10.14489/td.2025.04.pp.049-054

2025, 04 апрель (April)

DOI: 10.14489/td.2025.04.pp.049-054

Степанов М. В.
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЕ ДАТЧИКИ НА ОСНОВЕ СПЕКТРАЛЬНО-СЕЛЕКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
(c. 49-54)

Аннотация. Рассмотрены вопросы построения волоконно-оптических датчиков на основе спектрально-селективных элементов. Приводятся структурная схема таких датчиков и выражение, описывающее процесс спектрального преобразования в чувствительном элементе (ЧЭ). Рассмотрена зависимость нелинейности позиционной характеристики датчика от его диапазона измерения и полосы пропускания спектрально-селективного элемента, представлены рекомендации по повышению линейности позиционной характеристики. Дан анализ основной и дополнительной погрешностей рассматриваемых датчиков. На основании экспериментальных результатов установлено, что наибольший вклад в дополнительную составляющую погрешности вносит составляющая погрешности, обусловленная изменением температуры ЧЭ. Также представлена оценка быстродействия волоконно-оптических датчиков на основе спектрально-селективных элементов.

Ключевые слова: волоконно-оптический датчик, спектрально-селективный элемент, чувствительный элемент, интерферометр Фабри‒Перо, линейность позиционной характеристики, дифференциальная схема.

Stepanov M. V.
FIBER-OPTICAL SENSORS ON THE BASIS OF SPECTRAL AND SELECTION ELEMENTS
(pp. 49-54)

Abstract. In article questions of creation of optical fiber sensors on the basis of the spectral and selection elements are considered. The block diagram of such sensors and the expression describing process of spectral transformation in the pickup are provided. Dependence of nonlinearity of the position characteristic of the sensor on its range of measurement and bandwidth of the spectral and selection element is considered and recommendations about increase of linearity of the position characteristic are provided. The analysis of the main and additional errors of the considered sensors is also provided in work. Proceeding from experimental results it is received that the greatest contribution to additional component of error is made by ChE making errors, caused by change of temperature. Also in work the assessment of high-speed performance of optical fiber sensors on the basis of the spectral and selection elements is provided.

Keywords: fiber-optic sensor, the spectral and selection element, sensing element, Fabry‒Perot interferometer, linearity of the position characteristic, differential scheme.

+ - Информация об авторах (About the Authors) Click to collapse

Рус

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.

Eng

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.

+ - Библиографический список (References) Click to collapse

Рус

1. Мусаев Р. Ш., Здобнов С. А., Трофимов А. А., Цибизов П. Н. Этапы развития и основные направления совершенствования датчиков физических величин для ракетно-космической техники // Датчики и системы. 2019. № 12. С. 30 – 38.
2. Буймистрюк Г. Я. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control engineering Россия. 2013. № 3(45). С. 34 – 40.
3. Федотов М. Ю., Будадин О. Н., Васильев С. А., Греков М. В. Исследование физических параметров волоконных световодов для диагностики композитных конструкций // Конструкции из композиционных материалов. 2022. № 2. С. 48 – 55.
4. Хабаров С. С., Комшин А. С. Применение волоконно-оптической измерительной технологии и фазохронометрического метода для контроля и мониторинга технического состояния конструкций летательных аппаратов // Измерительная техника. 2021. № 2. С. 49 – 56.
5. Матюнин С. А., Степанов М. В., Бабаев О. Г. Волоконно-оптические датчики с закрытым оптическим каналом. Самара: Инсома-Пресс, 2020. 250 с.
6. Матюнин С. А. Многокомпонентные оптронные структуры. Самара: Самарский научный центр РАН, 2001. 250 с.
7. Степанов М. В. Волоконно-оптические датчики: перспективы применения в ракетно-космической технике // Главный метролог. 2020. № 1. С. 28 – 30.
8. Степанов М. В. Волоконно-оптический датчик давления на основе градиентных микролинз // Датчики и системы. 2021. № 4(257). С. 35 – 40.
9. Ураксеев М. А., Левина Т. М. Математическое моделирование оптоволоконных приборов и систем на магнитооптическом эффекте Фарадея // Известия ВолГТУ. 2014. С. 17 ‒ 22.
10. Степанов М. В., Матюнин С. А. Анализ погрешности нелинейности позиционной характеристики МОС-датчика перемещения // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. акад. С. П. Королева. 2008. № 1(14). С. 181 – 186.
11. Железина Г. Ф., Сиваков Д. В., Гуляев И. Н. Встроенный контроль: от датчиков до информкомпозитов // Авиационная промышленность. 2008. № 3. С. 46 – 50.
12. Фадеев К. М., Минкин А. М., Ларионов Д. Д., Созонов Н. С. Волоконно-оптический датчик высокого давления на основе интерферометра Фабри‒Перо // Фотон-Экспресс-Наука. 2019. № 6. С. 336–337.
13. Степанов М. В. Анализ детерминированной погрешности оптоэлектронного датчика угловых перемещений на многокомпонентных оптронных структурах // Вестник Самарского государственного аэрокосмического университета им. акад. С. П. Королева (СГАУ). 2009. № 2. С. 106 – 112.
14. Программа для волоконно-оптического датчика перемещения с возможностью бездемонтажной проверки метрологических характеристик: Свидетельство государственной регистрации программы для ЭВМ № 2024613835 РФ / С. А. Матюнин, М. В. Степанов. Зарегистр. в реестре программ для ЭВМ 16.02.2024.

