Word Pro - STRONA TYTULOWA I WYKAZ OZNACZEN

PRAC E NAUK O W E POLI T E C H N I K I WARS Z A W S K I E J
z. 173
Elektronika
2010
Michał Borecki
Instytut Mikroelektroniki i Optoelektroniki Politechniki Warszawskiej
MODELOWANIE I KONSTRUKCJA
WIELOPARAMETRYCZNYCH NATĘŻENIOWYCH
CZUJNIKÓW ŚWIATŁOWODOWYCH
Rękopis dostarczono 26.01.2010 r.
Czujniki światłowodowe, których zasada pracy w głównej mierze jest oparta na zmianach
natężenia promieniowania optycznego, nazywa się światłowodowymi czujnikowymi
natężeniowymi. Światłowodowy czujnik składa się z: źródła światła, relatywnie krótkiego toru
światłowodowego połączonego z głowicą, odbiornika promieniowania optycznego, układów
kondycjonowania sygnałów i układów detekcji. W czujniku wykorzystywane są podzespoły
światłowodowe, optoelektroniczne, mikroelektroniczne i mikromechaniczne. Czujniki
światłowodowe przeznaczone są zwykle do wyznaczania pojedynczego parametru badanego
ośrodka. Opracowanie konstrukcji światłowodowych czujników natężeniowych, spełniających
zdefiniowane funkcje rozpoznawania ośrodków ciekłych i ich klasyfikacji, przy zadanym
poziomie dokładności, napotykało na trudności związane z multidyscyplinanym charakterem
zadania.
W celu rozwiązania powyższego zagadnienia autor opracował szereg modeli podzespołów
światłowodowych, w tym głowic czujników. W przeprowadzonych badaniach autor zakładał, że
opracowywane modele podzespołów mają umożliwić symulacje większości rzeczywistych
warunków pracy. Analiza symulacji umożliwiła wykonanie konstrukcji światłowodowych głowic
ośrodków ciekłych działających w oryginalnych, zaproponowanych przez autora, trybach
wieloparametrycznych. Tryby te związane są ze zmianą parametrów badanego ośrodka
poddawanego zewnętrznym kontrolowanym oddziaływaniom, np. prowadzącym do formowania
kropli lub powstawania fazy gazowej. Do detekcji otrzymywanych sygnałów opracowano
dedykowane układy optoelektroniczne. Klasyfikację sygnałów prowadzono na podstawie danych
uzyskiwanych podczas wymuszonych cykli pomiarowych z wykorzystaniem sztucznych sieci
4
Wykaz ważniejszych oznaczeń
neuronowych. Uzyskane wyniki wskazały, że analizy dynamicznie zmieniających się sygnałów
optycznych stanowią bardzo dobrą bazę do klasyfikacji ośrodków ciekłych.
Całość prac doprowadziła do opracowania dwu nowych metod badawczych. Pierwsza metoda
bazuje na analizie zmiany kształtu kropli formującej się na końcu światłowodu. Druga metoda
wykorzystuje przejście fazowe ciecz-gaz-ciecz w próbce o nanolitrowej objętości umieszczonej
w kapilarze optycznej. Okazało się, że proponowane metody charakteryzują się wysokimi
właściwościami użytkowymi. Dla proponowanych konstrukcji przewiduje się zastosowania
w klasyfikacji cieczy oraz określaniu stanów fizjologicznych ssaków na podstawie parametrów
wydzielin organicznych. Aktualnie prowadzone są badania nad mikrosystemowymi
implementacjami metod przeznaczonymi do klasyfikacji biopaliw i jakości mleka oraz określania
faz płodności i stanu mastitis gruczołów u ssaków.
Słowa kluczowe: czujniki światłowodowe, czujniki inteligentne, światłowody grubordzeniowe,
kapilary optyczne, głowice światłowodowe, klasyfikacja cieczy, metody natężeniowe, nieliniowe
śledzenie promieni.
WYKAZ WAŻNIEJSZYCH OZNACZEŃ
W rozprawie stosowano standardowe oznaczenia występujących wielkości. W tekście wektory
oznaczono wytłuszczoną czcionką. Ze względu na multidyscyplinarny charakter rozprawy
niektóre oznaczenia pokrywają się, jednak z kontekstu jasno wynika ich prawidłowe znaczenie.
αΤ
β
χij
γ
ε
ε
ε0
εr
φ
Γ
Γ
γp
γm
η
η0
ηd
ηg
ηi
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
–
współczynnik transmisji promieni w ścianach kapilary
stała propagacji
zbiór punktów kontrolnych
początkowy kąt propagacji promienia w soczewce
mały przyrost
współczynnik ślizgania
przenikalność elektryczna próżni
względna przenikalność elektryczna
kąt kontaktu cieczy z powierzchnią
współczynnik pokrycia
przyrost koncentracji na powierzchni względem objętości
napięcie powierzchniowe
napięcie międzyfazowe
lepkość
pierwszy współczynnik modelu Arrheniusa
sprawność kwantowa detekcji,
zewnętrzna sprawność konwersji
lepkość i-tego składnika