Волоконно-оптические интерферометрические датчики физических величин тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

На правах рукописи V Г С Л П /

м.

/ ! 1 1007

Медведев Андрей Викторович

ВОЛОКОППО-ОПТПЧЕСКНЕ НПТЕРФЕРОМЕТРНЧ ЕС К НЕ ДАТЧИКИ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИИ

Специальность 01.04.03 • радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата фичико-математическнх наук

Санкт-Петербург - 1997.

Работа выполнена в Санкт-Петербургском государственном техническом университете

Научный руководитель

доктор физико-математических наук, профессор Николаев В.М. Официальные оппоненты:

доктор фвзвко-математвческвх наук, профессор Кожевников U.M. (СНОПУ), кандвдат физико-математических наук, ст.и.с. Трифонов A.C. (Ф'1'И РАН).

Ведущая организация: ill "Дальняя связь"

Зашита состоится 1997 года в 16 часов на заседании

диссертационного совета К 063.38.11 в Санкт-Петербургском государственном техническом университете по адресу: 195251, ('.-Петербург, Политехническая ул., 29. 2-й учебный корпус, ауд.

С диссертацией можно ознакомиться фундаментальной библиотеке университета

Л1, Он

Автореферат разослан __1997 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Загрядский (Ml.

. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

ЛК1)атЫ10С1Ь. Волоконно-оптические датчики широко применяются -в самых различных областях науки и техники: приборостроении, судостроении, авиации, энергетике, мслипинс и т.д. (1-4]. Среди большого числа датчиков разнообразных типов выделяются фазовые или интерферометрйческие устройства. Им присуши высокая чувствительность, большой динамический диапазон, Широкие ' "функциональные возможности при регистрации и обработке информационных сигналов, [2,4]. В таких устройствах могут применяться 'одиомодовые и многомоловые волоконные световоды. При построении устройств на одномодовых волоконных интерферометрах актуальными являются вопросы разработки Простых и эффективных способов приема интерференционных сигналов [5]. Для многомодовых датчиков, отличающихся сложностью физических процессов, необходимо создание инженерных методик расчета их параметров, не требующих детального анализа явлений на уровне отдельных мод и модовых групп. - Весьма важной Представляется задача разработки волоконно-оптических измерительных систем, позволяющих регистрировать двух- и трехмерные физические поля или распределения физических величин по некоторому объему.

Для практического решения перечисленных задач необходимыми также являются разработка и создание радиоэлектронных устройств, обеспечивающих надежное функционирование волоконного датчика как, единой оптоаиектронной . системы.

В связи с этим представляется шуашшм исследование волоконно-оптических интерферометрических датчиков физических величин, направленное на повышение их эффективности и улучшение характеристик.

Шлыо1„_дасс£ртац1шш0йработы является отыскание оптимальных оптоалектронных и схемотехнических решений формирования и обработки, сигналов первичных волоконных преобразователей и построение на их основе волоконно-оптических датчиков и линий сбора данных.

1 .Разработка простых и эффективных методов приема и обработки ситалов волоконно-оптических.интерферометров.

2.Развйтнс методов расчета многомодовых интерферометров, учитывающих реальные свойства световодов.

3.Рапработка распределенных первичных преобразователей на основе волоконных интерферометров.

4.Содаиие комплекса электронных устройств, обеспечивающих реализацию разработанных алгоритмов регистрации и обработки сигналов и надежное функционирование волоконных датчиков физических величин.

Научная нрвизна работы состоит в том, что впервые:

1.Разработан псевдоЛтеродинный способ регистрации сигналов в оптическом интерферометрическом датчике, отличающийся простотой и эффективностью.

2.Устаноапены статистические закономерности поведения сигналов в многоходовых волоконных интерферометрах, позволяющие рассчитывать их параметры.

3.Разработано устройство реверсивного счета интерференционных полос с большим диапазоном измерений и применением цифровой обработки квадратурных модуляционных'сигналов.

4.Найдены условия независимой работы волоконных интерферометров при последовательном их соединении, что позволяет создавать многоэлементные устройства сбора данных.

5.Ha основе новых принципов регистрации и обработки сигналов волоконных интерферометров разработаны, изготовлены и исследованы волоконно-оптические датчики. физических величин с улучшенными характеристиками. '

Практическая ценность работы состоит в непосредственном применении ее результатов для создания волоконно-оптических датчиков и линий сбора данных. Результаты теоретического анализа применимы для инженерных расчетов ' характеристик оптоалектронных устройств на волоконных интерферометрах.

Осноьные положения, выносимые на защиту:

1.Дпя создания высокочувствительных широкодиапазонйых волоконно-оптических интерферометрических датчиков целесообразно применять пСовдогетеродииный способ приема сигналов.

