Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников Под ред. Э. Удда Москва: Техносфера, 2008. - 520 с. ISBN 978-5-94836-191-8

Волоконно-оптические датчики. Вводный курс для инженеров и научных работников Под ред. Э. Удда Москва: Техносфера, 2008. - 520 с. ISBN 978-5-94836-191-8

Turbobit.net:Скачать
DepositFiles:Скачать
HitFile:Скачать

Книга, написанная всемирно известными специалистами, представляет собой вводный курс в быстро развивающуюся и охватывающую новые сферы приложений область шхюконно-оптических датчиков. В каждом из трех разделов ♦Основные компоненты», ♦Технология* и *Приложения* — приводятся отдельные примеры основных достижений в этой области. Вместе они предоставляют инженерам, научным работникам, студентам старших курсов и аспирантам возможность составить полное впечатление о волоконно-оптических датчиках.
Книга может использоваться в качестве пособия при чтении учебных курсов, а также на промышленных семинарах по волоконно-оптическим датчикам.

Предисловие................................................... 10
Глава 1
Возникновение технологии волоконно-оптических датчиков......................................................... 14

Глава 2
Оптоволокно................................................... 24
2.1. Введение................................................. 24
2.2. Типы оптических волокон.................................. 25
2.2.1. Закон преломления Снеллиуса (Снелля) и полное внутреннее отражение........................................... 26
2.2.2. Многомодовое оптоволокно со ступенчатым профилем
(со ступенчато изменяющимся показателем преломления). 30
2.2.3. Одномодовое оптоволокно со ступенчатым профилем показателя преломления.................................... 33
2.2.4. Уширение импульса................................... 34
2.2.5. Оптоволокно с градиентным профилем показателя преломления ............................................... 35
2.2.6. Одномодовое волокно, сохраняющее поляризацию излучения..................................................... 36
2.3. Технологии изготовления оптических волокон............... 38
2.3.1. Модифицированный метод химического осаждения из газовой фазы.............................................. 38
2.3.2. Метод внешнего химического осаждения................ 40
2.3.3. Метод осевого осаждения (VAD)....................... 41
2.3.4. Стеклянные стержни.................................. 41
2.3.5. Затухание в оптоволоконных волноводах............... 41
2.4. Использование свойств оптических волокон для создания датчиков 45
2.4.1. Изгиб............................................... 45
2.4.2. Связь на основе затухающих колебаний и построенный
на этом принципе датчик.............................. 46
2.4.3. Направленные разветвители и их использование для построения датчиков....................................... 47
2.5. Резюме................................................... 49
Литература.................................................... 49

Глава 3
Источники света........................................... 52
3.1. Введение............................................. 52
3.2. Фундаментальные свойства источников света............ 52
3.2.1. Спонтанное излучение............................ 56
3.2.2. Вынужденное излучение........................... 60
3.2.3. Сверхизлучение.................................. 61
3.3. Длина когерентности.................................. 61
3.4. Полупроводниковые источники света.................... 62
3.4.1. Светоизлучающие диоды........................... 63
3.4.2. Лазерные диоды.................................. 65
3.4.3. Сверх излучающие диоды.......................... 75
3.4.4. Волоконно-оптические лазеры и усилители......... 77
3.5. Резюме............................................... 81
Литература................................................ 81

Глава 4
Приемники оптического излучения........................... 84
4.1. Введение............................................. 84
4.2. Теоретические основы................................. 84
4.2.1. Статистика регистрации оптического излучения.... 84
4.2.2. Основные принципы функционирования полупроводников 85
4.3. Полупроводниковые фотодиоды.......................... 89
4.4. Лавинные фотодиоды................................... 96
4.5. Шум.................................................. 97
4.5.1. Математические основы........................... 97
4.5.2. Шум, обусловленный протеканием постоянных токов
в детекторной цепи.............................. 100
4.5.3. Шум, обусловленный тепловыми эффектами..........101
4.5.4. Отношение сигнал/шум........................... 103
4.6. Регистрация спектра................................. 105
4.7. Резюме...............................................110
Литература................................................110

