авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
-- [ Страница 1 ] --

Министерство образования и науки Российской Федерации

Министерство образования и науки Республики Татарстан

Министерство по делам молодежи, спорту и туризму

Республики Татарстан

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н. ТУПОЛЕВА»

XVIII ТУПОЛЕВСКИЕ ЧТЕНИЯ

Международная молодежная

научная конференция 26 – 28 мая 2010 года Материалы конференции Том V Казань 2010 УДК 628 Туп 85 Туп 85 XVIII Туполевские чтения: Международная молодежная научная конференция, 26 – 28 мая 2010 года: Труды конференции. Том V.

Казань: Изд-во Казан. гос. техн. ун-та. 2010. 360 с.

ISBN 978-5-7579-1465- Представлены материалы конференции, в которых изложены резуль таты научно-исследовательской работы студентов по вопросам использо вания прогрессивных методов и средств производства в наукоемком машиностроении;

технологии новых материалов;

сертификации, метро логии и менеджмента качества;

нанотехнологий;

химии и экологии, тех нологии и организации производства в наукоемком машиностроении.

УДК Редакционная коллегия: Э.Р. Галимов, доктор технических наук, профессор;

В.И. Халиулин, доктор технических наук, про фессор;

Ф.М. Галимов, доктор технических наук, профессор;

А.Н. Глебов, доктор химических наук, профессор;

А.Н. Лунёв, доктор технических наук, профессор.

Изд-во Казан. гос. техн. ун-та, Авторы, указанные в списке, ISBN 978-5-7579-1465- СЕКЦИЯ ОПТИЧЕСКИЕ И ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ ИССЛЕДОВАНИЕ АНАЛИТИЧЕСКИХ ВОЗМОЖНОСТЕЙ СПЕКТРОФОТОМЕТРА UV Хасан М.

Научный руководитель: Н.К. Павлычева, доктор. техн. наук, проф.

(КГТУ-КАИ) Спектроскопические методы дают возможность быстрого и нераз рушающего контроля характеристик веществ и позволяют делать надеж ный анализ их свойств и структур. UV 2550 спектрофотометр – одна из последних разработок японской фирмы Shimadzu. Он предназначен для проведения научных исследований. Спектрофотометр позволяет проводить:

- спектральные измерения: основной целью спектрального модуля является сканирование по диапазону длин волн (190 – 1100) нм с регист рацией поглощения, пропускания, отражения или энергии на каждой дли не волны;



- фотометрические измерения: основной целью фотометрического модуля является определение концентрации вещества в образце, построе ние кривой стандартов и использование её для расчета концентраций неизвестных образцов, получение величин на основании уравнений, кото рые можно выбрать или ввести;

- кинетические измерения: этот модуль предназначен для наблю-дения изменений поглощения, пропускания и отражения образца во времени.

Генератор отчетов является инструментом оформления отчета, который используется для создания, форматирования, сохранения и печати отчетов. Отчеты могут включать графику, текст и вставленные объекты, а также объекты, сохраняющие связь с данными из модулей (связанные объекты).

Для демонстрации возможности прибора при спектральных изме рениях был проведен спектральный анализ воды. Вода была выбрана в качестве примера потому что она составляет 70% атмосферной абсорбции и также более чем 70% содержания тела человека. Рис. 1 показывает срав нение спектров дистиллированной воды с обычной (былы исследованы пробы воды из разных мест города).

Рис.1. Спектр поглощения разных вод Результаты показывают что разные пробы воды отличаются в UV области, поэтому для оценки качества воды можно создать спектральный прибор, работающий в этой области спектра.

В области спектра (190-1100) нм сушествуют несколько линии поглощения воды. Известно, что вода имеет сильную полосу поглощения в ближной ИК области на длине волны 970 нм. В качестве примера для демонстрации возможностей прибора была исследована зависимость коэффициента поглощения от температуры на длине волны 970 нм в диа пазоне 20-40 С. Результаты показывают, что коэффициент поглощения растет с повышением температуры, и положение максимума сдвинуто в сторону более коротких длин волн (975 нм при 20 С, 965 нм при 40 С).

Нам интересна БИК область потому что, именно в этом диапазоне нахо дятся комбинации и обертоны фундаментальных молекулярных коле баний.

Для фотометрических измерений была определена концентрация KMnO4 в образце. Была построена характеристическая кривая, которая затем была использована для измерения концентрации неизвестных образцов. В табл. 1 приведены результаты.

Таблица Образец Концентрация (mg/l) Коэф. поглощения 1 142,435 1, 2 73,016 0, 3 39,998 0, 4 11,878 0, 5 5,852 0, 6 2,291 0, Для кинетических измерений были проанализированы изменения во времени коэффицента поглощения воды при охлаждения в течении 100 сек.

(рис. 2). Из рисунка 2 и из таблицы 1 можно оценить предел чувствитель ности прибора, видно что прибор чувствует изменение коэффициента поглощения с точностью 0.001.

Рис. 2. Значения коэф. пог. при охлаждении РЕФЛЕКТОМЕТР ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОТЯЖЕННЫХ УЧАСТКОВ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ПЕРЕДАЧИ ИНФОРМАЦИИ Бубеннов А.М.

Научный руководитель: Л.Р. Айбатов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) Развитие волоконно-оптических систем передачи потребовало соз дания надежных и простых методов диагностирования волоконных свето водов и оптических кабелей. Большой интерес вызывает так называемый метод обратного рассеяния во временной области. Основной принцип действия таких систем – анализ формы сигнала, рассеянного в обратном направлении, при прохождении по световоду.





Такие рефлектометры являются импульсными, увеличение даль ности действия которых, возможно лишь двумя способами: увеличение выходной мощности Р0 лазерного диода;

увеличение длительности тестового импульса, что ухудшает пространственную разрешающую способность.

Альтернативой такому подходу является применением систем с ЛЧМ поднесущей, имеющих меньшую пиковую мощность и большее время наблюдения.

Принцип действия таких систем аналогичен принципу действия ра диолокационных систем с непрерывным излучением радиоволн. В линию посылается излучение, линейно-частотно модулированное по интенсив ности, распространяясь по которой, часть излучения отражается от неод нородностей световода и распространяется в обратном направлении, на фотоприемник, работающий в режиме прямого фото-детектирования, который отличается квадратичностью характеристик. Для приема ЛЧМ сигналов применен фотодетектор в режиме радиогетеродинирования.

При гармонической модуляции интенсивности ЛЧМ-излучения выходной ток фоторезистора содержит только компонент разностной частоты fH fS.

Данный метод обладает хорошими показателями по энергопотреб лению, так, например, для дальности зондированя 150км требуется мощ ность непрерывного зондирующего излучения порядка 1, 4 мВт.

Таким образом данный подход обеспечивает многократный выиг рыш по дальности действия при мощности зондирующего сигнала, соот ветствующей режиму передачи информации.

СИГНАЛИЗАТОР ОТКРЫТОГО ПЛАМЕНИ НА ОСНОВЕ ДВУХКАНАЛЬНОГО РАСТРОВОГО КОММУТАТОРА ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ Буслаева М.М.

Научный руководитель: Г.Л. Дегтярев, докт. техн. наук, профессор, (КГТУ-КАИ) В данном докладе предлагается вариант создания сигнализатора открытого пламени на базе нового оптического коммутатора с примене нием растровых решеток (рис. 1).

Рис. 1. Схема конструкции сигнализатора открытого пламени на базе растрового коммутатора оптических сигналов Здесь: 1 – оптический сигнал первого канала (контроль пламени), 2 – оптический сигнал второго канала (контроль тестового сигнала).

Растровые решетки (рис. 2, а) состоят из прозрачных и непрозрачных штрихов, параллельно чередующихся с определенным шагом (периодом) d.

Новизна и техническая суть предлагаемого растрового коммутатора заключена в конструкции растровых решеток и их параметрах, что отра жено на рис. 2б. Здесь d – период растровых решеток;

d1, d2 – ширина про зрачного участка неподвижной и подвижной растровых решеток соответ ственно;

d3, d4 – расстояние между зонами коммутации оптических сигна лов неподвижной и подвижной растровых решеток соответственно;

xm – амплитуда колебания подвижной растровой решетки.

а) б) Рис. 2. а – растровая решетка;

б – схема взаимного расположения растровых решеток (вид сверху) с указанием соотношений для их основных параметров За счет данной конструкции коммутатора и решеток сигнал с фото приемника имеет три уровня: нулевой уровень оптического сигнала, уровень, соответствующий потоку 1 и уровень, соответствующий потоку 2, получаемым на выходе коммутатора Данный коммутатор был использован в модуляционном сигнализа торе горения, что позволило уменьшить его энергопотребление и габариты, повысить быстродействие и достоверность регистрации пожара. В качестве двух потоков 1 и 2 были использованы оптический сигнал контроли руемого пространства и оптический тестовый сигнал.

Было проведено аналитическое моделирование растрового комму татора с помощью программного пакета MathCad. Результаты моделиро вания подтвердили ранее сделанные предположения.

С целью практического подтверждения работоспособности пред ложенной конструкции сигнализатора горения было проведено конструи рование и изготовление макета, экспериментальное исследование его ха рактеристик. Анализ характеристик также показал работоспособность коммутатора и сигнализатора пламени в целом.

СИНТЕЗ АЛГОРИТМОВ УПРАВЛЕНИЯ САУ И ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИКИ УСТРОЙСТВА СКАНИРОВАНИЯ ОЭС Молин Д.А.