2.Прн расчете параметров многомодовых волоконных интерферометров удобно использовать статистичесхие закономерности, что позволяет упростить вычисления при большом количестве мод и использовать в одномодовых и многоходовых устройствах единые алгоритмы обработки сигналов.

З.Ори создании датчиков с большим динамическим . диапазоном целесообразно для обработан сишалов использовать метод гармонической фазовой модуляции с регистрацией цервой и второй гармоиики частоты модуляции, что обеспечивает реверсььный счет интерференционных полос, и также простоту и высокую помехоустойчивость электронных устройств, реализующих'данный а/игритм.

4.11ри использовании ме.одь гармонической фазовой модуляции выбором ч рехим.: работы устройства можно обеспечить независимый прием информации от Uoc-'nM^uaieibio с.к-дннеи 1.1.1ч интерферометров, чю позволяет создавать линии спора ,шмиыч и во>и>ы>нные ;шчики с иеПграшзованиым нодво;ышим

LIIC >l>)j.!,llli.i .

Аароб.ашш__раб£>1Ы- Основные результаты исследований и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях:' -

•Республиканская научно-техническая конференция "Волоконной оптические системы передачи" • Донецк, 1987 год.

•Научно-технический семинар по электронным датчикам "Сеисор-87" -Черновцы, 1987 год.

•Всесоюзная научно-техническая конференция "Проектирование радиоэлектронных устройств на диалектрических волноводах я резонаторах" -Тбилиси, 1988 год.

•бторой научно-технический семинар "Применение волохопио-оптическлх систем передачи информации в энергетических комплексах" • Севастополь, 1988 год.

•Всесоюзная конференция "Волоконно-оптические системы передачи" -Москва, 1988 год.

•Всесоюзная конференция "Волоконная оптика" - Москва, 1990 год.

•Республтсалсйгй научно-технический семинар "Оптические датчики физических величин" - Бельцы, Молдавия, 1990 год.

•Вторая Всесоюзная конференция "Физические проблемы оптической связи и обработки информации" - Севастополь, 1991 год.

•Международные конференции 1БГОС-91, 18ГОС-92, 18ГОС-93 - Салхт-Петербург, 1991, 1992,1993 года.

•Российская научно-техническая конференция "Инновационные наукоемкие технологии для России" - Санкт-Петербург, 1995 год.

Пубшшшш. Всего по материалам диссертации опубликовано 29 печатных и 4. рукописные работы, получены авторские свидетельства или положительные решения на четырем заявкам на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех осповных разделов, заключения а списка цитируемой литературы. Общий объем работы 207 страниц, в том числе 91 страница с рисунками, список литературы содержит 1(5 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении, первом разделе работы, сформулированы задачи диссертации, обоснована их актуальность н научная новизна, а также кратко рассмотрело содержание отдельных разделов работы.

Во втором разделе приведен обзор литературных данных по теме диссертации.

В н.2.1 рассмотрены основные, физические процессы, влиякиЦиё на характеристики волоконных интерферометров: двулучепреломлеиие света,

многомодовый характер распространения когерентного получения и взаимодействие мод, возникающее на продольных неоднородностях сердцевины световода. Обсуждены попытки применения статистического подхода для анализа волоконных интерферометров [6].

В п.2.2 приведен обзор известных методов регистрации сигналов' в интерферометрнческих датчиках: основанные на измерении фазовых сдвигов световых волн в пределах одной интерференционной полосы, на сете полос, гомодинные и гетеродинные методы регистрации ФМ сигналов [7]. Особое внимание уделено высокоточному гетеродинному методу и его модификациям псевдогетеродинному и методу синтезированного гетеродина. Основным недостатком этих методой является сложность оптоэлектройных узлов, необходимых для их практической реализации.

В л.2.3 рассмотрены волоконно-оптические датчики различных физических величин: температуры, давления, магнитною поля, акустических воли. Отмечены преимущества и недостатки данных устройств на основе одномодовых и многомодовых волоконных интерферометров.

В п.2.4 приведен ан&тиз публикаций но распределенным датчикам и шшням сбора данных 18]. Рассмотрены устройства с безразрывным вводом информации в волоконным тракт с помощью фазовых модуляторов. ■

Раздел посвящен теоретическому анализу волоконно-оптических интерферометров. В п.3.1 развита ста'истнческая модель многомодовых волоконных интерферометров. Вследствие большого числа случайных факторов, влияющих на фазовые соотношении между модам», появляемся возможность применять статистические методы ятя анализа процессов в многомодовых интерферометрах. Представлена статистическая модель интерферометра Фабри-(Тсро в предположении его низкой добротное!и, При решеграшш всего излучения .сигнал такого интерферометра яиляется Суперно шнией интерференционных анналов различных мод '

N

I. — 21 . ф,), „ (I)

>=> . , где И, Т - коэффициенты отражения и пропускания 'юркал интср<|)сромстра, р, -

