиі туындайды. Ол үшін сезімтал элементтерді, соның ішінде бір жарық өткізгіште орналасқан мультиплекстеуге мүмкіндік беретін схемалар жасалады. Мұндай схемалардың қатарына мыналар жатады: сезімтал элементтер әртүрлі толқын ұзындығына бөлінетін арналардың спектрлік мультиплекстелуі; белгілі бір сезімтал элементті өлшеу жүйесіне қосатын оптикалық қосқыштарды пайдалану; кеңістіктік-уақыттық мультиплекстеу, онда торлардың әрқайсысының жауабы уақыттың әртүрлі сәттерінде жазылады; - жоғарыда аталған арналарды мультиплекстеудің бірнеше принциптерін қамтитын аралас схемалар. Сондай-ақ, температура мен деформацияның тордың резонанстық толқын ұзындығының ығысуына әсерін бөлудің және осы параметрлерді бір уақытта өлшеудің маңызды мәселелеріне арналған көптеген жұмыстар бар [25]. жүктеу/скачать 6,91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|