Радиоэлектроника

Лазерные оптико-электронные приборы


           Московский ордена Ленина, ордена Октябрьской Революции
                     и ордена Трудового Красного Знамени
                   ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
                             имени Н.Э.Баумана.
           ______________________________________________________

                                Факультет РЛ
                                 Кафедра РЛ2



                            Реферат по дисциплине

                    "Лазерные оптико-электронные приборы"



                                  студента
                                Майорова Павла

                        Леонидовича, группа РЛ3-101.



                                Руководитель
                         Немтинов Владимир Борисович
                               Тема реферата:

                      "Оптическая обработка информации"

                                 Вступление

      Сенсоризация  производственной  деятельности,  т.  е.  замена  органов
чувств человека  на  датчики,  должна  рассматриваться  в  качестве  третьей
промышленной революции вслед за первыми  двумя  —  машинно-энергетической  и
информационно-компьютерной. Потребность в  датчиках  стремительно  растет  в
связи с бурным развитием автоматизированных систем  контроля  и  управления,
внедрением   новых   технологических   процессов,   переходом    к    гибким
автоматизированным    производствам.    Помимо    высоких    метрологических
характеристик датчики должны обладать высокой  надежностью,  долговечностью,
стабильностью,   малыми    габаритами,    массой    и    энергопотреблением,
совместимостью с микроэлектронными  устройствами  обработки  информации  при
низкой трудоемкости изготовления и небольшой стоимости. Этим  требованиям  в
максимальной степени удовлетворяют волоконно-оптические датчики.

                        Волоконно-оптические датчики

      Первые попытки создания датчиков на основе  оптических  волокон  можно
отнести к середине 1970-х годов. Публикации о  более  или  менее  приемлемых
разработках и экспериментальных  образцах  подобных  датчиков  появились  во
второй половине 1970-х  годов.  Однако  считается,  что  этот  тип  датчиков
сформировался как одно из направлений техники только в начале 1980-х  годов.
Тогда же появился и термин  "волоконно-оптические  датчики"  (optical  fiber
sensors).  Таким  образом,  волоконно-оптические  датчики  —  очень  молодая
область техники.

                  От электрических измерений к электронным

      Конец X IX века можно считать периодом  становления  метрологии  в  ее
общем виде. К тому времени произошла определенная систематизация  в  области
электротехники на основе теории электромагнетизма и цепей переменного  тока.
До  этого  физические  величины  измерялись  главным  образом  механическими
средствами,   а   сами   механические    измерения    распространены    были
незначительно.  Электрические  же  измерения  ограничивались  едва   ли   не
исключительно только электростатическими.  Можно  сказать,  что  метрология,
развиваясь по мере прогресса электротехники, с конца XIX века стала  как  бы
ее родной сестрой.
      Рассмотрим  этапы  и  успехи  этого  развития.  В  течение  нескольких
десятков лет, вплоть  до  второй  мировой  войны,  получили  распространение
электроизмерительные  приборы,  принцип  работы  которых  основан  на  силах
взаимодействия электрического тока и магнитного поля (закон Био  —  Совара).
Тогда же эти  приборы  внедрялись  в  быстро  развивающуюся  промышленность.
Особенность  периода  в   том,   что   наука   и   техника,   причастные   к
электроизмерительным приборам, становятся ядром метрологии  и  измерительной
индустрии.
      После второй мировой войны значительные успехи в развитии  электроники
привели к громадным переменам в метрологии. В  пятидесятых  годах  появились
осциллографы,  содержащие  от  нескольких  десятков   до   сотни   и   более
электронных   ламп   и   обладающие    весьма    высокими    функциональными
возможностями, а также целый ряд подобных устройств,  которые  стали  широко
применяться в сфере производства и научных исследований. Так  наступила  эра
электронных  измерений.  Сегодня,  по   прошествии   30   лет,   значительно
изменилась элементная  база  измерительных  приборов.  От  электронных  ламп
перешли к транзисторам, интегральным схемам (ИС), большим  ИС  (БИС).  Таким
образом, и сегодня электроника является основой измерительной техники.

