Волоконно-оптический преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования измеряемого параметра (ускорения, давления, вибрации, электромагнитного поля и т.д.) в изменение оптического сигнала. Цель изобретения - расширение динамического диапазона волоконно-оптического преобразователя путем снижения суммарных потерь оптического сигнала. Цель достигается путем создания одноосных поперечных деформаций в жиле и оболочке участка световода. Устройство содержит корпус 1, в нижней стенке которого закреплен волоконный световод 2 вблизи его выходного торца, и отражатель 3, установленный в корпусе 1 с возможностью перемещения или деформации параллельно плоскости выходного торца световода. Внутренняя поверхность нижней стенки корпуса снабжена двумя прямоугольными выступами 4 и 5. которыми установлен прилегающий к выходному торцу участок волоконного световода За счет выбора материала выступов 4 и 5 и их размеров в выходном участке световода создаются одноосные поперечные деформации, что увеличивает угловую расходимость выходного пучка света. Это расширяет динамический диапазон преобразователя. 1 ил. СО с

СОКЭЗ СОВЕ1СКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5. G 01 D 5/26

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ двеимее

Зозулей ст ие (21) 4463564/21 (22) 20.07,88 (46) 07.02,91. Бюл. М 5 (71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофизики АН УЗССР (72) А,В.Бочкарев, P,В.Бутелков, М.Я.Меш, Ш.С,Турсунов, А.Л.Шлифер и Г.А.Юдин (53) 531.787.083.7 (088,8) (56) Авторское свидетельство Великобритании

N; 2174805 А, кл, G 01 0 5/26, опублик.

12.11,86. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛ Ь (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования измеряемого параметра (ускорения, давления, вибрации, электромагнитного поля и т.д.) в изменение оптического сигнала. Цель изобретения — расширение динамического диапазона волоконно-спти. Ж» 1626090 А1 ческого преобразователя путем снижения суммарных потерь оптического сигнала.

Цель достигается путем создания одноосных поперечных деформаций в жиле и оболочке участка световода, Устройство содержит корпус 1, в нижней стенке которого закреплен волоконный световод 2 вблизи его выходного торца, и отражатель 3, установленный в корпусе 1 с возможностью перемещения или деформации параллельно плоскости выходного торца световода.

Внутренняя поверхность нижней стенки корпуса снабжена двумя прямоугольными выступами 4 и 5. м жду которыми установлен прилегающий к выходному торцу участок волоконного световода. За счет выбора материала выступов 4 и 5 и ик размеров в выходном участке световода создаю1ся одноосные поперечные деформации, что увеличивает угловую расходимость выходного пучка света, Это расширяет динамический диапазон преобразователя. 1 ил, 1626090 (3) Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, предназ. наченным для преобразования измеряемого параметра (ускорение, давление, вибрация, электрическое и магнитное поле и т.д.) в изменение оптического сигнала.

Цель изобретения — расширение динамического диапазона волоконно-оптического преобразователя путем снижения суммарных потерь оптического сигнала за счет создания одноосн ых поперечных деформаций в жиле и оболочке участка световода.

На чертеже представлена схема волоконно-оптического преобразователя.

Преобразователь содержит корпус 1, волоконный световод 2, отражатель 3 и выступы 4 и 5. Волоконный световод (HC) 2 закреплен в нижней стенке корпуса 1 преобразователя и одноосно сжат перпендикулярно оси чувствительности непосредственно вблизи выходного торца ВС между выступами 4 и 5. Выступы 4 и 5 жестко закреплены в нижней стенке корпуса, имеют прямоугольную форму, высоту Л 1мм и ширину

h больше диаметра световода d. Выполнение условия h > d обеспечивает сжатие участка ВС вдоль его диаметра, что является необходимым для создания одноосных поперечных деформаций в жиле и оболочке световода, Выступы 4 и 5 выполнены из материала с модулем упругости, большим чем у материала оболочки световода, для обеспечения эффективной деформации материала ВС.

Расстояние х между выступами удовлетворяет условию

d(1 — e„, ) х < d, (1)

Где макс максимальная деформация, не приводящая к разрушению ВС.

