Оптический волоконный датчик



Оптический волоконный датчик
Оптический волоконный датчик

Владельцы патента RU 2704560:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики" (ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ") (RU)
Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" (Госкорпорация "Росатом") (RU)

Изобретение относится к оптическим элементам, в частности к компактным элементам фокусировки и сбора лазерного излучения. Оптический волоконный датчик включает фокусирующий и собирающий элемент, которые сформированы из оптического волокна датчика путем оплавления торца с приданием ему сфероподобной формы, диаметр которого превышает диаметр оптического волокна в 1,2-1,5 раз. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологичности изготовления, уменьшение стоимости, уменьшение габаритов. 2 ил.

 

Изобретение относится к оптическим элементам, в частности, к компактным элементам фокусировки и сбора лазерного излучения.

Известен оптический сварной датчик (патент US 7,397,985 В2 публ. 08.07.2008), состоящий из оптического волокна, фокусирующей линзы, корпуса и наполнителя из стеклянного припоя. Особенностью его конструкции является то, что торец оптического волокна приваривается непосредственно к линзе, а место сочленения заполняется стеклянным припоем с высокой температурой плавления. Благодаря этому подобный датчик способен выдерживать оптические сигналы повышенной мощности.

Недостатком устройства является сложность и дороговизна конструкции а также относительно большие габариты.

В качестве ближайшего аналога заявляемому устройству может служить один из вариантов оптического волоконного датчика с большим рабочим расстоянием и низким уровнем вносимых потерь, представленных в материалах заявки на изобретение US 2002/0197020 (публ. 26.12.2002). Взятое за ближайший аналог устройство изображено на л.1 рисунков описания к заявке US 2002/0197020. Устройство включает: оптическое волокно, стеклянную зажимную муфту, фокусирующий и собирательный элемент (градиентную линзу), стеклянную трубку и металлическую трубку. Градиентная линза и оптоволокно в стеклянной зажимной муфте прецизионно монтируются в стеклянную трубку на фиксированном расстоянии друг от друга для обеспечения требуемых рабочих характеристик. Далее стеклянная трубка с содержимым заключается в защитную металлическую трубку. Участок оптоволокна на выходе из металлической трубки фиксируется с помощью эпоксидной смолы. Смежные поверхности градиентной линзы и стеклянной зажимной муфты выполняются скошенными под углом порядка 8° для уменьшения обратного отражения.

Недостатками ближайшего аналога являются высокая стоимость, относительно большие габаритные размеры и трудоемкость изготовления. Кроме того, к конструкции предъявляются требования по центровке торца оптического волокна относительно линзы. Большие габариты ограничивают количество размещаемых датчиков на единицу площади исследуемой поверхности, что уменьшает информативность исследований.

Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологичности изготовления, уменьшение стоимости, уменьшение габаритов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в оптическом волоконном датчике, включающем фокусирующий и собирающий элемент, новым является то, что фокусирующий и собирающий элемент сформирован из оптического волокна датчика путем оплавления торца с приданием ему сфероподобной формы, диаметр которого превышает диаметр оптического волокна в 1,2-1,5 раз.

Формирование фокусирующего и собирающего элемента из оптического волокна датчика путем оплавления торца позволяет выполнить датчик в бескорпусном варианте, из конструкции исключив линзу, упростив изготовление и существенно уменьшив габариты. Благодаря малым габаритам заявляемого датчика можно использовать их большее количество на единицу площади исследуемой поверхности.

Обработка торца волокна, например, с помощью нагревательной установки до приобретения им сфероподобной формы, позволяет получить фокусирующий элемент в интегрированном варианте, что исключает жесткие требования по центровке и расположению торца относительно линзы. Также за счет того, что для изготовления малогабаритного волоконного датчика требуется только оптическое волокно и нагревательная установка, сам технологический процесс сравнительно прост и не занимает много времени.

Выбор диаметра сфероподобного торца превышающим диаметр оптического волокна в 1,2-1,5 раз, был выполнен расчетно-экспериментальным путем и связан с обеспечением оптимальных оптических характеристик датчика более простым методом.

На фиг. 1 изображена схема конкретного выполнения оптического волоконного датчика, где: 1 - оптоволоконный канал, 2 - интегрированная полусфера, сформированная с помощью нагревательной установки, 3 - лазерное излучение, 4 - исследуемая поверхность, 5 - фокусное расстояние.

Примером конкретного выполнения заявляемого устройства может служить млогабаритный волоконный датчик МВД, общий вид которого показан на фиг. 2. Датчик МВД изготовлен из одномодового оптического волокна Corning SMF-28, интегрированная полусфера сформирована с помощью волоконного сварочного электродугового аппарата с ручным управлением. Способ изготовления датчика включает следующие операции:

- Снятие защитного покрытия оптоволокна

- Очистка оголенного волокна изопропиловым спиртом

- Скалывание торца оптоволокна

- Расположение оптоволокна в нагревательной установке на расстоянии 6 мм от электрической дуги

- Установка времени нагрева на уровне 2 с.

- Выбор мощности электрической дуги на уровне 100 ед.

- Пятикратное повторение запуска электрической дуги без задержек по времени между итерациями

При штатном использовании сварочный аппарат находится в горизонтальном положении. При изготовлении МВД перед запуском электрической дуги корпус сварочного аппарата устанавливается в вертикальном положении для обеспечения осесимметричности формируемой полусферы. Результирующий диаметр интегрированной полусферы МВД составляет порядка 160 мкм и в 1.3 раза превышает начальный диаметр оптического волокна. Фокусное расстояние МВД составляет 10-15 мм.