                     От аналоговых измерений к цифровым

      Однако между электронными измерениями, которые производились в  1950-e
годы, и электронными измерениями  1980-х  годов  большая  разница.  Суть  ее
заключается в том, что во  многие  измерительные  приборы  введена  цифровая
техника.
      Обычно электронный  измерительный  прибор  имеет  структуру,  подобную
изображенной на рис.  1.  Здесь  датчик  в  случае  измерения  электрической
величины (электрический  ток  или  напряжение)  особой  роли  не  играет,  и
довольно часто выходным устройством такого  измерителя  является  индикатор.
Однако  при  использовании  подобного  прибора  в  какой-либо  измерительной
системе сплошь и рядом приходится сталкиваться  с  необходимостью  обработки
сигнала различными электронными схемами.  Внедрение  цифровой  измерительной
техники   подразумевает   в   идеале,   что   цифровой   сигнал    поступает
непосредственно от чувствительного элемента  датчика.  Но  пока  это  скорее
редкость, чем правило. Чаще же всего этот сигнал имеет аналоговую  форму,  и
для  него  на  входе  блока  обработки  данных  установлен  аналого-цифровой
преобразователь (АЦП). Цифровая же техника используется  главным  образом  в
блоке обработки данных и в выходном устройстве (индикаторе) или в  одном  из
них.
                                    [pic]
Рис. 1. Типовая структура электронного измерителя
      Основное  преимущество  использования  цифровой  техники  в   процессе
обработки данных — это сравнительно  простая  реализация  операций  высокого
уровня, которые трудно осуществимы с помощью аналоговых устройств.  К  таким
операциям относятся  подавление  шумов,  усреднение,  нелинейная  обработка,
интегральные преобразования  и  др.  При  этом  функциональная  нагрузка  на
чувствительный  элемент  датчика  уменьшается  и  снижаются   требования   к
характеристикам  элемента.  Кроме   того,   благодаря   цифровой   обработке
становится возможным измерение весьма малых величин.

                  Цифризация и волоконно-оптические датчики

      Важно отметить, что  одним  из  этапов  развития  волоконно-оптических
датчиков  было  функциональное  расширение  операций,  выполняемых  в  блоке
обработки данных датчика, путем их цифризации и, что  особенно  существенно,
упрощение операций нелинейного типа. Ведь  в  волоконно-оптических  датчиках
линейность выходного сигнала  относительно  измеряемой  физической  величины
довольно часто неудовлетворительна. Благодаря же  цифризации  обработки  эта
проблема теперь частично или полностью решается.
      Нечего и говорить, что важный  стимул  появления  волоконно-оптических
датчиков — создание самих оптических волокон,  о  которых  будет  рассказано
ниже, а также взрывообразное развитие оптической  электроники  и  волоконно-
оптической техники связи.

         Становление оптоэлектроники и появление оптических волокон


                    Лазеры и становление оптоэлектроники

[pic]
Рис. 2. Снижение минимальных потерь передачи для различных типов  оптических
         волокон
      Оптоэлектроника — это новая область науки и техники, которая появилась
на  стыке  оптики  и  электроники.  Следует   заметить,   что   в   развитии
радиотехники с самого начала  ХХ  века  постоянно  прослеживалась  тенденция
освоения электромагнитных волн все  более  высокой  частоты.  Вытекающее  из
этого факта предположение, что однажды радиотехника и электроника  достигнут
оптического диапазона  волн,  становится  все  более  и  более  достоверным,
начиная с 1950-х годов. Годом возникновения  оптоэлектроники  можно  считать
1955-й,  когда  Е.  Лоебнер  (Loеbner  Е.  Е.  Optoelectronic  devices   and
networks//Proc.  1ЕЕЕ.  1955.  V.  43.  N  12.  Р.  1897  —   1906)   описал
потенциальные параметры различных  оптоэлектронных  устройств  связи,  нынче
называемых оптронами, т. е. когда  были  обсуждены  основные  характеристики
соединения оптического и электронного устройств.
      С тех пор оптоэлектроника непрерывно развивается, и полагают,  что  до
конца  ХХ  века  она  превратится  в  огромную  отрасль  науки  и   техники,
соизмеримую  с  электроникой.  Появление  в  начале  1960-х  годов   лазеров
способствовало    ускорению    развития    оптоэлектроники.    Потенциальные
характеристики лазеров описаны еще в 1958 г., а уже в  1960  г.  был  создан
самый первый лазер — газовый, на основе смеси гелия  и  неона.  Генерирующие
непрерывное излучение при комнатной  температуре  полупроводниковые  лазеры,
которые в  настоящее  время  получили  наиболее  широкое  применение,  стали
выпускаться с 1970 г.

