Волоконно-оптический датчик плотности энергии волн

 

Использование: радиотехника и волоконная оптика, устройства для измерения плотности энергии волн. Сущность изобретения: волоконно-оптический датчик выполнен в виде планарной структуры с токонесущим элементом 1, прикрепленным к диэлектрической подложке 2 с пазом 4, через который проходит световод 5. Участок световода 5, расположенный в пазу 3, покрыт резонансно-поглощающим покрытием 6 и с помощью зеркал 7 и 8 образует измерительный интерферометр. Участок световода 5, расположенный в пазу 4, с помощью зеркал 9 и 10 образует интерферометр Фабри-Перо. Пазы 3 и 4 отнесены друг от друга на некоторое расстояние для исключения воздействия измеряемого СВЧ-поля на интерферометр Фабри-Перо. 1 ил.

Изобретение относится к волоконной оптике и радиотехнике и может быть использовано для измерения плотности энергии волн.

Наиболее близким к изобретению является интерферометрический волоконно-оптический датчик для измерения параметров магнитного поля /1/.

Волоконно-оптический датчик содержит источник излучения, поляризатор, микрообъектив, чувствительный элемент в виде волоконно-оптического интерферометра Фабри-Перо /ВИФП/, измерительную систему, катушку для создания переменного магнитного поля, генератор переменного напряжения.

Волокно ВИФП длиной 10 м обмотано вокруг магнитострикционного ферритового пустотелого цилиндра с внутренним диаметром 4 см, внешним диаметром 5 см и длиной 8 см. Магнитное поле создается катушкой, помещенной напротив магнитострикционного цилиндра и ориентированной вдоль его оси. Подсчитывается количество генерируемых световых импульсов на выходе ВИФП с частотой 50 Гц, воздействующего на магнитострикционный цилиндр. Количество световых импульсов меняется при дополнительном наложении постоянного магнитного поля, оно возрастает с увеличением амплитуды переменного магнитного поля пропорционально ее квадрату. Минимально детектируемое магнитное поле лежит в пределах /0,05 300/10-11 Тл/м на частотах от 20 Гц до 10 кГц.

К положительным признакам датчика следует отнести высокую температурную стабильность, вибрационную устойчивость. К недостаткам известного аналога следует отнести ограничения на частотный диапазон измерения переменных магнитных полей, нестабильность источника излучения, дрейф фотоприемника и параметров волоконно-оптического тракта.

Задача, решаемая данным изобретением, заключается в расширении частотного диапазона измерения переменных расчетных полей, повышении точности измерения /исключении нестабильности источника излучения, дрейфа чувствительности фотоприемника и параметров волоконно-оптического тракта/.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в волоконно-оптическом датчике измерения параметров магнитного поля, содержащем токонесущий элемент, волоконный световод, контактирующий с токонесущим элементом, волоконный измерительный интерферометр, источник излучения и фотоприемник, волоконный световод закреплен на диэлектрической подложке с пазом и дополнительно снабжен интерферометром Фабри-Перо, размещенным на диэлектрической подложке в дополнительном ее пазу, отнесенном от паза измерительного интерферометра, а также снабжен полупрозрачным отражателем, размещенным между интерферометрами, при этом на противоположную токонесущему элементу сторону диэлектрической подложки нанесено проводящее покрытие, а участок световода, расположенный в пазу, покрыт резонансной поглощающей пленкой из ферро-магнитного материала, а в качестве источника излучения использован импульсный источник оптического излучения.

На чертеже представлена схема волоконно-оптического датчика плотности энергии. На чертеже приведены следующие обозначения: 1 токонесущий элемент, 2 диэлектрическая подложка, 3, 4 пазы, 5 волоконный световод, 6 - резонансно-поглощающее покрытие, 7, 8 зеркала измерительного интерферометра, 9, 10 зеркала интерферометра Фабри-Перо, 11 полупрозрачный отражатель, 12 проводящее покрытие, 13 источник излучения, 14 ответвитель, 15 - фотоприемник.

Волоконно-оптический датчик выполнен в виде планарной структуры с токонесущим элементом 1, прикрепленным к диэлектрической подложке 2 с пазом 4, через которые проходит световод 5. Участок световода 5, расположенный в пазу 3, покрыт резонансно-поглощающим покрытием 6 и с помощью зеркал 7 и 8 образует измерительный интерферометр. Участок световода 5, расположенный в пазу 4, с помощью зеркал 9 и 10 образует интерферометр Фабри-Перо. Пазы измерительного интерферометра и интерферометра Фабри-Перо отнесены друг от друга на некоторое расстояние таким образом, чтобы исключить воздействие измеряемого СВЧ-поля на интерферометр Фабри-Перо. Между зеркалами 8 и 10 в световод 5 встроен полупрозрачный отражатель 11. На противоположную токонесущему элементу сторону диэлектрической подложки нанесено проводящее покрытие 12. Волоконный световод 5 оптически связан с источником излучения 13 и через отвердитель 14 с фотоприемником 15.

