Материал: Cmvtddpp9Y

16

чувствительность к динамическому давлениюи меньшие габаритыпо сравнению с зарубежным амплитудным аналогомOptimic 1140 фирмыOptoAcoustics.

Основой разработанного микромеханического преобразователя вибрационного ускорения является ЧЭ в виде инерционной массы 1, подвешенной к основанию 3 на упругих элементах (струнах) 2 (рисунок 10, а). Общий вид конструкции преобразователя с крышками 4 и подведенными к нему волокнами 5, представлен на рисунке 10, б. В таком преобразователе смещение инерционной массы относительно исходного положения, пропорционально воздействующему вибрационному ускорению.

а) б)

Рисунок 10. Конструкцияивнешнийвидвибрационногочувствительногоэлемента– а, внешнийвидмикромеханическогопреобразователявибрации– б

Результаты измерений пороговой чувствительности к вибрационному ускорениюаmin, обусловленной собственным шумом ВОСС в полосе частот 5 кГц, с различными образцами ЧЭ В1и В2размерами5х5х1,5 мм представлены втаблице2.

Таблица2 ПороговаячувствительностьВОСС с вибрационныммикромеханическимпреобразователем

Из таблицы видно, что разработанная интерферометрическая ВОСС с микромеханическим преобразователем вибрационного ускорения сЧЭввиде упруго подвешенной инерционной массы по пороговой чувствительности примерно в 3 раза превосходитамплитудный аналогFOA фирмыPhone-Or сЧЭ ввидегофрированноймембраныс инерционной массой.

Проведенные экспериментальные исследования разработанных ВОСС с микромеханическим преобразователем при изменении температуры внешней среды показали результаты, аналогичные представленным на рисунке 7, и подтвердили достаточно высокую стабильностьчувствительности.

Таким образом, разработанные ВОСС на основе четырёхканального торцевого интерферометра с микромеханическими преобразователями с ЧЭ мембранного типа и в виде упруго подвешенной инерционной массы показали высокую пороговую чувствительность к динамическому давлению и вибрационному ускорению соответственно при миниатюрных размерах преобразователей, в том числе,приизменениитемпературывнешнейсреды.

17

ОСНОВНЫЕРЕЗУЛЬТАТЫРАБОТЫ

Вработеполученыследующиеосновныерезультаты:

1.Разработанаматематическая модель ВОСС с преобразователемсмещения на основе торцевого интерферометра, образованного торцом оптического волокна и отражающим ЧЭ, позволяющая рассчитать оптимальные конструктивно-геометрические параметры преобразователя для получения максимальной чувствительности к смещению, и экспериментально подтверждена ее адекватность. Установлено, что основным фактором в оптимизации конструкции первичного преобразователя является расстояние междуотражающей плоскостью ЧЭ и торцом волокна. Получено аналитическое выражение для определения оптимальногозначения этого расстояния.

2.Разработана оптико-электронная схема ВОСС с преобразователем на основе торцевого интерферометра и показано, что фундаментальным фактором, ограничивающим достижение предельной пороговой чувствительности ВОСС к смещению, является уровень собственного электрического шума фотоприёмного модуля. Его нормированное значение составляет порядка –109 дБ в полосе частот 10 кГц, что ограничивает предельно достижимое значение пороговой чувствительностиВОССксмещению ЧЭ величиной~0,86 пм.

3.Экспериментально установлено, что реальное значение пороговой чувствительности

ксмещению в ВОСС на основе торцевого интерферометра определяется уровнемфлуктуаций излучения лазера. Определена оптимальная мощность излучения серийных одночастотных полупроводниковых DFB лазеров, составляющая примерно 2 мВт, при которой достигается минимальный уровень нормированного шума порядка –80 дБ в полосе частот 10 кГц, что ограничиваетреальную пороговую чувствительность ВОСС ксмещениюЧЭ величиной порядка

25пм.

4.Предложен и реализован метод стабилизации чувствительности ВОСС с микромеханическим первичным преобразователемв условиях изменения температуры внешней среды за счет применения многоканального торцевого интерферометра с различными расстояниями от ЧЭ до торцов оптических волокон. Обоснован критерий и реализован алгоритм выбора наилучшего рабочего канала в многоканальном торцевом интерферометре. Экспериментально показано, что применение в микромеханическом первичном преобразователе мембранного типа четырехканального торцевого интерферометра позволяет снизить температурную нестабильность чувствительности ВОСС на величину до40 дБ по сравнению с одноканальным вариантом.

5.Разработаны конструкции и реализованы с применением МЭМС технологий высокочувствительные ЧЭ в виде мембран и упруго подвешенной инерционной массыдля микромеханических преобразователей динамического давления и вибрационного ускорения соответственно. На основе четырехканального торцевого интерферометра изготовлены ВОСС с микромеханическими преобразователями динамического давления и вибрационного ускорения и проведены экспериментальные исследования, которые показали высокую пороговую чувствительность порядка6·10-4 Па и1∙10-2 м/с2 соответственно.