78-89

УДК 681.586.5
DOI: 10.25686/2306-2819.2020.1.78

СИСТЕМА ДЛЯ ОЦЕНОК ИЗНОСА СТВОЛА ПО ДАННЫМ ИЗМЕРЕНИЯ ЕГО ДЕФОРМАЦИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ АДРЕСНЫХ ВОЛОКОННЫХ БРЭГГОВСКИХ РЕШЁТОК

Е. В. Куликов, А. Ж. Сахабутдинов, К. А. Липатников, А. А. Кузнецов
Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева – КАИ
Российская Федерация, 420111, Казань, ул. К. Маркса, 10
E-mail: AAKuznetsov@kai.ru

АННОТАЦИЯ

Представлена структура и оценки метрологических характеристик многосенсорной системы мониторинга живучести ствола в реальном масштабе времени. Система является радиофотонной и построена на основе адресных волоконных брэгговских решёток (ВБР). Сформированные в ВБР оптические сигналы о сдвиге центральной длины волны, вызванные деформацией ствола при прохождении вдоль него снарядов, преобразуются системой в пригодные для последующей обработки информативные сигналы радиодиапазона. Использование такой радиофотонной системы позволяет снять ограничения, присущие существующим беспроводным системам мониторинга живучести ствола, связанные с чувствительностью к электромагнитным помехам, и волоконно-оптическим системам, связанным с использованием дорогих, вибро неустойчивых интеррогаторов (систем опроса классических ВБР). Как показали оценки, максимальная погрешность определения положения адресной ВБР в системе составляет не более 8 МГц, что приводит к ошибке в определении её центральной длины волны, вызванной деформацией, порядка десятых долей пикаметра или десятых долей микрострейн при пересчёте в значения деформации.

КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА

живучесть ствола; фактическое состояние износа; скорость снаряда на выходе ствола; деформации внешней стороны ствола; многосенсорная система мониторинга; волоконно-оптический датчик; адресная волоконная брэгговская решётка; радиофотоника.

ПОЛНЫЙ ТЕКСТ (pdf)

