Д. т. н. Гречишников В. М., Теряева О. В.
Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С. П. Королева (НИУ), Российская Федерация
ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ ЦИФРОВОЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УГЛА С ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИМ ИНТЕРФЕЙСОМ
Широко распространенными в настоящее время являются преобразователи аналоговых физических величин в цифровой код. Преобразователи механических угловых и линейных перемещений используются в следящих системах, измерительной технике, робототехнических комплексах и т.д. Основной проблемой создания такого рода преобразователей является обеспечение высокой помехозащищенности в сочетании с низкими массогабаритными и стоимостными показателями. Существующие в настоящее время методы и устройства не позволяют достичь желаемого компромисса между этими параметрами. Это связано с тем, что микроминиатюризация радиоэлектронных компонентов уже не приводит к существенному выигрышу в массогабаритных показателей бортовой РЭА так как основной вклад в этот показатель вносят масса и габариты традиционного электрического интерфейса (проводных каналов передачи информации).
В связи с этим представляется актуальной задача создания оптоэлектронных цифровых преобразователей угла с волоконно-оптическим интерфейсом, обеспечивающего многократное снижение массы каналов передачи информации
В оптоэлектронных цифровых преобразователях перемещения для измерения параметра используются специальные кодовые шкалы или маски, позволяющие определить пространственное положение объекта. Схема оптоэлектронного цифрового преобразователя угла с волоконно-оптическим интерфейсом представлена на рис. 1.
В состав оптоэлектронного цифрового преобразователя угла входит вал 1, маска кода Грея 2, световоды 3, оптический разветвитель
4, фотоприемник 5, оптический изолятор 6, усилитель 7, излучатель 8, АЦП 9, преобразователь кода Грея в натуральный двоичный код 10. Дорожки маски кода Грея выполнены в виде чередующихся отражающих и поглощающих свет участков.
Рис. 1 . Оптоэлектронный цифровой преобразователь угла
с волоконно-оптическим интерфейсом
Оптоэлектронный цифровой преобразователь угла с волоконно-оптическим интерфейсом работает следующим образом. Излучатель 8 создает направленное оптическое излучение, которое с помощью передающего оптического волокна подводится к волоконно-оптическому ЦАП, реализованному на двунаправленном оптическом разветвителе
4. В разветвителе 4 происходит деление мощности излучателя в общем случае на
равных потоков (по числу разрядов кода Грея),
которые поступают в световоды 3 и излучаются в направлении соответствующих разрядных дорожек маски кода Грея 2. Величины зазоров между световодами и маской кода Грея выбраны так, что коэффициенты передачи между соответствующими световодами и отражающими участками кодовой маски находятся в соотношении 8 – 4 – 2 – 1. При этом максимальный коэффициент передачи соответствуют нулевому зазору между верхним по схеме световодом и маской. Необходимые значения зазоров могут быть определены по экспериментальной характеристике, представленной на рис. 2. Отраженные от дорожек световые сигналы суммируются в параллельном волоконно-оптическом цифро-аналоговом преобразователе (ВОЦАП) и преобразуются оптический аналоговый квантованный сигнал. Далее сигнал поступает по приемному оптическому волокну в фотоприемник 5, усилитель 7 и преобразуется в параллельный код Грея в АЦП 9, а затем в натуральный двоичный код на выходе преобразователя 10.
Рис. 2 . Зависимость мощности отраженного сигнала,
принимаемого световодом от расстояния до маски
Таким образом применение в рассмотренной конструкции ВОЦАП позволило создать оптоэлектронный цифровой преобразователь угла с волоконно-оптическим мультиплексным каналом, длина которого может составлять десятки-сотни метров, и за счет невысокой погонной массы оптического кабеля значительно улучшить массогабаритные показатели устройства, что особенно важно при использовании его в системах аэрокосмической техники.
Список использованных источников:
1. Гречишников В. М. Оптоэлектронные и цифровые датчики перемещений со втроенными волоконно-оптическими линиями связи / В. М. Гречишников, Н. Е. Конюхов. – М.: Энергоатомиздат , 1992. – 160 с.
2. Зеленский В. А. Бинарные волоконно-оптические датчики в системах управления и контроля / В. А. Зеленский , В. М. Гречишников . – Самара: Самарский научный центр РАН, 2006 . – 160 с. : ил.