постоянная распространения 1-й моды в волокне, I. - длина интерферометра, Л, -рх>мерный коэффициент, определяющий интенсивность прошедшего спета, N -число распространяющихся мод. "Резонансные" крпиые отдельных мод имеют вид косинусоид с близкими пространственными чаеппамн «И, 'р.-- (!»)), но с ра.мымн начальными фазами ф, , вследствие уффектов связи мод и днул^-ченрлюилешы. При атом суммарный ещнал можно характеризовать сниусоичой с адпшпулой ^, ии.1?юшейси случайной кешчшюн, но.сншяюшеЛся ¿ае^ешии Рэдс», и ф;.н>й ф, распре именной рлшамерно на ннтериже | л,л|

.1 ,Ч<15, < ф), (2)

Результаты экспериментов с низкодобротным многомодопым интерферометром Фабри-Перо подтвердили сделанные предположения (рис.1). ■ИЧР)

РИс.1. Распределение платасс™ вероятности амплитуды сигн&лз няогомаюваго интерферометра р при различных угли ввода тлучеты а световод: 1 -норм&лышй взад, 2 • косой вяол.

Установленные закономерности позволяют оценивать параметры многомодовых интерферометров статистическими величинами. Так, среднее значение амплитуды сигнала интерферометра, регистрируемого фотоприемником, представляется выражением

еР^п ,, ...

- .............- ..........О)

ще в - коэффициент преобразования фотоприемного устройства, Р - мощность света на входе интерферометра.

Рассмотренная статистическая модель низкодобротного интерферометра Фабри-Перо справедлива и для других типов двухлучевых многомодовых интерферометров - МаЛкельсона, Саньяка, Маха-Цендера.

В п.3.2 проведен анализ метода дополнительной гармонической фазовой модуляции когерентного излучения в волоконных интерферометрах. Рассматриваются' характеристики сигналов н оригинальное устройство для их регистрации. Продемонстрирована возможность измерения фазовых сдвигов световой , волны , с определением их знака путем регистрации и обработки сигналов первой и второй гармоник частоты модуляции. Установлены режимы модуляции, позволяющие осуществить последовательное соединение волоконных интерферометров типа Фабри-Перо с минимальным уровнем перекрестных помех.

В п.3.2.1 анализируются сигналы на выходе интерферометра, определяются оптимальные для их регистрации условия дополнительной фазовой модуляции.

-б-

Показано, что амплитуду модуляции Дф следует выбирать минимальной из всех, для которых выполняется условие ¿,(Дф) - * 0, что обеспечивает получение на выходах синхронных детекторов двух квадратурных сигналов при наилучшем отношении сигнал/шум.

. В п.3.2.2 рассмотрены алгоритмы обработки квадратурных сигаапов И , „ получения информации об измеряемой величине. Разработанное цифровое устройство позволило регистрировать фазовые сдвиги с точностью до я/2, а его рабочий диапазон определялся лишь разрядностью используемого цифрового счетчика., '

В п.3.2.3 ^отмечены особенности получения квадратурных сигналов в различных интерференционных схемах. Рассмотрено влияние на работу устройства нарушения условий двухлучевой интерференции, приводящее к отклонению формы интерференционного сигнала от синусоидальной и появлению дополнительных "помех". Показано, что Для обеспечения заданной точности измерений достаточно обеспечить отношение сиги ал/шум на входе блока обработки не менее 12 дБ. ■ . '

Ь п.3.2.4 проанализировано применение разработанной , методики интерференционных измерений, с гармонической фазовой модуляцией для создания многоканальных линий сбора данных. Рассматривается система .последовательно соединенных волоконных интерферометров Фабри-Перо, . регистрирующих различные физические величины. Осноиное внимание уделено вопросу взаимного шшяния интерферометров, возможности достижения развязки, достаточной для уверенного разделения сигналов различных0 каналов. Для подавления перекрестных помех необходимо собирать амплитуду фазовой модуляции в кагхдом интерферометре Дф,, удовлетворяющую условию ^(Дф,) = О, да - функций Бесселя нулевого порядка. Для выделении сигналов от отдельны* иитерфероме1роо используется частотное разделение. !1а основе данного способа подавления помех возможно создание дистанционного интерферометрического датчика с подводяшим световодом, нечувствительным к внешним неинфчрмацчошшм воздействием.

Иуихт 3.3 посвящен методу регистрации сигналов в интерферометрических дагчиках, окопанному на использовании дополнительной двухчастотпой фазовой не.г/ля и ,и. Его основной особенностью является обеспечение высокой точности , измерений, характерной для работы в пределах одной "интерференционной ним«.-л", ь сочетании с широким динамическим днапаюном.