                        Появление оптических волокон

      Важным  моментом  в   развитии   оптоэлектроники   является   создание
оптических волокон. Особенно интенсивными исследования стали в конце  1960-x
годов, а разработка в  1970  г.  американской  фирмой  "Корнинг"  кварцевого
волокна  с  малым  затуханием  (20  дБ/км)  явилась  эпохальным  событием  и
послужила стимулом для увеличения темпов исследований и  разработок  на  все
1970-е годы.
      На рис. 2 показано снижение минимальных потерь передачи для  различных
оптических волокон  на  протяжении  минувших  десяти  с  лишним  лет.  Можно
заметить, что для кварцевых оптических волокон потери за 10  лет  (в  1970-е
годы) уменьшились примерно на два порядка.
      Изначальной  и  главной  целью  разработки  оптических  волокон   было
обеспечение ими оптических систем связи. Тем не менее в 1970-е  годы,  когда
в технике оптических волокон применительно к оптическим системам связи  были
достигнуты уже значительные успехи, влияние волокон на  развитие  волоконно-
оптических  датчиков,  о  которых  пойдет  речь  в  этой  книге,   оказалось
несколько неожиданным.

                  Одно- и многомодовые оптические волокна.

[pic]
Рис. 3. Одномодовое (а) и многомодовое (б) оптическое волокно
Оптическое волокно обычно  бывает  одного  из  двух  типов:  одномодовое,  в
котором распространяется только одна мода (тип  распределения  передаваемого
электромагнитного поля), и  многомодовое  —  с  передачей  множества  (около
сотни) мод. Конструктивно эти  типы  волокон  различаются  только  диаметром
сердечника — световедущей  части,  внутри  которой  коэффициент  преломления
чуть выше, чем в периферийной части — оболочке (рис. 3).
      В технике используются как многомодовые, так и одномодовые  оптические
волокна. Многомодовые  волокна  имеют  большой  (примерно  50  мкм)  диаметр
сердечника,  что  облегчает  их  соединение  друг  с  другом.  Но  поскольку
групповая скорость света для каждой моды различна, то  при  передаче  узкого
светового импульса происходит  его  расширение  (увеличение  дисперсии).  По
сравнению с многомодовыми у одномодовых волокон  преимущества  и  недостатки
меняются местами: дисперсия  уменьшается,  но  малый  (5...10  мкм)  диаметр
сердечника значительно затрудняет соединение волокон этого типа  и  введение
в них светового луча лазера.
      Вследствие этого одномодовые оптические волокна нашли преимущественное
применение в линиях связи, требующих высокой  скорости  передачи  информации
(линии  верхнего  ранга  в   иерархической   структуре   линий   связи),   а
многомодовые  чаще  всего  используются  в  линиях  связи  со   сравнительно
невысокой скоростью передачи информации. Имеются так называемые  когерентные
волоконно-оптические линии связи, где пригодны только  одномодовые  волокна.
В многомодовом оптическом волокне когерентность  принимаемых  световых  волн
падает, поэтому его использование в когерентных  линиях  связи  непрактично,
что  и  предопределило  применение  в  подобных  линиях  только  одномодовых
оптических волокон.
      Напротив, хотя  при  использовании  оптических  волокон  для  датчиков
вышеуказанные факторы тоже имеют место, но во многих  случаях  их  роль  уже
иная. В частности, при  использовании  оптических  волокон  для  когерентных
измерений,  когда  из  этих  волокон   формируется   интерферометр,   важным
преимуществом одномодовых волокон является возможность  передачи  информации
о фазе оптической волны, что неосуществимо с помощью  многомодовых  волокон.
Следовательно, в данном  случае  необходимо  только  одномодовое  оптическое
волокно, как и в  когерентных  линиях  связи.  Тем  не  менее,  на  практике
применение одномодового оптического волокна при  измерении  нетипично  из-за
небольшой его дисперсии. Короче  говоря,  в  сенсорной  оптоэлектронике,  за
исключением датчиков-интерферометров, используются  многомодовые  оптические
волокна. Это обстоятельство объясняется еще и  тем,  что  в  датчиках  длина
используемых  оптических  волокон  значительно  меньше,   чем   в   системах
оптической связи.

