Способ дистанционного измерения электрических и магнитных величин и устройство для его осуществления
Изобретение касается измерения электрических величин и может быть использовано для дистанционного измерения температуры, давления, механических деформаций и т.п. Изобретение позволяет повысить чувствительность и точность измерений путем устранеI . r4D ния влияний паразитной флуктуации интенсивности светового пучка. Устройство , реализующее способ, содержит источник 1 света, входной световод 2, двухлучевой поляризатор 3, фазовую пластинку 4, активный,элемент 5 модулятора , двухлучевые анализаторы 6и-7, , сигнальные световоды 8-11, парафазный фотодетектор 12, аналоговый вычислитель 13,и индикатор 14. Способ и устройство обеспечивают уменьшение погрешностей измерений, обусловленных ошибками при изготовлении и сборке модулятора оптического излучения; уменьшение времени, затрачиваемого на подготовку измерений, и упрощение с эксплуатации устройства, так как отпадает необходимость постоянного контроля уровня световой мощности, поступающей в модулятор. 2 с.п. ф-лы, 1 ил. б 8.§ сл с
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
А1 (191 (Н) (594 С 01 D 3
ОПИСАНИЕ И3ОБРЕТЦ<ИЯ
К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР
ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4084789/24-21 (22) 09.07.86 (46) 23.07.88. Бюп: 1(27 (71) Институт радиофизики .и электроники АН УССР (72) В.В. Шевченко (53) 53.078 ° 92 (088.8) (56) Глаголев С.Ф, и др. Измерительная техника, 1984, Р 5, с. 43-45. (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И МАГНИТНЫХ ВЕЦИЧИН И
УСТРОЙСТВО ДЛЯ F.ÃÎ ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение кааается измерения электрических величин и может быть использовано для дистанционного измерения температуры, давления, механических деформаций и т.п. Изобретение позволяет повысить чувствительность и точность измерений путем устранеHHR влияний паразитной флуктуации интенсивности светового пучка. Устройство, реализующее способ, содержит источник 1 света, входной световид 2, двухлучевой поляризатор 3, фазовую пластинку 4, активный, элемент 5 модулятора, двухлучевые анализаторы 6 и 7, сигнальные световоды 8-11, парафазный фотодетектор 12, аналоговый вычислитель 13 и индикатор 14. Способ и устройство обеспечивают уменьшение погрешностей измерений,.обусловленных ошибками при изготовлении и сборке модулятора оптического излучения; уменьшение времени, затрачиваемого на подготовку измерений, и упрощение эксплуатации устройства, так как отпадает необходимость постоянного контроля уровня световой мощности, поступающей в модулятор. 2 с,п, ф-лы, 1 ил. б
1411587
+ (I) ьbh у
V — 7. sin — о (26)
2 л sx 2
0
Л
sin о
Ф
1, = 1 cos л= 1 . . cosã а р (2в) 2 о 2 л вх 2 (Изобретение касается измерения ! электрических.и магнитных величин и мо жет быть использовано для дистанцио ного измерения температуры, давле5 н, механических деформаций и т.п.
Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений за счет устранения влияний паразитн " флуктуации интенсивности светово- 10
r пучка.
На чертеже приведена схема устройства, реализующего предлагаемый способ.
Устройство содержит источник 1 све"I5 та, входной световод 2, двухлучевой п яризатор З,.фазовую пластинку 4, активный элемент 5 модулятора, двухлучевые анализаторы б и 7, сигнальнье световоды 8-11, парафазный фото- Z0 детектор 12, аналоговый вычислитель
13 и индикатор 14 причем исто ник 1 с ета через входной световод 2 оптич ски соединен с входом двухлучевого п яризатора 3, два выхода которого 25 ч еэ последовательно соединенные ф зовую пластинку 4 и активный элем нт 5 модулятора оптически соединень с входами двухлучевых анализатор 6 и 7, первые выходы которых чер з световоды 8 и 10, а вторые — чер з световоды 9 и 11 оптически соедин ны соответственно с первым и вторьм входами парафаэного фотодетектор 12, два выхода которого соединены с соответствующими входами аналоговог вычислителя 13,.выход которого со-. е инеи с индикатором 14.
Устройство работает следующим обра-. зо ч. 40
1 Световой пучок интенсивностью I поступающий от источника 1 света по вх одному световоду 2, разделяется дйухлучевым поляризатором 3 на два ор т ог онал ьн о поля риз о ва н ных пучка с 45 интенсивностями I „и I < соответственнс . Пренебрегая потерями на отражение и рассеяние в двухлучевом поляризаторе 3, для интенсивностей этих пучков
McIKHo записать следующие выражения: (За) (36) I = I
1 11
+ 112, 1 2
I со $2 (-- — д) ф+ф
V +, sin — cos (— — ") з (4а) о 2 2
Я + ф
sin (- — -) 12 1 2
Ч, . % - Р— з1п2 --о 81п2 (- Р) о 2 2 о
I sin (о) 21 2 2 (46) Ч
I cos™ о 2
++ +
$1п2 (— -Я) 3
Т+ Р (— — 1 =
" +ср соз2 (— --Р) 2
2 (4в) I = I cos
I сов -> о 2 (4г) где I — интенсивность поляризованнол, го пучка, поступаю Цего от источника 1 света на входной световод 2; — пропускание входного свето IC вода 2; — фазовый набег для ортогонао льно-поляриз ова нных компонентов светового пучка после входного световода 2.
Флуктуации фазового набега W onа ределяют равные.по величине, противоположные по знаку флуктуации интенсивностей I „ и I 2 пучка, поступающих в активный элемент 5 модулятора.
