Математическая модель функционирования мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя

Журнал «Измерительная техника», №2, 72 стр.
Февраль 2020

Математическая модель функционирования мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя

DOI: 10.32446/0368-1025it.2020-2-20-28
Авторы: В. М. Гречишников, Е. Г. Комаров
Ключевые слова: мультисенсорный преобразователь, цифроаналоговый преобразователь, математическая модель, волоконная оптика, алгоритм, погрешность, достоверность.
Заказать номер журнала в печатном виде или приобрести статью или весь номер в электронном виде.


Аннотация

Рассмотрена конструкция и принцип действия мультисенсорного преобразователя бинарных механических сигналов в электрические. Данный преобразователь выполнен на основе волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, состоящего из набора оптических аттенюаторов и волоконно-оптического сумматора. Разработана обобщённая  математическая модель функционирования мультисенсорного преобразователя, объединяющая в себе частные математические модели функционирования волоконно-оптического цифроаналогового преобразователя, фотоусилителя и преобразователя напряжения в код с двойным интегрированием. Модель представлена в виде аналитических выражений для определения выходного электрического кода в зависимости от значений разрядных цифр входного механического кода с учётом комплекса конструктивных, схемотехнических и энергетических параметров преобразователя. Предложено аналитическое описание преобразованных сигналов частоты в код. Разработан алгоритм численного анализа математической модели функционирования исследуемого устройства, обеспечивающий получение значений предельно допустимых инструментальных погрешностей изготовления элементов преобразователя, при которых реализуется полная достоверность работы устройства. Представленные результаты могут быть использованы для разработки мультисенсорных преобразователей бинарных перемещений систем управления, контроля и мониторинга энергонасыщенных объектов, для которых высокая помехозащищённость, электрическая нейтральность, низкая химическая активность и информационная безопасность имеют первостепенное значение.
 

Список литературы

1. Гармаш В. Б., Егоров Ф. А., Коломиец Л. Н., Неугодников А. П., Поспелов В. И. Возможности, задачи и перспективы волоконно-оптических измерительных систем в современном приборостроении // ФОТОН-ЭКСПРЕСС. 2005. № 6(46). С. 128–140.
2. Бабин С. А., Глушко С. К., Цыба А. М., Чейдо Г. П.,Шелемба И. С., Шакиров С. Р. Концепция многофункциональной системы безопасности угольной шахты с использованием волоконно-оптических технологий // Вычислительные технологии. 2013. Т. 18. Специальный выпуск. С. 95–100.
3. Шишкин В. В., Чурин А. Е., Харенко Д. С., Шелемба И. С. Система мониторинга несущих конструкций футбольного
манежа на основе волоконно-оптических датчиков // ФОТОН-ЭКСПРЕСС. 2013. № 6. С. 22–23.
4. Фрайден Дж. Современные датчики. Справочник. Пер. с англ. М: Техносфера, 2006, 592 с.
5. Удд Э. Волоконно-оптические датчики: Пер. с англ. М.: Техносфера, 2008, 526 с.
6. Леонович Г. И., Матюнин С. А., Ливочкина Н. А. Мультисенсорный волоконно-оптический преобразователь давления // Вестник самарского аэрокосмического университета. 2011. №7 (31). С. 123–127.
7. Буймистрюк Г. Волоконно-оптические датчики для экстремальных условий // Control engineering РОССИЯ. 2013. № 3 (45). С. 34–40.
8. Hui R., O’Sullivan M., Fiber Optic Measurement Techniques, Amsterdam/London, Academic Press, 2009. 672 p. DOI: 10.1016/B978-0-12-373865-3.X0001-8
9. Варжель С. В. Волоконные брэгговские решетки. СПб.: Университет ИТМО, 2015. 65 с.
10. Samuel Chin-Chong Tseng, US Patent no. 3985423  (12 October 1976).
11. Yong-Kai Chen, Andreas Leven, Kun-Yii Tu, US Patent no. 7061414B2 (1 June 2006).
12. Зеленский В. А. Развитие теории и разработка мультиплексированных волоконно-оптических информационно-измерительных систем мониторинга сложных технических объектов: дис. докт. техн. наук. (МГУПИ, Москва,2010).
13. Теряева О. В. Мультисенсорные преобразователи информации на основе волоконно-оптических ЦАП: дис.канд. техн. наук (Самарский университет, Самара, 2017).
14. Гречишников В. М., Теряева О. В. Волоконно-оптические преобразователи бортовых датчиков механизации летательных аппаратов // Известия вузов. Авиационная техника. 2016. № 3. С. 12–128.
15. Пат. № 2660623 РФ / Гречишников В. М., Теряева О. В., Арефьев В. В // Изобретения. Полезные модели. 2018. № 19.
16. Пат. № 173159 РФ / Гречишников В. М., Теряева О. В., Арефьев В. В. // Изобретения. Полезные модели. 2017. № 23.
17. Домрачев В. Г., Мейко Б. С. Цифровые преобразователи угла: Принципы построения, теория точности, методы контроля. М.: Энергоатомиздат, 1984. 328 с.
18. Тихонов Б. Н., Ходжаев И. А. Метрология и электро-радиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие / Под общей редакцией Б. Н. Тихонова. М.:Телеком, 2017. 398 с.
19. Гутников В. С. Интегральная электроника в измерительных устройствах. Л: Энергоатомиздат, 1988. 304 с.
20. Букреев И. Н., Горячев В. И., Мансуров Б. М. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. М.: Техносфера,
2009. 712 с.
21. Муханин Л.Г. Схемотехника измерительных устройств. СПб.: Издательство «Лань», 2009. 288 с.
22. Гречишников В. М., Конюхов Н. Е. Оптоэлектронные цифровые датчики перемещений со встроенными волоконно-
оптическими линями связи. М.: Энергоатомиздат, 1992. 160 с.

