|
DOI: 10.14489/td.2025.06.pp.040-045
Степанов М. В.
ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ НА МЕТРОЛОГИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ С ЗАКРЫТЫМ ОПТИЧЕСКИМ КАНАЛОМ
(с. 40-45)
Аннотация. Рассмотрены вопросы влияния температуры на метрологические характеристики волоконно-оптических датчиков с закрытым оптическим каналом с чувствительными элементами, основанными на различных эффектах. Для этого проведена аппроксимация нормированных температурных зависимостей функции передачи датчика и найдены коэффициенты чувствительности. С помощью найденных коэффициентов чувствительности были определены значения дополнительной температурной погрешности волоконно-оптических датчиков, измеряющих угловое перемещение, тактильное усилие и давление. В целях уменьшения дополнительной температурной погрешности рассматриваемых датчиков был рассмотрен вариант построения с дифференциальным включением чувствительных элементов. Это позволило уменьшить дополнительную температурную погрешность датчиков более чем на порядок. Для дальнейшего уменьшения величины дополнительной температурной погрешности волоконно-оптических датчиков предложено проведение индивидуальной калибровки каждого экземпляра датчика.
Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, аппроксимирующий полином, чувствительный элемент, дополнительная температурная погрешность, дифференциальная схема включения.
Stepanov M. V.
INFLUENCE OF TEMPERATURE ON THE METROLOGICAL CHARACTERISTICS OF FIBER-OPTIC SENSORS WITH A CLOSED OPTICAL CHANNEL
(pp. 40-45)
Abstract. In article questions of influence of temperature on metrological characteristics of optical fiber sensors with the closed optical channel with the pickups based on different effects are considered. Approximation of rated temperature dependences of function of transfer of the sensor is for this purpose carried out and sensitivity coefficients are found. Further, using the sensitivity coefficients found, the values of the additional temperature error of fiber-optic sensors measuring the following physical quantities were determined: angular displacement, tactile force and pressure. For the purpose of reduction of additional temperature error of the considered sensors the creation option with differential turning on of pickups has been considered. It has allowed to reduce additional temperature error of sensors more than much. For further reduction of size of additional temperature error of optical fiber sensors carrying out individual calibration of each copy of the sensor is offered.
Keywords: fiber-optic sensor, the approximating polynom, sensing element, additional temperature error, differential scheme of inclusion.
М. В. Степанов (АО «Ракетно-космический центр «Прогресс», Самара, Россия) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
M. V. Stepanov (Progress Rocket Space Centre, Samara, Russia) E-mail:
Данный адрес e-mail защищен от спам-ботов, Вам необходимо включить Javascript для его просмотра.
1. Анискович В. А., Будадин О. Н., Заикина Н. Л. и др. Измерение деформаций с использованием волоконно-оптических датчиков в процессе прочностных испытаний анизогридных конструкций из композиционных материалов // Контроль. Диагностика. 2018. № 7. С. 44 – 49.
2. Буймистрюк Г. Я. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control Engineering Россия. 2013. № 3(45). С. 34 – 42.
3. Леонович Г. И., Матюнин С. А., Ливочкина Н. А. Мультисенсорный волоконно-оптический преобразователь давления // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета. 2011. № 7(31). С. 23 – 123.
4. Фадеев К. М., Минкин А. М., Ларионов Д. Д., Созонов Н. С. Волоконно-оптический датчик высокого давления на основе интерферометра Фабри‒Перо // Спецвыпуск «Фотон–экспресс-наука». 2019. № 6. С. 336–337.
5. Беловолов М. И., Беловолов М. М., Семенов С. Л. и др. Разработка волоконно-оптических датчиков контроля технических характеристик и оценки работоспособности композитных узлов изделий авиационной и ракетно-космической техники // Конструкции из композиционных материалов. 2020. № 3. С. 45 – 53.
6. Железина Г. Ф., Сиваков Д. В., Гуляев И. Н. Встроенный контроль: от датчиков до информкомпозитов // Авиационная промышленность. 2008. № 3. С. 46 – 50.
7. Babaev O. G., Matyunin S. A., Stepanov M. V. Simulation of Contactless Fiber-Optic System for Valve Status Monitoring // Procedia Engineering. 2017. V. 176. P. 2 – 11.
8. Смирнов Д. С., Дейнека И. Г., Куликов А. В. и др. Методы исследований температурных характеристик чувствительного элемента волоконно-оптического гироскопа // Сб. материалов XXVIII Санкт-Петербургской международной конференции по интегрированным навигационным системам. Санкт-Петербург, 31 мая ‒ 02 июня 2021 г. СПб., 2021. С. 245–246.
9. Федотов М. Ю. Моделирование термокомпенсации данных оптического контроля композитных конструкций внешним волоконно-оптическим датчиком температуры // Контроль. Диагностика. 2024. № 1(307). С. 4 – 10.
10. Федотов М. Ю. Теоретические исследования термокомпенсации результатов диагностики полимерных композитов методом двух оптических волокон // Дефектоскопия. 2023. № 10. С. 53 – 65.
11. Харахнин К. А., Терешин Д. А., Вахрамеев Д. В., Вахрамеев П. С. Волоконно-оптический датчик усилий: математическая модель, функция преобразования, разработка прототипа // Вестник Череповецкого государственного университета. 2020. № 6(99). С. 45 – 58.
12. Степанов М. В. Волоконно-оптические датчики: перспективы применения в ракетно-космической технике // Главный метролог. 2020. № 1. С. 28 – 30.
