Оптоволоконна тканина як елемент сигнальних систем

Автор(и)

  • P. Vankevych Національна академія сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного (м. Львів) http://orcid.org/0000-0002-3849-5585
  • V. Dehtyarenko Національна академія сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного (м. Львів)
  • B. Drobenko Інститут прикладних проблем механіки і математики ім. Я.С. Підстригача НАН України, http://orcid.org/0000-0001-7084-1196
  • Yu. Nastyshyn Національна академія сухопутних військ імені гетьмана Петра Сагайдачного (м. Львів) http://orcid.org/0000-0001-7521-3906

DOI:

https://doi.org/10.33577/2312-4458.23.2020.65-74

Ключові слова:

текстиль, волоконно-оптичні давачі, чутливі полімерні матеріали, світлова хвиля, зондуючий промінь, світлове гало, дифракційний максимум, рівняння дифракції, напрямні косинуси, конічний переріз конуса, криві другого порядку

Анотація

В статті представлено матеріали досліджень, спрямовані на розробку волоконно-оптичних сенсорів, які можуть бути інтегровані в елементи одягу або бойового екіпірування військовослужбовців. Геометричні, механічні та функціональні характеристики сенсорів можна варіювати в залежності від призначення сигнального елемента, що надає можливість їхньої інтеграції в текстильні матеріали, які є основою для виготовлення бойового спорядження військовослужбовця. Заміна ділянок текстильної тканини в місцях, де вона покриває оптичний сенсор, тканинними елементами, виготовленими із оптичних волокон, має багатофункціональне призначення. По-перше, за рахунок своєї тканинної структури, перетворює зондуючий світловий промінь з точкової плями (з просторовою розмірністю 0D) в 2D-розгортку, тим самим, покращуючи просторову діаграму чутливості сенсора. По-друге, заміщує видалену тканину поверх сенсора, тим самим відновлюючи цілісність тканини. По-третє, виконує захисну та маскувальну функцію для сенсора. За міцністю, еластичністю та довговічністю такі тканинні матеріали практично нічим не відрізняються від традиційних. В роботі експериментально продемонстровано, що система квазіпаралельних волокон, яка може бути частиною тканинних елементів одягу чи екіпірування військовослужбовця, відіграє роль дифракційної гратки для лазерного променя. При цьому форма дифракційної смуги сильно залежить від кута падіння світлового променя відносно нормалі до гратки. Форма дифракційної смуги є прямолінійною, якщо падаючий промінь знаходиться в площині, перпендикулярній до площини системи квазіпаралельних оптичних волокон і одночасно перпендикулярній напрямку волокон. Якщо падаючий промінь знаходиться поза цією площиною, то в загальному випадку форма дифракційної смуги описується кривою другого порядку. Ефект викривлення дифракційної смуги при похилому падінні лазерного променя на гратку є наслідком так званої конічної дифракції світла, при якій дифраговані промені поширюються вздовж поверхні конуса. Зокрема, якщо падаючий промінь знаходиться в площині, перпендикулярній до площини системи волокон (гратки) і одночасно паралельній до напрямку волокон, то в залежності від кута між падаючим променем і перпендикуляром до площини гратки дифракційна смуга є гіперболою при кутах падіння, менших, ніж 45о, параболою, коли кут падіння рівний 45о чи еліпсом при кутах падіння більших за 45о. Випадок малих кутів падіння, коли дифракційна смуга є гіперболою, продемонстровано в роботі. Властивість зміни типу кривої другого порядку (гіпербола/парабола/еліпс) дифракційної смуги та її орієнтації (вигнута праворуч/ліворуч чи вверх/вниз) при зміні кута падіння світлового променя на гратку, можна використати для визначення положення джерела світла (лазерного прицілу снайпера) відносно оптоволоконної гратки, інтегрованої в елемент одягу чи екіпірування військовослужбовця.

Посилання

M. El-Sherif (1997), “Fiber Optic Sensors for Soldier’s Smart Uniforms”. Third ARO Workshop on Smart Structures, Virginia Polytechnic and State University, Blacksburg, Virginia, Aug. 27–29.

M. El-Sherif, Jianming Yuan, Fuzhang Zhao and Xiangyang Wang, (1997, 1998, and 1999), “Annual Report of MURI/ARO (Multi-Disciplinary University Research Initiative-Army Research Office) Functionally Tailored Fibers and Fabrics,” ARO Research DAAH 04-96-0018-01.

M.F. Rubber (1985), “Polyurethane-Diacetylene Elastomers: A New Class of Optically Active Materials”, ACS Polym. Materls. Sci. аnd Eng. Preprints, Vol. 53, pp. 683–688.

M.F. Rubber (1986), “Novel Optical Properties of Polyurethane-Diacetylene Segmented Copolymer”, Vol. 54, pp. 665–669.

A.G. MacDiarmid and A. J. Epstein (1991), Synthetic Metals: A Novel Role for Organic Polymers, Makromol. Chem., Macromol. Symp. 51, pp. 11–28.

Born M. and Wolf E. (2005), Principles on Optics. Seventh (expanded) edition: Cambridge University Press, 952 p.

Palmer C. (2002), Diffraction Grating Handbook. Fifth edition: Thermo RGL, New York, 204 p.

James E. Harvey and Richard N. Pfisterer (2019), “Understanding diffraction grating behavior: including conical diffraction and Rayleigh anomalies from transmission gratings”, Opt. Eng. Issue N 58(8), 087105. DOI: https://doi.org/10.1117/1.OE.58.8.087105.

Ganci S. (1981), Fourier diffraction through a tilted slit. Eur. J. Phys. Issue 2, pp. 158–160.

Harvey J.E. аnd Vernold C.L. Description of Diffraction Grating Behavior on Direction Cosine Space. Engineering and Laboratory notes. pp. 8158–8160.

Корн Г., Корн Т. Справочник по математике для научных работников и инженеров: М.: Наука, 1975. 832 с.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-11-20

Як цитувати

Vankevych, P., Dehtyarenko, V., Drobenko, B., & Nastyshyn, Y. (2020). Оптоволоконна тканина як елемент сигнальних систем. Військово-технічний збірник, (23), 65–74. https://doi.org/10.33577/2312-4458.23.2020.65-74

Номер

Розділ

ЗАХИСТ ОВТ ВІД ЗАСОБІВ ВИЯВЛЕННЯ ТА УРАЖЕННЯ