Моделирование измерительного тракта

Оптико-волоконный канал спектрально-энергетической трансформации информативных излучений представляет совокупность отдельных взаимосогласованных электрических, электронных, световодных и других элементов. В общем случае в системно воспринимающих, преобразующих и передающих информацию элементах, световодная система оптических волокон является определяющим фактором. В оптико-волоконных структурах ориентированно преобразующих и передающих оптическую информацию посредством функциональных элементов выходная величина может быть представлена формулой:

, (2.1)

где − поток излучателя воздействующего излучения;

− коэффициент спектрального согласования элементов параметрической цепи преобразования;

− функция передачи оптического тракта;

− спектральная чувствительность фотоприемника.

Если , функция преобразования определяется параметрами основной составляющей световодного тракта Fа(x1 .xn). Математическое выражение функции передачи оптического тракта может быть получено на основе теории геометрической оптики. При переходе от схем с единичными моноволокнами к жгутам световодов предполагается, что весь свет от источника воспринимается входным торцом жгута, т.е. лучистый поток заключен в конусе φа апертуры А (рисунок 2.1). Тогда сила излучения в направлении φ на выходе ni-го световода излучателя для определяется выражением:

(2.2)

Освещенность жгутов оптических волокон с нерегулярной укладкой моноволокон на основе эффекта «симметризации лучей», усредняется по всей площади выходного торца жгута. И диаграмма направленности ri-го волокна описывается выражением:

, (2.3)

где Sпр - площадь торца передающего канала.

Однако световой поток, прошедший через среду, взаимодействует снеоднородностями и в отображаемом ими информативном излучении отклик в приемный световод дадут те элементарные потоки, у которых угол отражения находится в интервале φ0 ≤ φm, где φm - максимальный угол. Значительное влияние оказывает относительное расположение световодов, элементарного объема и состояние отражающей (рассеивающей) среды [25]. Мощность элементарных световых потоков, излучаемых с площадки rdrdθ и воспринимаемых приемным световодом, определяются соотношением:

, (2.4)

где − угловая длина дуги, определяющая часть полного элементарного потока dP(φ), которая после отражения воспринимается входным торцом приемного световода (рисунок 2.1);

− светопропускание излучающего и приемного световодов.

Вклад в формируемое информативное излучение приемного световода дадут после отражения лишь элементарные потоки с углом отражения φ0 ≤ φm, а мощность излучения, воспринимаемого приемным световодом при расположении их торцов в одной плоскости, определяется произведением энергетической освещенности приемного торца на площадь S его освещенной области.

.2 Разработка и расчет оптико-волоконной схемы датчика

В мутнометрии источниками монохроматических излучений преимущественно применяются светоизлучающие диоды - светодиоды. Они излучают свет в очень узкой области спектра по сравнению с нагретой добела нитью накаливания лампы. По сравнению с лампой накаливания светодиоду той же интенсивности требуется значительно меньшая мощность, что повышает их долговечность, обеспечивает малое энергопотребление, компактность и негабаритность. Эти преимущества определяют эффективность применения светодиодов в оптико-волоконной мутнометрии. В качестве источника излучения применим инфракрасный круглый светодиод диаметром 3 мм L-34SF4BT (рисунок 2.2) производства компании Kingbright, его характеристики приведены в таблице 2.1 [26].

Статья в тему

Телеграфная связь РФ
Связь Российской Федерации (СРФ) на качественно новом этапе исторического развития определяется новым геополитическим положением России, происходящими в стране экономическими преобразованиями. Изменение статуса ЕАСС и образование на ее основе национальных сетей стран - бывших республик СССР, отказ о ...