Registration Number
0824U002819, PhD dissertation
Status
Доктор філософії
Date
30-09-2024
popup.evolution
.
Title
Modeling of the propagation of light rays through the elements of fiber diffraction sensors
Author
Petro P. Vankevych,
popup.head Bogdan D. Drobenko
popup.opponent Serhii Z. Malynych
popup.opponent Ivan D. Karbovnyk
popup.review Rostyslav Terletskyy
popup.review Bohdan Kalynyak
popup.rada
Institute of Applied Problems of Mechanics and Mathematics named after Ya. S. Pidstryhach of the National Academy of Sciences of Ukraine
Description
У роботі вирішене важливе науково-прикладне завдання – розроблення математичної моделі та відповідного програмного забезпечення для комп'ютерного моделювання взаємодії світлового випромінювання із волоконно-дифракційними елементами сенсорних систем попередження про небезпеку вогневого ураження засобами, які застосовують лазерні системи для наведення на ціль.
Об’єктом дослідження є процеси взаємодії світлового випромінювання з поліаніліновими волокнами дифракційного сенсора.
Предметом дослідження є математичні моделі функціонування сигнального елемента волоконно-дифракційного сенсора, інтегрованого в бойове екіпірування.
Наукова новизна роботи:
1. Розроблено математичну модель для кількісного опису взаємодії одновимірної та двовимірної волоконно-дифракційної ґратки із лазерним випромінюванням.
2. Уперше, засобами математичного і комп'ютерного моделювання процесів поширення світлових променів через дифракційну ґратку із поліанілінових волокон, практично підтверджено появу дифракційних смуг у вигляді розсіяних кривих другого порядку, форма яких зумовлена явищем конічної дифракції і залежить від кута падіння променя на ґратку, що дало можливість розробити сигнальний елемент волоконно-дифракційного сенсора.
3. Уперше з використанням сигнального елемента волоконно-дифракційного сенсора математично визначено кутові положення джерела випромінювання, що дало можливість використати розроблені сигнальні елементи для побудови системи виявлення джерела випромінювання та його позиціонування в одній площині.
4. Досліджено характеристики полімерного волокна поліаніліну, показано можливість використання такого волокна для формування волоконно-дифракційних мікродавачів, здатних виявляти засоби вогневого ураження, в яких використовується спрямоване лазерне випромінювання як чинник зондування.
Практичне значення отриманих результатів полягає в тому, що вони безпосередньо використані при розробленні фізичного прототипу відповідних сигнальних елементів для побудови системи виявлення засобів вогневого ураження та їх позиціонування по відношенню до сигнального елемента.
Робота складається зі вступу, п'яти розділів, висновків, переліку використаних джерел та додатку.
У вступі наведено обґрунтування вибору теми, сформульовано мету, об’єкт, предмет і завдання дисертаційної роботи; відображено наукову новизну і практичне значення отриманих результатів; висвітлено зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами і грантами. Також відзначено внесок здобувача, відомості про апробацію результатів досліджень, наведено список публікацій здобувача, подано структуру і обсяг роботи.
У першому розділі виконано огляд волоконно-дифракційних сенсорів, які можуть бути використані для діагностування різних небезпечних ситуацій в режимі реального часу. Зроблено висновок про необхідність нової розробки, здатної в автоматичному режимі встановлювати факт проведення прихованого відеоспостереження та виявляти місцезнаходження джерела лазерного випромінювання.
У другому розділі подано опис результатів експериментальних досліджень, виконаних з метою виявлення особливостей взаємодії лазерного випромінювання з волоконно-дифракційними ґратками. Отримано дифракційні картини залежно від фіксованого положення дифракційної ґратки.
У третьому розділі запропоновано математичну модель для кількісного опису взаємодії дифракційної ґратки із лазерним випромінюванням. Отримано, що при повороті ґратки на певний кут результатом взаємодії світла з дифракційною ґраткою є дифракційна смуга, яка є перерізом конусу дифракції площиною екрана. При перетині дифракційного конусу площиною екрану форма дифракційних смуг набуває вигляду розсіяних кривих другого порядку. Числову апроксимацію дифракційних смуг для довільних кутів повороту дифракційної ґратки здійснено за допомогою регресійних методів аналізу даних.
У четвертому розділі приведено результати оцифрування експериментальних даних. У загальному аналітичному представленні отримано коефіцієнти розсіяних кривих другого порядку, які найкраще описують дифракційні смуги для конічної дифракції на дифракційній ґратці. Засобами математичного моделювання визначено відповідні криві другого порядку для заданих кутів падіння променів на ґратку. На цій основі розв'язано обернену задачу – визначення кутових координат джерела лазерного випромінювання.
У п’ятому розділі запропоновано варіант практичної реалізації системи попередження про небезпеку вогневого ураження на основі волоконно-дифракційного сенсора.
Створене програмне забезпечення на основі розробленої математичної моделі взаємодії лазерного випромінювання з волоконною дифракційною ґраткою запропоновано для використання при розробленні фізичного прототипу сигнальних елементів на основі поліанілінових волокон для системи виявлення ворога на ТОВ "Техприлад".
Registration Date
2024-07-31
popup.nrat_date
2024-07-31 / 2026-07-01
