Способ контроля изменений длины волоконных световодов

 

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности контроля изменений длины волоконных световодов и упрощение способа контроля за счет исключения влияйия флуктуации. Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля изменений длины волоконного световода (ВС), включающем поочередную модуляцию интенсивности оптического излучения длины волн и д. опорным электрическим сигналом, пропускание модулированного оптического излучения через ВС, выделение огибающей излучения, прошедшего ВС, измерение сдвига фазы между огибающей излучения и опорным сигналом и измерение разности сдвигов фаз для излучения первой и второй длинах волн, по изменению которой и определяется изменение длины ВС, А и л выбирают из требования равенства температурной производной группового показателя преломления N материала сердцевины ВС при Д и.. Кроме того, вводят временную задержку опорного сигнала, пропуская его через волоконно-оптический канал. 1 з.п.ф-лы, 2 ип. с (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1322093 (51) 4 С 01 В 21/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3999007/24-28 (22) 23 ° 12.85 (46) 07.07.87. Бюл. Ó 25 (72) Ф.А.Шаталов и P.Г.Дохикян ,(53) 531 ° 71(088.8) (56) Kashyap R, Reeve M.Н. Electro-

nics Letters, 1980, ч. 16, N 18, . р. 689. (54) СПОСОБ КОНТРОЛЯ ИЗМЕНЕНИЙ ДЛИНЫ

ВОЛОКОННЫХ СВЕТОВОДОВ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения— повышение точности контроля изменений длины волоконных световодов и упроще" ние способа контроля за счет исключения влияйия флуктуации. Поставленная цель достигается тем, что в способе контроля изменений длины волоконного световода (ВС), включающем поочередную модуляцию интенсивности оптического излучения длины волн 1„ и опорным электрическим сигналом, пропускание модулированного оптического излучения через ВС, выделение огибающей излучения, прошедшего ВС, измерение сдвига фазы между огибающей излучения и опорным сигналом и измерение разности сдвигов фаз для излучения первой и второй длинах волн, по изменению которой и определяется изменение длины ВС, h, и д2 Bb16Hp T изтребования равенства температурной про" иэводной группового показателя преломления N материала сердцевины ВС при и . Кроме того, вводят вре- а .1 Ж менную задержку опорного сигнала, пропуская его через волоконно-оптический канал. 1 з ° п.ф-лы, 2 ил.

1 13220

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к области измерения длины волоконных световодов (ВС) оптическими средствами и может быть использовано при изготовлении волоконно-оптических кабелей и контроле относительного изменения их длин, а также при разработке на основе ВС-датчиков и устройств разводки опорных и гетеродинных сигналов. 10

Цель изобретения — повышение точности контроля изменений длины ВС и упрощение способа контроля.

На фиг.1 показано двухканальное устройство разводки опорного сигнала 15 на фиг,2 — устройство измерения разности длин измеряемых ВС относительного опорного ВС.

Двухканальное устройство разводки опорного сигнала состоит иэ двух ра- 20 бочих фотоприемников 1 и 2, двух контролируемых фотоприемников 3 и 4, Ъ трех Y -образных разветвителей 5-7, оптического передатчика 8 для подачи излучения в два волоконных световода

ВС и ВС, один из которых служит в качестве опорного переключения 9, генератора 10 опорного сигнала и фазометра 11.

Устройство измерения разности длин З0 измеряемых ВС относительно опорного

ВС состоит из двух фотоприемников 12 и 13 для приема сигнала из опорного волоконного световода ВС„ и измеряемого волоконного световода ВС, дли- 35 на которого отличается от длийы ВС„ на д1 (t нужно измерить), разветвителя 14 излучения, оптического передатчика 15, переключателя 16 длины волны оптического передатчика, гене- 40 ратора 17 опорного сигнала и фазометра 18.