   Характеристики оптического волокна как структурного элемента датчика и
                                систем связи

      Прежде чем оценивать значимость этих характеристик для обеих  областей
применения, отметим общие достоинства оптических волокон:
     . широкополосность (предполагается до нескольких десятков терагерц);
     . малые потери (минимальные 0,154 дБ/км);
     . малый (около 125 мкм) диаметр;
     . малая (приблизительно 30 г/км) масса;
     . эластичность (минимальный радиус изгиба 2 MM);
     . механическая прочность (выдерживает нагрузку на  разрыв  примерно  7
       кг);
     . отсутствие взаимной интерференции (перекрестных помех типа известных
       в телефонии "переходных разговоров");
     . безындукционность (практически отсутствует влияние  электромагнитной
       индукции, а следовательно,  и  отрицательные  явления,  связанные  с
       грозовыми разрядами, близостью к линии  электропередачи,  импульсами
       тока в силовой сети);
     . взрывобезопасность (гарантируется абсолютной неспособностью  волокна
       быть причиной искры);
     . высокая электроизоляционная прочность (например, волокно  длиной  20
       см выдерживает напряжение до 10000 B);
     . высокая коррозионная стойкость, особенно к химическим растворителям,
       маслам, воде.
      В области оптической связи наиболее важны такие  достоинства  волокна,
как широкополосность и малые потери, причем в строительстве  внутригородских
сетей связи наряду с этими  свойствами  особое  значение  приобретают  малый
диаметр   и   отсутствие   взаимной   интерференции,   а   в    электрически
неблагоприятной окружающей  среде  —  безындукционность.  Последние  же  три
свойства в большинстве случаев здесь не играют какой-либо заметной роли.
      В   практике   использования   волоконно-оптических   датчиков   имеют
наибольшее значение последние четыре свойства. Достаточно  полезны  и  такие
свойства, как эластичность, малые диаметр и  масса.  Широкополосность  же  и
малые потери значительно повышают возможности оптических волокон, но  далеко
не всегда эти преимущества осознаются  разработчиками  датчиков.  Однако,  с
современной точки зрения, по  мере  расширения  функциональных  возможностей
волоконно-оптических датчиков в ближайшем  будущем  эта  ситуация  понемногу
исправится.
      Как будет показано ниже, в  волоконно-оптических  датчиках  оптическое
волокно может быть применено просто  в  качестве  линии  передачи,  а  может
играть роль самого чувствительного  элемента  датчика.  В  последнем  случае
используются чувствительность волокна к электрическому полю (эффект  Керра),
магнитному  полю  (эффект  Фарадея),  к  вибрации,  температуре,   давлению,
деформациям (например, к изгибу).  Многие  из  этих  эффектов  в  оптических
системах связи оцениваются  как  недостатки,  в  датчиках  же  их  появление
считается скорее преимуществом, которое следует развивать.
      Следует также отметить, что оптические  волокна  существенно  улучшают
характеристики устройств, основанных на эффекте Саньяка.

    Классификация  волоконно-оптических датчиков и примеры их применения

      Современные волоконно-оптические датчики позволяют измерять почти все.
Например,  давление,  температуру,  расстояние,  положение  в  пространстве,
скорость вращения, скорость  линейного  перемещения,  ускорение,  колебания,
массу,   звуковые   волны,   уровень   жидкости,   деформацию,   коэффициент
преломления,  электрическое  поле,  электрический   ток,   магнитное   поле,
концентрацию газа, дозу радиационного излучения и т.д.
Если  классифицировать   волоконно-оптические   датчики   с   точки   зрения
применения в них оптического волокна, то, как уже  было  отмечено  выше,  их
можно грубо разделить на датчики, в которых оптическое волокно  используется
в качестве линии передачи, и датчики, в которых оно используется в  качестве
чувствительного элемента. Как видно из таблицы 1,  в  датчиках  типа  "линии
передачи" используются в  основном  многомодовые  оптические  волокна,  а  в
датчиках сенсорного типа чаще всего — одномодовые.

