Волоконно-оптическая система измерения давления

 

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерения давления при дистанционном контроле параметров объектов за счет расширения полосы пропускания и повышения устойчивости к внешним воздействиям. Для этого, наряду с источником питания 1, излучателем 2, передающим световодом 3, коллиматором 4, чувствительным элементом 8, приемным световодом 14, фотодетектором с усилителем 15 и устройством деления двух сигналов 26, волоконно-оптическая система измерения давления содержит основной 6 и дополнительный 7 поляризаторы, отражатели 10 и 11, дополнительные коллиматор 5, приемный световод 16 и чувствительный элемент 9, а также первичный преобразователь 12, дополнительный преобразователь 13, дифференцирующее устройство 17, компаратор 18, измерители временных интервалов 19 и 20, вычитающие устройства 21,22, 23, сумматоры 24 и 25, второе устройство деления 27, масштабирующие преобразователи 28, 29, генератор 30, источник опорного напряжения 31, коммутатор 32, селектор 33 и устройство управления 34. Основные и дополнительные элементы 6-11 образуют интерференционно-поляризационные спектральные светофильтры, установленные последовательно по отношению к проходящему излучению, что позволяет преобразовать измеряемую величину в смещение спектра, и далее - в широтно-модулированный сигнал, не зависящий от затухания в оптических элементах, аппаратных нелинейностей и влияния помех на результат измерения.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 С О1 1. 1/24 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМЪ СВИДЕТЕЛЬС ГВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬ1ТИЯМ

ПРИ ГННТ С .Ct (21) 4133546/10 (22) 30,06.86 1 (46) 30.05.91. Бюл. Р 20 (72) М.И. Ермохин, Г.И. Яцковский, В.А.Ширяев и В.Г,Локтионов (53) 531.787 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

Р 800705, кл. G 01 К 11/12, 1981

Jones В.E., Со1Иет S.Å., Optiса1 fibre sensors using vavelength

modulation and simplified spectral

analisis. J .Phys.Ei Sci Instrum., v. t 7, 1984, р. 1240-1241. Printed in

Great Britain. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА

ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерения давления при дистанционном контроле параметров объектов эа счет расширения полосы нропуска" ния и повышения устойчивости к внешним воздействиям. Для этого, наряду с источником питания 1, излучателем

2, передающим световодом 3, коллиматором 4, чувствительным элементом 8, приемным световодом 14, фотодетектоРом с. усилителем 15 и устройством деления двух сигналов 26, волоконноИзобретение относится к приборостроению и может быть использовано для дистанционного контроля параметpos объектов, в частности для измерения давления нли силы.

Целью изобретения является повышение точности измерений эа счет рас" оптическая система измерения давления содержит основной б,и дополнительный 7 поляризаторы, отражатели

10 и 11, дополнительные коллиматор:

5, приемный световод 16 и чувствительный элемент 9, а также первичный преобразователь 12, дополиитель» ный преобразователь 13, дифференци" рующее устройство 17, компаратор -18, измерители временных интервалов t9 . и 20, вычитающие устройства 21, 22, 23, сумматоры 24 и 25, второе устройство деления 27, масштабирующие преобразователи 28, 29, генератор

30, источник опорного напряжения 3 1, коммутатор 32, селектор 33 и устройство управления 34; Основные и допол- . нительные элементы 6-11 образуют интерференционно-поляриэационные спектральные светофильтры, установленные последовательно по отношению к проходящему излучению, что позволяет преобразовать. измеряемую величину в смещение спектра, и далеев широтно-модулированный сигнал, не зависящий от затухания в оптических элементах, аппаратных нелинейностей и влияния помех на результат измереФ ния. ширения полосы пропускания и повыше-. ния устойчивости к внешним воздействиям.