Глава 5
Оптические модуляторы для волоконно-оптических датчиков..................................................111
5.1. Введение............................................ 111
5.2. Электрооптический эффект............................ 113
5.3. Объемные модуляторы..................................115
5.3.1. Элсктрооптичсская фазовая модуляция............ 116
5.3.2. Элсктрооптичсская модуляция интенсивности...... 118
5.3.3. Объемный акустооптический сдвиг частоты........ 120
5.4. Интегрально-оптические модуляторы................... 122
5.4.1. Фазовая модуляция...............................125
5.4.2. Интерферометрическая модуляция интенсивности... 127
5.4.3. Интегрально-оптические преобразователи частоты... 135
5.5. Чистоволоконные оптические модуляторы............... 142
5.5.1. Фазовая модуляция.............................. 143
5.5.2. Смещение частоты................................144
Литература................................................146

Глава 6
Датчики на основе измерения интенсивности и интерферометра Фабри - Перо....................................147
6.1. Датчики интенсивности............................... 147
6.2. Датчики температуры с полупроводниковым чувствительным
злементом.......................................... 151
6.3. Энкодеры положения.................................. 152
6.4. Многомодовые датчики Фабри - Перо................... 154
6.4.1. История рашитня многомодовых датчиков Фабри Перо. 155
6.4.2. Принципы работы.................................155
6.4.3. Конструкция датчика............................ 158
6.4.4. Методы считывания.............................. 159
6.5. Одномодовые датчики Фабри Перо...................... 160
6.5.1. Варианты считывающих устройств для одномодовых
датчиков........................................ 161
Литература................................................162

Глава 7
Многомодовые дифракционные датчики........................165
7.1. Введение............................................ 165
7.2. Теоретические основы................................ 166
7.2.1. Оптические методы кодирования.................. 170
7.3. Датчики, основанные на относительном движении находящихся одна напротив другой решеток 172
7.4. Датчики, основанные на модуляции периода решетки.... 178
7.5. Состояние разработки датчиков........................185
7.6. Резюме.............................................. 186
Литература................................................186

Глава 8
Многомодовые датчики поляризации...........................188
8.1. Введение..............................................188
8.2. Теоретические основы................................. 188
8.2.1. Феноменологическое описание поляризации и запаздывания.................................................... 188
8.2.2. Сфера Пуанкаре.................................. 196
8.2.3. Формализмы Мюллера и Джонса......................198
8.2.4. Запаздывание и специальные свойства полуволновой пластинки .................................................200
8.2.5. Эффект фотоупругости.............................203
8.2.6. Оптическое подавление синфазного сигнала.........206
8.2.7. Методы оптического кодирования...................210
8.2.8. Разрешение и шум.................................213
8.3. Датчики на основе эффекта фотоупругости...............214
8.4. Датчики на основе фазовых пластин.....................223
8.5. Состояние разработки датчиков.........................232
Литература.................................................233

Глава 9
Волоконно-оптические датчики на основе интерферометра Саньяка и пассивного кольцевого резонатора...........235
9.1. Введение..............................................235
9.2. Краткий обзор оптических датчиков вращения и эффекта Саньяка......................................................236
9.3. Кольцевой лазерный гироскоп ..........................242
9.3.1. Решение проблемы блокировки .....................244
9.4. Гироскоп с пассивным кольцевым резонатором............247
9.5. Волоконно-оптический гироскоп.........................252
9.6. Компромисс между кольцевым лазером, пассивным кольцевым резонатором и волоконно-оптическим интерферометром
при использовании их в качестве датчиков вращения....256
9.6.1. Возможности компоновки и производства............259
9.6.2. Вопросы надежности и приложения..................260
9.7. Датчики параметров внешней среды, использующие интерферометр Саньяка.............................................263
9.7.1. Быстро изменяющиеся явления внешней среды: обнаружения акустических колебаний............................264
9.7.2. Акустический датчик на основе интерферометра Саньяка, использующий источник света в качестве усилителя ... 264
9.7.3. Конфигурации волоконно-оптической катушки .......265
9.7.4. Модуляция фалы и поляризации.....................268
9.7.5. Механическое напряжение..........................269
9.7.6. Измерение длины волны............................270
9.7.7. Выводы...........................................271
Литература.................................................271