                     Таблица 1. Характеристики волоконно-оптических датчиков
|Структура        |Измеряемая       |Используемое     |Детектируемая    |Оптическое       |Параметры и      |
|                 |физическая       |физическое       |величина         |волокно          |особенности      |
|                 |величина         |явление, свойство|                 |                 |измерений        |
|Датчики с оптическим волокном в качестве линии передачи                                                      |
|Проходящего типа |Электрическое    |Эффект Поккельса |Составляющая     |Многомодовое     |1... 1000B;      |
|                 |напряжение,      |                 |поляризация      |                 |0,1...1000 В/см  |
|                 |напряженность    |                 |                 |                 |                 |
|                 |электрического   |                 |                 |                 |                 |
|                 |поля             |                 |                 |                 |                 |
|Проходящего типа |Сила             |Эффект Фарадея   |Угол поляризации |Многомодовое     |Точность (1% при |
|                 |электрического   |                 |                 |                 |20...85( С       |
|                 |тока,            |                 |                 |                 |                 |
|                 |напряженность    |                 |                 |                 |                 |
|                 |магнитного поля  |                 |                 |                 |                 |
|Проходящего типа |Температура      |Изменение        |Интенсивность    |Многомодовое     |-10...+300( С    |
|                 |                 |поглощения       |пропускаемого    |                 |(точность (1( С) |
|                 |                 |полупроводников  |света            |                 |                 |
|Проходящего типа |Температура      |Изменение        |Интенсивность    |Многомодовое     |0...70( С        |
|                 |                 |постоянной       |пропускаемого    |                 |(точность (0,04( |
|                 |                 |люминесценции    |света            |                 |С)               |
|Проходящего типа |Температура      |Прерывание       |Интенсивность    |Многомодовое     |Режим "вкл/выкл" |
|                 |                 |оптического пути |пропускаемого    |                 |                 |
|                 |                 |                 |света            |                 |                 |
|Проходящего типа |Гидроакустическое|Полное отражение |Интенсивность    |Многомодовое     |Чувствительность |
|                 |давление         |                 |пропускаемого    |                 |... 10 мПа       |
|                 |                 |                 |света            |                 |                 |
|Проходящего типа |Ускорение        |Фотоупругость    |Интенсивность    |Многомодовое     |Чувствительность |
|                 |                 |                 |пропускаемого    |                 |около 1 мg       |
|                 |                 |                 |света            |                 |                 |
|Проходящего типа |Концентрация газа|Поглощение       |Интенсивность    |Многомодовое     |Дистанционное    |
|                 |                 |                 |пропускаемого    |                 |наблюдение на    |
|                 |                 |                 |света            |                 |расстоянии до 20 |
|                 |                 |                 |                 |                 |км               |
|Отражательного   |Звуковое давление|Многокомпонентная|Интенсивность    |Многомодовое     |Чувствительность,|
|типа             |в атмосфере      |интерференция    |отраженного света|                 |характерная для  |
|                 |                 |                 |                 |                 |конденсаторного  |
|                 |                 |                 |                 |                 |микрофона        |
|Отражательного   |Концентрация     |Изменение        |Интенсивность    |Пучковое         |Доступ через     |
|типа             |кислорода в крови|спектральной     |отраженного света|                 |катетер          |
|                 |                 |характеристики   |                 |                 |                 |
|Отражательного   |Интенсивность    |Изменение        |Интенсивность    |Пучковое         |Неразрушающий    |
|типа             |СВЧ-излучения    |коэффициента     |отраженного света|                 |контроль         |
|                 |                 |отражения жидкого|                 |                 |                 |
|                 |                 |кристалла        |                 |                 |                 |
|Антенного типа   |Параметры        |Излучение        |Интенсивность    |Многомодовое     |Длительность     |
|                 |высоковольтных   |световода        |пропускаемого    |                 |фронта до 10 нс  |
|                 |импульсов        |                 |света            |                 |                 |
|Антенного типа   |Температура      |Инфракрасное     |Интенсивность    |Инфракрасное     |250...1200( С    |
|                 |                 |излучение        |пропускаемого    |                 |(точность (1%)   |
|                 |                 |                 |света            |                 |                 |
|Датчики с оптическим волокном в качестве чувствительного элемента                                            |
|Кольцевой        |Скорость вращения|Эффект Саньяка   |Фаза световой    |Одномодовое      |>0,02 (/ч        |
|интерферометр    |                 |                 |волны            |                 |                 |
|Кольцевой        |Сила             |Эффект Фарадея   |Фаза световой    |Одномодовое      |Волокно с        |