Научный руководитель: А.И. Карпов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) При решении задач обзора окружающего пространства в большом диапазоне углов с помощью оптико-электронных систем (ОЭС) возникает необходимость организации системы сканирования. Система автоматиче ского управления (САУ) устройством сканирования (УС) должна обеспе чивать необходимую точность, быстродействие, качество регулирования.

Данные параметры оказывают прямое влияние на технические характери стики ОЭС, поэтому динамические характеристики САУ УС играют важ ную роль в обеспечении функциональности ОЭС.

В докладе рассматривается синтез алгоритмов управления САУ УС.

Устройство сканирования представляет собой зеркало в двухстепенном кардановом подвесе с приводами. Математическая модель объекта управ ления (ОУ) представлена в виде системы нелинейных нестационарных обыкновенных дифференциальных уравнений. Уравнения движения ОУ в матричной форме:

A+N,+H, +L 1(t)-,1 =cM i-M mp - P,a, di L =u-ri-ce, dt где i u 1, 1, 1, i 1, u 1, 2 2 2 i 2 u, i, u вектора углов поворота приводов, токов в обмотках, напряжений.

Разработана методика синтеза САУ УС. Согласно методике прове дена идентификация параметров УС с помощью исследования переход ных процессов реального образца УС. Определены требования к точности и быстродействию системы сканирования. При этом в качестве критерия влияния САУ УС на характеристики прибора использовалась ее функция передачи модуляции (ФПМ). Требования к ФПМ САУ УС определены из допустимой ФПМ ОЭП:

s TO sinc s exp d.

4ln 2md Проведена линеаризация исходных уравнений ОУ. На основе полу ченных линейных дифференциальных уравнений частотным методом проведена оценка влияния перекрестных связей для различных режимов работы и при различных положениях сканирующего зеркала. В результате оценки получены условия, позволяющие рассматривать каналы управления САУ УС независимо друг от друга. На данном этапе задача синтеза САУ УС сводится к определению структуры и параметров регуляторов для от дельных каналов управления, которые описаны линейными дифференци альными уравнениями с постоянными коэффициентами. В результате син теза САУ УС получены ПИД-регуляторы с передаточными функциями:

K 2i K 3i p W pi p K1i, i 1,2.

p Tdi p Из множества коэффициентов ПИД-регуляторов выбраны значения, удовлетворяющие условиям устойчивости и условиям, обеспечивающим возможность независимого рассмотрения каналов управления.

Для оценки работоспособности САУ УС при использовании синте зированных регуляторов с учетом перекрестных связей, нелинейностей, нестационарности коэффициентов в дифференциальных уравнениях раз работана компьютерная имитационная модель (КИМ) САУ УС на основе исходной системы уравнений. КИМ разработана в системе LabVIEW 8.5, Matlab 7 Simulink. С помощью КИМ учтено влияние на динамику нели нейности и нестационарности исходных дифференциальных уравнений, дискретность регулятора, нелинейность моментов трения. Проведено исследование динамики САУ УС с помощью разработанной КИМ. Полу чены графики переходных и установившихся процессов для различных режимов работы системы сканирования. Проверена работоспособность синтезированного регулятора.

В результате проведенной работы разработана и опробована мето дика разработки САУ УС, осуществлен синтез ПИД-регуляторов УС.

С помощью КИМ проведено исследование динамики САУ УС в режимах обзора пространства, переориентации, слежения. Полученные динамиче ские характеристики САУ УС удовлетворяют требуемым.

ИССЛЕДОВАНИЕ СПЕКТРОВ ОТРАЖЕНИЯ И ЛЮМИНИСЦЕНЦИИ НА СПЕКТРОМЕТРИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ ОКБ СПЕКТР Леонтьев А.В.

Научный руководитель: Н.К. Павлычева, докт. техн. наук, профессор (КГТУ-КАИ) Спектры поглощения, отражения или рассеяния несут чрезвычайно богатую информацию о составе и свойствах пробы. Сопоставляя спектр образца со спектрами известных веществ, можно идентифицировать неиз вестное вещество, определить состав пищевых продуктов, лекарств, полимеров.

Отражательная спектроскопия в инфракрасной области спектра является уникальным физическим методом, позволяющим осуществлять определение значительного числа показателей в продуктах сложного химического строения. Приборы, основанные на этом методе (инфракрас ные анализаторы) и представляющие собой спектрометры нового поколе ния, являются наиболее перспективными экологически безопасными при борами для экспрессного определения широкого диапазона показателей качества пищевых и сельскохозяйственных продуктов и материалов.

Использование отражения от анализируемой пробы делает возмож ным прямой анализ продукта, что практически исключает сложную про боподготовку и существенно увеличивает измеряемые концентрации.

В настоящей работе исследования спектров отражения и люминис ценции проводились в ультрафиолетовой, видимой и ближней инфра красной областях в лабораторных условиях на базе спектрометрического комплекса ОКБ Спектр. Структурная схема установки:

В состав установки входят источник излучения, кюветное отделе ние, монохроматор со сменными дифракционными решетками и фотопри емный блок. Источник излучения – галогеновая лампа со спектральной линией излучения от 340 до 2500 нм. Монохроматор построен по сим метричной схеме с параболическими внеосевыми зеркальными объекти вами, расположенными вне плоскости дисперсии дифракционной решетки.

В комплект входят восемь сменных дифракционных решеток с количест вом штр/мм от 37,5 до 3000 и рабочей областью спектра от 200 до нм. Дифракционные решетки собраны в отъюстированных оправах, на каждой оправе имеется гравировка, указывающая число штрихов на мил лиметр. Фотоприемный блок – кремниевый фотодиод с рабочим диапазо ном от 200 до 1100 нм. Также в установку входит модулятор и сменные светофильтры.

В ходе лабораторных исследований была проведена проверка рабо тоспособности спектрометрического комплекса в различных областях спектрального диапазона. Для примера, на графике приведены спектры отражения зеркала (эталон) и лекарств (анальгин, грандоксин в таблетках) в диапазоне от 400 до 1000 нм.

Целью настоящего исследования является определение оптимальных спектральных диапазонов спектрального прибора для анализа лекарств и выявления в них посторонних соединений и примесей.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СПЕКТРОСКОПИИ В ОПРЕДЕЛЕНИИ КАЧЕСТВА ЛЕКАРСТВЕННЫХ ФОРМ Чижиков М.А.

Научный руководитель: Н.К. Павлычева, докт. техн. наук, профессор (КГТУ-КАИ) Целью данного исследования является исследование спектров поглощения и рассеяния лекарственных форм для их идентификации.

Исследование основано на методе абсорбционной спектроскопии.

Спектр поглощения регистрируется прямым измерением прошедшего через образец света. Рассеяние света – это процесс, в котором под дейст вием падающего света в атоме или молекуле возбуждаются колебания дипольного момента, сопровождающиеся излучением полученной энер гии. Переизлучение происходит в основном на частоте падающего света (упругое рассеяние), но может наблюдаться слабое неупругое рассеяние на смещенных (комбинационных) частотах. Линии, соответствующие комбинационному рассеянию, смещены относительно линии падающего света на частоту молекулярных колебаний рассеивающего образца. Каж дой молекулярной связи соответствует характерная колебательная зако номерность в спектре, по которой можно идентифицировать молекулу или определить ее структуру.

Исследование проводится на спектрометрическом комплексе ОКБ Спектр, состоящей из оптической скамьи, сменных источников и прием ников излучения, зеркального конденсора, монохроматора со сменными дифракционными решетками и блока управления.

Структурная схема для исследования спектров поглощения приве дена на рис. 1.

Рис. Благодаря набору различных источников и приемников излучения, а так же монохроматору со сменными дифракционными решетками спектрометрический комплекс ОКБ Спектр позволяет проводить исследо вания в диапазоне длин волн от 200 до 25000 нанометров. В ходе исследо ваний была проведена оценка работоспособности установки в разных спектральных диапазонах, а так же произведен поиск спектрального диа пазона, содержащего явные пики поглощения лекарственных форм.

В качестве одного из испытуемых объектов был выбран анальгин в жидкой форме, его спектр поглощения приведен на рис. 2. На том же рисунке приведен спектр поглощения кварцевой кюветы.

Рис. Из полученных спектров, можно сделать вывод о наличии у аналь гина ярко выраженных пиков поглощения в области ближней инфракрас ной области с длиной волны от 1100 до 2000 нанометров, что говорит о возможности использования спектроскопии в идентификации анальгина и для определения его состава.

ПОЛУЧЕНИЕ ВИХРЕВЫХ РАСПРЕДЕЛЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ ОПТИЧЕСКОГО КОНВЕРТЕРА Зотеева О.В.

Научный руководитель: С.Н. Хонина, д. ф.-м.н., профессор (Самарский государственный аэрокосмический университет им. академика С.П. Королёва) В данной работе ведётся речь о возможных методах получения различных вихревых структур с использованием астигматических конвер теров и интегральных преобразований в области дифракционной оптики.

Астигматические конвертеры лазерных мод – тема, являющаяся в последние годы объектом активной разработки. Она привлекает особое внимание из-за уникальных возможностей, обнаруженных при использо вании кольцевых модовых распределений для манипуляции микрообъек тами, захвата и управления движением отдельных атомов и при ускоре нии электронов.

В данной работе акцент ставится на применение конвертеров к одно мерным распределениям, подаваемым на вход. Это связано с тем, что варьирование вида входной функции позволяет получить любое много уровневое распределение, содержащее вихревые фазовые сингулярности.

А именно фазовые особенности дают возможность использования оптиче ских конвертеров при построении лазерных ловушек и оптических пинцетов.

