Високоточні акселерометри-гравіметри на основі волоконно-оптичних систем

  • П. О. Дем’яненко Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут” http://orcid.org/0000-0001-6138-726X
  • Ю. Ф. Зіньковський Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”
Ключові слова: прецизійні акселерометри, гравіметри, імпульсні волоконно-оптичні давачі

Анотація

Суттєвою перевагою волоконно-оптичних давачів (ВОД) перед електричними є їх абсолютна індиферентність до дії електромагнітних завад. Одначе, вимірювальним пристроям на основі аналогових ВОД притаманні великі похибки вимірювання. Обумовлюється це тим, що детектування аналогової модуляції будь-якого параметра вихідного оптичного потоку зводиться до принципово низькоточних вимірювань ступеню модуляції інтенсивності малопотужного потоку високоенергетичних фотонів – метрологічно низькоякісного потоку, якому притаманний високий рівень власних дробових шумів.

Вихід з цієї ситуації полягає у відмові від аналогових і переході до дискретних принципів модуляції в ВОД параметрів оптичного потоку. При цьому в оптичний потік необхідно вводити нові, додаткові до оптичних, але неоптичні, параметри, на які і перекласти роль реципієнтів інформації. Такий підхід зберігає всі переваги волоконної оптики (носієм інформації залишається оптичний потік), а проблему точності вимірювань переносить в інші, неоптичні області, де вона розв’язана належним чином.

Розглянута можливість побудови прецизійних акселерометрів (гравіметрів) з вимірювальними перетворювачами на основі ВОД нового класу з імпульсною модуляцією інтенсивності оптичного потоку (ІВОД). Чутливим елементом такого ІВОД є конічний маятник, на основі консольно закріпленого відрізка кварцового волоконного світловоду, на вільному кінці якого знаходиться інерційна маса.

Високі значення метрологічних параметрів вимірювача прискорень на основі ІВОД забезпечуються можливістю прецизійних вимірювань часових параметрів послідовності генерованих ним оптичних імпульсів. Проведені розрахунки параметрів вимірювача з реальними значеннями параметрів його конструкції та частоти генератора підрахункових імпульсів підтвердили можливість отримання високих значень його метрологічних характеристик: порогової чутливості – до 10-13 g, а динамічного діапазона значень вимірюваних прискорень – до 109.

Принцип побудови конструкції ІВОД дозволяє легко змінювати в широких межах його метрологічні параметри шляхом відповідного добору як параметрів елементів його конструкції, так і частоти генератора підрахункових імпульсів.

Біографії авторів

П. О. Дем’яненко, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”

Дем’яненко П. О., к.т.н., доцент кафедри конструювання та виробництва радіоапаратури

Ю. Ф. Зіньковський, Національний технічний університет України “Київський політехнічний інститут”
Зіньковський Ю. Ф., д.т.н., професор кафедри радіоконструювання та виробництва радіоапаратури

Посилання

Перечень ссылок

Волоконно-оптические датчики / Т. Окоси, К. Окамото, М. Оцу, Х. Нисихара, К. Кюма, К. Хататэ ; под ред. Т. Окоси. – Л. : Энергоатомиздат. Ленингр. отдние, 1990. – 256 с.

Жижин В. Волоконно-оптические датчики: перспективы промышленного применения // Электронные компоненты. − 2010. − №12. − с. 17-23.

Гуляев Ю.В. Волоконно-оптические технологии, устройства, датчики и системы / Ю.В. Гуляев, С.А. Никитов, В.Т. Потапов, Ю.К. Чаморовский // Фотон-Экспресс. — 2005. — Т. 46, № 6. − с. 114-127.

Демьяненко П.А. Повышение точности измерений в волоконно-оптических системах измерения с оптическими датчиками / П.А. Демьяненко // Радиотехника. − 1991. − №2. − с.83-85.

Карман А. Точность как в аптеке / А. Карман, А. Келин, А. Кожемяка // Мир автоматизации. Компоненты. Технологии. Решения. − 1995. − вып. 29.

Демьяненко П.А. Точность измерений посредством волоконно-оптических датчиков (проблеми и пути их решения) / П.А. Демьяненко // Оптоэлектроника и полупроводниковая техника, 1995, вып. 29, с.88-93.

Буланже Ю.Д. О стабильности гравитационного поля Земли / Ю.Д. Буланже, Ю.Е. Нестерихин, Н.П. Парийский // УФН – 1983. - Т. 139, №2. - с. 364–365.

