Мультиплексная волоконно-оптическая система контроля физических величин

 

СОЮЗ СОНЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„,SU„„2 3630 (51) 5 С О1 1, 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

rIO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (46) 30. 05. 91. Бюл. Р 20 (21) 3793051/21 (22) 19, 09,84 (72) В.И.Садовников, М.И.Ермохин и. Г.И.Яцковский (3) 531.78(088.8) (56) Applied optics Vol. 21, 11 15, 1982, р.2653-2655.

Applied optics, Vol. 19, У 171, 1980, р. 29I7-.2919. (54)(57) 1. ИУЛЬТИПЛЕКСНАЯ ВОЛОКОННООПТИЧЕСКАЯ СИСТЕМА КОНТРОЛЯ ФИЗИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН, содержащая последовательно соединеннь1е импульсный генек ратор, источник излучения и передающий волоконно-оптический тракт, к к выходам которого подключены включающие чувствительный элемент измерительные преобразователи, выходы которых подключены к входам приемного волоконно-оптического тракта, выход которого подключен к фотоприемному блоку, последовательно соединенные демультиплексор, управляемый вход которого подключен к второму выходу импульсного генератора, и пиковые детекторы, при этом измерительные преобразователи включены между передающим и приемным волоконно.-оптическим трактами с помощью оптических ответвителей, размещенньгх на фиксированных расстояниях один от другого вдоль трактов, отличающаяся тем что, с целью расширения динамического диапазона и уменьшения погрешности измерения, в нее введены первый управляемый ключ, последовательно соеднненные первая и вторая электрические линии задержки, второй управляемый ключ, импульсный вычитающий блок н управляемый усилитель, последовательно соединенные селектор опор» ного сигнала, пиковый детектор канала управления и вычнтающий блок, а также источник опорного напряжения, выход ко" îðîãî подключен к второму входу вычитающего блока, выход которого подключен к управляющему входу управляемого усилителя, выход которого подключен к второму входу демуль типлексора, прн этом вход селектора опорного сигнала подключен к выходу первой электрической линии задержки, а выход — к управляющим входам псрвого и второго управляемых ключей, пьааад фотоприеиоого Опека падклюиеи (/) к входам первой электрической линии задержки и первого управляемого ключа, выход которого подключен к второму входу импульсного вычитающего блока.

2, Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что измеритель- © ный преобразователь содержит опти- © ческий делитель мощности, вход кото- ФФ рого является входом преобразователя, ф, 1 первый выход через опорный оптичес- (ф кий канал подключен к первому входу сумматора оптической мощности, а второй. выход через последовательно соединенные оптическую линию задержки и чувствительный элемент подключен к второму входу сумматора оптической мощности, выход которого явля — 3ы ется выходом преобразователя.

Изобретение относится к измерительной технихе и может быть исполь.

1233630 2 чен импульсный генератор 1. Выходные каналы демультиплексора 30 под50 зовано для дистанционного измерения физических величии (сила, давление, температура, ускорение и т.д.) одновременно от многих волоконно-оптических датчиков указанных физических величин.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона и уменьшение погрешности измерения путем компенсации влияния дестабилизирующих факторов на коэффициент передачи измерительного тракта.

На чертеже представлена блок-схема мультиплексной волоконно-оптической системы контроля физических величин, Система содержит импульсный генератор 1, оптический источник 2 излучения, оптический соединитель 3, передающий волоконно-оптический тракт 4, оптический ответвитель 5, волоконно-оптический измерительный преобразователь 6, содержащий подводящий волоконный световод 7 с оптическим соединителем 8, оптический делитель 9 мощности, опорный оптический канал 10, параллельно ему включенные оптическую линию 11 задержки и чувствительный элемент 12, сумматор 13 оптической мощности, отводящий волоконный световод 14 с оптическим соединителем 15, оптический ответвитель 16, приемный волоконно-оптический тракт 17 с оптическим соединителем 18, фотоприемный блок 19, вьгход которого электрически подключен к электрической линии 20 задержки и первому управляемому ключу ?1. Выход электриче =кой линни 20 задержки подключен к селектору 22 опорного сигнала и через другун1 линию 23 задержки — к второ 1у управляемому ключу 24, Выход се.лектора опорного сигнала подклю.ен к первому и второму управляемым ключам

21 и 24, к входу пикового детектора

25 ка нала управле ния . Вьгхг1ды - правляемьгх ключей псдкл1пчены I: импуllbc ному вычнт ан>шему блоку 26. Вь.ход пикового детектора 25 капала упр 1в л е IIIIII подключен к BI 1> IHTII(,ш ему б д ок у

27, к которому подключен нстс 1ч11к

28 опорного напряжения, выхогт .«ычитающего блока 26 подкпючеH к уIIpë"1-ляемаму усилителк1 2ч, выход котг1р >го подключен к входу .ггемульт« Ië 1.с<. п

30, к 11торг1мт входу к г n)I;. » 1«. г .1".ключены к пиковым усилительным детекторам 31.