Приведём метод реализации спиральных пучков в виде кривых, основанный на использовании астигматического преобразования пучков Эрмита-Гаусса в пучки Лагерра-Гаусса:

2i exp i x y 2 H n,0, d d R 2 i 2 xy x y 2i n exp (1) L0,n, 4 2 2 2 2 Представление (1) дает возможность синтеза спиральных пучков exp zz z n и может быть обобщено следующим образом:

2i 2 exp i x y 2 2 g d d R i2 xy x iy, x iy 2 exp (2) Здесь g – одномерное распределение, преобразуемое по фор муле (2), спиральный пучок z, z имеет вид:

1 z, z exp zz z 2 exp2 iz g d (3) 8 8 R Упрощая выражение (2) и численно моделируя возможные случаи, можно получить множество различных выходных распределений.

Но проблема заключается в том, чтобы получить вихри именно в тех местах, где этого требуют условия задачи. Для нахождения её реше ния на вход подавалась чисто фазовая функция ei ( x ), где ( x) – бинарная функция с различными параметрами. Вследствие численных эксперимен тов были получены результаты, приведенные в табл. 1.

Таблица Вид входного Амплитуда Фаза распределения g sin, 11 ;

g arcctg, 15 ;

Таким образом, можно сделать вывод, что использование астигма тического преобразования пучков Эрмита-Гаусса в пучки Лагерра-Гаусса позволяет реализовывать спиральные пучки в виде кривых и получать полимеры различных структур, что необходимо в большом количестве прикладных задач, причем входное одномерное распределение может быть любым, в зависимости от потребностей той или иной проблемы.

ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫХ ПРИБОРОВ ИК-ДИАПАЗОНА Аль Шабиб А.

Научный руководитель: Ю.А. Лейченко, канд.техн.наук, доцент Научный консультант: Н.А. Петрановский (КГТУ-КАИ) Оптическая система ИК-приборов предназначена для решения сле дующих задач:

- обеспечение требуемой величины потока или облучённости на приёмнике излучения;

- образование изображения требуемого качества;

- выделение полученного сигнала от наблюдаемого объекта на фо не помех.

Основными параметрами оптических систем, важными с точки зре ния решения поставленных задач, являются:

- спектральный диапазон работы прибора;

- угловое поле;

- диаметр выходного зрачка;

- фокусное расстояние;

- относительное отверстие;

- оценки качества изображения.

Целью данной работы является оптимизация характеристик опти ческих систем ИК-приборов, работающих с матричными приёмниками излучения. В этом случае критерием качества изображения, создаваемого объективом, является диаметр кружка рассеяния, величина которого не должна превышать размер чувствительной площадки приёмника излучения.

В работе, с помощью пакета прикладных программ OPAL проведён анализ оптических схем объективов ИК-диапазона, в том числе и с при менением асферических поверхностей, обеспечивающих заданные значе ния величин относительного отверстия и диаметра кружка рассеяния.

МЕТОДЫ ПОСТРОЕНИЯ ФОТОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ ЛАЗЕРНЫХ ЛОКАЦИОННЫХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЛАВИННЫХ ФОТОДИОДОВ Коченьков Ю.В.

Научный руководитель: Ю.А. Лейченко, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) Лазерная локация представляет собой активно развивающуюся область оптико-электронного приборостроения. Лазерные локационные системы (ЛЛС) позволяют определять с высокой точностью дальность до объекта, его скорость и координаты, профиль прозрачности атмосфе ры, и решать ряд других задач.

Важнейшей тактико-технической характеристикой ЛЛС является дальность действия. Под дальностью действия понимается максимальная дальность расположения цели с заданными характеристиками, отражен ный сигнал от которой регистрируется фотоэлектронным устройством (УФЭ) с заданной вероятностью правильного обнаружения, при заданном состоянии атмосферы (метеорологической дальности видимости). Даль ность действия определяется на основе энергетического расчета.

Согласно уравнению лазерной локации, дальность действия ЛЛС при работе до цели, угловые размеры которой больше угла диаграммы направленности передатчика Pпер Sпрос пер пр R принmin где Pпер, Вт – мощность излучения передатчика;

Sпрос, м2 – площадь при ёмной оптической системы;

пер, пр – коэффициенты пропускания пере дающей и приёмной оптических систем;

прин min, Вт – минимальная мощ ность оптического сигнала на входе ФПУ, обеспечивающая заданные характеристики обнаружения;

, рад – линейный угол диаграммы направленности передатчика.

Совокупность этих параметров ЛЛС определяет его энергетический потенциал, представляющий собой обобщённый параметр, характери зующий дальность действия прибора.

На сегодняшний день наилучшим способом повышения потенциала прибора с точки зрения массогабаритных, энергетических и стоимостных характеристик является улучшение параметров УФЭ.

Сейчас большинство используемых ЛЛС с длиной волны 1.06 мкм.

В настоящее время во всех странах осуществляется перевод ЛЛС на дли ну волны 1.54 мкм. Это связано с тем, что длина волны 1.54 мкм намного безопаснее для глаз, чем длина волны 1.06 мкм.

В настоящее время в качестве приемника излучения в УФЭ ЛЛС с р=1,54 мкм могут использоваться:

- германиевые лавинные фотодиоды (Ge ЛФД);

- нелавинные pin ФД на основе гетероструктур JnGaAs;

- лавинные фотодиоды на основе JnGaAs.

Существуют различные схемы построения УФЭ: неадаптивные и адаптивные.

Для примера покажем одну из адаптивных схем – функциональная схема УФЭ с автоматически регулируемым коэффициентом лавинного умножения:

Uпор=const t Pоп к т ИВИ Пороговый Усилитель ЛФД форм-тель Pфо н f Uин Регулятор ш т Uсм Интегратор СПЕКТРОГРАФ НА ОСНОВЕ ВОГНУТОЙ ПРОПУСКАЮЩЕЙ ГОЛОГРАММНОЙ ДИФРАКЦИОННОЙ РЕШЕТКИ Муслимов Э.Р.

Научный руководитель: Н.К. Павлычева, докт. техн. наук, профессор (КГТУ-КАИ) Вогнутые голограммные дифракционные решетки (ВГДР) нашли наиболее широкое распространение в современных спектральных прибо рах. Такие решетки характеризуются низким уровнем рассеяния света, высоким разрешением, однородностью дифракционной эффективности по спектральному диапазону. Кроме того, они обладают наибольшими кор рекционными возможностями по сравнению с решетками других типов.

В частности, известно, что на базе отражательной ВГДР может быть построен спектрограф с плоским полем. Однако подобная схема мо жет базироваться и на пропускающей ВГДР. В ряде случаев применение пропускающей решетки позволяет сократить габариты прибора, реализо вать схему прямого видения, использовать изображение, формируемое в нулевом порядке, а также в ряде случаев имеет большее число коррек ционных параметров.

Для исследования свойств пропускающей ВГДР использовалась аберрационная (характеристическая) функция, представляемая в виде y2 z2 y3 yz 2 y4 y2 z2 z V yF0 F1 F2 2 F3 2 F4 3 F5 3 F6 3 F7.... (1) 2R 2R 2R 2R 8R 4R 8R где R – радиус поверхности решетки, y, z – координаты некоторой точки на решетке.

Каждый член аберрационной функции характеризует определен ную аберрацию. Тогда параметры дифракционной решетки, обеспечи вающие коррекцию аберраций на плоскости, определяются из системы линейных уравнений.

На основе полученных математических зависимостей была разра ботана схема спектрографа для видимого диапазона (400-800 нм), обладающая длиной спектра 31 мм, обратной линейной дисперсией 12,953 нм/мм, разрешением до 0,015 мм, спектральным разрешением до 0,194 нм.

Однако применяемый подход обеспечивает коррекцию аберраций только для центра входной щели. При этом коррекция аберраций по высоте щели невозможна. Тем не менее, качество изображения для различных точек на входной щели необходимо исследовать для определения воз можностей схемы. В данном случае такое исследование было проведено путем моделирования с помощью программы kvant SP.

Результаты показывают, что для светосильного варианта спектро графа разрешение ухудшается на 20% при высоте щели 1,15 мм. В то же время астигматизм нарастает почти линейно и для той же высоты щели составляет 34 мкм, что практически не сказывается на энергетических параметрах изображения. Изменение разрешения спектрографа в зависи мости от высоты щели представлено на рис. Рис. Кроме того, для определения зависимости качества изображения от радиуса решетки путем моделирования был исследован ряд схем с про пускающими ВГДР различных радиусов, имеющих одинаковые длину спектра и относительное отверстие Согласно результатам моделирования изменением радиуса решетки можно добиться снижения дефокусировки (и увеличения разрешения) до 2,4 раз, а также аналогичного уменьшения астигматизма.

Таким образом, в ходе исследования рассчитан ряд схем спектро графов на основе пропускающей ВГДР, а затем при помощи моделирова ния определены их возможности.

О ВОЗМОЖНОСТЯХ ПРИМЕНЕНИЯ ЭФФЕКТОВ ДИНАМИЧЕСКОГО ХАОСА В ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЛИНИЯХ СВЯЗИ Марданшин Э.Р.

Научный руководитель: В.В. Афанасьев, докт. техн. наук, профессор (КГТУ-КАИ) На современном уровне важной практической задачей является освоение надежных систем связи и обеспечение сохранения информации с высоким уровнем конфиденциальности.

Важная роль в решении этих проблем отводится волоконно оптическим линиям связи (ВОЛС). В то же время, большой интерес уде ляется практическому использованию динамического хаоса (ДХ) в техни ке связи. Поэтому представляется интересным использование эффектов ДХ в ВОЛС.