Ь и.3.3.1 рассмотрены принципы приема сигналов при двухчастотной м<>1)>.ч!»ш. В знали-* предполагается, что дчина интерферометра иод вохкй»т«ием «разового модуля гора изменяется по заколу

1. - ? 0 * ."Л., + ЛЦыМО,! (4)

гпг ц - "невОзмушенная'' длина световода, дц и дь, . амплитуды удлинений под действием модуляторов, ф, и ф, ? начальные фазы. Выполнение необходимых преобразований выражений для нахождения выходного сигнала интерферометра " показывает," что ой ¿¡одержит большое количество комбинационных составляющих па частотах вП, + т£>,, гае ш и п • целые числа. При определенном выборе амшгатуддц,дь2 и частот "О,, О, модуляции возможно осуществление так называемого режима "псгвдогстероддшюго" ирнсма сигналов. Последний характеризуется тем, что в сигнале интерферометра присутствует комбинацнонная составляющая, амплитуда которой не зависит от фазового слагаемого 2рЦ (смешения рабочей точки интерферометра), а фаза ее в точности равна этой величине. При 'атом регистрация информационных воздействий сводится к изменению фазовых сдвигов данной комбинационной составляющей.

Так, если выбрать р^го; Ц » О и <р, = <р, я о, то в напряжении на Выходе фотодетектора можно вьщелип составляющую на частоте о

ио.- ем.грцемсл-р^^^эдц)- ..... - - _ - -

гае Р, I! Р, - функции амплитуд модуляций длины интерферометра ДЦ и ДЦ. Если подобрать амплитуды модулацан та&?м образом, чтобы

Р((23ЛЬ,,2РД1^) а Р,(2)ЗДЬ,,2РДЬ,) = А, (б)

гае А - некоторое число, то (5) преобразугтея к виду

и0 - Асо:(2(ЗЬ, ± С»). (7)

Из выражения (7) видно, что фаза электрического сигнала на частоте О равна величине 2(ЗЬ, - разиостн фаз интерферирующих световых волн. Таким ' ЩШЛ ''"дофФилпм*''^ сигналу в методе оптического

гетеродштроваиия. При этом значение частоты о определяется параметрами фазового модулятора я . частотным диапазоном электронного фазометра. Она может составлять от сотен герайо №стоа мегагерц в зависимости от решаемых задач. Решение уравнения (7), численно найденное с помощью ЭВМ, дает, оптимальный режим модуляцйи 20 ДЦ = шрадиан и - 2.92 радиан для

значения А=0.313. Аналогичным образом, для обеспечения "псевдогетеродппного" . режима приема аа частоте 20 получается решение грдц = 1.35 радиан н грдь, = 3.68 рздйаа'Яга амплитуды сигнала А«0.334.

Также были найдены решевпа я дла других значений амплитуды сигнала А, других соотяошеннй частот модуляции. Однако, при атом получаются меньшие значения А а требуются большие амплитудах модуляции.

В н.3.3.2 рассмотрев алгоритм обработка сигналов я получения информации об намеряемой величине. Приведено краткое описание разработанного электронного устройства, реализующего »тот алгоритм и позволяющего измерять фазовые сдвят спгазлов с точностью б •№* радиан в

диапазоне более 400 радиан. В данном пункте подробно рассмотрены ограничения, накладываемые характеристиками электронного фазометра на , параметры регистрируемых сигналов; диапазон частот и амплитуд, коэффициент искажений.

с

В четвертом разделе диссертационной работы представлены результаты исследований лабораторных макетов датчиков физических величин, созданных на основе представленных выше методов. В п.4.1 рассмотрены датчики, в которых использована одночастотная гармоническая фазовая модуляция.

Датчик температуры (п.4.1.1) позволял измерять изменение температуры с точностью до 1.5 • Ю"1 °С в диапазоне от О до 100 °С. В нем использовался малогабаритный газовый лазер типа ЛГН-105 (длина волны 0.63 мкм, мощность излучения 2 мВт) и многомодовый интерферометр Фабри-Перо длиной б метров. Устойчивая работа схемы регистрации даже при низких отношениях сигнал/шум (>12дБ) позволяла уверенно фиксировать измеряемую величину при флуктуациях уровня сигнала интерферометра на десятки децибел. На рис. 2 приведены градуировочные зависимости датчика температуры.

Ы/натр

2000

1)00

1000 -

¿00

2 .-•

10

I. с

Р»е.2. Гр*1уи|>>шич11ые иаисимссгн детчиг* {еипердгуры: I ыи» ыи 41 ч>Еса41сльы'й а^см; И) и ЗДЩ1ГЦ.1Я4 ишишсрцоы чсхпс (1) и 6с 1 чоии 12).