Soref R. Tilting-mirror Fiber Optic Accelerometer / R. Soref, D. H. McMahon // Appl. Opt. − 1984. − Vol. 23. − pp. 486-491.

Spillman W. D. Multimode Fiber Optic Accelerometer Based on the Photoelastic Effect / W. D. Spillman // Appl. Opt. − 1982. − Vol. 21. − pp. 2653-2658.

Фара Т. Транспортируемый гравиметр на холодных атомах разработки LNE-SYRTE: работа в подземных условиях в режиме наилучшей чувствительности / Т. Фара, К. Герлен, А. Ландражен и др. // Гироскопия и навигация. − 2014. − T. 86, №3. − С. 3-14.

Технические характеристики вибропреобразователей и акселерометров ZETLAB. Режим доступа: http://zet.nt-rt.ru/images/manuals/Vibropreobr.pdf

References

Okosi T. ed., Okamoto K., Otsu M., Nisikhara Kh., Kyuma K. and Khatate K. (1990) Volokonno-opticheskie datchiki [Fiber Optic Sensors]. Leningrad, Energoatomizdat, 256 p.

Zhizhin V. (2010) Volokonno-opticheskie datchiki: perspektivy promyshlennogo primeneniya [Fiber Optic Sensors: Prospects for Industrial Applications], Elektronnye komponenty, No. 12, pp. 17-23.

Gulyaev Yu. V., Nikitov S. A., Potapov V. T. and Chamorovskii Yu. K. (2005) Volokonno-

opticheskie tekhnologii, ustroistva, datchiki i sistemy [Fiber optic technology, devices, sensors and systems], Foton-Ekspress, Vol. 46, No. 6, pp. 114-127.

Demіanenko P.A. (1991) Povyshenie tochnosti izmerenij v volokonno-opticheskih systemah

izmerenia s opticheskimi datchikami [Improving the accuracy of measurements in fiber-optic measurement systems with optical sensors]. Radiotekhnika, No. 2, pp. 83-85.

Karman A., Kelin A. and Kozhemiaka A. (1995) Tochnost kak v apteke [Accuracy as in a

pharmacy]. Komponenty. Tekhnologii. Reshenia, No. 29.

Demianenko P. A. (1995) Tochnost' izmerenii posredstvom volokonno-opticheskikh datchikov (problemi i puti ikh resheniya) [Measurement precision of fiber-optic sensors (Problems and Solutions)]. Optoelektronika i poluprovodnikovaya tekhnika, Iss. 29, pp. 88-93.

Bulanzhe Y.D., Nesterikhin Y.E. and Pariĭskiĭ N.P. (1983) On the stability of the Earth's gravitational field. Soviet Physics Uspekhi, Vol. 26, Iss. 2, pp. 187-188. DOI: 10.1070/pu1983v026n02abeh004341

Soref R.A. and McMahon D.H. (1984) Tilting-mirror fiber-optic accelerometer. Applied Optics, Vol. 23, Iss. 3, pp. 486. DOI: 10.1364/ao.23.000486

Spillman W.B. (1982) Multimode fiber-optic accelerometer based on the photoelastic effect. Applied Optics, Vol. 21, Iss. 15, pp. 2653. DOI: 10.1364/ao.21.002653

Farah T., Guerlin C., Landragin A., Bouyer Ph., Gaffet S., Pereira Dos Santos F. and Merlet S. (2014) Underground Operation at Best Sensitivity Of The Mobile Lne-Syrte Cold Atom Gravimeter. Giroskopiya i navigatsiya, Vol. 86, No 3, pp. 3-14. (in Russian)

ZETLAB Technical characteristics of vibration transducers and accelerometers. Available at: http://zet.nt-rt.ru/images/manuals/Vibropreobr.pdf

Опубліковано
2019-12-05
Як цитувати
Дем’яненко, П. О. і Зіньковський, Ю. Ф. (2019) «Високоточні акселерометри-гравіметри на основі волоконно-оптичних систем», Вісник НТУУ "КПІ". Серія Радіотехніка, Радіоапаратобудування, (79), с. 33-40. doi: 10.20535/RADAP.2019.79.33-40.
Номер
Розділ
Телекомунікації, радіолокація і навігація, радіоптика та електроакустика

Статті цього автора (авторів), які найбільше читають