Разработка и исследование волоконно-оптической интерферометрической системы с микромеханическим преобразователем

Представлены основные этапы разработки интерферометрических волоконно-оптических сенсорных систем (ВОСС) с различными микромеханическими преобразователями. Данная ВОСС - универсальная основа для построения широкого класса датчиков, так как она является системой регистрации смещения. Изложены основные теоретические и практические вопросы оптимизации разрабатываемой ВОСС по критерию достижения максимальной пороговой чувствительности к перемещению, с точки зрения оптимизации, как первичного преобразователя, так и оптико-электронной схемы ВОСС. Разработана математическая модель ВОСС, позволяющая рассчитать оптимальные конструктивно-геометрические параметры микромеханического первичного преобразователя для обеспечения максимальной чувствительности к смещению. Показано, что реальное значение пороговой чувствительности к смещению в ВОСС на основе торцевого интерферометра определяется уровнем флуктуаций излучения лазера. Определена оптимальная мощность излучения серийных одночастотных полупроводниковых DFB-лазеров, при которой достигается минимальный уровень нормированного шума. Показано, что данный шум ограничивает реальную пороговую чувствительность ВОСС к смещению чувствительного элемента величиной порядка 25 пм. Экспериментально показано, что применение в микромеханическом первичном преобразователе 4-канального торцевого интерферометра позволяет снизить температурную нестабильность чувствительности ВОСС на величину до 40 дБ по сравнению с одноканальным вариантом. Представлена система, которая может обеспечить максимальное соотношение сигнал/шум и высокую стабильность чувствительности при наличии внешних возмущающих факторов, используя серийно выпускаемые полупроводниковые лазеры.