На эт.ом же принципе была основана регистрация пинала в датчике гидростатического давления (п.4.1.2). Для исключения из чувствительного элемента фазового модулятора, требующего подачи электрических сигналов, . применялась частотам модуляция ■ газового - лазера посредством механического сканирования одного из зеркал. Чувствительность датчика составила 1 КПа при длине интерферометра 1.5 метра. Испытания проводились в диапазоне давлений от 0 до б МПа.

, , С ,-использованием"-метода регистрации сигнала, основанного 'на \ дополнительной гармонической фазовой модуляции, реализован дистанционный-датчик температуры с подводящим волокном длиной 300 метров (п.4.1.3). Дополнительный фазовый модулятор, установленный на подводящем волокне, позволил подавить помехи до уровня -20 дБ, что вполне достаточно-для уверенной работы цифрового регистрирующего блока. При этом характеристики - измерительного интерферометра не отличались от соответствующих величин для приведенных ранее для датчика без подводящего волокна.

. В п.4.1.4 рассмотрена.волоконно-оптическая линия сбора данных нз трех • последовательных интерферометров с дополнительной гармонической фазовой модуляцией (рис.3).

htt.3. Схема макета ЩШ1Ш сбора ruiuux из -ipfx интер<|кромсгроп Флбрл-Перо.

1 - ;ьиер; 2 - ивспишштельнам иласшнкд;

3 - ииьрообьсчив; 4, 5, 6 • виликиииые ин1с(х|»сромсг>ры;

7 • фикадетштор; 8 - анализатор систра;

9, 10, 11 - ieiK'pa]v|>u Muui)''HpyHiuuix иаирикешш;

• -12; 13, 14 - генераторы сигналов. ' ■

Важно отмстить, что и такой лщын каждый ннгерферомо.р одновременно обеспечивает сбор информации ''своего" канала и передачу свезоиой волны, несущей информант» oi друш.ч каналов, фаза в каждом ншерфе| ометре модулируется ни- мксрамйчсскнм модуля и>р»м на ■ сечей час «wie. Амплитуды

• И).

модуляции выбраны исходя из условий максимальной развазкн датчиков, полученных в пункте 3.2.4. Как показали вкспернменты, в такой конструкции удается добиться разделения каналов не менее 20 дБ, что создает условия, достаточные дли уверенной регистрации сигналов во веек канала* линии.

В п.4.2 рассмотрены датчики физических величин, в которых для регистрация сигнала используется псевдогетероданный метод с двухчастотной фазовой модуляцией. В акустическом датчике (п.4.2.1) применялся волоконный интерферометр Фабрн-Перо длиной 50 метров и достигнута чувствительность 10"* Па I ^тй. .

В той же схеме, при использовании для передачи акустического давления на волоконный световод диффузора динамической звуковой головки, удалось добиться увеличения акустической чувствительности до при длине

световода 30 см (рис.4).

Ф мрад

1000

100

ю-

Рзв " 0.2 Па -Г

Рае « 0,0 1 Па

■ч. . ^ V _ . . ' г

■V» ^

т,

100 200 300 ; 400 500 Гц

Рис Д. Амплитудно-частотные длгпк*.

Подробные результаты исследований гшфоакустичеекого волоконного датчика представлены в п.4.2.2. Рассмотрены два типа датчиков - с распределенным и сосредоточенным чувствительными алементами. Для обоях случаев изучены частотные, амплитудные к шумовые характеристики, проведено

сравнение с калибровочными гидрофонами (рис.5). Чувствительность волоконно-оптической гидроакустической антенны, свернутой в кольцо диаметром -20 см, во Ьсем диапазоне исследованных частот была не ниже 300 мкВ/Па. В интерферометре использовался многомодовый светраод длиной 25 метров. _ ■

'' *'" ивол/Ur, дв

. ..,, .. ......... 100

; ео

60

40

.20:

Г, Гц

-г—,—< • • I . i т-■-•—........?-•—

1 10 100 .1000 Рис Л Зависимости отпошепня сига ала иолокоиао-ошшсской штешш К сигналу млибровочаого гидрофона VgoA /UroА

астоты.

В п.4.2.3 приведены результаты исследования датчика температурных полей, используюшего томографические методы обработки информации. Разработанный лабораторный- макет имел чувствительность О.СЗ °С, пространственное разрешение 1 мм и позволял пронодмть измерения сложных температурных полей.

В заключении сформулироваиы основные вывоцы по результатам работы: 1. На основе проведениых теоретических н экспериментальных исследований разработана статистическая модель многомодового волоконного интерферометра. Показано, 41 > амплитуда выходного сигнала интерферометра подчиняется вероятностному распределению Р1шея, а его фиа равномерно распределена на интервале [ я,л]. При этом результирующая форма резонансных кривых повторяет сигналы одномодовых двухлучевых интерферометров. позволяет" значительно упростить , процедуру расчета миогомодовых интерферометрических схем и при оценке их параметров использовать результаты, полученные для более простых одномодовых устройств. Проведены количественные измерения параметров мноюмодовых волоконно-оптических устройств, подтвердившие теоретические результаты.