Способ заключается в следующем, В случае, когда модулированное оптическое излучение пропускается один раэ через измеряемый и опорный

ВС, фазы опорного и измеряемого сигналов на входе определяются соотношениями

2ИИ(Х вЂ” Х)

Ф„= 2(ift . 4 Д г„р»(1)

2ийИХ

Ф = 2 ft — -- †-- — 4> ивм

С еер прг (2) где ч „, ер„р„и gzp2 — фазовые набеги сигнала в оптическом передатчике, фотоприемнике опорного канала и фотоприемнике измерительного канала;

93 2

o T. — разность длин (точность выравнивания) измеряемого и опорного ВС, которая для получения положительного эффекта, обусловленного выравниванием длин ВС, должна в общем случае удовлетворять требованию 18f1 с 1. Сдвиг фаэ измеряемого и опорного сигналов равен

27 f Nd7

Ф =Ф вЂ” Ф = — — — -+ (3) oh ныл пр ю.

rPe М„Ч„р, Изменение ф сдвига фаз при изменении Л, на Л выражается в виде

23Õ/I

У =4Ф= — — — ЛИ (4)

С где дN = Я(Л ) — М(Л„).

В выражении (4) отсутствует член, связанный с фазовым набегом сигнала в электронных блоках. Это обусловлено тем, что р зависит от f и не завиd < p dVnp сит от Л(— — 0, а — — — = О). Иэdf с1Л менение длины f измеряемого ВС на й1 приводит к изменению фазы Фи,„ (2)

2 ГИД на — — — — — и соответственно к измеС нению фазы V (4) на

) — — йХ 4N

2йf

С (5)

Измеряя ct q и знач йБ, с и f, опре деляем из (5) величину д1.

Устройство разводки опорного сигнала работает следующим образом.

Излучение оптического передатчика

8 модулируется опорным электрическим сигналом частоты f генератора 10. С выхода передатчика 8 модулированное излучение через. Y -разветвители 5-7, световоды ВС и ВС поступает на вхо1 т ды фотоприемников 1 и 2, с выходов которых электрические сигналы поступают к потребителю. Отраженное на выходах ВС, и ВС (входах фотоприемников 1 и 2) модулированное излучение через ВС„, разветвитель 5 и через

ВС, разветвитель б поступает на входы фотоприемников 3 и 4, с выходов которых электрические сигналы один в качестве опорного, другой — измеряемого поступают на фазометр 11. Переключатель 9 изменяет длину волны оптического передатчика й, на Л, изменяя этим сдвиг фаэ опорного и измеряемого сигналов, который регистрируется фазометром. После определения разности сдвигов фаз на Л, и Л пере/7

E 1 э (8) 3 13220 ключатель 9 изменяет Л на Л, ()„в предлагаемом устройстве является рабочей длиной волны). Изменение во время работы устройства длины измеряемого ВС относительного опорного ВС т на ь Х (3 L) контролируется по изменению разности сдвигов фаз, определяемой во время работы следующим переключением Л на

Устройство измерения разности длин10 работает следующим образом.

Излучение передатчика 15 модулируется опорным электрическим сигналом частоты f генератора 17. С выхода передатчика 15 модулированное иэлучение15 через разветвитель 14 и световоды ВС, и ВС поступает на входы фотоприемников 12 и 13. Опорный (с выхода фотоприемника 12) и измеряемый (с выхода фотоприемника 13) электрические сиг- 20 налы поступают на фазометр 18, регистрирующий сдвиг фаз этих сигналов.

Переключатель 16 изменяет il на Л изменяя сдвиг фаз опорного и измеряемого сигналов, который регистрируется25 фазометром 18. По разности сдвигов фаэ на Л и Л, определяют Л. После определения разности сдвигов фаз переключатель 16 изменяет Л на jl вместо ВС ставится следующий ВС, от- 30 личие длины которого от длины ВС, измеряется аналогично. Длины световодов ВС должны быть предварительно грубо вы1 авнены с длиной опорного световода ВС„ с точностью не хуже у5 удовлетворяющей требованию

93 4

Воэможность выбора Л, и Л, удовлетворяющих (7), определяется видом зависимости температурных производных

dN dn

dT dT и — (и — показатель преломления материала сердцевины) от Л . Способ не требует при реализации разработки широкополосной аппаратуры, так как оптическое излучение модулируется сигналом с фиксированной частотой

Это дает возможность уменьшить полосу пропускания по модулирующим частотам оптического передатчика и фотоприемников и соответственно увеличить точность измерения 01. Так, при уменьшении полосы пропускания фотоприемника в пять раз отношение сигнал/шум, а также точность измерения фазы (lpи

Df) увеличатся приблизительно в два раза. Кроме того, исключается влияние на точноть измерения нестабильностей частоты f задающего генератора и оптической длины Л оптического передатчика, обусловленное большой разностью временных задержек (большой разностью электрических длин) опорного и измерительного каналов.

