Көшкінбаев сәулетбек жолдықараұлы технологиялық процестерді бақылауға арналған талшықты-оптикалық көпфункционалды датчиктердің функционалдығын зерттеу және модельдеу
Физикалық шама датчиктерінің жіктелуі
жүктеу/скачать 6,91 Mb.
|
koshkynbaev-s-zh-phd-s-sp
| 1.2 Физикалық шама датчиктерінің жіктелуі
Физикалық шама датчиктерін келесі критерийлер бойынша жіктеуге болады: түрлендіру принципі бойынша, іс-әрекеттің физикалық принципі бойынша, сезімтал элементтің материалы бойынша, қабылданған шамалардың түрі бойынша [26]. Түрлендіру принципі бойынша физикалық шама датчиктері тікелей, теңгерімді, интегралды түрлендіретін датчик түрлеріне бөлінеді. Физикалық әсер ету принципі бойынша физикалық шама датчиктері сыйымдылық, оптикалық, тензорезистивті, индуктивті және т. б. датчиктерге бөлінеді. Физикалық шама датчиктері пьезокерамикалық, пьезокварц, металл пленкалы, жартылай өткізгішті болып бөлінеді. Қабылданатын шамалардың түрі бойынша физикалық шама датчиктері жылу энергиясы, қозғалыс, қозғалыс, химиялық, электрлік және т.б. датчиктерге бөлінеді. Бұл классификациялар датчиктерді құрылымдық-технологиялық ерекшеліктері бойынша сипатталды және бұл жіктеу ең кең таралған бөліну болып табылады. Осы классификация бойынша датчиктерді тағы келесідей бөлуге болады: Пьезорезистивті, термоэлектрлік, пьезоэлектрлік, тензорезистивті, гальваномагниттік, оптикалық-магнитоэлектрлік, оптикалық, электронды, электромагниттік, акустоэлектрлік, байланыс құбылыстарына негізделген, сыйымдылық, фотоэлектрлік, пневматикалық, гидравликалық, иондану, дилатометриялық, термохимиялық. Физикалық шама датчиктерінің келесі түрлері ең көп таралған: Оптикалық, термоэлектрлік, пьезоэлектрлік, тензо - және пьезорезисторлық, фотоэлектрлік, сыйымдылық, магнитоэлектрлік, электромагниттік. Ең көп тарағандары - аналогтық электр сигналы түріндегі шығысы бар датчиктер. Мұндай сигналды үлкен қашықтыққа беру оңай және сигналды басқару объектісіне әсер ету үшін түрлендіру қиындық тудырмайды, мысалы, электр қозғалтқышының айналымын белгілі бір мөлшерде тұрақтандыру [27]. Сонымен қатар, физикалық шама датчиктері үшін кең таралған классификация - бұл физикалық әрекет ету принциптері бойынша жіктелу. Барлық талшықты-оптикалық датчиктерді үш түрге бөлуге болады: нүктелік, таратылған және квази-таратылған. Нүктелік, аты айтып тұрғандай, талшықты емес сенсорлардың көптеген басқа түрлері сияқты, объектінің белгілі бір нүктесінде өлшеулер жүргізуге және параметрлерді басқаруға мүмкіндік береді. Әдетте, мұндай датчиктердің мөлшері аз және өлшеу дәлдігі жоғары. Оларды локалдыі термометрлер, тензодатчиктер, қысым датчиктері, акселерометрлер және т. б. ретінде пайдалануға болады. Сенсорлық элементтің түріне байланысты датчиктердің локализациясы 0.1 см2-ге жетуі мүмкін, мысалы, Брэгг сезімтал элементі. Таратылған датчиктердің сөзсіз артықшылығы-сенсорлық жарық өткізгіш орнатылған кез-келген нүктеде объектінің ұзындығы (көлемі) бойынша параметрлерді үздіксіз бақылау мүмкіндігінің болуы. Мұндай сенсорлық жүйелердің жұмыс принципі жарық өткізгіштің ұзындығы мен сызықтық емес әсерлер бойынша параметрлердің өзгеруін талдауға негізделген. Өлшенетін параметрдің ұзындық бойынша таралуының кемшілігі-бұзылыстың локализациясын анықтаудың салыстырмалы түрде төмен дәлдігі (ұзындығы бойынша бірнеше метр) және шаманы өлшеудің салыстырмалы түрде