2. Разработан метол регистрация сигналов в интерферометрическом волоконном датчике, основанный на использовании дополнительной гармонической фазовой модуляции интерферометра и синхронном детектировании первой и второй гармоник частоты модуляции. Показано, что при обработке получаемых при этом квадратурных сигналов можно регистрировать сдвиг "интерференционной полосы" с точностью до я/2 в широком диапазоне изменения входного воздействия при достаточно низком отношении сигнал/шум в канале.

3. Показано, как данный способ обработки сигналов может быть использован при создании дистанционных измерительных устройств' и многоканальных .одноволоконных линий сбора данных. Произведены расчеты режимов модуляции, обеспечивающих оптимальные условия регистрации сигналов н разделение каналов.

4. Приведены результаты экспериментального исследования датчиков температуры, гидростатического давления, датчика температуры с подводящим волокном и линии сбора данных из трех датчиков, использующих дополнительную гармоническую фазовую модуляцию. Для этого применялась как модуляция длины интерферометра, так и модуляция частоты лазера. Последний способ, опробованный при создании макета датчика гидростатического давления, позволил создать измерительное устройство с чисто пассивным волоконным чувствительным элементом.

5. Также предложен метод регистрации сигналов в ннтерферометрнческнх датчиках, основанный на использовании двухчастотной ..фазовой модуляции волоконного интерферометра и выделении сигнала, возникающего на поднесушей частоте (псевдогетеродинирование). Показано, что при фазовой модуляции интерферометра двумя гармоническими напряжениями, имеющими кратные частоты и вполне определенные амплитуды и фазы, на поднесушей частоте возникает сигнал, фаза которого равна разности фаз оптических сигналов в интерферометре, а амплитуда остается постоянной при "движении интерференционных полос".

Проведены подробные теоретические .исследования и численный анализ различных режимов модуляции и приема сигналов, определены оптимальные параметры модулирующих напряжений н рабочие частоты. Проведена экспериментальная проверка полученных результатов.

6. Разработано и Изготовлено несколько вариантов устройств, которые , позволили регистрировать фазу сигнала на поднесушей частоте с точностью до

нескольких миллирадиан в диапазоне до 400 рад и в полосе частот до 1 - 5 КГц. На основе данных устройств были созданы и исследованы, макеты датчиков акустических и гидроакустических волн, томографический датчик температурных колей. При этом продемонстрирована* не только высокая чувствительность устройств, но и возможность использования распределенного волоконного датчика

в сочетании с методами вычислительной томографии. Это позволило создать

принципиально новое волоконно-оптическое «мерительное устройство, которое

было успешно развито в дальнейших работах лаборатории.

ЛИТЕРАТУРА

1. Бутусов М.М., Галкии СЛ., Оробннскнй. CII., Пал.Б.П.,, Волоконная ошика н приборостроение. - Л.: Машиностроение, 19S7, 328с.

2. Бусурии В.Н., Носов- Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: физические основы, вопросы расчета и применения..- М.: Энертатомтпдат, 1990, 256с.

3. Красюк Б.Л., Семенов О.Г'., Шереметьев А.Г., Шестериков U.A. Световодние датчики. - М.: Машиностроение, J990 256с.

4. Евтихее» P.P., Засовнн Э.А., Мировинкий Д.11. Волоконно-оптические преобразователи в системах передачи данных. - Итоги науки и техники. Сер. Связь. М.: ВИНИТИ, 1991, т.8, с.24-109.

5. Гуляев Ю.В., Меш М.Я., Проклов В.В. Модуляционные эффекты в волоконных световодах, г М.: Радио и *;нячь, 1991, 152с. - -

6. Базаров fi.II., Семенов Д.Т. Нсвзанмнмс :х{)фек ru и кольцевом ннтерферометре на мноюмодовом световоде. - 'Квантовая алектроннка, 1984, т.II, N4, с.775-784.

7. Gialloren^i T.G., Hucaro J.A., DandridjiO A., Sijiel (¡.11., Cole J.II., Raslilei^h S.C., Priest R.CJ. Optical fiber sensor technology. - НТК J. Quantum Hlectronics, 1982, V.QH-18, N4, pp. 026-665. '

8. Rogers A.G. Distributed and multiplexed sensor system. - Proc. SI'll:, 1987, V.798, Fiber Opt. Sensors II, pp. 55-70.

СПИСОК ПУБЛИКАЦИИ ПО TKMK ДИССЕРТАЦИИ

1. КоюиО.11., Марусон О.il., Медведев А"В., Николаев'В.М! Влняьис внешнею uoijieitciimii на поведение ии тсрфСреншюнной картины па выходном торце мно|\)модовош световода. Депонировано в ВИНИТИ, №734-В88, 27.01.88, 13 стр.