Волоконно-оптический датчик плотности энергии работает следующим образом. Пусть на токонесущий элемент 1 падает измеряемая энергия СВЧ-поля. Покрытие 6 за счет эффекта ферромагнитного резонанса поглощает падающую энергию, что приводит к разогреву покрытия 6 и части волоконного световода 5, сопряженного с покрытием 6. Пропорционально мощности, поглощенной этой частью волоконного световода, изменяют температуру, оптическая длина пути волоконного световода, что приводит к сдвигу фазы световой волны в измерительном интерферометре пропорционально этому нагреву, а также температуре подложки и окружающей среды. Часть световода 5, размещенная в пазу 4, не подвергается воздействию поля и набег фазы в интерферометре Фабри-Перо определяется только температурой подложки и окружающей среды. Таким образом, от измерительного интерферометра и интерферометра Фабри-Перо фотоприемник зафиксирует два импульса интенсивностью JAB и JDE. В свою очередь, от отражателя 11 фотоприемник зафиксирует третий импульс интенсивностью JC JAB=qJ0RAB, JC=qJ0(1-RAB)2r, JDE=qJ0(1-RAB)2(1-r)2RDE, где q параметр ответвителя; J0 интенсивность импульса на выходе резонатора; RAB, RDE коэффициент резонаторов AB и DE соответственно; r коэффициент отражения от полупрозрачного отражателя C.

Алгоритм измерения температуры нагрева световода, ограниченного зеркалами DE по измерению соответствующего набега фаз следующий.

По результатам измерения интенсивности трех импульсов JAB, JC, JDE формируют отношения и : где
;
o температура резонатора окружающей среды;
o+o температура резонатора AB, совпадающая с температурой подложки вдали от ФП;
o+o+ температура резонатора DE с учетом температуры ФП.

Таким образом, при совместном решении уравнений относительно и RAB определяется набег фазы vAB(+o), при решении уравнений относительно и RDE определяется набег фазы vДЕ(o+o+), что позволяет определить набег фазы от ФП, исключая при этом влияние нестабильности температуры окружающей среды и диэлектрической подложки, что повышает точность измерений.


Формула изобретения

Волоконно-оптический датчик плотности энергии волн, содержащий токонесущий элемент, волоконный световод, включающий первый участок, контактирующий с токонесущим элементом и выполненный в виде измерительного интерферометра, источник излучения и фотоприемник, отличающийся тем, что в него введена диэлектрическая подложка, на одной поверхности которой выполнены расположенные на расстоянии друг от друга первый и второй пазы и нанесен токонесущий элемент, а на противоположную поверхность нанесено проводящее покрытие, при этом первый участок волоконного световода расположен в первом пазу и покрыт резонансной поглощающей пленкой из ферромагнитного материала, волоконный световод содержит второй участок, выполненный в виде интерферометра Фабри Перо и размещенный во втором пазу, и полупрозрачный отражатель, размещенный между интерферометрами.

РИСУНКИ

Рисунок 1



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптическим средствам соединения волоконных световодов и может быть использовано в волоконно-оптических системах передачи и обработки информации

Изобретение относится к области волоконно-оптических систем связи и передачи информации

Изобретение относится к интегральной оптике и технологии изготовления полностью оптической вычислительной машины, Цель изобретения - улучшение качества и оптимизация параметров функционального слоя

Изобретение относится к световодным системам связи и ne-редачи информации Цель изобретения - упрощение технологии изготовления и расширение области применения

Изобретение относится к измерениям магнитного поля с помощью магнитооптических приборов, основанных на эффекте Фарадея, и может быть промышленно применимо для визуализации и топографирования пространственно неоднородных магнитных полей в труднодоступных участках электромагнитных систем: электрических машин, магнитных подвесок, герконов, в магнитных квадрупольных линзах ускорителей заряженных частиц и т.п

Изобретение относится к области нагнитоизмерительной техники и может быть использовано для исследования трехмерного распределения магнитных полей в микрообъемах

Изобретение относится к магнитометрии и предназначено для локального измерения напряженности слабых пространственно неоднородных магнитных полей

Изобретение относится к метрологии и предназначено для аттестации магнитооптических измерительных преобразователей напряженности импульсного магнитного поля (МОИП)

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для определения параметров магнитного поля

Изобретение относится к импульсной технике, предназначено для измерения импульсных электрических или/и магнитных полей и может найти применение в научных исследованиях при эксплуатации электрофизических и энергетических установок

Изобретение относится к магнитоизмерительной технике и может быть использовано для аттестации и калибровки аппаратуры, основанной на магнитооптических эффектах Керра и Фарадея
Наверх