Волоконно-оптический преобразователь давления

 

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить помехоустойчивость при измерении давления при повышенных температурах и в условиях сильных электромагнитных полей. Для этого, наряду с источником 1 излучения, фокусирующей системой 2, световодом 3 с катушкой 4, делителем 5 оптического излучения, фотоприемником 7 и индикатором 9 волоконнооптический преобразователь давления содержит диафрагму 6, второй фотоприемник 10, усилители 8 и 11 и источник 12 опорного напряжения, а световод 3 выполнен коаксиальным. Выбором параметров коаксиального световода достигается термостабильность, а использование отрицательной обратной связи по мощности излучения позволяет компенсировать влияние изгиба световода, изменение эффективности ввода излучения в световод. 4 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОРИА ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (g1) 4 G 01 L 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 42345 44/24-10 (22) 23.04.87 (46) 30.05. 89, Бюл. М- 20 (72) В;И. Бусурину НеИе Прохоров, Г.Ю. Григорьев и С.В. Халтобина (53) 531. 787 (088. 8) (56) Lagakos N. et. all. Nultimode

optical-fiber displasment sensor.Applied Optics, v. 20, У 2, рр. 1671

168. .BucarooI.А. et. all. Fiber»optic

hydrophone.-I. Acoust. Soc. of Am, .v. 62, М 5, рр. 1302-1304. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ lIPEOBPA30ВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить помехоустойчивость при измерении давле„„SU„„1483296 А 1

2 кия при повышенных температурах и в условиях сильных электромагнитных полей. Для этого наряду с источником

1 излучения фокусирующей системой 2, световодом 3 с катушкой 4, делителем

5 оптического излучения, фотоприемником 7 и индикатором 9 волоконно-оптический преобразователь давления содержит диафрагму 6, второй фотоприемник 10, усилители 8 и 11 и источник 12 опорного напряжения, а световод 3 выполнен коаксиальным. Выбором параметров коаксиального световода достигается термостабильность, а использование отрицательной обратной связи по мощности излучения позволяет компенсировать влияние изгиба свето- Е вода, изменение эффективности ввода излучения в световод. 4 ил.

С:

1483296

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления во взрывоопасных средах, при повышенных температурах, в условиях сильных электромагнитных полей.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя давления, 10

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого преобразователя давлеы я; на фиг. 2 — структура коаксиального световода; на фиг. 3 и 4— графики изменений чувствительности световода соответственно к температуре и деформации в зависимости с т параметров световода.

Волоконно-оптический преобразователь данпения содержит источник 1 излучения, соединенный через фокуси. рующую систему 2 с первым торцом ко". аксиального световода 3, намотанно го на катушку 4, второй торец световода

3 через делитель 5, например полупро- 25 зрачное зеркало, диафрагму 6 и первый фотоприемник 7 соединен с входом первого усилителя 8, выход которого соединен с индикатором 9. Второй выход делителя 5 через второй фотопри- 3п емник 10 соединен с первым входом второго усилителя 11, второй вход которого соединен с выходом источника 12 опорного напряжения, а выход усилителя 11 подключен к источнику 1 излучения.

Устройство (фиг. 1) работает следующим образом.

Энергия от источника 1 излучения иерез фокусирующую систему 2 вводит- 4п ся в коаксиальный световод 3. На выходе из световода 3 излучение разделяется на два потока. Один поток через диафрагму 6 (излучение стержневого световода) поступает на фотоприем- 45 ник 7, сигнал которого усиливается с помощью усилителя 8 и подается на индикатор 9.

Второй поток (излучение стержневого и трубчатого световодов) поступает на фотоприемник 10, сигнал которого подается на усилитель 11. В усилителе 11 сравниваются два сигнала, и по их разности регулируется ток в источнике 1 излучения.

Под действием давления коаксиальный световод деформируется и происходит перераспределение энергии светового излучения между стержневым и трубчатым световодами, что фиксируется индикатором 9, проградуированным в единицах давления.

Чувствительность коаксиального световода к деформации и температуре можно определить из условий связи стержневого и трубчатого световодов.

Изменение мощности по длине стержнео вого световода описывается зависимостью

Р»» (z) =P s in cz, . (1) где с — коэффициент связи световодов;

P — вводимая в световод мощность.

Чувствительность коаксиального световода к температуре можно определить через чувствительность фазы сигнала < =cz: — =h F - - 2дп(с(+ j)(1+ — - — +

cia 2 И .. Ч» g F

Ит 7 1 F ЭЧ, + — — )

Vq 3Г (2)

F HVAR

2Т где с — 2аn F (V», Vq kc)

2Т

V= —, ° и,-, Л У

V = --— (с-Ь) и -n

2Т»

Q. l 3 Ъ 2

b-a

КС = — относительное расстояа ние между свето водами;

o(— коэффициент линейного расширения материала волокна; термооптический коэффициент материала волокна;

h — длина чувствительного элемента.

Чувствительность коаксиального с ве то во да к дефор маци и о пр едел я ет ся

Bblp ажением

»:1 »" 27 Г g n, 2п — = — 2@a h F (1+ де и, и,-п ап» jn Vl ЭР Vg 3Г (-- — )+(— — + — - — ) и, n F SV» F а 17 п и. где hn; = - - - (Р», -2Р»4. -26(P« -Р»,» ) ); б - коэффициент Пуассона;

Р»,, Р»» — коэффициенты фотоупругости;

Cz — деформация в световоде.

Результаты расчета приведены на фиг. 3 и 4.

Приведенные формулы получены при допущении, что световоды являются слабонаправляющими, т.е, и» хп пр п и одномодовыми, Чувствительность световода можно варьировать в широких пределах за

296 а8с

Фие. 2

5 1483 счет изменения длины световода и его параметров.

Использование коаксиального световода позволяет добиться чувствительности к температуре, близкой к нулю.

Предлагаемый преобразователь давления обеспечивает стабилизацию оптического сигнала, что позволяет скомпенсировать потери излучения, вызванные изгибом световода, изменением эффективности ввода излучения в световод.

Благодаря применению коаксиального световода и отрицательной обратной связи по мощности излучения повышает— ся помехоустойчивость волоконно-оптического преобразователя давления.

Формул а иэ обр ет ения

Волоконно-оптический преобразователь давления, содержащий источник излучения, фокусирующую систему, световод с катушкой, делитель оптического излучения, фотоприемник и индикатор, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, он снабжен диафрагмой, вторым фотоприемником, двумя усилителями и источником опорного напряжения, а световод выполнен коаксиальным, причем источник излучения через фокусирующую систему соединен с первым торцом коаксиального световода, второй торец которого соединен с делителем оптического излучения, первый выход которого через диафрагму, первый фотойриемник и первый усилитель соединен с индикатором, а второй вьг ход через второй фотоприемник соединен с первым входом второго усилителя, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, выход второго усилителя соединен с входом источника излучения.

148329б

О, в, О, 2,1

f,5

Составитель И. Сумцов

Редактор А. Лежнина Техред И. Ходанич Корректор М. Васильева

Заказ 2817/38 Тираж 789 П одпи сно е

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ;л. Гагарина, (01