2. Котов О.П., Медведев A.B., Николаев В.М. Система волоконно-оптических датчиков на основе интерферометров Фабри-Перо. Труды Всесоюш. конф. "Волоконно-оптические системы передачи", Москва, 24-26 моя 1988 т., секция 5, стр. 22-23. _ ................ ...............- - .......

3. Котов О.И., Марусов О.Л., Медведев A.B., Николаев В.М , Филиппов В.Н. Отчет по НИР 'TiaioKoiiiio-oiini'ieckiie дапшки температуры и линии сбора данных". Тема N? 901605, ЛИН, 1986 г., 35 cjp. автора.

4 Коюв D.H., Медведев A.B., Николае» В.М. Использование явленна нардчецшче, кою смешения частот в во ir kohiiltv ишер<|к:ром,мрах.. Труди

Всесоюзн. н.-т. копф. "Проектирование радиоэлектронных устройств на диэлектрических волноводах и резонаторах", Тбилиси, 25-27 окт. 1988 г., стр. 309, - ' -,

5. Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М., Филиппов В.Н. Оптимизация режима работы адаптивного пространственного фильтра в интерференционных оптических системах. Труды Всесоюзн. н.-т. конф. "Проектирование радиоэлектронных устройств на диэлектрических волноводах и резонаторах", Тбилиси, 25-27 окт. 1988 г., стр. 310. 1

6. Гиневский С.П-1 Котов О.И., Марусов ОЛ., Медведев A.B., Николаев В.М., . Филиппов В.Н. ' Отчет по НИР "Исследование возможности создания

высокочувствительных волоконно-оптических преобразователей акустических и магнитных полей на основе одноволоконных интерферометров". Тема № 901807, ЛПИ, 1988 г., 22 с. автора. '

7. Котов О.И.; Медведев A.B., Николаев В.М. Устройство для регистрации изменения оптической длины волоконного интерферометра. Авторское свидетельство на изобретение №1528518, опубл. в БИ №46, 1989 г.

8. Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М. Интерференционный волоконно-оптический датчик с регистрацией фазовых сдвигов на йодиесушей частоте. Труды Всесоюзн. конф. "Волоконная оптика", Москва, 1-4 апреля 1990г., стр. 349.

'9. Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М., Филиппов В.Н., Юрьев CH. Упруго-оптический метод измерения длины поляризационных биений <в оптических волокнах; Труды Всесоюзн. конф. "Волоконная оптика", Москва, 1-4 апреля 1990г., стр. 351.

10. Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М., Петрунькин В.Ю. О применении томографических методов в оптических датчиках. Письма в ЖТФ, том 16, вып. 2, 26.01.i 990, стр. 90-93.

11*. Буймистрюк ГЛ., Гаркуша Г.В., Котов О.И., Марусов OJI., Медведев A.B., Николаев В.М., Филиппов В.Н. Волоконно-оптический датчик статического давления. Труды Респ. и.-т. Семинара ^'Оптические датчики физических величин". Бельцы, 31.05-01.06.1990, стр. 11-12.

12. Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М. Способ регистрации сигнала в оптическом датчике. Авторское свидетельство на изобретение №1657959, опубл. в БИ №23, 1991 г.

13. Ginevsky S.P., Kotov O.I., Medvedey A.V., Nlkolaev V.M., Rllppov V.N. Fiber Optic Inteiferometric Sensors Using a Novel Signal Detection Technique. Proceedings of The First International Soviet Fibre Optics Conf. (1SFOC-91), 2529 March 1991, Leningrad, USSR, Vol.1, pp. 309-312.

14. Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М. Волоконно-оптическое устройство сбора данных. Авторское свидетельство на изобретенЦе №1675920, опубл. в БИ №33, 1991 г.

15. Котов О.И., Медведев А-В., Николаев В.М. Применение статистической модели для расчета характеристик волоконных интерферометров. Труды II Всесоюзн. конф. "Фнзнч. проблемы оптнч. сдои и обраб. информации", Севастополь, 2-3 сент. 1991 г., стр. 146.

16. киевский С.П., Котов О.И., Медведев А.В., Николаев В.М., Филиппов В.Н. Отчет по НИР "Волокоино-оптический датчик двумерных физических полей". Тема N 901006, СПбГТУ, 1992 г., 40 с. автора. . , , ;v!,

17. Kotov О.!., Kuzubov S.N., Medvedev A.V.," Nikolaev V.M., FUippov V.N. ( An Analysis of fiber Optic Multimode Interferometers Using Statistic Approach. Proceedings of The Second International Russian Fibre Optics Conf. (ISFOC-92), St.-Petersburg, Russia, 5-9 0ctober 1992, pp. 122-123.