Целью данной работы является рассмотрение возможностей при менения эффектов ДХ в ВОЛС.

Существуют различные методы организации передачи информации с использованием хаотических сигналов, основными из которых являются:

1. Хаотическая маскировка.

2. Нелинейное подмешивание информационного сигнала к хаоти ческому.

3. Прямохаотические системы.

Рассмотрим наиболее подходящий, по мнению автора, способ ор ганизации передачи информации с использованием эффектов ДХ в ВОЛС – прямохаотическую систему.

Структура ВОЛС с использованием прямохаотической системы передачи информации включает в себя: лазер-передатчик, который гене рирует хаотические световые составляющие (x), после чего к нему под мешивается информационный сигнал (S), затем результирующий комби нированный сигнал (x+S) передается через волоконно-оптический кабель на приемник, лазер-приемник, вычитатель, фотоприемник и широкопо лосный усилитель. Лазер-приемник должен быть идентичен передающему лазеру. Вычитатель совершает обратную операцию сложения хаотического сигнала с полезным и выделяет только полезный сигнал (S*). Фотоприем ник преобразует световые импульсы в электрические. Широкополосный усилитель используется в качестве малошумящего усилителя.

Рассмотрим перспективные преимущества построения ВОЛС с ис пользованием эффектов ДХ при данной организации связи:

1. Использование эффекта ДХ в ВОЛС намного повышает конфи денциальность передачи информации. Это связано с тем, что, как прави ло, для съема информации требуется прямой доступ к оптическому во локну, а нарушение целостности ее сразу будет зафиксировано аппарату рой. Кроме того, использование хаотического отклика и шумоподобного сигнала дает повышенную степень конфиденциальности.

2. Информационная емкость и скорость передачи увеличиваются за счет использования в качестве носителей информации световых несу щих, частоты которых на несколько порядков превышают частоты СВЧ диапазона.

3. Использование метода на основе прямохаотической системы позволяет свести до минимума факторы, влияющие на качество отклика, соответственно, и на качество передачи информации. На качество переда ваемой информации оказывают влияние затухания сигнала, которые воз можно получить минимальными благодаря совершенствованию техноло гии изготовления оптических волокон.

4. В качестве генераторов хаоса используются полупроводниковые лазеры, имеющие два важных преимущества: широкая полоса частот и относительно малая длина волны излучения.

5. Важным преимуществом использования эффектов ДХ в ВОЛС является возможность скрытной передачи изображений, что делает рас сматриваемый подход дополнительно привлекательным.

Основной причиной ухудшения качества приема в прямохаотиче ских системах передачи информации с использованием эффектов ДХ в ВОЛС является неидентичность параметров элементов в хаотических модулях передатчика и приемника. Дополнительной проблемой является ограниченность в дальности связи.

Таким образом, повышение требований к системам связи, качеству передачи информации, конфиденциальности, информационной емкости и скорости передачи данных делает применение эффектов ДХ в совре менных ВОЛС достаточно перспективным, что указывает на целесообраз ность детальных исследований методов построения защищенных систем передачи информации по оптическим волокнам с использованием эффек тов хаотической динамики.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ МОДУЛЬ ДЛЯ ДИАГНОСТИКИ И КАЛИБРОВКИ ИНТЕГРАЛЬНЫХ БОЛОМЕТРИЧЕСКИХ МАТРИЦ ТЕПЛОВИЗИОННЫХ КАНАЛОВ Баринова П.В., Э.А. Шипова Научный руководитель: А.В. Печаткин, канд. техн. наук, и.о. зав. кафедрой РТС (ГОУ ВПО «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева») Современные гражданские и военные технологии требуют исполь зования тепловизоров – приборов, обеспечивающих формирование тепло визионного изображения в виде растра, аналогичного телевизионному изображению. Уровень сигнала каждого пикселя тепловизионного дат чика определяется интенсивностью теплового излучения, т.о. можно на блюдать распределение температур в плоскости изображения объекта.

Для измерения мощности теплового излучения в тепловизорах использу ется твердотельный датчик, выполненный в виде интегральной микробо лометрической матрицы (МБМ). МБМ представляет собой микросхему, объединяющую на одном кристалле термочувствительные элементы и схему предварительной обработки сигнала, преобразующую изменения сопротивления в выходное напряжение и компенсирующую фоновое излучение. Очевидно, что полезный сигнал микроболометра замаскирован паразитным сигналом, связанным как с методом формирования сигнала, так и с технологическими погрешностями датчика. Поэтому, перед пода чей такого сигнала на устройство отображения, его необходимо обрабо тать с целью компенсации этого паразитного сигнала.

Контроль температуры или дальнее обнаружение объектов требуют не только высокого разрешения изображения, но и большого динамиче ского диапазона яркости, вследствие чего для оцифровки сигнала МБМ используются АЦП с разрядностью до 16 бит. Однако это не избавляет от свойственного всем МБМ недостатка – неравномерного распределения чувствительности элементов матрицы и появлению фоновых шумов. При чинами появления шумов являются: дискретная природа вещества, из ко торого сделаны фоточувствительные элементы матрицы, зернистость матрицы, излучение (атомы, фотоны), тепловое движение частиц, быст рые флуктуации относительно среднего значения сигнала. Шумы нару шают точность измерения и являются причиной низкого предела обнару жения объектов. Влияние шума целесообразно минимизировать соответ ствующей программной обработкой. Процесс исправления шума или, иначе, коррекция неоднородности чувствительности МБМ является одной из основных функций для матричных фотоприемников и осуществляется с помощью процедуры калибровки по равнотемпературному полю.

На основании выше сказанного, с учетом технологического разбро са параметров чувствительности МБМ, на этапе проектирования теплови зионного изделия, а в дальнейшем и на этапе технологической подготовки производства, целесообразно использовать технологические модули, спо собные работать с различными типами интегральных МБМ и обеспечи вать, во-первых, индивидуальную калибровку каждой матрицы на основе вычисления поправочных коэффициентов, во-вторых, локализацию дефектных областей матрицы, в-третьих, разработку адаптивных алго ритмов работы с МБМ и цифровой обработки сигналов, и, наконец, в-четвертых, формирование калибровочных массивов для работы изделия в различных условиях естественного фона.

Такой технологический модуль, конструкторско-технологическая документация на который разработана коллективом студенческого КБ кафедры РТС РГАТА по заданию ОАО «Ростовский оптико механический завод», представляет собой программно-аппаратный ком плекс, предназначенный для работы как с отдельными МБМ, так и с гото выми изделиями с уже смонтированной и отрегулированной оптической системой – рис. 1.

Рис. 1. Обобщенное изображение технологического модуля для калибровки интегральных МБМ Во втором случае, тепловизионное изделие предусматривает спе циальный режим настройки, при котором осуществляется подача всех необходимых напряжений питания и смещений на МБМ, а управляющее устройство (микроконтроллер тепловизора) переводится в пассивный ре жим. Все функции управления матрицей берет на себя технологический модуль. Такое решение позволяет не только упростить разработку техно логического обеспечения, но и приблизить параметры режима калибровки к рабочим. Безусловно, что работа технологического модуля должна ми нимальным образом влиять на достоверность результатов калибровки ГОРОДСКОЙ АВИАЦИОННЫЙ ТЕПЛОВИЗИОННЫЙ КОМПЛЕКС ДЛЯ МОНИТОРИНГА ПОТЕРЬ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИ НА БАЗЕ БЛА Летунов Д.А., Соколов М.И.

Научные руководители: А.В. Печаткин, и.о. зав. кафедрой РТС, канд. техн. наук А.Т. Кизимов, канд. техн. наук, доцент (ГОУ ВПО «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева») В настоящее время все более широкое распространение получают авиационные комплексы на базе беспилотных летательных аппаратов (БЛА). Особое внимание в последние годы уделяется активной интегра ции малоразмерных БЛА в гражданские сферы жизнедеятельности с уста новкой на борту видеоаппаратуры и специальных сенсоров для обнаруже ния различных видов излучений.

Государством уделяется колоссальное внимание вопросам сниже ния потерь при потреблении всех видов энергии и, в частности, тепловой энергии, расходуемой в огромных количествах в течение всего календар ного года на отопление и/или горячее водоснабжение. Учитывая, что ос новными источниками потерь являются теплотрассы, и тот факт, что уве личение теплового фона, в т.ч. малозаметного свидетельствует не только о плохом качестве их монтажа и уровне текущего состояния, но и наличии утечек, способных привести к аварии, целесообразно разработать город ской авиационный тепловизионный комплекс для мониторинга потерь тепловой энергии.

Такой комплекс целесообразно построить на базе малых БЛА, управляемых дистанционно оператором с мобильной базы, например, микроавтобуса, имеющих собственную инерциальную навигационно пилотажную систему, построенную на основе технологии микромехани ки, обеспечивающую стабилизацию полета, необходимый уровень манев ренности и курсовой устойчивости и достаточное время полета для про ведения мониторинга городской территории.

На борту БЛА предполагается установка телевизионной и теплови зионной камер, передающих изображение оператору в режиме реального времени по радиоканалу с возможностью сохранения и ретрансляции данных в соответствующие городские службы и подразделения на основе типовых сетей мобильной связи – рис 1.