Глава 10
Волоконно-оптические датчики на основе интерферометров Маха - Цендера и Майкельсона...................274
10.1. Введение.............................................274
10.2. Принцип работы.......................................276
10.2.1. Двухлучевая интерферометрия.....................276
10.2.2. Демодуляция.....................................283
10.2.3. Шум.............................................294
10.2.4. Поляризация.....................................301
10.3. Схемы волоконных интерферометров.....................307
10.4. Приложения...........................................314
10.4.1. Динамические приложения.........................315
10.4.2. Статические приложения .........................319
10.5. Резюме...............................................324
Литература.................................................324
Глава 11
Распределенные и мультиплексированные волоконно-оптические датчики...............................328
11.1. Введение.............................................328
11.2. Распределенные измерения.............................331
11.2.1. Оптическая дальнометрия в волоконных системах...331
11.2.2. Методы измерения обратного рэлеевского рассеяния.334
11.2.3. Измерение температуры на основе рамановского обратного рассеяния..........................................338
11.2.4. Распределенные измерения на основе азаимодействия мод 339
11.2.5. Квазираспределенные датчики.....................341
11.3. Основные принципы мультиплексирования датчиков.......345
11.3.1. Основные принципы телеметрии: сети..............345
11.3.2. Сети датчиков интенсивности.....................347
11.4. Мультиплексирование интерферометрических датчиков.....351
11.4.1. Методы интерферометрической демодуляции для объединенных с использованием мультиплексирования датчиков.... 352
11.4.2. Топология мультиплексирования интерферометрических
датчиков.......................................360
Литература...............................................370

Глава 12
Волоконно-оптические датчики магнитного поля...........374
12.1. Введение...........................................374
12.2. Датчики на основе эффекта Фарадея..................376
12.2.1. Эффект Фарадея в оптических волокнах.........378
12.2.2. Шум..........................................382
12.2.3. Структуры датчиков...........................384
12.3. Магнитострикционные датчики........................387
12.3.1. Магнитострикция..............................388
12.3.2. Магнитострикционные преобразователи..........393
12.3.3. Шум в магнитострикционных датчиках...........402
12.3.4. Структуры датчиков...........................404
12.4. Датчики на основе силы Лоренца.....................407
Литература...............................................409

Глава 13
Индустриальные приложения оптоволоконных датчиков .... 412
13.1. Введение...........................................412
13.2. Основы.............................................414
13.3. Измерение температуры..............................416
13.4. Измерение давления.................................423
13.5. Измерение уровня жидкости..........................426
13.6. Измерение скорости потока..........................428
13.7. Измерение положения................................431
13.8. Измерение вибрации.................................432
13.9. Химический анализ..................................435
13.10. Измерение тока и напряжения.......................437
13.11. Важные замечания для индустриальных приложений....439
13.12. Резюме............................................441
Литература...............................................441

Глава 14
Волоконно-оптические интеллектуальные структуры.....444
14.1. Введение...........................................444
14.2. Системы оптоволоконных датчиков....................446
14.3. Приложения волоконно-оптических интеллектуальных структур и оболочек..................................461
14.4. Пример использования волоконно-оптического датчика в интеллектуальных структурах.......................465
14.5. Заключение.....................................473
Литература...........................................473
Дополнение А.........................................476
Глава А.1
Сдвиг нуля...........................................477
Глава А.2
Оптические элементы..................................486
Приложение...........................................499
Литература...........................................502
Дополнение Б.........................................503
Литература...........................................517

Похожие книги: