Способ измерения диаметра внутренней жилы двухслойного оптического волокна и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение диапазона измерений - достигается за счет повьшения чувствительности путем использования зависимости суммы огибающих экстремумов интенсивности дифрагированного светового потока от диаметра внутренней жилы оптического волокна. Введение операций выделения максимумов и минимумов в дифракционной картине от светового пучка, образованного при облучении лазером световода, позволяет получить информационный сигнал, длительность которого пропорциональна диаметру внутренней жилы световода. Лазер 1 через объектив 2 осуществляет облучение одномодового оптического волокна. Образовавшаяся дифракционная картина анализируется путем преобразования интенсивности светового пучка в электрический сигнал с помощью блока 3 сканирования и фотоприемника 4. Фильтры 7 и 8 выделяют из сигнала огибающие экстремумов, которые затем суммируются сумматором 9. Триггер 11 формирует импульс, длительность которого равна интервалу времени, прошедшему с момента начала-сканирования до момента времени, соответствующего максимуму суммы огибающих . Измеритель 12 временных интервалов осуществляет регистрацию величины диаметра внутренней жилы световода 2 с.п. ф-лы, 4 Ш1. (Л 4 О ел Лт

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) 50 А1 (51) 4 0 01 В 21/14

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

H д BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО.ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ (21) 4213946/24-28 (22) 31,03,87 (46) 15.)0.88. Бюл, NP 38 (71) Ленинградский институт точной механики и оптики (72) А.Б, Веселовский> А.С. Митрофанов, В-.Н, Поярков и Г,Д. Фефилов (53) 53).71(088.8) (56) Патент США Ф 4017977, кл. G 01 В 9/02, 1977. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИАМЕТРА ВНУТРЕННЕЙ ЖИЛЫ ДВУХСЛОЙНОГО ОПТИЧЕСКОГО

ВОЛОКНА И УСТРОЙСТВО ДПЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения расширение диапазона измерений — достигается за счет повышения чувстви" тельности путем использования зависимости суммы огибающих экстремумов интенсивности дифрагированного светового потока от диаметра внутренней жилы оптичесКого волокна. Введение операций выделения максимумов и минимумов в дифракционной картине от светового пучка, образованного при облучении лазером световода, позволяет получить информационный сигнал, длительность которого пропорциональна диаметру внутренней жилы световода, Лазер 1 через объектив 2 осуществляет облучение одномодового оптического волокна. Образовавшаяся дифракционная картина анализируется путем преобразования интенсивности светового пучка в электрический сигнал с помощью блока 3 сканирования и фотоприемника 4. Фильтры 7 и 8 выделяют из сигнала огибающие экстремумов, которые затем суммируются сумматором 9. Триггер 11 формирует импульс, длительность которого равна интервалу времени, прошедшему с момента начала ° сканирования до момента времени, соответствующего максимуму суммы огибающих. Измеритель 12 временных интервалов осуществляет регистрацию величины диаметра внутренней жилы световода 2 с п. ф лы, 4 ил.

1 C?30(50

Изобретение относится к »змер»тельной технике H может бьггь пс:паль— завано для измерения днам! .тра:II!yTренней жилы: одномодового i птическо?-а волокна, 5

Цель 11зобрете?гия — расш-lpP!1;. диапазона измерений эа счет !?авьппения чувствительности путем использава?п!я зависимости суммы огибающих экстрему- 10 мов интенсивности диафрагмрованнога светового потока от диаме.ра внутрен— ней жилы оптического волокна.

На фиг. 1 приведе»а зависимость распределения интенсивнос!и рассеянного излучения от угла рассеяния, и:— лученная при облуче?гии одномодового волокна пучком когерентнаго ма»ахроматического нэлучения (пу:?кт»рными линиями показаны две огиб?1ющ»е макси- 20 мумов и минимумов интенсивности, э3?ектрический сигнал, соответствующий сумме двух ог»ба?ощих, временной ин-. тервал, по которому определяют диаметр сердцевины волокнаI ; 1 а ф?»,2 — 25 зависимости длительности вре?!енпагo интервала ат диаметра сердцев»ны волокна при неизменных внеш?1ем д»аметре волокна и показателях:!peJ30;IJ!e?II я оболочки н сердцевины; на фиг, 3 — 30 завис»мост» углового положения IIH»m!;ма информационного сигнала ат диаметра сердцевины„ внешнега д»,?метра волокна, показателя прело !лен»я сердцевины, показателя прелопения оболочки; на фиг. 4 — блок-схема устрайс!!3a для измерения диаметра в:yTpe?пней жи-ЛЫ ОДНОМОДОВОГО ВОЛОК»«1, Устройство для измере?, .ия диаметра

10 внутренней жилы одномодового оптического волокна с.одержит оптически связанные лазер 1, объектив 2, блок 3 сканиронания, фотоприемн1?к 4., датчик

5 положения, с13язанньп с блокам 3 сканирования, первый определитель 6 экстремума, первый 7 и Iiторай 8 фильтры, сумматор 9, втсрой о:?ределитель 10 экстремума, тр??г ep 11 и измеритель !2 временного и тервала.

При облучении одномодавагс1 опти1 с? ческого Волокна пучком к„-герентного монахроматического излучения перпендгпсулярна его оптической ос» образуется интерференционная картина в дальcj5 ней зоне,Иа фиг. 1 показан график распре- - 5 деления интенсивности в интерференционной картине в зависимости ат угла рac— сеяния излучения. Данный график яв.I.ëå Tñÿ результата» расчета на ЭВ11 пав

«пs; рассеяния из:Iy-Ip! I»v ат двухслайнс—. 0 д»электрического проэрач»ага ц»вЂ” .!и!?дра по волновой тес ри», ка горое

Оп»сывается выражением

1 =- (Ь,+ b ccs<.! 8 :! т где (— длина волны»злучен?!я; расстояпие ат волокна до экрана; с! — угол p!I::сеяния;

ИНТЕНСИ?3НОСТЬ

Ь .1«,„ — комплексные коэффициенты, Результаты расчетов показали, чта сердцевина в волокне влияет IEa рас— пределепие интенсивности в :10:1е рас— сея??ия толька ;. О-.ределеннам угловом д»апазоне, которь:й .!Ож?.0 01?редел»ть пэ простым формулам геометр»ческай теор»»

° а1

prг «-1,ап1!

8, .-=2 are s ir, —;--)

ii

-.=2 — +а..",s iп( Ь 2 а31:i i . (аi

11 . (—: -csinI,—

gñ, g()

Ь

УГ031 .1«3«1а:!«» МОДУЛ?IЦИИ; угол;(0??па модуляц»и; радиус с:ерд:..евины sOJ!nxl!a; рад»у . оболочки валок?: ;

1?охав «1 1 «ль пр":loM!!ения сердiEe1»l! l::;

iio!(as:" Tel!?= !!pe Jloìë=?EH.-:. 060"O; ?

В э I 0: у . Jlol!О."! Д»«ппйз011е епа 13!i!co?(0 частотные колей«»1»я H!ITP ?с»в!locTH период кàTàрых несет и»фар::аци:0 а в»с«п?ем диаметр е В элок»=l, акладыв ается низкочастотная модуля: »я с выра— женным первым 1!акс?г!уь!Ом H постепенния и ампл» уд;:. Модуляции становится значительно меньше, чем амплитуда зы— сокочастатнай с:ос-.-авляющей сиг»,3ла, Введe?E»e E!ochre;30 еа Teльнасти а ep!1!Iий, заключающейся и 3ыделен»и огиб(1?3щих максимумов и мгп?яму?!Ов»з регистрируемаго электр»?еского сигнала и cJ о—же»»и огибающих пазва !лет получи-ь ным з атухан»ем амп IH T"„. ды H: в е.3хней границе диапазопа, При достато-?но большом диаметре вн; Tpc!II!p! жипы эта ь!Одуляци?1 хора!1?а нь?ражена H выделить се не Г13удно . с !» Коl?трал ..1р ются одномодовые 130JIOê»à с диаметром cерд— цевины менее !0 мкм, то угловой диапазон модуляц»1(смещае-,ся з облас:ть преобладания;..!(рс?гираванног0 из:?уче1430750 информационный сигнал, даже если низкочастотная модуляция незначительна.

Инфармацию о диаметре сердцевины несет сумма огибающих, Результаты расчетов показывают, что изменение диа- ° метра сердцевины вызывает пропорциональное изменение углового положения минимумов сигнала, соответствующего сумме огибающих. Угловое положение минимумов информационного сигнала инвариантно к изменению внешнего диаметра волокна и показателя преломления оболочки (см. фиг ° Зб,г). Зависимость положения минимумов ат показателя преломления сердцевины представлена на фиг.Зв. Так как в технологическом процессе производства волокон показатели преломления оболочки и сердцевины выдерживаются достаточно точно, то на практике можно не учитывать их влияния на результаты измерений.

Устройство дпя измерения диаметра внутренней жилы одномодового оптичес- 25 кого волокна работает следующими образом °

Измеряемое волокно облучают лучом лазера 1. В фокальной плоскости объектива 2 формируется интерферен- Зп ционная картина, которая сканируется блоком 3 и преобразуется фотоприемником 4 в электрический сигнал. При достижении элементом сканирования, входящего в блок 3 сканирования, заданного положения, соответствующего пространственному положению 2 относительно оптической оси, датчик 5 положения формирует сигнал в виде короткого электрического импульса, поступающего на второй вход триггера 11 и устанавливаюцего его в исходное состояние. Периодический электрический сигнал, снимаемый с выхода фотоприемника 4 поступает на нход первого оп45 .ределителя 6 экстремума и на информационные входы первого 7 и второго 8 фильтров, Первый определитель б экстремума фиксирует моменты эк .тремума поступающего на его вход сигнала; на первом выходе формируются короткие импульсы, соответствующие максимумам сигнала. Подученные короткие импульсы, соответствующие моментам максимумов сигнала на выходе фотоприемника 4, поступают на вход первого фильтра 7, где выделяется огибающая максимумов сигнала, аналогичным путем на выходе второго фильтра 8 выделяется огибающая минимумов сигнала. Сигналы с выхода пернага 7 и второго 8 фильтрон поступают на вход сумматора 9, где суммируются, Переменный электрический сигнал с выхода сук»матора 9 поступает на вход второго определителя 10 экстре »уь»а где фиксиру-ется момент экстремума, соответствующий минимуму суммы огибающих максимумов и м».нимумов периодического сигнала, сн»ь»аемаго с выхода фото:-.риемника ч. В этот момент на выха е второго определителя 10 экстремума формируется короткий электрический »импульс, который поступает на первый вход триггера 11, что приводит к срабатываш»к -риггера !1. На выходе последпега формируется электрический импульс, длительность которого прямо пропорциональна диаметру внутренней жилы одномодового оптического волокна, Длительность полученного импульса измеряется измерителем 12 временного и»-» терн ала, Б качестве элементов устройства могут быть исгользананы Не-id лазер источник кагерентно-о излучения, объектив — Фурье преобразующая линза.

Скаш рующее устройство может быть выполнено в виде вращаюцегася зеркала.

Фотоприемное устройство мажет быть выполнено в виде диафрагмы поля с установленным за ней фотодиадом ФД-256, работающим в паре с операционным усилителем К544УД2 ° Датчик положения может быть выполнен в виде оптопары (фотодиод фД-25б, светодиод АЛ-107) с открытым опт»..-ческим кана;ам и прерывателем, жестко связанным с осью вращения отражателя. Первый определитель экстремума сигнала мажет быть выпалиer» н в»»це последовательна подключе ных дифферснциатор» на операционном усилителе К5- 4УД2 и компара †. тора — микросхема 521САЗ, и двух однонибраторов — микросхема 1ЗЗАГЗ, входы которых подключены к выходу компаратора, Второй определитель экстремума сигнала может быть выполнен в виде последовательно подключенных дифференциатора на операционном усилителе К544УД2, компаратара — микросхема 521САЗ, и однавибратора — мик— расхема 1ЗЗАГЗ. Кроме того, в «ачестве элеме»»гoB у"т-рой»стна могут быть испальзо" ны сумматор напряже ний — на микросхеме К5ч4УД2, триггер — RS-триггер — микросхема 133ГМ2, 5! :-30750.(змерптель временного !»Ia e звал !астотомер 413-34А, первый ((<зтсрой фильтры -сплаш(-аппроксп(»((зукзщ

< инхроппзована сигналом с соотг,еттВУ!ОЩЕГО ВЫХОДа ПЕР»ОГО 0:(PPire>.HòÅ-.(я момента экстремума. Спл.(йп — аппро;— симирующий фильтр состоит пз двух I-:: ту!)ающег0 на информационный вход„) и фильтра, Осуществляющего интерполяц(<ю полученной импульсной последовательности

Сплайн-фильтры Бторогn Ii третr-.ei о порядков весьма эффек тпв но:(Од((1>пя(ет высокочастотные соста)зля(о(1<((а дп(кре".изированного сиг»ала, <, ) о р мул а и 3 о 6 р е. т е::.(и >

< . Способ измерения дпа;<стра внут-ренней жилы двухслой»ог0 0!.":.-::: ескоГO

3OJIOICHcI ) 3 аКЛК><(аЮ(((и!(с)(Lr 1 <. - - - i О l(Я правляют на о»тическое Боя<((но МОПО-хрОма тич еский к ОГppp»TI(5!Il !, - = < Бе— та, скапируют Б iðliìîé зо(>< !(0ЛГ:. р- с-. сеяния пучка света с одп()Б(. е. :".,I»(ë преобразованием п»тепспвногт((спета е< электрический сиГIIBJI 0 ", и и ч а ю шийся тем„что, с ..Ол(-.:<)

РаСПИРЕНИЯ Днала ..IOilFJ ИЗМЕРЯ ЕМЫХ (r e!11!(:-ип диаметра внутренней жп.. 1: 0 I(0м здовог0 с>птического Бот-окна,;<>о„:)! Пру<; сигнал, величина которого: а >!»(сумме огибающих макс!Гмумсв и "-и>»1<<, 1 0-.;

ИСХОДНОГÎ ЭЛЕКТPIIH" СКО! 0 01: Г («

1;<)р1((<зт временной инте рв ал с мОмента

1!(lчяла скапи(зон пни) до момента»05(в

I!el(HI(минимума сформирова<п ого сигнала„ »о величине которого судят 0 д!»а"(p.тре внутренней жилы одномодового

0((тическогO Боле>кна .

2 „Устрой(тво д<11(измерения диа-, r< (ра в»(утренней );и(1ь(двуxcJ .oé»0ã0 0»

) тическсго волокна, содержащее оптически связанные лазер, объектив, блок ..Ic:IiHp0(>aHия n0J1я рассеяния и фото»1)ие(!И((к, измеритель временного интервала,отличающееся тем, что, с целью ра(.<((((рения диа! азона из— и:.:ряем(гх величин диаметра Бнутреннеи т )IIГГерОМ, датчи положения соединен с блоком ска<(иропан<.-:я, информационные !

< 2 0 ГЫ ((ЗИЗ1Ь Т() Б < (:)ДК Г<: (Fili! К 1)ЫХОДУ фот о-- риемпика и >xo;J<) первого опреде: (тсл"..>xñ) påÿóïi.(..(ерв((I(и второй

«<(хо)>э(котсвого (сдклочены соответстБс((но к упра>31(я«>(:((1 . Lхxода i -.ервсго э<1 . Б :::00. О <<)ИЗ(1 . <<<>Б,,X Пе!)Бому и БТО р:.: у входам с y -)Lr.(3< а эз:ектрических

"i;i H0J(c в полк)1ю:. .И71 >)((хо; —.ы соотве-. ст—

>тор(>ГО фильтров,. ! е (ез)ит -ля зк стрем 7;;-Н: О "Е(ПЗОГ И

Б;-:O,H БТОРОГО О:

«ОДКЛЮЧ< г,", i . :>

Б< 1> 1 БРОД ТР(П": (-. .3 О! 0 () Р Е " - . 1 т pi. „ г

:1x0пу сумма ".îð.3, г!ер: (ОДКЛ<ОЧ F П К Б ЫХОД ?

00. (я 31; с (ре; (/ма, Б -.. 0—.r),д ; .:: .еп к выходу . т-(r(!c".:»ложен

".Ü; .-0 (ТP)(ÃÃЕP >

>Г:. (БР(Г! Е - Б.ЗЕ ЕН—

1 сii IC D 2

<З ж<гль: одпомодовог<) Оптического Бслок(!» „Оно снабжено Датч((ксз(полo кения, ;С I!ергым и вторым Определителями экстремума, первым и вторым фильтрами, сум-матором электр(г(еск)(х сигналов и!

Б Ю

Q, — дйЙКРГП() СфдЦВ6ККИ

ЧЬ2.2! 4 )0355 ц

%Р Я,1

Coc" азитед, D, year!;ои

Редактор Е, Конча Техре,,,,,Кравчук Корре«т,. р М,, 1еячик

Заказ 5330/40

Тираж 680 Подписиое

Б1ПП. 1111 (о суда pr -,н! ицо-. о коиитета с СГР

110 дс-:.-,а:: ..lзобрете:п.й и открытий

1 1 3035 i !î(к»;! il!-35, Ра,"., .:;;! и иаб., д. 4, 5

11ро:изводстиенио-иодигр".!). :"«еское иэ;ðиятие, -., Ужгnp",;, ут:. I:j: с ктиая,