На фиг.t представлена функциональная схема системы; на фиг.2 — временные диаграммы, иллюстрирующие процесс преобразования в устройстве. э 1454055

Система содержит источник пи- устройств 22 и 23, выходы которых тания 1, излучатель . 2, передаю- соединены с входами второго устройстщий световод 3, основной и дополни- на деления двух сигналов, 27,. выход тельный коллиматоры 4 и 5 соответст- которого соединен с входом первого

5 ненно, поляризаторы 6 и 7, чунстви- масштабирующего преобраэонателя электельные элементы 8 и 9, отражатели трических сигналон 28, ныход которого

10 и 11, первичный преобразователь является выходом всей системы. Гене12 давления в силу, преобразователь ратор пилообразного напряжения 30

13 электрического сигнала в силу, 1п соединен с первыми входами коммутаприемный световод 14, фотодетектор тора 32 и второго сумматора 25, а с усилителем 15, дополнительный при- также с входом второго масштабируюемный световод 16, дифференцирующее щего преобразователя электрических устройство 11, компаратор 18, первый сигналов 29 и с управляющими входами и второй измерители нременных интер- 16 первого и второго измерителей вревалов 19 и 20, первое, второе и тре- менных интерналон 19 и 20. Источник тье вычитающие устройства 21, 22 и . . опорного напряжения 3 1 соединен с

23, первый и второй сумматоры 24 и вторым входом второго сумматора 25, 25, первое и второе устройства деле- выход которого соединен с вторым вхония двух сигналов 26 и 27, первый и 20 дом коммутатора 32. Выход второго второй масштабирующие преобраэовате- масштабирующего преобразователя элек.ли электрических сигналов 28 и 29, . трических сигналон 29 соединен с генератор пилообразного напряжения третьим входом коммутатора 32, выход

30, источник опорного напряжения 31, которого соединен с входом преобракоммутатор 32, селектор 33 электри- 25 зователя 13 электрического сигнала ческих сигналов и устройство управ- н силу, ныход которого соединен с ления 34. дополнительным чувствительным элеОсновной и дополнительный поля- ментом 9. Выход первичного преобраризаторы 6 и 7,.чувствительные эле- зователя 12 давления в силу соединен мбайты 8 и 9 и отражатели 10 и 11 ус- 30 с основным чувствительным элементом тановлены последовательно, соответст- 8. Выход устройства управления 34 венно, за основным и дополнительным соединен с управляющими входами ком. коллиматорами 4 и 5, а дополнитель- мутатора..32 и селектора 33, электриный приемный снетовод 16 — между до- ческих сигналов. полнительным коллиматором 5 и фото3S

Волоконно-оптическая система иэдетектором с усилителем 15. Кроме мерения давления работает следующим того, последовательно соединены: ис- образом. Излучатель 2 генерирует точник питания 1, излучатель 2, пе- излучение, которое проходит послередающий световод 3, основной кол- . довательно по передающему снетоводу лиматор 4 и приемный световод 14, 40 3, в прямом и обратном направлении дополнительный коллиматор 5, допол- через основные коллиматор 4, поляринительный приемный снетовод 16, фото- затор 6, чувствительный элемент 8, детектор с усилителем 15, дифферен- по основному приемному световоду 14, цирующее устройство 17, компаратор в прямом и обратном направлении че18. Выход компаратора 18 соединен с 4 рез дополнительные коллиматор 5, повходами первого и второго измерите- ляриэатор 7, чувствительный элемент лей временных интервалов !9 и 20, вы- 9, по дополнительному приемному снеходы которых соединены с входами пер- тоноду 16 и подается на фотодетектор ного вычитающего устройства 21 и с усилителем 15. Цикл измерения сос-. первого сумматора 24. Выходы первого тоит из трех тактов. В первом такте вычитающего устройства 21 и первого сигнал треугольной формы с выхода гесумматора 24 соединены с входами пер- нератора пилообразного напряжения ного устройства деления двух сигналов 30 проходит через управляемый ком26, выход которого соединен с входом, мутатор 32 на преобразователь 13, селектора 33 электрических сигналов. 55 который деформирует дополнительный

Первый выход селектора 33 соединен чувствительный элемент 9, изменяя с вторыми входами, а второй и.третий за счет пьеэооптического эффекта выходы соответственно с первыми вхо- его коэффициент преломления. Аналодами второго и третьего вычитающих гично измеряемое давление преобразу1454055

Составитель К.Сумцов

Текред И.Дидик . Корректор JlåПатаФ

Редактор .А.Еондрахина ю « ююЮюееееююю ев менвююаеамма ю ювюЕвавюююм е юеа ° В

Заказ 2666,:Тираж 359 Нодписное

ВНИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, 3-35, Рауаскаа наб., д. 4/5