Mathematical model of functioning of multisensor converter of binary mechanical signals in electric on the basis of fiber-optic digital-to-analog converter

DOI: 10.32446/0368-1025it.2020-2-20-28
Аuthors: V. M. Grechishnikov, E. G. Komarov
Keywords: multisensor converter, digital to analog сonverter, mathematical model, fiber optics, algorithm, error, reliability

Annotation


The design and operation principle of a multisensor converter of binary mechanical signals into electrical signals consisting of a fiber-optic digital-analog converter, a photo amplifier and a voltage-to-code converter with double integration are considered. A generalized mathematical model of multisensor converter functioning has been developed, which combines particular mathematical
models of fiber-optic digital-to-analog converter, photo-amplifier and voltage-to-code converter with double integration. The mathematical model of functioning of the multisensor converter in the form of analytical expressions for definition of the output electric code depending on values of bit digits of the input mechanical code taking into account a complex of constructive, circuit and power parameters of the converter is developed. The analytical description of the signal in the frequency converter in code, using which an algorithm is developed for numerical analysis of mathematical models of the functioning of the devices under study, providing the maximum permissible values of the instrumental errors of manufacture of the transducer elements in which is implemented the complete accuracy of the device. The presented results can be used for the development of multisensor converters of binary displacements of control systems, control and monitoring of energy-saturated objects, for which high noise immunity, electrical neutrality, low chemical activity and information security are of paramount importance.
 



Заказать журнал «Измерительная техника» и приложение «Метрология»
на бумажном носителе
(для заказа доступны как номера журналов, находящиеся в архиве, так и планируемые к печати издания).

Журнал «Измерительная техника»

Приложение «Метрология»

Наши контакты

Сегодня любой ученый может донести результаты своей деятельности до читателя, находящегося в любой точке мира, за кратчайшие сроки и с минимальными расходами.

  • Адрес: 119361 Москва, ул. Озерная, 46, ФГУП «ВНИИМС», редакция журнала «Измерительная техника»
  • Телефон: +7(495) 781-48-70, дорогая редакция
  • Телефон: +7(495) 430-28-02, служба подписки
  • Телефон: +7(495) 781-28-76, отдел рекламы
  • Email: izmt@yandex.ru
  • Website: www.izmt.ru

Как к нам проехать:
м. Юго-западная, выход из последнего вагона из центра и направо. Далее автобусами 720, 718 или 752 до остановки «14 автобусный парк». Сразу за остановкой будет высокое 22-х этажное здание. Это и есть ул. Озерная д.46