Рис. 1. Структура городского тепловизионного авиакомплекса Учитывая накопленный на кафедре РТС РГАТА опыт создания как непосредственно малого самолета, так навигационно-пилотажных систем для БЛА различных типов, студенческое КБ приступило к разработке специализированного дистанционно-пилотируемого летательного аппара та с телевизионным и тепловизионным каналами. Планер БЛА выполнен по классической аэродинамической схеме с оперением, расположенным позади крыла для получения высоких летно-технических характеристик, большей устойчивости и управляемости, возможности эксплуатации в сложных метеоусловиях.

Качественное решение целевой задачи зависит от бесперебойной работы всех бортовых систем, однако особая роль отводится навигацион но-пилотажным системам, так как автономность, независимость от чело веческого фактора, устойчивость к внешним воздействиям являются ре шающими факторами успешности выполнения миссий БЛА. Поэтому при проектировании особое внимание уделяется установке на летательном аппарате автопилота, обеспечивающего полет по заданному маршруту.

В настоящее время разработан и испытан макетный образец мало размерного БЛА массой 7 кг с установленной радио- и видеоаппаратурой общего назначения, обеспечивающей управление и наблюдение в режиме реального времени. Кроме того, подготовлена конструкторско-технологи ческая документация для изготовления трех вариантов тепловизионного канала на базе болометрических матриц зарубежного и отечественного производства.

Все работы проводятся в рамках деятельность студенческого кон структорского бюро кафедры РТС ИССЛЕДОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ИЗЛУЧЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ЛАЗЕРОВ Лаптева Е.О.

Научный руководитель: Ю.В. Развин, канд. физ.-мат. наук, доцент (Белорусский национальный технический университет г. Минск, Республика Беларусь) Полупроводниковые лазеры, характеризующиеся узкой спектраль ной шириной линии излучения и его высокой мощностью, широко приме няются в различных областях техники: от оптических систем передачи и обработки информации (ВОЛС, лазерные экраны, СD-ROM и др.) до бытовой техники. Несмотря на широкое применение, полупроводниковые лазеры и в настоящее время остаются объектом пристального научного исследования. Необходимо отметить, что ряд характеристик излучения таких лазеров в процессе их изготовления и эксплуатации не контролиру ется. Широкий диапазон применения стимулировал разработку лазерных устройств, сочетающих в себе достоинства полупроводниковых лазеров с высокой стабильностью режимов работы. Одним из возможных реше ний является создание оптоэлектронной обратной связи и разработки на ее основе драйвера для управления и стабилизации режимов питания полупроводникового лазера и модуляции его излучения. Настоящая рабо та посвящена построению физической модели полупроводникового излу чателя, учитывающей наличие обратной связи для стабилизации выход ной мощности излучения, и проведению экспериментальных исследова ний лазерных полупроводниковых излучателей различной конструкции.

Построенная модель позволяет рассматривать как стационарные режимы работы, так и импульсные (с амплитудно-модулированным сигналом) режимы работы полупроводникового излучателя. В данной работе про водится экспериментальное исследование параметров генерируемого из лучения полупроводниковым лазерным диодом в зависимости от тока, протекающего через активный “p – n”- переход. Основное внимание в работе уделено изучению зависимости интенсивности излучения и сте пени его поляризации от уровня накачки, также проведен анализ структу ры и расходимости генерируемого луча.

В работе проводится качественное сравнение результатов расчета с данными проведенного эксперимента. Для создания действующего макета полупроводникового лазера применялся лазерный диод, приме няющийся в схемах считывания DVD-привода. Отличительной его осо бенностью является наличие в одном корпусе двух планарных полупровод никовых приборов: излучающего диода (ЛД) и фотодиода (ФД). В такой схеме излучающий диод имеет прямое смещение, соответственно, фото диод – обратное смещение. В лазерной головке формируется обратная оптическая связь между ЛД и ФД, когда часть рассеянного лазерного луча попадает на фотодиод. Данная обратная связь использовалась в собран ных оптоэлектронных схемах для стабилизации уровня электрического питания лазерной головки и контроля импульсов модуляции лазерного излучения. В работе экспериментально исследованы вольт-амперные и энергетические характеристики лазерного диода, соответствующие различным режимам генерации (стационарный и импульсный).

В экспериментах использовались методики поляризационной мик роскопии и фотоэлектронной регистрации оптического излучения. Для визуального наблюдения применялся бинокулярный поляризационный микроскоп МЕТАМ-Р1, позволяющий осуществлять фоторегистрацию с помощью цифровой камеры. В схеме фотоэлектронной регистрации применялись полупроводниковые фотодиоды и вакуумные фотоэлектрон ные умножители. Сигнал с фотоприемников поступал на вход осцилло графа, который позволял регистрировать оптические сигналы с контра стом не хуже 1000:1. Частотный диапазон регистрируемых импульсов для рассматриваемой модели составил ~ 107 Гц. Регистрируемый лазерный луч имеет вид полоски, ориентированной вдоль одной из координат.

Такая форма луча определяется размерами лазерного диода: поперечный размер кристалла составляет ~ 0,2 – 0,5 мм, а толщина “p – n”- переход ~ 0,1 мкм.

На рисунке представлены микрофотографии лазерного диода при возрастании уровня его накачки (от порогового значения до 12-кратного превышения). Наблюдается увеличение расходимости. Это связано с тем, что генерация излучения в различных частях активного слоя не согласу ются по направлению, что вызывает и изменение поляризационных пара метров излучения. Проанализировано влияние температуры на режим работы лазера.

МАКЕТИРОВАНИЕ ОПТИЧЕСКОЙ СХЕМЫ СЧИТЫВАТЕЛЯ ИНФОРМАЦИИ С ГОЛОГРАФИЧЕСКИХ ДИСКОВ Аксенов Е.С.

Научный руководитель: Ю.В. Развин, кандидат физ.-мат. наук, доцент (Белорусский национальный технический университет г. Минск, Республика Беларусь) В работе современных компьютерных систем, работающих с носи телями информации типа оптических дисков (CD, DVD и др.), использу ется принцип записи последовательности питов на плоскую спиральную дорожку диска. Совершенствование таких систем памяти связано прежде всего с изменением параметров самих носителей и их приводов: умень шение ширины дорожки и размеров питов, перевод процесса записи считывания в синюю область спектра. Уже в настоящее время достигнут предел данной технологии. Дальнейшее увеличение объема и скорости обработки оптической информации определяется разработкой принципи ально новых технологий. Одним из решений данной проблемы является голографический принцип записи-считывания информации.

Основным достоинством системы голографической памяти являет ся параллельная запись-считывание информации: за один цикл формиру ется кадр информации – паттерн. Рассмотрим более подробно схему запи си бинарной информации голографическим методом. Луч лазера (генера ция в синей спектральной области) делится на две части с помощью полу прозрачного зеркала, т.е. получается два когерентных луча. Один из лучей взаимодействует с управляемым пространственно-временным модулято ром света (ПВМС). При взаимодействии луча света с рабочей средой ПВМС, где прозрачные ячейки соответствуют единичным значениям бита а непрозрачные — нулевым, в оптическом канале формируется плоская страница информации. Для уменьшения помех записи информации ис пользуется принцип поляризационной развязки оптических сигналов. Ин формационный луч, пройдя фокусирующую систему, попадает на фото чувствительный слой диска. Второй (опорный) луч под некоторым углом направляется в ту же область диска, куда попал первый луч. Поскольку эти лучи когерентные, то в объеме слоя происходит интерференция, в ре зультате которой в местах, где амплитуды волн увеличились, “прожигается” фоточувствительный слой. Таким образом, такая запись происходит по объему рабочего слоя. Необходимо подчеркнуть, что у объёмной голограммы есть преимущество - способность к мультиплексированию.

Оптическая схема считывания информации с голографического диска усложняется по сравнению с аналогичными схемами CD и DVD приводами. В рассматриваемых приводах считывание информации с дис ков проводится в отраженном луче. Считывание осуществляется опорным лазерным лучом, падающим на голограмму под углом, соответствующим условию записи. Восстановленное изображение информационного кадра поступает на матрицу фотоприемников, преобразующую информацию из оптической формы в электронную. В данной схеме очень важно получить пространственное совпадение геометрий восстановленного изображения и фотоматрицы. Для этой цели в приводе голографического диска можно использовать дополнительный лазерный источник для формирования контрольного луча. При этом используется спектральная развязка этих лучей (длина волны считывающего луча соответствует условию записи информации на диск, а длина волны контрольного луча соответствует красной области спектра, аналогичной CD и DVD-приводам). Контроль ный луч используется в системе автотрекинга и автофокусировки оптиче ской схемы считывания. В работе проведено макетирование схемы счи тывания в отраженном луче бинарной информации с голографического носителя (фотопластинка). В качестве фотоприемной матрицы применя лась матрица МФ16. Показано, что в таких схемах требуется высокая точ ность установки носителя относительно источника излучения (лазерного диода).

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ СО СПЕЦИАЛЬНОЙ ВНУТРЕННЕЙ СТРУКТУРОЙ Садыков И.Р.

Научный руководитель: О.Г. Морозов, докт. техн. наук, профессор (КГТУ-КАИ) Волоконные Решетки Брэгга широко используются в современных датчиках и измерительных устройствах. Они находят применение во мно гих сферах деятельности человека и дают результаты с высокой точно стью. Однако применение одних лишь ВРБ является не достаточным для выполнения многих задач. Для решения этой проблемы было предложено использовать ВРБ с одним или более фазовыми сдвигами.

В программе OptiGrating были смоделированы ВРБ с фазовыми сдвигами различной длинны.

Рис. 1. Спектр отражения Рис. 2. Спектр отражения типичной ВРБ ВРБ с фазовыми сдвигами На рис. 1 изображен спектр отражения ВРБ с центральной длиной отражения 1550 нм.

На рис. 2 изображен спектр отражения 6 ВРБ с 5 фазовыми сдвига ми. Параметры решетки: длина ВРБ LВРБ=800 мкм, длина фазового сдвига LВРБ=1500 мкм, фаза сдвига сдв=/2.

В ходе исследования было установлено, что амплитуда отражен ного сигнала и величина свободного спектрального пространства FSR зависят от размеров ВРБ и фазового сдвига. Так, амплитуда отраженного сигнала увеличивается при увеличении длины ВРБ, а размер FSR умень шается при увеличении длины фазового сдвига.

На рис. 3 и 4 приведены спектры отражения для различных размеров решеток и сдвигов:

Рис. 3. 6 ВРБ с 5 фазовыми сдвигами Рис. 4. 4 ВРБ с 3 фазовыми сдвигами Параметры решетки изображенной на рис. 3: длина ВРБ LВРБ=200 мкм, длина фазового сдвига LВРБ=1000 мкм, фаза сдвига сдв=/2. Параметры решетки изображенной на рис. 4: длина ВРБ LВРБ=600 мкм, длина фазо вого сдвига LВРБ=0,2669 мкм, фаза сдвига сдв=/2.

Вывод: данные решетки могут быть применены при построении волоконно-оптических датчиков со специальной внутренней структурой для измерения температуры и давления.

ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННАЯ СИСТЕМА СЛЕЖЕНИЯ ЗА ДВИЖУЩИМИСЯ ОБЪЕКТАМИ С ИХ РАСПОЗНАВАНИЕМ Аун Самер Научный руководитель: Карпов А.И., канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) Наблюдение с использованием дистанционно управляемых видео камер широко применяется в жизни общества (например: для наблюдения и охраны магазинов, хранилищ, аэропортов, а также в участках с опасны ми условиями). С учётом того, что видеокамера с ограниченным полем зрения не имеет возможности обеспечить обзор наблюдаемого простран ства. Поэтому видеокамера, установленная на наклонно-поворотную платформу с двумя степени свободы, снабжена возможностью дистанци онного управления, которое проще осуществить, используя способность человека быстро следить за событиями или объектами (большое поле зре ния глаз, высокую динамику системы голова-шея-глаз, и неравномерную быстроту обработки визуальных данных). Предлагается использовать для определения первичного направления видеокамеры систему отслежива ния движения головы оператора, представляющую собой систему измере ния углов ориентации и координат головы оператора в пространстве.

Функциональная схема рассматриваемой оптико-электронной системы приведена на рис.1.

Целью данной работы является:

1) разработка необходимых алгоритмов обработки изображения и распознавания образа, чтобы автоматически распознавать интересую щий объект (человек, машина…), выделить его характеристики, и следить за объектом наблюдения после наводки на объект, поворотом головы опе ратора;

2) разработка алгоритмов управления движением наклонно-пово ротной платформы, обеспечивающих полуавтоматическое, с участием оператора, и автоматическое слежение за движущимся объектом.

3) определение требования к параметрам и структуре различных компонентов системы слежения в том числе: видеокамеры, наклонно поворотной платформы, системы отслеживания движения, алгоритмов управления и обработки изображения.

Рис. 1. Функциональная схема системы слежения за объектами СЕКЦИЯ РАДИОЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА И СИСТЕМЫ МОДУЛЬНАЯ СИСТЕМА ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ПОМЕЩЕНИЕМ НА ОСНОВЕ ПРОГРАММИРУЕМЫХ АНАЛОГОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ Кисин А.В.

Научный руководитель: А.В. Печаткин, и.о. зав. кафедрой РТС, канд. техн. наук (ГОУ ВПО «Рыбинская государственная авиационная технологическая академия имени П.А. Соловьева») Концепция «Системы интеллектуального управления зданием»

предполагает новый подход в организации жизнеобеспечения, при кото ром за счет комплекса программно-аппаратных средств значительно воз растает эффективность функционирования и надежность управления всех систем эксплуатации и исполнительных устройств. Основной особенно стью интеллектуального здания (помещения) является объединение от дельных подсистем в единый управляемый комплекс. Под термином «ум ный дом» (intelligent building – гибкий, приспосабливаемый) понимают систему, которая должна уметь распознавать конкретные ситуации. Зда ние проектируют таким образом, чтобы все системы его управления мог ли интегрироваться друг с другом с минимальными затратами, а их об служивание было бы организовано оптимальным образом.

На сегодняшний день интегральные технологии позволяют строить домашнюю автоматизацию покомпонентно, т.е. выбирать только те функ ции умного дома, которые действительно нужны. Модульная структура позволяет создавать системы малой стоимости, с гарантией 100% исполь зования. Динамика развития концепции «Умный дом» в России достаточ но низкая. Анализ основных различий прежде всего проявляется в пред назначении и в подходе инсталляторов. Так, например, за рубежом основ ным предназначением является, прежде всего, энергосбережение и только потом комфорт, а европейский подход к тому заключается в максималь ной унификации оборудования. Российский же подход – строго индиви дуальный, а предназначение – комфорт и имидж, а также различные вари анты между этими крайностями. Между тем, «интеллектуализация» и ав томатизация управления функциональным уровнем помещения в России должна быть направлена, прежде всего, на обеспечение безопасности и энергосбережения, и, безусловно, должна в обязательном порядке ис пользоваться в детских дошкольных учреждениях, школах, интернатах, больницах, домах престарелых.

В настоящее время, основное требование к обеспечению пожарной безопасности в указанных учреждениях сводится к установке систем пожарного оповещения, т.е. формально к обеспечению пассивной безо пасности, активизируемой лишь по уже случившемуся факту. Однако кон цепция системы интеллектуального управления зданием может быть на правлена на обеспечение активной безопасности, т.е. формирование ком плекса превентивных мероприятий.

Для того, чтобы такие решения могли широко использоваться на практике, необходимо, чтобы основные модули системы были, во первых, бюджетными, доступными для приобретения муниципальными и государственными учреждениями, во-вторых, не требовали для монтажа высококвалифицированных специалистов (инсталляторов), в-третьих, жестко встраивались в типовые посадочные места, не требуя их доработки и повышая стойкость к взлому и вандализму, и, в-четвертых, обладали простыми схемными и конструктивными решениями. Т.о., создание эф фективной, востребованной модульной платформы для интеллектуально го управления зданием (помещением) и ориентацией на пассивную и ак тивную безопасность является актуальной задачей.

Для решения этой задачи целесообразно использовать совершенно новую линейку микроконтроллеров – динамически программируемых аналоговых процессоров (программируемых аналоговых интегральных схем – ПАИС), позволяющих полностью или частично изменять функ циональную структуру в реальном времени в работающем устройстве, что дает возможность создавать уникальные схемы аналоговой обработки сигналов.

В соответствии с затронутой выше концепцией активной безопас ности, разработку системы целесообразно начать с базового модуля «ин теллектуальной» розетки – рис. 1, обеспечивающего активный электриче ской и тепловой мониторинг нагрузки, формирующего необходимые сиг налы и взаимодействующего с другими подобными модулями и необяза тельным центральным контроллером системы автоматизации помещения по сетевым проводам.

Рис. 1. Структурная схема модуля «интеллектуальной» розетки В этом случае, проект может быть реализован в кратчайшие сроки, и уже на первой стадии можно получить коммерческий успех.

ПРОГРАММЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ СЛУЧАЙНЫХ ПРОЦЕССОВ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВАХ Гудошников И.

Научный руководитель: В.А Козлов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) Случайные процессы являются моделью, пригодной для описания и полезных сигналов, несущих информацию, и помех. Исследование ха рактеристик случайных процессов и их преобразования в различных звеньях радиотехнического тракта необходимо для понимания принципов функционирования этих устройств. Чисто аналитическое исследование таких вопросов является весьма трудной задачей. Поэтому очень важно использовать современные средства компьютерного моделирования, позво ляющие исследовать случайные процессы с необходимой точностью и представлять результат достаточно наглядно. На различных по произво дительности и программном обеспечении компьютерных системах удоб нее использовать различные средства реализации.

В данной работе исследовались особенности трех видов компью терных программ, которые использовались на кафедре РИИТ КГТУ им. А.Н. Туполева при выполнении курсовой работы по исследованию характеристик случайных сигналов и изменения этих характеристик в линейных и нелинейных цепях. Программы отличаются системами про граммирования, на основе которых они были созданы. Первая программа создавалась на языке «Фортран-88». Позднее была создана аналогичная по решаемым задачам программа на основе системы “Mathcad”. Наконец, третья версия программы создавалась на языке С++.

Все три версии программы позволяют – провести генерацию случайного процесса с равномерным зако ном распределения и заданными математическим ожиданием и средне квадратическим отклонением;

– определить оценку математического ожидания и среднеквадрати ческого отклонения для реализации заданной длины;

– построить её гистограмму;

– рассчитать корреляционную функцию и энергетический спектр реализации и построить их графики;

– провести преобразование исходного случайного процесса в безы нерционной цепи с заданным видом нелинейной характеристики;

– провести фильтрацию случайного процесса линейным фильтром с определённым типом характеристики (фильтр нижних частот и полосо вой фильтр) и заданными параметрами.

Сравнение результатов применения этих программ показало сле дующее. Все три варианта программы при выполнении одного варианта курсовой работы в общем дают одни и те же характеристики случайных сигналов. Однако в мелких деталях случаются отклонения, не носящие принципиальный характер. Программа, созданная на языке Фортран, име ет максимальное быстродействие, но невысокие графические возможно сти. Кроме того, получить графическую копию экрана на компьютерах с Windows XP и более поздних версий не удается. Это существенно ос ложняет ее применение в настоящее время.

Программа, составленная в системе “Mathcad”, имеет значительно лучшие графические возможности. Но время, необходимое для получе ния полного комплекта графиков у нее существенно больше.


Третий вариант программы, составленный в С++ наиболее удачен.

Он лишен недостатков, свойственных первому и второму варианту. Кроме того, в него заложена возможность автоматизированного выполнения рас четов по критерию 2 Пирсона, что избавляет студентов от выполнения объемной рутинной работы.

Ниже приведены примеры графиков реализации случайного про цесса и его гистограммы КОНТРОЛИРУЮЩИЕ ПРОГРАММЫ НА ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЯХ ПО КУРСУ «РАДИОТЕХНИЧЕСКИЕ ЦЕПИ И СИГНАЛЫ»

Дмитриев И.В.

Научный руководитель: В.А. Козлов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) Практические занятия по курсу «Радиотехнические цепи и сигналы»

с одной стороны так же, как и по многим другим общетехническим дис циплинам, сводятся к аналитическому решению задач по основным раз делам курса. С другой стороны, особенность проведения практических занятий по этому курсу на кафедре РИИТ КГТУ им. А.Н. Туполева состоит в том, что студенты по большинству тем практики получают домашние задания для дополнительной тренировки и закрепления навыков решения задач.

Обычно правильность решения задач контролирует преподаватель.

Однако в последнее время на кафедре РИИТ были разработаны програм мы в системе «Mathcad», которые позволяют самому студенту проконтро лировать правильность полученных аналитических результатов. Напри мер, после решения задачи по определению спектра периодического сиг нала, можно восстановить временную функцию с помощью ряда Фурье, и проверить, насколько сильно отличаются исходный сигнал и восстанов ленный. В задачах по прохождению сигнала через линейную цепь можно построить графики отклика цепи и сопоставить их с аналитическими выражениями, проверить совпадение результатов в контрольных точках.

В данной работе решалась задача проверки эффективности исполь зования этих программ.

На рисунке представлены амплитудный спектр и временная функ ция прямоугольного импульса, восстановленного по аналитически най денной функции спектральной плотности.

ВСТРОЕННЫЕ ТРЕНАЖЕРЫ СТРЕЛЬБЫ ДЛЯ МАЛОБАЗОВЫХ ОГНЕВЫХ ГОРОДКОВ Лапочкина В.В.

Научный руководитель: Г.И. Ильин, докт. техн. наук, профессор (КГТУ-КАИ) Одним из основных направлений развития систем, предназначен ных для обучения личного состава, являются имитаторы стрельбы и поражения, в частности лазерные имитаторы стрельбы и поражения.

В последнее время в этом направлении достигнуты большие успехи.

Однако, анализ состояния технических средств для обучения личного со става приемам стрельбы выявил ряд недостатков существующих имита торов стрельбы и поражения. На базе этого было установлено, что акту альным и наиболее перспективным является создание оптико электронных систем имитационной стрельбы на базе штатной назем ной аппаратуры пусковой установки.

Для решения этой задачи представляется целесообразным создание отдельных, дополнительных блоков имитатора стрельбы, позволяющих не изменяя схему построения аппаратурной части пусковой установки ре ального комплекса, но, используя его функциональные возможности, создать имитатор стрельбы, отвечающий всем требованиям по его исполь зованию.

В данной работе показано, что путем модернизации ряда блоков системы вооружения можно создать встроенные оптико-электронные тре нажеры для малобазового огневого городка на базе модернизации блоков системы управления огнем танка.

Предложено два типа тренажеров для малобазовых огневых городков:

• первый тип – с использованием принципа коррекции удаленной точки сведения осей прицела и оружия при имитационной стрельбе вкладным стволом;

• второй – на базе оптико-электронной системы имитационной стрельбы и мишени с оптико-электронным устройством для передачи но мера мишени в оптическом диапазоне.

Установлено, что применение указанных тренажерных комплексов для малобазовых огневых городков обеспечивает. равные вероятности поражения целей по сравнению с реальной стрельбой.

Таким образом, в работе показана принципиальная возможность создания встроенных оптико-электронных тренажеров для малобазовых огневых городков на базе модернизированных блоков системы управле ния огнем танка. Предложенные тренажеры обладают более широкими возможностями обучения личного состава по сравнению со стрельбой вкладным стволом в условиях полномасштабных полигонов.

РЕГЕНЕРАЦИОННЫЙ РЕТРАНСЛЯТОР ВОЛП Хасанов С.Д.

Научный руководитель: А.И. Усанов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) В настоящее время регенерационные ретрансляторы ВОЛП потес нили оптические усилители, позволяющие добиться большего коэффици ента усиления и имеющие более простую структуру. Однако в локальной связи, к примеру, внутри города, регенераторы не теряют своих позиций.

Позволяя добиваться сравнительно высоких коэффициентов усиления, они дополнительно восстанавливают форму сигнала и уменьшают уро вень шумов.

Целью работы являлось создание устройства, которое соответ ствовало бы всем требованиям, предъявляемыми современными волокон но-оптическими линиями передачи к ретрансляционным устройствам.

В частности, необходимо добиться высокого коэффициента усиления при умеренных искажениях.

Работа посвящена проектированию устройства, позволяющего добиться коэффициента усиления порядка двух тысяч в широкой полосе рабочих частот. Устройство реализуется в транзисторном и микросхем ном исполнении.

Основная сложность при проектировании заключалась в согласова нии регенератора с нагрузочной цепью, а также сложности возникли при поиске необходимого транзистора.

В результате работы был спроектирован регенерационный ретранс лятор, который работает в указанном диапазоне частот, обеспечивает тре буемый коэффициент усиления, имеет умеренные частотные искажения, и реализуем в транзисторном и микросхемном вариантах.

СИСТЕМА ОТКРЫТОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ (ДАЛЬНОСТЬ 100М) Авандеев А.Ю.

Научный руководитель: А.И. Усанов, канд.техн.наук, доцент (КГТУ-КАИ) В настоящее время в связи с бурным развитием информационных технологий вопрос о простых, дешевых, защищенных системах передачи данных вышел на передний план, благодаря чему системы беспроводной связи получили мощный толчок в развитии. Среди беспроводных систем для оптических систем передачи данных остается свободное место, ниша, в пределах которой эта технология не имеет, и вряд ли будет иметь кон курентов. Совместно с увеличением распространенности других беспро водных технологий, оптические каналы передачи данных оказываются все более и более востребованными. Преимуществом оптических систем яв ляется то, что они не требуют долгих процессов разрешения прокладки кабеля, а это особенно актуально в нашем государстве;

при длине связи до 1,5 км ни снег, ни дождь помех для этих систем не создают, помеху создает только сильный туман.

Целью данной работы являлось создание системы позволяющей передавать данные на открытом пространстве с минимальными потерями.

В ходе выполненной работы было проведено исследование и про ектирование усилителя для формирования излучения лазерной головкой.

Проведено исследование влияния различных природных явлений, темпе ратуры, влажности и других внешних факторов на качество связи, и опре делены требуемые параметры усилителя такой системы.

Основная сложность при проектировании заключалась в выборе оптимального согласования радиоэлектронной и оптической частей наи лучшие характеристики и параметры системы В результате была спроектированна система открытой оптической связи с улучшенными характеристиками.

ЛИДАРНАЯ СТАНЦИЯ Лонщаков С.А.

Научный руководитель: А.И. Усанов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) В настоящее время все больше внимания уделяется экосистеме Земли. Одной из наиболее острых проблем является обнаруженное уменьшение содержания стратосферного озона в умеренных и особенно полярных широтах. Стратосферный озоновый слой, как известно, являет ся единственным природным фильтром, который оберегает биосферу от губительной коротковолновой части ультрафиолетовой солнечной ра диации. Поэтому исследование физико-химических механизмов, опреде ляющих изменения озонового слоя, является одной из наиболее актуаль ных задач. На большой территория России в режиме регулярных измере ний стратосферного озона, аэрозоля и температуры работает лишь Сибир ская лидарная станция в г. Томске, которая начала свою работу с конца 80-х годов.

Целью данной работы являлось создание системы для обнаружения климатоэкологических атмосферных изменений, для оценки степени влияния природных и антропогенных факторов на подобные изменения.

Модернизация каналов лазерного зондирования, в нашем случае под ка налом лазерного зондирования мы подразумеваем лидарную систему, обеспечивающую измерение определенного параметра атмосферы: озона, аэрозоля, температуры, облачности или влажности на конкретных длинах волн.

В ходе работы выполнялись следующие задачи:

Исследование и отбор счетных фотоприемников, работающих в ультрафиолетовом, видимом и ИК диапазонах спектра, для установки их на лидары. Разработка систем фотоэлектронной регистрации лидарных сигналов. Основная сложность при проектировании заключалась в опти мальном выборе фотоприемника, а точнее транзистора, который обеспе чивал бы наиболее высокий КПД.

В результате была получена система с улучшенными характеристи ками, позволяющая принимать сигнал с наименьшими потерями (искаже ниями) информации.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗМОЖНОСТИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПЗС МАТРИЦЫ В КАЧЕСТВЕ ДАТЧИКА ПЕРВИЧНОЙ ИНФОРМАЦИИ ИЗВЕЩАТЕЛЕЙ ПЛАМЕНИ.

Анцифров П.А.