|интерферометр    |электрического   |                 |волны            |                 |сохранением      |
|                 |тока             |                 |                 |                 |поляризации      |
|Интерферометр    |Гидроакустическое|Фотоупругость    |Фаза световой    |Одномодовое      |1...100 рад(атм/м|
|Маха-Цендера     |давление         |                 |волны            |                 |                 |
|Интерферометр    |Сила             |Магнитострикция  |Фаза световой    |Одномодовое      |Чувствительность |
|Маха-Цендера     |электрического   |                 |волны            |                 |10-9 А/м         |
|                 |тока,            |                 |                 |                 |                 |
|                 |напряженность    |                 |                 |                 |                 |
|                 |магнитного поля  |                 |                 |                 |                 |
|Интерферометр    |Сила             |Эффект Джоуля    |Фаза световой    |Одномодовое      |Чувствительность |
|Маха-Цендера     |электрического   |                 |волны            |                 |10 мкА           |
|                 |тока             |                 |                 |                 |                 |
|Интерферометр    |Ускорение        |Механическое     |Фаза световой    |Одномодовое      |1000 рад/g       |
|Маха-Цендера     |                 |сжатие и         |волны            |                 |                 |
|                 |                 |растяжение       |                 |                 |                 |
|Интерферометр    |Гидроакустическое|Фотоупругость    |Фаза световой    |Одномодовое      |—                |
|Фабри-Перо       |давление         |                 |волны            |                 |                 |
|                 |                 |                 |(полиинтерференци|                 |                 |
|                 |                 |                 |я)               |                 |                 |
|Интерферометр    |Температура      |Тепловое сжатие и|Фаза световой    |Одномодовое      |Высокая          |
|Фабри-Перо       |                 |расширение       |волны            |                 |чувствительность |
|                 |                 |                 |(полиинтерференци|                 |                 |
|                 |                 |                 |я)               |                 |                 |
|Интерферометр    |Спектр излучения |Волновая         |Интенсивность    |Одномодовое      |Высокая          |
|Фабри-Перо       |                 |фильтрация       |пропускаемого    |                 |разрешающая      |
|                 |                 |                 |света            |                 |способность      |
|Интерферометр    |Пульс, скорость  |Эффект Доплера   |Частота биений   |Одномодовое,     |10-4...108 м/с   |
|Майкельсона      |потока крови     |                 |                 |многомодовое     |                 |
|Интерферометр на |Гидроакустическое|Фотоупругость    |Фаза световой    |С сохранением    |Без опорного     |
|основе мод с     |давление         |                 |волны            |поляризации      |оптического      |
|ортогональной    |                 |                 |                 |                 |волокна          |
|поляризацией     |                 |                 |                 |                 |                 |
|Интерферометр на |Напряженность    |Магнитострикция  |Фаза световой    |С сохранением    |Без опорного     |
|основе мод с     |магнитного поля  |                 |волны            |поляризации      |оптического      |
|ортогональной    |                 |                 |                 |                 |волокна          |
|поляризацией     |                 |                 |                 |                 |                 |
|Неинтерферометрич|Гидроакустическое|Потери на        |Интенсивность    |Многомодовое     |Чувствительность |
|еская            |давление         |микроизгибах     |пропускаемого    |                 |100 мПа          |
|                 |                 |волокна          |света            |                 |                 |
|Неинтерферометрич|Сила             |Эффект Фарадея   |Угол поляризации |Одномодовое      |Необходимо       |
|еская            |электрического   |                 |                 |                 |учитывать        |
|                 |тока,            |                 |                 |                 |ортогональные    |
|                 |напряженность    |                 |                 |                 |моды             |
|                 |магнитного поля  |                 |                 |                 |                 |
|Неинтерферометрич|Скорость потока  |Колебания волокна|Соотношение      |Одномодовое,     |>0,3 м/с         |
|еская            |                 |                 |интенсивности    |многомодовое     |                 |
|                 |                 |                 |между двумя      |                 |                 |
|                 |                 |                 |модами           |                 |                 |
|Неинтерферометрич|Доза             |Формирование     |Интенсивность    |Многомодовое     |0,01...1,00 Мрад |
|еская            |радиоактивного   |центра           |пропускаемого    |                 |                 |
|                 |излучения        |окрашивания      |света            |                 |                 |
|Последовательного|Распределение    |Обратное         |Интенсивность    |Многомодовое     |Разрешающая      |
|и параллельного  |температуры и    |рассеяние Релея  |обратного        |                 |способность 1 м  |
|типа             |деформации       |                 |рассеяния Релея  |                 |                 |