Работа заявляемого устройства осуществляется следующим образом. Лазерное излучение 3 на выходе из оптоволоконного канала 1 фокусируется с помощью интегрированной полусферы 2 на фокусном расстоянии 5 и направляется на исследуемую поверхность 4. Отраженное лазерное излучение 3, содержащее информацию об исследуемой поверхности 4, с помощью интегрированной полусферы 2 собирается и направляется обратно в оптоволоконный канал 1, а затем передается на регистрирующую аппаратуру.

Заявляемое устройство представляет собой предельно простой и дешевый в изготовлении волоконный оптический датчик. Глобальным преимуществом МВД является его малый габарит и, как следствие, возможность зондирования малой площади исследуемой поверхности большим количеством датчиков. Обеспечена возможность в короткие сроки получить необходимое количество датчиков с минимальными трудозатратами и затратами на их изготовление. Использование МВД обеспечивает высокую экономическую эффективность проведения исследований и открывает новые методические возможности.

Оптический волоконный датчик, включающий фокусирующий и собирающий элемент, отличающийся тем, что фокусирующий и собирающий элемент сформирован из оптического волокна датчика путем оплавления торца с приданием ему сфероподобной формы, диаметр которого превышает диаметр оптического волокна в 1,2-1,5 раз.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области лазерной техники и касается устройства ввода импульсного лазерного пучка в волоконно-оптическую линию связи. Устройство включает в себя фокусирующую систему линз и волоконный световод с коллектором.

Изобретение относится к оптическому устройству со средством для предотвращения обратного прохождения в сигнальную линию рассеянных световых лучей, многократно отражающихся в устройстве во время передачи сигнала.

Изобретение относится к оптическому приборостроению и может быть использовано для стыковки световодов, например, в эндоскопах медицинского назначения. .

Изобретение относится к световодам, в частности к устройствам для регулирования светового потока при передаче его по оптическим волокнам, и позволяет расширить функциональные возможности путем обеспечения регулирования распределения светового поля по сечению светового потока.

Изобретение относится к оптоэлектронике и может найти применение для уменьшения искажений передаваемых сигналов в направляющих линиях связи. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и м.б. .

Изобретение относится к оптическому приборостроению и позволяет расширить динамический диапазон измерения оптического сигнала из волокна. .

Изобретение относится к плазмонной интегральной оптике и может быть использовано при конструировании интегральных схем различного назначения на основе плазмонных волноводов с далеко бегущей плазмонной модой.

Безлинзовый способ ввода излучения тлеющего разряда в оптоволокно используется в спектрометрии газов и плазмы электрических разрядов. С помощью электрода, расположенного на внешней стороне стеклянного баллона газоразрядной лампы, и металлизированного наконечника оптоволокна формируют электрическое поле особой формы и небольшую область интенсивного свечения газа, которая автоматически располагается вблизи торца оптоволокна, что позволяет осуществлять ввод излучения в оптоволокно без использования дополнительных оптических элементов.

Изобретение относится к лазерно-струйной технологии и может применяться для локальной лазерной обработки. Лазерно-струйное устройство с вводом лазерного излучения в струйный лучевод содержит лазерный излучатель импульсно-периодического режима, малогабаритный мобильный инструмент, включающий узел формирования струйного лучевода и узел ввода лазерного излучения в струйный лучевод, оптоволоконный кабель для доставки излучения от лазера к мобильному модулю, систему снабжения инструмента жидкостью.

Изобретение относится к установкам для производства оптических микрорезонаторов. Техническим результатом является повышение качества микрорезонаторов.

Изобретение относится к области цифровой техники. Технический результат - расширение функциональных возможностей стандартного разъема универсальной последовательной шины за счет увеличения скорости передачи данных на расстояния, соответствующие оптоволоконным линиям.

Изобретение относится к светоизлучающим устройствам. Устройство (100, 200, 300) содержит тело (10) из твердого материала, имеющее поверхность (11), световодный элемент (101, 110), частично заделанный в упомянутое тело, и множество твердотельных источников (12) света.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к средствам измерения угловых перемещений. Волоконно-оптический датчик угла поворота состоит из микроконтроллера, лазерного диода, оптического делителя мощности, фотодетектора, двух отрезков оптического волокна, свернутых в полукольца и оптически соединяющих лазерный диод с фотодетекторами.

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может найти применение для изготовления волоконных брэгговских решеток, длиннопериодных решеток показателя преломления.

Способ формирования композитной конструкции, содержащей структурированные элементы для задания оптической траектории, включает создание основания из первого материала, задающего первый структурированный элемент; введение второго материала в сквозное отверстие, заданное в основании, где второй материал отличен от первого материала; и штамповку второго материала, чтобы структурно присоединить второй материал к основанию и задать второй структурированный элемент на втором материале, таким образом формируя композитную конструкцию, содержащую основание из первого материала и вспомогательную часть из второго материала с созданным на ней вторым структурированным элементом.

Изобретение относится к электротехнике, к конструкциям оптических модулей и кабелей, использующихся в системах связи и передачи информации, и в частности в судовых кабелях, в кабелях для геофизических исследований, кабелях-датчиках физических величин.

Группа изобретений относится к медицине. Устройство для защиты кончика инструмента, содержащего удлинённый стержень, имеющий дистальный кончик, имеющий торцевую поверхность.

Изобретение относится к оптическим элементам, в частности к компактным элементам фокусировки и сбора лазерного излучения. Оптический волоконный датчик включает фокусирующий и собирающий элемент, которые сформированы из оптического волокна датчика путем оплавления торца с приданием ему сфероподобной формы, диаметр которого превышает диаметр оптического волокна в 1,2-1,5 раз. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение технологичности изготовления, уменьшение стоимости, уменьшение габаритов. 2 ил.

Наверх