Eng

1. Musaev R. Sh., Zdobnov S. A., Trofimov A. A., TSibizov P. N. (2019). Stages of development and main directions of improvement of physical quantity sensors for rocket and space technology. Datchiki i sistemy, (12), 30 – 38. [in Russian language]
2. Buymistryuk G. Ya. (2013). Fiber optic sensors for extreme conditions. Control engineering Rossiya, 45(3), 34 – 40. [in Russian language]
3. Fedotov M. Yu., Budadin O. N., Vasil'ev S. A., Grekov M. V. (2022). Study of physical parameters of optical fibers for diagnostics of composite structures. Konstruktsii iz kompozitsionnyh materialov, (2), 48 – 55. [in Russian language]
4. Habarov S. S., Komshin A. S. (2021). Application of fiber-optic measuring technology and phase-chronometric method for control and monitoring of technical condition of aircraft structures. Izmeritel'naya tekhnika, (2), 49 – 56. [in Russian language]
5. Matyunin S. A., Stepanov M. V., Babaev O. G. (2020). Fiber optic sensors with closed optical channel. Samara: Insoma-Press. [in Russian language]
6. Matyunin S. A. (2001). Multicomponent optoelectronic structures. Samara: Samarskiy nauchniy tsentr RAN. [in Russian language]
7. Stepanov M. V. (2020). Fiber-optic sensors: prospects for application in rocket and space technology. Glavniy metrolog, (1), 28 – 30. [in Russian language]
8. Stepanov M. V. (2021). Fiber optic pressure sensor based on gradient microlenses. Datchiki i sistemy, 257(4), 35 – 40. [in Russian language]
9. 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]
10. Stepanov M. V., Matyunin S. A. (2008). Analysis of the nonlinearity error of the positional characteristic of the MOS displacement sensor. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akad. S. P. Koroleva, 14(1), 181 – 186. [in Russian language]
11. 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]
12. Fadeev K. M., Minkin A. M., Larionov D. D., Sozonov N. S. (2019). Fiberoptic high-pressure sensor based on Fabry-Perot interferometer. Foton-Ekspress-Nauka, (6), 336–337. [in Russian language]
13. Stepanov M. V. (2009). Analysis of the deterministic error of an optoelectronic angular displacement sensor on multicomponent optoelectronic structures. Vestnik Samarskogo gosudarstvennogo aerokosmicheskogo universiteta im. akad. S. P. Koroleva (SGAU), (2), 106 – 112. [in Russian language]
14. Matyunin S. A., Stepanov M. V. (2024). Fiber-optic displacement sensor program with the ability to test metrological characteristics without dismantling: Certificate of state registration of computer program No. 2024613835. [in Russian language]

+ - Заказать электронную версию статьи (Purchase digital version of a single article) Click to collapse

Рус

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.2025.04.pp.049-054

и заполните форму

Отправляя форму вы даете согласие на обработку персональных данных.

Eng

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.2025.04.pp.049-054

and fill out the form