Техника - молодёжи 2004-07, страница 9

ризационно-интерференционные фильтры), передачи импульсов с длительностью единиц пикосекунд.

На рисунке представлена схема сенсорного элемента. Сенсорный элемент датчика собран на основе двух-плечевого интерферометра Маха-Цендера, в качестве опорного 3 измерительного 2 плеч использовали w-све-товоды. Разность длин плеч интерферометра не превышала длины когерентности лазера. Излучение лазера 1 генерируется в w-светово-ды т.к. торец w-световода, является выходным зеркалом резонатора волоконного лазера. Исследуемые физические поля воздействуют на волоконные конструкции 4 (конструкции, на которых крепится w- световод в зависимости от условий эксперимента). Интерференционная полоса при выходе из световодов 5 фокусируется с помощью линзы 6 на фотоприемное устройство 7 и преобразованный оптико-электронный сигнал подается на измерительно-вычислительный комплекс 8. Для обработки сигнала использовали корреляционную методику, исключающую нерегулярные волны помехи и повышающую чувствительность измерений.

Физический принцип преобразования заключался в том, что внешнее исследуемое поле воздействует на показатель преломления w-световодов или такому же воздействию подвергается его геометрическая длина. При этом происходит фазовая модуляция оптического излучения распространяющегося по w-светово-дам 2, которая приводит к относительному смещению интерференционной полосы 5 (образованной с помощью опорного излучения) на выходе интерферометра и регистрируется фотоприемником 7. Фокусировка излучения производится с помощью микролинз 6. Для прецизионных юстировок оптических элементов их размещали на механическом трехкоординатном столике для микроперемещений и юстировали с погрешностью 0,2 мкм.

Эти методы имеют несколько преимуществ в сравнении с электронными. Они могут применятся при неблагоприятных условиях окружающей среды, шумной, в условиях сильных электромагнитных полей (так как используются чисто оптические системы сбора и передачи информации, в полной мере реализующие достоинства волоконной оптики), высокого напряжения, ядерной радиации, во взрывчатом веществе или химически агрессивных средах, высоких темпе

ратурах, а также использование неконтактного волоконно-оптического зондирования при исследовании аномальных явлений, труднодоступных объектов, в том числе удаленных на расстояние до 300 км. Высокий потенциал в миниатюризации, гибкости и низкой потери передачи оптических сигналов позволяет создать контрольно-измерительные системы пространствен но-распределенных датчиков. Их применение, например в медицине, позволит производить обследование в реальном масштабе времени. Исследование химических, биологических и физических процессов со сверхвысоким временным и пространственным разрешением.

Применение различных конструкций волоконно-оптических лазерных сенсоров (ВОЛС) на основе интерферометра Маха-Цендера, в котором в качестве опорных и измерительных каналов используются w-световоды, весьма разнобразно.

ВОЛС температуры в диапазоне до 2000° С используются в двигателях марсоходов, при исследовании высокотемпературных поверхностей. Оболочки световодов покрыты сапфиром.

Тензометрические ВОЛС определяют напряжения в конструкциях самолетов, зданий, стадионов.

Внешний вид волоконно-оп-тического сенсора. Как видно, по волоконным световодам идет излучение с различной длиной волны

Вот и вся конструкция сенсора: оптическое волокно на калиброванной оправе

Принципиальная схема сенсорного элемента

ВОЛС движения способны идентифицировать биологические объекты (живых существ) в труднодоступных местах (горах), протяженных границах

Сейсмические ВОЛС предупреждают о приближении цунами, ВОЛС давления регистрируют низкочастотные волны, излучаемые атомными подводными лодками.

Пространственно-протяженные ВОЛС позволяют исследовать биополе человека, регистрировать сверхслабое космическое излучение, измеряют скорость вращения Земли.

Волоконный лазер может отличить генно-модифици-рованные продукты от обычных, позволяет по выдоху отследить механизм возникновения аллергии у человека.

Когерентная волоконно-оптическая томография позволяет исследовать динамику внутричерепного давления по концентрации кислорода в крови, обнаружить раковые образования на ранней стадии развития.

Наконец, ВОЛС позволяют достаточно дешево и с высокой точностью воспроизвести опыт Майкельсона, проверив или отвергнув теорию относительности.

Разнообразие потока научно-ис-следовательских и опытно-конструк-торских проектов на волоконно-опти-ческой чувствительности (порог чувствительности по длине 10 ангстрем, подавлению 10 Па) в промышленности, производстве, машиностроении, здравоохранении, для мониторинга окружающей среды укрепит и расширит их позиции в быстрорастущем мировом рынке сенсоров.

Ведущей организацией в мире в области разработки и применения лазерных систем с использованием достижений волоконной оптики в экологии, биологии, медицине, промышленности является SPIE (Международное общество по оптической технике), США. За выдающиеся научные работы в области оптических наук и технологий, наш научный коллектив центра «Экотехника» в 2003 г. получил образовательный грант SPIE 2003 г. для России. п

ТЕХНИКА-МОЛОДЕЖИ 7 2 0 0 4