Научный руководитель: И.И. Васильев, канд. техн. наук, доцент кафедры РЭКУ Широкое распространение ПЗС-матриц в настоящее время и их не высокая цена делают проблему использования их для различных целей все более актуальной. Возможность использования ПЗС матрицы в каче стве датчика первичной информации извещателей пламени позволит существенно упростить и удешевить датчики и, в перспективе, объеди нить их с системой видеонаблюдения.

Как известно, любое нагретое тело излучает энергию. Эта энергия зависит от температуры тела и различна на различных длинах волн. Цвет ная ПЗС-матрица имеет три типа светочувствительных элементов, соот ветственно для красного, синего и зеленого цвета. При изменении темпе ратуры объекта, излучение от которого принимает ПЗС-матрица, изме няется спектр этого излучения. Если принять нагретый объект за абсо лютно черное тело, то для определения изменений спектра излучения можно воспользоваться законом Планка, который определяет интенсив ность излучения абсолютно чёрного тела в зависимости от температуры длины волны:

Где u()d – мощность излучения на единицу площади излучающей поверхности в диапазоне длин волн от до + d.

При увеличении температуры происходит увеличение уровня сиг нала с синего и зеленого светочувствительных элементов. Задачей работы является исследование этих изменений уровней сигналов, возможности их обнаружения и разработка устройства для обнаружения изменений температуры по этим признакам, если это окажется возможным.

В докладе представлены зависимости отношений светимостей чер ного тела от температуры на длинах волн, соответствующих максиму чув ствительности ПЗС матрицы. Показано изменение этих коэффициентов при учете спектральной чувствительности ПЗС матрицы. Обсуждаются результаты проведенных исследований СИСТЕМА ОТКРЫТОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ ДАЛЬНОСТЬЮ 500 МЕТРОВ Чернов А.С.

Научный руководитель: А.И. Усанов, канд.техн.наук, доцент (КГТУ-КАИ) В связи с тем, что корпоративные сети передачи данных за послед ние несколько лет развиваются чрезвычайно интенсивно, в настоящее время огромное значение приобретает обеспечение надежной, а главное качественной ближней связи между отдельными зданиями, например между корпусами в университетском городке. Немаловажный фактор при этом – расходы на приобретение, монтаж и обслуживание такого сетевого оборудования. Именно поэтому решения для организации ближней связи с использованием медных или волоконно-оптических линий не всегда удобны. Поэтому в городах, где высока плотность подземных и наземных коммуникаций, а также в слабо освоенных районах с неблагоприятными условиями для ведения земляных работ или низкой плотностью застрой ки, разумнее использовать беспроводное оборудование, позволяющее обойти указанные выше трудности. А для того, чтобы осуществить пере дачу данных на расстояние, необходим усилитель источника сигнала.

Целью данной работы является создание устройства усиления им пульсных сигналов для работы в системе открытой оптической связи дальностью 500 метров.

Работа посвящена проектированию устройства усиления импульс ных сигналов с коэффициентом усиления по напряжению, равному 1000.

В качестве источника излучения можно использовать импульсную лазерную систему «Гранат» (355 нм), работающей от напряжения питания 24 В, отличительными особенностями которой являются малая длительность импульса (1 мкс) и надежность. Как правило, получить требуемый коэф фициент усиления на одном каскаде не удается, поэтому в общем случае схема импульсного усилителя состоит из нескольких каскадов. При про ектировании решается задача выбора оптимального решения, характери зуемая, в первую очередь, простотой, экономичностью и надежностью исполнения. Немаловажным фактором является помехоустойчивость уси лителя, и поэтому был выбран импульсный режим работы. В данном уст ройстве усилительный тракт представляет собой многокаскадный усили тель, состоящий из 4 каскадов предварительного усиления, каждый из которых обладает коэффициентом усиления равным 10. Проектирование импульсного усилителя на биполярных транзисторах. Также рассматрива ется вариант проектирования импульсного усилителя на микросхемах, который является наиболее перспективным.

В результате работы было спроектировано устройство, обеспечи вающее усиление импульсных сигналов для работы в системе открытой оптической связи дальностью 500 метров. В этом заключалась основная сложность при разработке, наравне с обеспечением достаточно большого коэффициента полезного действия, при коэффициенте нелинейных иска жений меньше 15%.

Данная усилительная система может найти широкое применение для передачи речи и данных на небольшие расстояния, в связи с постоян ным увеличением плотности построек в больших городах. В частности, при постройке нового городка КАИ она может стать наиболее выгодной для связи между корпусами.

СИСТЕМА ВОЗБУЖДЕНИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ЛАЗЕРА Шаяхметова А.Н.

Научный руководитель: А.И. Усанов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) Современное развитие радиоэлектроники позволяет широко исполь зовать возможности современных полупроводниковых лазеров. Важными особенностями полупроводниковых лазеров являются: высокая эффек тивность преобразования электрической мощности в когерентное лазер ное излучение(до 30-50%), малая инерционность, обуславливающая широкую полосу пропускания (более 109 Гц), возможность перестройки длины волны излучения и наличие большого числа полупроводников, непрерывно перекрывающих интервал длин волн от 0,32 до 32 мкм и простота конструкции.

Существующие в настоящее время лазерные системы имеют огромный набор интерфейсов, обеспечивающих сопряжение с АТС, ком мутаторами, маршрутизаторами, повторителями, регенераторами, прие мопередатчиками и каналами связи. Поскольку в полупроводниковом лазере возбуждаются и коллективно излучают атомы, составляющие кристаллическую решетку, то сам лазер может обладать очень малыми размерами, вплоть до уровня нанотехнологий.

Целью работы являлось создание системы возбуждения полупро водникового лазера, обладающего широким спектром применения.

Основной сложностью являлось достижение мощностей, достаточных для промышленного применения, при сохранении высокой эффективности и компактности. Кроме того необходимо предусматривать возможность электронного и ручного управления мощностью излучения. Такое устрой ство необходимо для исследования проблем оптической связи, волоконно оптической связи, дальней телеметрии состояния атмосферы, управления параметрами фотополимеров. Для управления параметрами фотополимте ров достаточно выходной мощности излучения в несколько Ватт, а при менение обработки лазерным излучением с определенными параметрами позволяет управлять твердостью, пластичностью, упругостью и прочно стью полимеров в достаточно широких диапазонах. Причем при исполь зовании лазерного излучения существует возможность формирования разнородной структуры полимеров иже на стадии полимеризации, то есть получать высокотехнологичные наноматериалы.

СИСТЕМА КОСМИЧЕСКОЙ ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ Шаяхметова Л.Н.

Научный руководитель: А.И. Усанов, канд. техн. наук, доцент (КГТУ-КАИ) В связи с быстрым развитием информационных технологий про блема создания простых, дешевых, защищенных систем передачи данных отнюдь не отходит на второстепенный план, а наоборот, приобретает все большую актуальность в связи с ростом количества вычислительной техники, вовлеченной в производственный процесс, увеличением инфор мационного рынка, внедрением систем распределенных вычислений.

Системы беспроводной передачи данных имеют ряд преимуществ перед так называемыми системами с закрытым каналом, что обеспечивает их конкурентоспособность на рынке. Среди беспроводных систем для опти ческих систем передачи данных остается ниша, в пределах которой эта технология не имеет, и вряд ли будет иметь конкурентов. Одновременно с распространением других беспроводных технологий, оптические каналы передачи данных оказываются все более и более востребованными. Сис тема открытой оптической связи может быть использована для:

­ создания основного и/или резервного канала связи;

­ объединения нескольких локальных сетей;

­ соединения с опорной АТС или выноса абонентской емкости в телефонии (решение проблемы "последней мили");

­ систем видеонаблюдения и охранного телевидения;

­ обслуживания мини-сотовой связи;

­ аварийной связи, когда необходимо быстрое развертывание.

Целью работы являлось создание системы беспроводной оптиче ской линии связи.

Работа посвящена проектированию системы беспроводной оптиче ской линии связи, установленной между наземной станцией и геостацио нарным спутником. На начальном этапе работы были проанализированы шумы, вызванные атмосферными явлениями, и помехи, создаваемые ис точником излучения, влияющие на распространение лазерного излучения.

Было рассмотрено несколько «окон прозрачности» атмосферы (диапазоны длин волн, имеющих поглощение менее 0,2 дБ/км). Исходя из данных ус ловий, выбран источник излучения – полупроводниковый лазерный диод с выходной мощностью 100 Вт, излучающий на длине волны 820-910 нм, для работы в «окне прозрачности» 850 нм.

В качестве источника излучения выбран полупроводниковый ла зерный диод, т.к., в отличие от газовых и волоконных, диодный лазер имеет малые габаритные размеры, высокий кпд, характеризуются высокой прочностью, надежностью и долговечностью. Один из недостатков – это невозможность произвольно регулировать выходную мощность диодов.

Подобно всем полупроводникам, лазерные диоды подвержены нагреву.

Для фотоприемников распространены два вида материалов, исполь зуемых в ближнем ИК-диапазоне: кремний или арсенид галлия и мышьяк.

Другим материалом, используемым в спектральном диапазоне коммерче ских FSO-систем, является германий. Однако этот материал используется реже из-за высоких значений темнового тока. Все эти материалы чувстви тельны в широком диапазоне длин волн и, в отличие от лазеров, не могут настраиваться на конкретную длину волны. Кремниевые приемники могут работать на высоких частотах – недавно было продемонстрировано ком мерческое решение в приложениях со скоростью 10 Гб/с и 10 Гб Ethernet системах.



Pages:   || 2 | 3 | 4 | 5 |   ...   | 8 |
 

Похожие работы:





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.