Работает система следующим образом. От импульсного генератора 1 короткий импульс (10 нсек) поступает на источник излучения 2 (лазерный диод), от которого оптический импульс вводится через оптический соединитель

3 в передающий волоконно-оптический тракт г1, иэ которого с помощью оптических ответвителей 5 оптическая мощность разветвляется по волоконнооптическим измерительным преобразователям 6 (датчикам). Оптический импульс после оптического ответвителя 5 проходит через оптический соединитель

8 по подводящему волоконному световоду 7 к оптическому делителю мощности 9, иэ которого импульс, прошедший

7Io оггорному оптическому каналу 10> поступает на сумматор 13 оптической мощности по отводящему волоконному световоду 14, в оптический соединитель 15, оптический ответвитель 16 и в приемный волоконно-оптический тракт

17 и далее через оптический соединитель 18 на фотоприемный блок 19.

Другой оптический импульс от оптического делителя мощности 9 проходит через оптическую линию задержки 11> чувствительный элемент 12, в котором: импульс модулируется по амплитуде измеряемой физической величиной, поступает в сумматор 13 оптической мощности и далее по тому же пути, что н первый оптический импульс, поступает на фотоприемный блок 19. Амплитуда опорного импульса зависит от потерь в тракте, соединителях,ответвителях,полоконньгх световодах.Такие потери испытывает измерительный импульс, но к этому добавляется воздействие чувствительного элемента 12. Поэтому,вычитая один сигнал из другого в вычитающем блоке, получают сигнал, нели"-шна которого зависит только от значения измеряемой величины и не зависит от указанных дестабилизирующих факторов в соединителях, волоконных трактах и световодах. Злектрические сигналы с фотоприемного блока 19 в виде следующих один за другим импульсов (опорного сигнала н задержаннюго оптической линией задержки измерительного сигнала) поступают на управляемые .ключи 21 и 24, закрытые перед приходом импул с-,в, при 1ем первый импульс опорного сигнала не может пройти через закрытый управляемый ключ 21, а проходит через электричес кие линии 20, 23 задержки. После линии 20 задержки незначительная часть мощности опорного импульса ответвляется в селектор 22 опорного сигнала, выходной сигнал которого открывает

:управляемые ключи 21 и 24, К этому моменту к ключу 21 подходит измерительный импульс, а к ключу 24 опорный импульс. Время задержки оптической линии задержки 11 и суммарное время, задержки электрических линий задержки 20 и 23 одинаково. Время задержки в линии 23 равно времени на прохождение сигнала в селекторе

22 опорного импульса и времени, необходимого для открывания ключей

21 и 24. После прохождения импульсами ключей 21 и 24 они закрываются до поступления новой пары импульсов (опорного и измерительного сигналов} от другого измерительного преобразо— вателя. Прошедшие импульсы поступают к импульсному вычитающему блоку 26, выходной сигнал которого пропорционален измеряемой физической величине, воспринимаемой чувствительным элементом 12 измерительного преобразователя, При этом нестабильность оптических соединителей 3, 8,, 15> 18 в передающих и приемных трактах 4 и, 17 в подводящем и отводящем волоKoHHbFK световодах 7 и 14 компенсируется в вычитающем блоке. Таким образом устраняются погрешности измерения, связанные с влиянием различных дестабилизирующих факторов в оптических трактах и соединителях.

Для поддерживания определенного мас1233630. ф штабирования уровня измерительного сигнала от различных измерительных преобразователей, включенных в волоконно-оптическую систему контроля

5 физических величин, служит управляемый усилитель 29, на вход которого поступает сигнал с выхода импульсного вычитающего блока 27. Управляющее напряжение на усилитель 29 поступает с выхода вычитающего блока 27, на один из входов которого подается напряжение сравнения от источника

28 опорного напряжения, а на другой вход подается напряжение от выхода пикового детектора 25 канала управления, вход которого подключен к выходу селектора 22 опорного сигнала.

При изменении уровня опорного сиг.— нала изменяется и напряжение на вы20 ходе пикового детектора 25. В реэуль -. тате сравнения напряжения от пикового детектора 25 с заданным напряжением источника 28 опорного напряжения сигнал рассогласования с выхо25 да вычитающего блока 27 поступает на управляемый усилитель 29,поддерживая необходимый масштаб каждого из изме.рительных преобразователей. С выхода управляемого усилителя 29 измерительные импульсы поступают на демуль типлексор 30, в котором каждый иэ импульсов измерительных преобразователей распределяется по соответствующим им каналам, которые подключены к пиковым усилительным детекторам

35 31. На выходе каждого из пиковых усилительных детекторов имеется напряжение, соответствующее измеряемой физической величине в каждом из волоконно-оптических измерительных преобразователей, 12 3:fbi 10

Составитель Н. Михалев

Редактор E. Кравцова Техред Л.Олейник

Корректор С.Шекмар

Подписное

Заказ 2560 Тираж 3 58

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграФическое .предприятие,г.ужгород,ул.Проектная, ц