Ю

Проиэводственно-,мэдатвльский комбинат "Патент", г. Уагород, ул. t àãàðíí3,101

5 1454055 ь ется в преобразователе 12 в силу н довательно соединенные источник пи1 изменяет коэффициент преломления ос-, тания, излучатель, передающий свеновного чувствительного элемента 8. товод, коллиматор, чувствительный

Основные и дополнительные поляриэа- элемент, приемный световод, фотоде- торы 6, 7, чувствительные элементы тектор с усилителем, а также содер8, 9 и отражатели 10, 11 представ- жащая Устройство деления двух сигляют собой интерференционно- поляри- налов, отличающаяся тем, зационные спектральные светофильтры. что, с целью повышения точности иэПо отношению к проходящему излуче- 1р мерения за счет расширения полосы нию основной и дополнительный интер- пропускания и повышения устойчивосференционно-поляриэационные свето- ти к внешним воздействиям, она снабфильтры, установлены последовательно. жена основным и дополнительным поля"

Характер зависимости сигнала на вы- ризаторами, двумя отражателями, до" ходе фотодетектора с усилителем.15 1В полнительными коллиматором, приемным от изменения показателя преломления световодом и чувствительным элеменпредставлен на фиг.2. Показатель пре- том, а также первичным преобразова" .ломлення дополнительного чувстви- телем давления в силу, преобразовательного элемента 9 изменяется по телем электрического сигнала в силу, пилообразному закону. управляемые от 2р дифференцирующим устройством, компа. генератора пилообразного напряжения ратором, первым и вторым измерите30 измерители 19 и 20 измеряют соот- лями временных интервалов, первым, ветственно временные интервалы между вторым и третьим вычитающими устмоментами времени первого Т 1 и второ- Ройствами, первым и вторым сумматого Т, третьего Т и четвертого. Т 25 рами9 вторым устройством деления по счету изменения знака сигнала за двух сигналов, первым и вторым маспериод колебания генератора 30. .штабирующими преобразователями элекВо втором такте сигнал генератора трических сигналов, генератором пи30 суммируется с напряжением источ- лообразного напряжения,.источником ника 31 и результирующее напряжение 3п опорного напряжения, коммутатором, проходит на выход коммутатора 32. селектором электрических сигналов и

В третьем такте на выход коммутато- устройством управления, причем основра. 32 проходит сигнал генератора 30, ные и дополнительные поляризаторы, измененный во втором масштабирующем чУвствительные элементы и отражатели преобразователе в К раз. установлены последовательно, соотСигналы с выходов селектора 33 ветственно, эа основным и дополниобрабатываются в блоках 22, 23 и 27, тельным коллиматорами, дополнитель а на выход сИстемы результирующий ный приемный,световод установлен меж1 сигнал подается через масштабирующий ду дополнительным коллиматором и преобразователь 28 с коэффициентом 4О фотодетектором с усилителем, первичпередачи, устанавливаемым при калиб- .ный преобразователь давления в силу ровке. соединен с основным чувствительным

Последовательная схема соединения . элементом, последовательно соединены интерференцнонно-поляриэационных Фотодетектор с усилителем, дифференфильтров позволяет преобразовать 4 цирующее устройство и компаратор, измеряемую величину в смещение спек- выход которого соединен с входами тра и, далее, в широтно-модулирован- первого и второго измерителей временный сигнал, что обеспечивает неэави- ных интервалов, соответствующие вы" симость результата измерения от за« ходы которых соединены с входами тухания в оптических элементах и 6О первого вычнтающего устройства и с ,высокую помехоустойчивость. Благода- входами первого сумматора, выходы ря использованию трех тактов преоб- первого вычитающего устройства и разования, компенсируются аппаратные первого сумматора соединены с входанелинейности, что позволяет повысить - ми первого устройства деления двух точность измерений. сигналов, выход которого соединен с ф о р м у л a H з о 6 p e 1 е и и я, вхо ом с ек ора элек Pическ си налов, первый выход которого соеди"

Волоконно-оптическая система иэ- нен с вторыми входами, а второй и мерення давления, содержащая после- третий выход соответственно с первы