Исследователи Казанского национального исследовательского технического университета им. А. Н. Туполева (КНИТУ-КАИ) разработали математическую модель волоконно-оптического датчика давления с использованием интерферометра Фабри–Перо. Работа выполнена при поддержке программы академического лидерства «Приоритет-2030».
Интерферометрические волоконно-оптические датчики применяются для измерения давления, температуры, деформаций, вибраций, акустических колебаний и других физических величин. Их ключевыми преимуществами являются электромагнитная инертность, совместимость с различными средами и высокая точность измерений.
В основе предложенного решения лежит мембранный чувствительный элемент: тонкая пленка, расположенная на торце оптического волокна и формирующая полость резонатора. При воздействии внешнего давления, включая акустическое, мембрана прогибается, изменяя оптическую длину резонатора и спектр отраженного или прошедшего света. Анализ спектра позволяет с высокой точностью определить амплитуду и частоту внешнего воздействия.
Разработанная модель описывает колебания мембраны в декартовой системе координат, что дает возможность рассчитывать поле деформаций и его влияние на параметры оптического сигнала. Численный анализ показал, что при воздействии с частотами, значительно ниже собственной резонансной частоты мембраны, датчик демонстрирует линейный отклик. Это существенно упрощает интерпретацию результатов измерений.
По словам профессора кафедры радиофотоники и микроволновых технологий КНИТУ-КАИ Айрата Сахабутдинова, резонаторы Фабри–Перо выгодно отличаются от других интерферометрических решений благодаря высокой метрологической точности, технологической простоте и универсальности конструкции.
Авторы исследования отмечают, что созданная модель открывает возможности для разработки сенсоров с высокой чувствительностью и надежностью, которые могут применяться в медицинских, промышленных и научных измерениях давления и акустических полей.
Источник: Минобрнауки РФ
Фото: КНИТУ-КАИ