ФИНАНСИРОВАНИЕ

Работа выполнена при финансовой поддержке гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых – кандидатов наук МК-3421.2019.8 (контракт № 075-15-2019-309).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.     Strain-based health monitoring and remaining life prediction of large caliber gun barrel / Bin Wu, Bang-jun Liu, Jing Zheng et al. // Measurement. 2018. Vol. 122. Pp. 297-311.
2.     Performance enhancement and health monitoring of a medium caliber gun system using optical fiber Bragg grating sensors / LaVigna C., Bowlus J., Kwatny H., et al. // 10th U.S. Army Gun Dynamics Symposium Proceedings. ADP012481. Pp. 406-417.
3.     Underwood J. H., Troiano E. Critical fracture processes in army cannons: A review // Journal of Pressure Vessel Technology. 2003. Vol. 125. Pp. 287-292.
4.     Prediction of erosion from heat transfer measurements of 40 mm gun tubes / Chung D.-Y., Shin N., Oh M.,et al. // Wear. 2007. Vol. 263. Pp. 246-250.
5.     Chung D.-Y., Oh M. New empirical method to enhance the accuracy in the erosion prediction of cannon tube // Wear. 2003. Vol. 255. Pp. 98-101.
6.     Волоконные брэгговские решетки с двумя фазовыми сдвигами как чувствительный элемент и инструмент мультиплексирования сенсорных сетей / Р.Ш. Мисбахов, Р.Ш. Мисбахов, О.Г. Морозов и др.// Инженерный вестник Дона. 2017. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N3y2017/4343.
7.     Морозов О.Г., Сахабутдинов А.Ж. Адресные волоконные брэгговские структуры в квазираспределенных радиофотонных сенсорных системах // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43. № 4. С. 535-543.
8.     Виноградов В.Ю., Анфиногентов В.И., Морозов О.Г. Математическое моделирование и восстановление оптико-акустических параметров газовоздушного потока на срезе сопла турбомашины. Результаты моделирования // Инженерный вестник Дона. 2018. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2018/5098.
9.     Волоконно-оптический датчик вибрации "ВИБ-А" / К.А. Липатников, А.Ж. Сахабутдинов, И.И. Нуреев и др. // Инженерный вестник Дона. 2018. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n4y2018/5207.
10. Радиофотонный дифференциальный акселерометр на двух адресных волоконных брэгговских решетках / А.Ж. Сахабутдинов, В.В. Пуртов, О.Г. Морозов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 5 (157). С. 7-15.
11. Спектрографы с высокой дисперсией для радиофотонных сенсорных систем / Э.Р. Муслимов, И.И. Нуреев, О.Г. Морозов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 6 (158). С. 318-319.
12. Морозов О.Г., Артемьев В.И. Бортовая система контроля состояния износа токоприемников электропоезда метрополитена // Фотон-экспресс. 2019. № 6 (158). С. 30-31.
13. Аглиуллин Т.А., Губайдуллин Р.Р., Сахабутдинов А.Ж., Морозов О.Г. Система измерения деформации колесного подшипника на основе волоконно-оптических адресных структур // Фотон-экспресс. 2019. № 6 (158). С. 87-88.
14. Оценка возможностей применения волоконных решеток Брэгга с гауссовым профилем отражения в качестве датчика температуры / Д.И. Касимова, А.А. Кузнецов, П.П. Крыницкий и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2013. № 2 (18). С. 73-81.
15. Метод формирования двухчастотного излучения для синтеза солитонов и применения спектрально-эффективной модуляции RZ и CSRZ форматов в оптических сетях доступа / А.А. Талипов, О.Г. Морозов, Г.И. Ильин и др. // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2012. № 2 (16). С. 3-12.
16. Модуляционные методы формирования спектрально чистого двухканального полигармонического излучения с одинаковой разностной частотой и поляризационным мультиплексированием. Постановка задачи / О.Г. Морозов, Г.И. Ильин, Г.А. Морозов и др. // Инженерный вестник Дона. 2017. № 4. URL: ivdon.ru/ru/magazine/ archive/n4y2017/4587.
17. Сахабутдинов А.Ж., Морозов О.Г., Нуреев И.И., Ильин Г.И. Характеризация резонанса ФАНО в оптических биосенсорах рефрактометрического типа на основе кольцевых волоконных брэгговских решеток с π-сдвигом. Постановка задач моделирования // Инженерный вестник Дона. 2018. № 2. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/N2y2018/5002.

18. Морозов О.Г., Папазян С.Г., Сахабутдинов А.Ж. Электрооптические векторные анализаторы спектра: возможности, элементная база и перспективы развития // Фотон-экспресс. 2019. № 6 (158). С. 79-80.
19. Измерение мгновенной частоты с помощью двухчастотного зондирования / О.Г. Морозов, А.А. Талипов, А.А. Федоров и др. // Научно-технический вестник Поволжья. 2012. № 4. С. 146-149.
20. Измерение мгновенной частоты микроволновых сигналов с использованием тандемной амплитудно-фазовой модуляции в оптическом диапазоне / О.Г. Морозов, И.И. Нуреев, А.Ж. Сахабутдинов и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 5 (157). С. 16-24.
21. Радиофотонный метод измерения мгновенных частот множества радиосигналов на основе аддитивного частотного смещения с расширенным диапазоном измеряемых частот / А.А. Иванов, Морозов О.Г., Сахабутдинов А.Ж. и др. // Фотон-экспресс. 2019. № 6 (158). С. 85-86.

Для цитирования: Куликов Е. В., Сахабутдинов А. Ж., Липатников К. А., Кузнецов А. А. Система для оценок износа ствола по данным измерения его деформаций с использованием адресных волоконных брэгговских решёток // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2020. № 1 (45). С. 78-89. DOI: 10.25686/2306-2819.2020.1.78