Многофункциональный интерферометрический оптоволоконный преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры, давления и др. параметров . Цель изобретения - повышение чувствительности. Излучение от источника с перестраиваемой длиной волны через фокусирующую систему, первую одномодовую линию связи и первый оптический соединитель поступает на вход первичного преобразователя (ПП), выполненного в виде одномодового коаксиального концентрического световода со стержневым и трубчатым световодами и разделительным слоем между ними. При этом возбуждаются одновременно стержневой и трубчатый световоды, разность фаз оптических сигналов с которых A L(/JR -0т). где 0R,0т-постоянные распространения стержневого и трубчатого световодов; L - длина ПП. Второй торец ПП через второй оптический соединитель и вторую одномодовую линию связи соединен с фотоприемником, подключенным к одному из входов вычислителя. При изменении внешнего воздействия происходит изменение разности фаз между сигналами стержневого и трубчатого свеюводов и, следовательно, изменение мощности, снимаемой со второй линии связи . Выходная мощность Рвых sin2 Дуэ. Затем производятся измерения на других длинах волн. Для переключения длин волн используют тактовый генератор, один из выходов которого подключен к источнику излучения, другой - к второму входу вычислителя , который решает систему линейных уравнений, связывающих выходные сигналы с фотоприемника при различных длинах волн излучения источника с неизвестными параметрами внешнего воздействия. Чувствительность преобразователя не менее чем в 5 раз превышает чувствительность преобразователей на основе управляемой связи световодов. 1 ил. 10 С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51>5 G О1 В 9/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (2 1) 4679043/28 (22) 20.02.89 (46) 15.01,91. Бюл. ¹ 2 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Н,И.Прохоров, В.И.Бусурин, В.И.Садовников и В.П.Дмитриев (53) 535.717.1(088.8) (56) 1.R.Dunphy, G,Meltz. Development of а biber-optic sensor, for turbine disk

0lsynostics. А!АА Paper, 85-1469, р 1-4, (54) МНОГОФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ОПТОВОЛОКОННЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры, давления и др. параметров. Цель изобретения — повышение чувствительности. Излучение от источника с перестраиваемой длиной волны через фокусирующую систему, первую одномодовую линию связи и первый оптический соединитель поступает на вход первичного преоб-. разователя (ПП), выполненного в виде одномодового коаксиального концентрического световода со стержневым и трубчатым световодами и разделительным слоем меж- . ду ними. При этом возбуждаются одновреИзобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения температуры, давления и других параметров.

Цель изобретения — повышение чувствительности преобразователя путем Мспользования в первичном преобразователе фазового эффекта.

„„, Ж„„1620818 А1 менно стержневой и трубчатый световоды, разность фаз оптических сигналов с которых Л(/) =L(pR pT) ° гдеpR ° pT постоянные распространения стержневого и трубчатого световодов; L — длина ПП. Второй торец ПП через второй оптический соединигель и вторую одномодовую линию связи соединен с фотоприемником, подключенным к одному из входов вычислителя.

При изменении внешнего воздействия происходит изменение разности фаз между сигналами стержневого и трубчатого световодов и, следовательно. изменение мощности, снимаемой со второй линии связи. Выходная мощность Ps x з!п Лр. 3а2 тем производятся измерения на других длинах волн, Для переключения длин волн используют тактовый генератор, один из выходов которого подключен к источнику излучения, другой — к второму входу вычислителя, который решает систему линейных уравнений, связывающих выходные сигналы с фотоприемника при различных длинах волн излучения источника с неизвестными параметрами внешнего воздействия. Чувствительность преобразователя не менее чем в 5 раз превышает чувствительность преобразователей на основе управляемой связи световодов. 1 ил.

На чертеже приведена принципиальная схема многофункционального интерферометрического оптоволоконного преобразователя.