За счет внешнего воздействия со стороны измеряемой электрической, магнитной или другой величины в активном элементе 5 модулятора ортогональнополяризованные пучки модулируются в противофазе. В результате последующе"
ro разделения с помощью двухлучевых анализаторов 6 и 7 каждого из этих двух пучков также на два ортогонально-поляризованных пучка в общем случае образуются две пары световых пучков. Одну из них составляют обыкновенный и необыкновенный лучи с интенсивностями I u I а вторую, .подобную
41 121 ей, — также обыкновенной и необыкновенный лучи, с интенсивностями I „ и
I соответственно.
Для интенсивностей вновь получеиных пучков, пренебрегая паразитными потерями света в элементах модулятора, можно записать следующие выражения;
1411 где ф — постоянный фазовый набег о для ортогонально-поляризованных компонентов светового пучка в оптических элементах модулятора:, — фазовый набег, пропорциональный измеряемой величине, этих же компонентов эа счет внешнего воздействия. 10
Образованные световые пучки попарно суммируются на входах парафаэного фотодетектора 12. При этом световоды 8 и 10 передают соответственно необыкновенный луч из первой пары и обыкновенный луч из второй на первый вход парафаэного фотодетектора 12, а световоды 9 и 11 — остальные два луча на его второй вход. После синфазного сложения входных сигналов на выходах парафазного фотодетектора 12 ïîÿâляются противофаэные сигналы i u
1 которые можно описать соответствующими выражениями: ц 25
cos2- )>
= K tI +I 1= Š1 (sin2 — +
У
11 22 с 2 Р+ Р, . р+ +
q son2 (- — - ) = K I sin2 (- — - ) у о 2 Р -ь<Р
= K c I sin (— — ).
98Х " 2
= K tI +I Ъ K I tsin2-.У+ 4
R4 ср о Р+ Р, ф+ сов (- — - ) = К т соз2 (— -- )
2 р о 2
CP.<. cp
=К 1 I cos2(- — )ъ
Р Sx л 2 (5а)
Ф соз2-Й л М
2 (5б) 35
i где К вЂ” коэффициент преобразования интенсивности светового сигнала в парафазном фотодетек- 40 торе 12.
Как видно иэ приведенных выражений (5), при сложении синфазных сигналов обеспечивается компенсация флуктуаций интенсивностей, обусловленных флуктуациями фазового набега Q происходящими при передаче оптического излучения по входному световоду 2, а также устраняются ошибки, обусловленные погрешностями изготовления и сборки модулятора оптического излучения .
Противофаэные сигналы с выходов парафазного фотодетектора 12 поступают на аналоговый вычислитель 1Э, который может работать в реальном масштабе времени. Путем выделения разности i и суммы i входных сигналов и определения их отношения g на выхо Р+. 9
K i I (соз2 (- — - ) Р 8Х 2Ч + Р
sin (- — ))= K 7 1 соз(<Р+ P), 2 вх о > (6а) + i = i+i =Е Т 1з1п (— — ) + + 1 2 РВх" 2 9+ ф + соа2 (— -P)= K Р 8к л (6б) 1 f = —. — = со з (1 - Р„) 1 (7) Таким образом, предлагаемый способ и устройство для его осуществления обеспечивают повышение чувствительности и точности измерения благодаря компенсации флуктуаций интенсивностей поляризованных компонентов светового пучка, передаваемого входным световодом, а также уменьшение пог.решностей измерений, обусловленных ошибками при изготовлении и сборке модулятора оптического излучения . К преимуществам следует также отнести уменьшение времени, затрачиваемого на подготовку измерений, и упрощение эксплуатации устройства, так как в этом случае отпадает необходимость постоянного контроля уровня световой мощности, поступающей в модулятор. Формула изобретения 1. Способ дистанционного измерения электрических и магнитных величин, заключающийся в том, что световой луч 1 модулируют пропорционально измеряемой величине таким образом, что амплитуды его ортогональных составляющих модулированы противофаз но, измеряют амплитуды этих составляющих, математически обрабатывают результаты измерений и по полученным данным судят о значении измеряемой величины, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения, световой луч сначала разделяют на две ортогональные составляющие и мо1 дуляцию двух-,лучей осуществляют одновременно пропорционально измеряемой величине, затем каждую ортогональную составляющую разделяют на две ортого587 4 де аналогового вычислителя 13 получают сигнал, зависящий только от фазово -: го набега Я, пропорционального измеряемой величине, и не зависящей от паразитных флуктуаций интенсивностей светового пучка: 1411587 Составитель В. Быков Т ехред Л. Олийнык Редактор H. Тупица » Корректор О. Кравцова Заказ 3643/36 Тираж 717 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 н альные составляющие, из полученных етырех ортогональных составляющих с ветового луча синфазно модулированые попарно суммируют, получая при 5 том две составляющие светового луча, дулир ова иные пр отивофа з но . 2. Устройство для дистанционного эмерения электрических и магнитных еличин, содержащее источник света, одной световод, поляризатор, актив и элемент модулятора, первый двухчевой анализатор, два сигнальных цветовода и последовательно соединен- 15 нь|е парафазный фотодетектор, аналоговый вычислитель и индикатор, причем сточник света через входной светов д и последовательно расположенные п ляризатор и активный элемент модулятора оптически соединен r входом двухлучевого анализатора, дна выхода которого соединены с входами сигнальных световодов, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения и чувствительности, в него введены второй двухлучевой анализатор, третий и четвертый сигнальные световоды, а поляризатор выполнен двухлучевым, причем его второй выход через активный элемент модулятора оптически соединен с входом второго двухлучевого анализатора, выходы которого соединены с входами третьего и четвертого сигнальных световодов, выходы первого — четвертого сигнальных световодов соединены сооТ ветственно с первым и вторым входами парафазного фотодетектора.
