СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА №6/2013

Внедрение волоконно оптических информационно измерительных систем (ВОИИС) необходимо для уменьшения массы измерительных средств и кабельных сетей на борту летательных аппаратов, повышения их искро, взрыво , пожаробезопас ности и помехозащищённости. По скольку одним из основных факто ров, воздействующих на летательные аппараты в полёте, является ускоре ние, то создание волоконно оптичес ких датчиков ускорений (ВОДУ) яв ляется актуальной научно техничес кой задачей. При проектировании ВОДУ необ ходимо учитывать влияние на резуль тат измерения изгибов оптических волокон, изменения параметров ис точников и приёмников излучения под воздействием механических и ПРИБОРЫ И СИСТЕМЫ 58 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 6 2013 климатических факторов, поэтому наиболее перспективным является применение дифференциальной схе мы преобразования оптического сиг нала [1]. В описываемом датчике ускорений основным элементом является воло конно оптический преобразователь микроперемещений (ВОПМП) с ци линдрической линзой, который соче тает функции модулирующего, инер ционного и управляющего элемента (см. рис. 1). Световой поток от источ ника излучения (ИК светодиода) по подводящему оптическому волокну (ПОВ) поступает в зону измерения, где установлен оптический модули рующий элемент (цилиндрическая линза), воспринимающий измеряе мую физическую величину (ускоре ние). При перемещении линзы изме няется положение светового пятна относительно рабочих торцов отво дящих оптических волокон (ООВ) первого и второго измерительных ка налов, которые расположены друг над другом вдоль направления пере мещения линзы. В плоскости ООВ световое пятно имеет вид пересе чения кольца, образованного двумя эллипсами (см. рис. 2). В программной среде MatLab было проведено математическое модели рование с целью определения конст руктивных параметров ВОПМП [2]: расстояния l 1 от торца ПОВ до поверх ности цилиндрической линзы, рас стояния l 2 от поверхности цилиндри ческой линзы до приёмного торца ООВ и радиуса линзы r ц . Получены формы светового пятна в плоскости ООВ и функции изменения интен сивности на выходе модулирующего элемента при различных значениях длин l 1 и l 2 , радиуса линзы r ц и рассто яния D между оптическими осями ООВ, которые изменялись с некото рым шагом. Установлено, что при использовании оптических волокон с диаметром серд цевины d c = 0,2 мм и апертурным уг лом ОВ Θ NA = 12 град. передача мак симально возможной мощности из лучения светового потока в зону преобразования оптического сигнала достигается при r ц = 1,5 мм, l 1 = 0,5 мм и l 2 = 1,5 мм (см. рис. 2). При других значениях наблюдаются критические потери светового потока либо нерав номерность распределения световой мощности. Датчик ускорений содержит ВОПМП, состоящий из цилиндрической лин зы 8, закреплённой на упругом элемен те 7, подводящего оптического волок на 2 и двух отводящих оптических во локон 3 (см. рис. 3). Корпус датчика состоит из основания 4 и крышки 9, соединённых с помощью сварки. Во локна 6 уложены в специальную выем ку. Чтобы ОВ не сломались, в месте максимального изгиба они помещены во фторопластовые трубки. Полость для укладки волокон 6 заливается гер Технологическое ОВ ООВ Ф(Z) ПОВ Θ NA Θ ВХ1 Θ ВХ2 Ф 0 d c Z = 0 мкм Z = 20 мкм А Z Цилиндрическая линза А l 2 y 0 l 1 2r ц А–А П 1 П 2 y 1 Рис. 1. Расчётно конструктивная схема измерительного преобразователя при модуляции светового потока с помощью цилиндрической линзы Волоконно оптический датчик ускорений с цилиндрической линзой Татьяна Мурашкина, Кирилл Серебряков, Ольга Юрова, Александр Удалов, Антон Щевелёв (г. Пенза) В статье описан новый датчик ускорения, основным элементом которого является волоконно оптический преобразователь микроперемещений с цилиндрической линзой, выполняющей одновременно функции модулирующего, инерционного и управляющего элемента. ©СТА-ПРЕСС