төмен дәлдігі. Таратылған сенсорлық жүйелерді үлкен аумақтарды бақылау үшін радиация мен температура датчиктері ретінде пайдалануға болады, үлкен объектілердегі, қазандықтардағы және т. б. температура градиенттерін талдауға мүмкіндік береді [28]. Квази-таратылған датчиктердегі жүйе аталған алғашқы екі сұлбаның артықшылықтарын біріктіреді. Квази-таратылған датчик-бұл бір жалпы жарық өткізгішпен біріктірілген талшықішілік торларға негізделген нүктелік сенсорлық элементтер массиві. Әр элементтің өзіндік ерекше сипаттамалары бар, бұл оның жай-күйін басқа сенсорлық элементтерден тәуелсіз талдауға мүмкіндік береді. Мұндай жүйелердің дәлдігі жеке датчиктердің дәлдігімен анықталады, ал массив 100 немесе одан да көп элементтерді біріктіре алады. Сенсорлық массивтер күрделі объектілерге, инженерлік құрылыстарға, көпірлерге, туннельдерге, кемелер мен ұшу аппараттарының корпустарына, мұнай ұңғымаларына және т.б. мониторинг жүргізуге, температураның, жүктемелердің, қысымның таралу градиентін талдауға, 100 немесе одан да көп нүктелік объектілерді бақылауға мүмкіндік береді. Ол үшін тек бір талшықты жарық өткізгіш пен анализатор қолданылады. Бұл электр аналогтарымен салыстырғанда квази-таратылған жүйелердің салмағы мен мөлшері аз, бұл әсіресе авиация мен ғарыш үшін өте маңызды [ 29,30]. Осылайша, талшықты-оптикалық датчиктер температураны, механикалық кернеулерді, қысымды бақылау үшін сәтті қолданыла алады. Сондай-ақ, гидрофон және түрлі акустикалық датчиктер ретінде және жеке класс ретінде оптикалық гироскоп ретінде қолдануға болады. Барлық оптикалық датчиктерді олардың классификациясы мен жұмыс принципі бойынша келесідей бөлуге болады: жарық ағынының сипаттамаларының амплитудалық модуляциясы бар аспаптарға (интенсивтілік, оптикалық траектория) [31,32] және жиілік-фазалық модуляциясы бар аспаптарға (талшықты Брэгг торлары бар аспаптар). Жиілік-фазалық модуляцияланған аспаптарда модуляция талшыққа ендірілген интерференциялық элементтерінде сәуленің шағылысуы және сынуы арқылы жүзеге асырылады [33]. Талшықты-оптикалық датчиктің негізгі элементтері болып оптикалық талшық, жарық шығаратын (жарық көзі) және жарық қабылдағыш құрылғылар, оптикалық сезімтал элементтер саналады. Сонымен қатар, осы элементтер арасындағы байланысты болдыру үшін немесе датчикпен өлшеу жүйесін құру үшін арнайы сызықтар, қосымшалар қажет. Әрі қарай, талшықты-оптикалық датчикті практикада қолдану үшін жоғарыда аталған элементтермен және байланыс желілерімен бірге өлшеу жүйесін құрайтын жүйелік техниканың элементтері қажет. Талшықты-оптикалық датчиктердің негізгі түрлерінің бірі - талшықішілік Брэгг торларына негізделген датчиктер. Мұндай тор - ол Брэгг айнасы, атап айтқанда, талшықты жарық өткізгіштің өзегінде тікелей жасалған сыну көрсеткішінің периодты құрылымы болып табылады. Мұндай құрылым жарықты тар спектрлік диапазонда көрсетеді және шағылыстырады. Торларды жазу фоторефрактивті әсердің арқасында арнайы фотосезімтал талшықты жарық өткізгіштерде жүргізіледі. Брэгг торының негізгі қасиеті жарық сигналын тар спектрлік диапазонда шағылыстыру болып табылады. Конструктивті-технологиялық белгілері бойынша датчиктерді жіктеу схемасы 1.3 суретте көрсетілген. Сурет 1.3 – Конструктивті-технологиялық белгілері бойынша датчиктерді жіктеу схемасы жүктеу/скачать 6,91 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|