|[pic]                                    |Рис. 5.       | |[pic]                           |Рис. 7.         |
|                                         |Волоконно-опти| |                                |Волоконно-оптиче|
|                                         |ческий датчик | |                                |ский датчик     |
|                                         |проходящего   | |                                |антенного типа. |
|                                         |типа.         | |                                |                |

|[pic]                                                 |Рис. 6.         |
|                                                      |Волоконно-оптиче|
|                                                      |ский датчик     |
|                                                      |отражательного  |
|                                                      |типа.           |

                  Краткая история исследований и разработок

      В истории волоконно-оптических датчиков  трудно  зафиксировать  какой-
либо начальный момент,  в  отличие  от  истории  волоконно-оптических  линий
связи.  Первые  публикации  о  проектах  и  экспериментах  с   измерительной
техникой, в которой использовалось бы оптическое волокно, начали  появляться
с  1973  г.,  а  во  второй  половине  1970-х  годов  их  число  значительно
увеличилось.  В  1978  году  Нэмото  Тосио  предложил  общую   классификацию
волоконно-оптических  датчиков  (рис.  4.),  которая  мало   отличается   от
современной.  С  наступлением  1980-х  годов  история  развития   волоконно-
оптических датчиков обрастает значительными подробностями.

                                 Заключение

|[pic]                                           |Рис.4. Классификация|
|                                                |основных структур   |
|                                                |волоконно-оптических|
|                                                |датчиков:           |
|                                                |а) с изменением     |
|                                                |характеристик       |
|                                                |волокна (в том числе|
|                                                |специальных волокон)|
|                                                |                    |
|                                                |б) с изменением     |
|                                                |параметров          |
|                                                |передаваемого света |
|                                                |в) с чувствительным |
|                                                |элементом на торце  |
|                                                |волокна             |


      Основными элементами волоконно-оптического датчика, как можно заметить
из табл. 1, являются оптическое волокно, светоизлучающие (источник света)  и
светоприемные устройства, оптический  чувствительный  элемент.  Кроме  того,
специальные линии необходимы  для  связи  между  этими  элементами  или  для
формирования измерительной системы  с  датчиком.  Далее,  для  практического
внедрения  волоконно-оптических  датчиков  необходимы   элементы   системной
техники, которые в совокупности с вышеуказанными элементами и  линией  связи
образуют измерительную систему.

                              Список литературы

      Окоси Т. и др. Волоконно-оптические датчики.

                                 Оглавление

Вступление  2
Волоконно-оптические датчики      2
    От электрических измерений к электронным 2
    От аналоговых измерений к цифровым 3
    Цифризация и волоконно-оптические датчики      4
  Становление оптоэлектроники и появление оптических волокон 4
    Лазеры и становление оптоэлектроники     4
    Появление оптических волокон  6
    Одно- и многомодовые оптические волокна. 6
    Характеристики оптического волокна как структурного элемента датчика и
    систем связи 7
  Классификация  волоконно-оптических датчиков и примеры их применения   9
  Датчики с оптическим волокном в качестве линии передачи    10
  Датчики с оптическим волокном в качестве чувствительного элемента      12
  Краткая история исследований и разработок  15
  Заключение     15
Список литературы      16
Оглавление  16



смотреть на рефераты похожие на "Лазерные оптико-электронные приборы"