Преобразователь содержит источник 1 с перестраиваемой длиной волны излучателя, фокусирующую систему 2, оптический соединитель 3, соединяющий одномодовую ли1620818 нию 4 связи с первичным преобразователем

5, выполненным в виде одномодового коаксиального концентрического световода Со стержневым и трубчатым световодами и разделительным слоем между ними. Второй торец первичного преобразователя 5 через второй оптический соединитель 6 и вторую одномодовую линию 7 связи соединен с фотоприемником 8, при этом обеспечена оптическая связь между источником 1 излучения и фотоприемником 8. Тактовый генератор 9 подключен ко входу источника 1 излучения и одному из входов вычислителя 10, в качестве которого может быть использована

ЦВМ, либо в случае измерения малого числа параметров аналоговая схема. Ко второму входу вычислителя 10 подключен выход фотоприемника 9.

Световодные части линий 4 и 7 связи выполнены с диаметрами, не меньшими диаметра коаксиального световрда первичного преобразователя 5, и с числовыми аппертурами, не большими числовой аппертуры преобразователя 5.

Преобразователь работает следующим образом.

Излучение от источника 1 через фокусирующую систему 2. линию 4 связи и оптический соединитель 3 поступает на вход первичного преобразователя 5 (ПП). При этом возбуждаются одновременно стержневой и трубчатый световоды. Разность фаз оптических сигналов стержневого и трубчатого световодов записывается:

М = (Рв — Рт) где РR,Pq — постоянные распространения стержневого и трубчатого световодов;

L — длина ПП.

Чувствительность к любому внешнему воздействию ф на длине волны 1 можно записать: д = (т" к тт т ) c ., z < +

+ dpR ОРт 1 (бт б7 ) ттк — ттт тI

При изменении воздействия (происходит изменение разности фаз между сигналами со стержневого и трубчатого световодов, а следовательно, за счет интерференции, и изменение мощности, распространяющейся в одномодовой линии 7 связи, Мощность, снимаемая с выходного торца одномодовой линии 7 связи, записывается

Рвых = Ро в1п 4р

Можно выделить линейный участок функции преобразования и использовать его в качестве рабочего, После измерения на одной длине волны

5 производится измерение на других длинах волн, Переключение с одной длины волны на другую производится тактовым генератором 9, В итоге можно записать систему уравнений;

В вых = К(» 4l + ° ° ° <(In Ь

Un вых = К т п1 41 + " К (па Ь

ГДЕ Un вых ВЫХОДНОЙ СИГНаЛ С фОтОПРИЕМника 8 при длине волны ;

К (— коэффициент передачи на длине волны 4 относительно параметра (, кото20 рый можно записать:

К (к = К -- -, 25 где К вЂ” коэффициент передачи электронной схемы.

Решение системы линейных уравнений вычислителем 10 позволяет определить неизвестные параметры („ .

Период тактового генератора 9, т,е. время прохождения и тактовых импульсов, определяется исходя из скорости изменения (частоты) наиболее быстро меняющегося внешнего воздействия. Частота периодов должна быть не менее чем на порядок больше частоты любого измеряемого внешнего воздействия.

Численный анализ показывает, что чувствительность данного преобразователя не

40 менее чем в 5 раз превышает чувствительность преобразователей на основе управляемой связи световодов, Формула изобретения

45 Многофункциональный интерферометрический оптоволоконный преобразователь, содержащий источник излучения, выполненный с возможностью дискретного изменения длины волны излучения, фокусирующую систему, линии связи со световодными частями, оптические соединители, первичный преобразователь с двухканальным световодом, фотоприемник и вычислитель, подключенный к выходу фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он снабжен тактовым генератором, линии связи выполнены одномодовыми, первичный преобразователь — в виде одномодового ко1620818

Составитель С.Грачев

Техред М.Моргентал Корректор О,Кравцова

Редактор Н.Горват

Заказ 4237 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 аксиального концентрического световода со стержневым и трубчатым световодами и разделительным слоем между ними, световодные части линий связи выполнены диаметрами, не меньшими диаметра коаксиального световода первичного преобразователя, и с числовыми аппертурами, не большими числовой аппертуры первичного преобразователя, первый выход тактового генератора связан с входом источника излучения, второй — c вторым входом вычислителя, источник излучения оптически связан с фотоприемником через последовательно

5 установленные в ходе излучения фокусирующую систему, первую линию связи, первый оптический соединитель, первичный преобразователь, второй оптический соединитель и вторую линию связи.