13. Степанов М. В. Волоконно-оптические датчики с закрытым оптическим каналом // Датчики и системы. 2024. № 3(275). С. 17 – 23.
14. Матюнин С. А., Степанов М. В., Бабаев О. Г. Волоконно-оптические датчики с закрытым оптическим каналом. Самара: Инсома-Пресс, 2020. 250 с.
15. Ураксеев М. А., Левина Т. М. Математическое моделирование оптоволоконных приборов и систем на магнитооптическом эффекте Фарадея // Известия ВолГТУ. 2014. С. 17 ‒ 22.
16. МИ 2083‒90. Рекомендация. ГСИ. Измерения косвенные. Определение результатов измерений и оценивание их погрешностей. М.: Изд-во стандартов, 1991. 11 с.
1. Aniskovich V. A., Budadin O. N., Zaikina N. L. i dr. (2018). Measurement of deformations using fiber optic sensors during strength testing of anisogrid structures made of composite materials. Kontrol'. Diagnostika, (7), 44 – 49. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2018.07.pp.044-049
2. Buymistryuk G. Ya. (2013). Fiber optic sensors for extreme conditions. Control Engineering Rossiya, 45(3), 34 – 42. [in Russian language]
3. Leonovich G. I., Matyunin S. A., Livochkina N. A. (2011). Multisensor fiber optic pressure transducer. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta, 31(7), 123 – 127. [in Russian language]
4. Fadeev K. M., Minkin A. M., Larionov D. D., Sozonov N. S. (2019). Fiber-optic high-pressure sensor based on Fabry-Perot interferometer. Spetsvypusk Foton–ekspress-nauka, (6), 336 – 337. [in Russian language]
5. Belovolov M. I., Belovolov M. M., Semenov S. L. et al (2020). Development of fiber-optic sensors for monitoring technical characteristics and assessing the performance of composite units of aviation and rocket-space equipment. Konstruktsii iz kompozitsionnyh materialov, (3), 45 – 53. [in Russian language]
6. Zhelezina G. F., Sivakov D. V., Gulyaev I. N. (2008). Embedded control: from sensors to information composites. Aviatsionnaya promyshlennost', (3), 46 – 50. [in Russian language]
7. Babaev O. G., Matyunin S. A., Stepanov M. V. (2017). Simulation of Contactless Fiber-Optic System for Valve Status Monitoring. Procedia Engineering, 176, 2 – 11. [in Russian language]
8. Smirnov D. S., Deyneka I. G., Kulikov A. V. et al (2021). Methods for studying the temperature characteristics of the sensitive element of a fiber-optic gyroscope, 245 – 246. Saint-Petersburg: Sbornik materialov XXVIII Sankt-Peterburgskoy mezhdunarodnoy konferentsii po integrirovannym navigatsionnym sistemam. [in Russian language]
9. Fedotov M. Yu. (2024). Modeling of thermal compensation of optical control data of composite structures using an external fiber-optic temperature sensor. Kontrol'. Diagnostika, 307(1), 4 – 10. [in Russian language] DOI: 10.14489/td.2024.01.pp.004-013
10. Fedotov M. Yu. (2023). Theoretical studies of thermal compensation of the results of diagnostics of polymer composites by the method of two optical fibers. Defektoskopiya, (10), 53 – 65. [in Russian language]
11. Harahnin K. A., Tereshin D. A., Vahrameev D. V., Vahrameev P. S. (2020). Fiber optic force sensor: mathematical model, transfer function, prototype development. Vestnik Cherepovetskogo gosudarstvennogo universiteta, 99(6), 45 – 58. [in Russian language]
12. Stepanov M. V. (2020). Fiber-optic sensors: prospects for application in rocket and space technology. Glavnyy metrolog, (1), 28 – 30. [in Russian language]
13. Stepanov M. V. (2024). Fiber optic sensors with closed optical channel. Datchiki i sistemy, 275(3), 17 – 23. [in Russian language]
14. Matyunin S. A., Stepanov M. V., Babaev O. G. (2020). Fiber optic sensors with closed optical channel. Samara: Insoma-Press. [in Russian language]
15. Urakseev M. A., Levina T. M. (2014). Mathematical modeling of fiber optic devices and systems based on the magneto-optical Faraday effect. Izvestiya VolGTU, 17 ‒ 22. [in Russian language]
16. Recommendation. GSI. Indirect measurements. Determination of measurement results and evaluation of their errors. (1991). Measurement technique No. MI 2083‒90. Moscow: Izdatel’stvo standartov. [in Russian language]
Статью можно приобрести в электронном виде (PDF формат).
Стоимость статьи 700 руб. (в том числе НДС 20%). После оформления заказа, в течение нескольких дней, на указанный вами e-mail придут счет и квитанция для оплаты в банке.
После поступления денег на счет издательства, вам будет выслан электронный вариант статьи.
Для заказа скопируйте doi статьи:
10.14489/td.2025.06.pp.040-045
и заполните форму
Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.
.
This article is available in electronic format (PDF).
The cost of a single article is 700 rubles. (including VAT 20%). After you place an order within a few days, you will receive following documents to your specified e-mail: account on payment and receipt to pay in the bank.
After depositing your payment on our bank account we send you file of the article by e-mail.
To order articles please copy the article doi:
10.14489/td.2025.06.pp.040-045
and fill out the form
.
|
Текущий номер
Разработка концепции и создание сайта - ООО «Издательский дом «СПЕКТР»