18.Ginevsky S.P., Kosareva L.I., Kotov О.1., Medvedev A. V., Nikolaev V.M. fiber Optic Tomographic Sensor. Proc. of The Second Int. Russian Fibre Optics Conf. (ISFOC-92), St.-Petersburg, Russia, 5-9 Oct'. 1992, pp. 328-329.

19.Ginevsky S.P., Kotov O.I., Medvedev A.-V., Nikolaev V:M. Electrical field Measurement Using Distributed Fiber Optic Sensor. Proceedings of The Third International Soviet Fibre Optics and Telecommunications Conference (ISFOC-93), St.-Petersburg, Russia, 26-30 April, 1993, pp. 313-314.

20. Котов О.И., Кузубов C.H., Медведев A.B., Николаев В.М., Филиппов В.Н. Использование статистического подхода для описания процессов в многомодовых волоконных интерферометрах. Опгнка н спектроскопы, том 73, вып. 5, 1992, стр. 1021-1026.

21.ГиневскиЙ С.П., Котов О.И., Медведев А.В., Николаев В М. Исследование . . пространственного распределения температуры. - волоконно-оптическим

томографическим датчиком, Журнал Технической Физики, том. 63, 1993, № 11, стр. 164-169.

22.Ginevsky S.P., Kotov O.I., Medvedev А.V.,,Nikolaev V.M. Determination, of. spatial temperature distributions by a fiber-optic tomographic sensor. Technic«! Physics, Уо1. 38, N 11, Nov. 1993, pp. 1015-1017.

23.ГИиевский С.П., Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М. Отчет по НИР "Разработка и исследование волоконно-оптическою томографического датчика физических величин". Межвузовская программа "Оптические..процессоры". Тема Ns 04.14/0991311, СНГГУ, 1993 г., 18 с. автора.

24. Гнневский С.П., Котов О.И., Медведев А.В., Николаев В.М. Псеьл. н':Г.[>одинный метод'''прйема'''сигна:юв"диффе'ренииаа1ьной фазовой модуляции и .жухмодовом волоконном световоде. Письма в ЖТФ, том. 20, вып. 3, 12 февра-ы 1994 г., стр. 42-47.

25.Gine,vsky S.P., Kotov О.1., Medvedev A V.. Nikolaev V.M. Pseudoheierodyne reception of siyuah produced by differentia] |-hase modulation in a two mode ' fiber lightgnlc. Technical Physic!, Letteis, Vol. 20, N 2, Feb. 1994, pp. 108-110.

26. Гиневский С.П., Котов О.И., Лиркумович Л.Б., Медведев A.B., Николаев В.М. Устройство для регистрации изменения оптической длины волоконного интерферометра. Положительное решение по заявке №94-025901, приоритет от 12.07.1994 г.

27. Гиневский С.П., Котов О.И., Медведев A.B., Николаев В.М. Волоконно-оптический томографический измерительный комплекс. Тезисы Российской научно-технической конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России", 25-27 апреля 1995 г., часть 9, с. 22.

28. Гиневский С.П., Котов О.И., Лиокумович Л.Б., Медведев A.B., Николаев В.М. Интерференционные волоконно-оптические датчики. Тезисы Российской научно-технической конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России", 25-27-апреля 1995 г., часть 9, с. 23.

29. Гиневский СЛ., Котов О.И., Лиокумович Л.Бм Медведев A.B., Николаев В.М. Использование волоконных интерферометров для- преобраювания фазомодулированных оптических сигналов в световод пых линиях спора и передачи информации. Тезисы Российской научно-технической конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России", 25-27 апреля 1995 г., часть 9, с. 24.

30. Гиневский СЛ., Котов О.И., Лиокумович Л.Б., Медведев A.B., Николаев В.М. Прибор для регистрации фазовых сдвигов. Тезисы Российской научно-технической конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России", 25-27 апреля 1995 г., часть 9, с. 25.

31. Гиневский СЛ., Котов О.И., Лиокумович Л.Б., Медведев A.B., Николаев В.М. Дистанционные, волоконно-оптические интерферометрические измерения. Тезисы Российской научно-тсхничсскбй конференции "Инновационные наукоемкие технологии для России", 25-27 апреля 1995 г., часть 9, с. 26.

32. Гиневский СЛ., Котов О.И., Лиокумович Л.Б., Медведев A.B., Николаев В.М., Петрунькин В.Ю. Волоконно-оптический интерфсрометрический дистанционный датчик. Письма в ЖТФ, 26 мая 1995, т.21, в.12, с. 62-66.

33. Ginévsky S.P., Kotov О.1., Liokumovich L.B., Mcdvedcv A.V., Nikolaev V.M., Petrun'kin V.Yu. ПЬег-optic interferomelric remote sensor. Technical Physics Letters, Vol. 21, N 5, May .1995, pp. 380-381. " . ..

J