Указанное условие соотвстствует деформации (помещенного между выступами) участка ВС, не приводящей к его разрушению. Отражатель 3 расположен в корпусе 1 параллельно плоскости выходного торца световода 2 на некотором расстоянии Ь от него и способен перемещаться или деформироваться параллельно плоскости выходного торца ВС под действием измеряемого параметра.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходящее из выходного торца световода 2 излучение представляет собой конус с угловой расходимостью а, определяемой выражением а= о 2 — ог (2) где п1 и п2 — показатели преломления жилы и оболочки световода.

Этот пучок излучения распространяется до отражателя и некоторая его часть вводится обратно в световод.

При этом доля излучения !, возвращаемая после отражения обратно в световод, определяется соотношением

КТ ! =- Io o(К« + 4b 19а+4ЬГ(9а Р ) где lp — интенсивность света, выходящего из торца ВС;

K«p — коэффициент отражения от границы раздела выходной торец -- воздух;

К вЂ” коэффициент отражения отражателя;

r — радиус жилы световода;

b — расстояние от выходного торца ВС до отражателя;

a - угловая расходимость вытекающего выходного торца ВС пуска света.

Согласно (3), при изменении расстояния

Ь между выходным торцом световода 2 и отражателем 3, которое происходит вследствие перемещения отражателя 3 в корпусе

1 преобразователя под действием измеряемого параметра, изменяется доля I излучения, вводимая после отраженья обратчо в световод. Таким образом, внешнее воздействие приводит к модуляции света в преобразователе, Увеличение угловой расходимости rt выходящего иэ ВС пучка излучечия приводит к увеличению чувствительнос1и преобразователя. Для увеличения угловой расходимости а используется эффект влияния одноосных поперечных деформац и световода на параметр а.

Экспериментально установлено, что это. механизм эффективен при длине сдеформированного участка Л > 1 мм. Кроме того, наблюДается незначительное (- нескольких процентов) высвечивание сптического излучения непосредственно на протяжении сдеформированно о участка, Этот эффект происходит, в частности, из-за изменения профиля показателя преломления в световоде и частичного нарушения явления полного внутреннего отражения на границе жила — оболочка г:зи одноосных поперечных деформациях ВС. Одноосные поперечные деформации созда >тся в предлагаемом преобразователе при сжатии участка ВС, непосредственно прилегающего к его выходному торцу между выступами 4 и 5, Увеличение угловой р."сходимости а при одноосных поперечных деформациях световода происходит со значительно ме ьшими

1626090

Составитель Н.Варламов

Редактор А.Коэориз Техред М,Моргентал Корректор Т, Палий

Заказ 271 Тираж 330 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 потерями излучения, чем при его деформациях путем изгиба, Это позволяет при использовании вместо изгибных деформаций одноосных поперечных деформаций увеличить динамический диапазон преобразова- 5 теля.

Формула изобретения

Волоконно-оптический преобразователь, содержащий корпус, в нижней стенке 10 которого закреплен участок волоконного световода у его выходного торца, и отражатель, установленный в корпусе над нижней стенкой параллельно плоскости нижней стенки с возможностью перемещения в вер- 15 тикальном направлении, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразователя, крепление в нижней стенке корпуса участка волоконного световода у его выходного тор- 20 ца выполнено посредством соединения с нижней стенкой корпуса двух прямоугольных выступов, между внутренними боковыми гранями которых установлен участок волоконного световода у его торцового конца, причем длина закрепленного между прямоугольными выступами участка волоконного световода равна высоте боковых граней прямоугольных выступов и составляет не менее одного миллиметра, ширина боковых граней прямоугольных выступов превышает диаметр волоконного световода и прямоугольные выступы выполнены из материала, модуль упругости которого не меньше модуля упругости материала оболочки световода, .а расстояние х между внутренними боковыми гранями прямоугольных выступов удовлетворяет условию

0(1-е„,) < х < d, где е эк — максимальная деформация, не приводящая к разрушению волоконного световода;

d — диаметр волоконного световода,