Иэ (1) †(5) следует, что нестабильности 1Л и о"f будут приводить к ошибкам измерения, равным

2 f

С

МРМ вЂ” — Р1 /f. Относительные

С ошибки измерения Л соответственно равны

1 с I dN ЙЛ

Е = — — — -- HI д аЯ и Л <1Т

К (5) Очевидно, что при точном равенстве длин измеряемого и опорного ВС (lf

О) ошибки F„, Е, Е, и Е равны нулю.

При с f = 3 м, 1 = 500 м, df =0,1м, 1Т = 50 С, N = 1,47; dN/йЛ = 0,03

1/мкм, Л, = 0,5 мкмжд Л = 0,9 мкм

N(A„) = 1,49; И(Л„) = 1,465. 1Е,I =

0,14 (143) . При ef = 5 10 МГц, так как

С

" маис (6) поскольку фазометр измеряет сдвиги фаз и разность этих сдвигов в пределах 2(i .

Используя формулы (1) — (5), можно показать, что описанный способ исключает влияние на точность измерения и температурной нестабильности группового показателя преломления N.

Из (2)-(5) следует, что изменение температуры измеряемого ВС на УТ по отношению к температуре опорного ВС приводит к ошибке d 4 измерения л равной

2T< fI d - 2Иl1dN dN — — — (!IN).þò= — — (--(л ) — — (л )) x

С aT C dò 1Т хУТ=О, (7) сЧ Ж

2 (9)

В случае температурной нестабильности длины волны лазера выражение (8) переписывается в виде т . ФЛ

Е = — — — — ГТ, (10).

ИлИ d dT а в случае нестабильности /Л обусловленной o"I, — в виде

1322093 6 д1 температурных режимов для разных парциальных каналов. шибки Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

0 1 м в -- = 1б7 раз меньше о

1=

Ф известного устройства; упрощает способ измерения, не требуя дополнительных измерений, исключающих фазовые нестабильности электронн.,rx блоков.

Это связано с тем, что в способе контроль изменения длины ВС производят по изменению фазы q ; не содержащей фазового набега сигналов в электронных блоках.

Поскольку температурное изменение и Н группового показателя преломления однозначно связано с изменением Л1, то предложенный способ может также иапольэоваться как способ контроля температурных изменений электрической длины волоконных световодов. В случае обычных ВС связь между температурным изменением тL электрической длины

ВС Ь и дХ имеет вид.

1. Способ контроля изменений длины волоконных световодов, заключающийся в том, что последовательно модулируют интенсивность оптического сигнала длины волны Д опорным электричес1g ким сигналом, пропускают модулированный оптический сигнал через световод, выделяют электрический сигнал, пропорциональный огибающей оптического сигнала, прошедшего световод, измеряют сдвиг фазы между огибающей сигнала, прошедшего световод, и опорным сигна25

3Î где DI обусловлено изменением с1 Т температуры ВС, cL = 8 10 1/ »С, ИзмеdN ряя дI и зная Н, — и о, определят ют по (12) d L. Следует отметить, что

dN в (12) М и — берутся на рабочей

dT длине й, не обязательно равной 3, или

Измерение л 1 важно при нострое- )5

Т нии на основе ВС устройства разводки опорных и гетеродинных сигналов, когда основным дестабилизирующим фактором, приводящим к отключению фаз выходных сигналов, является различие 40

I»

Н хй,еХЗм, f =500ми лом, а также разность сдвигов фаз, по изменению которой определяют изменение длины световода, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения точности контроля, упрощения способа, измерение производят также для оптического сигнала второй длины волны 1 модулированного тем же опорным сигналом, длины волн и выбирают из требования равенства температурной производной группового показателя преломления N материала сердцевины световода для,М, и Д

dN dN ат 1 ат 2 — (s) = — (}

2. Способ по и ° 1, о т л и ч а ю— шийся тем, что вводят временную задержку опорного сигнала, пропуская его через волоконно-оптический канал, имеющий общий оптический передатчик с- измерительным каналом и длину световода, соответствующую задержке сигнала в измеряемом волоконном световоде.

1322093

Составитель Е. Глазкова

Техред А.Кравчук КоРРектоР Г.Решетник

Редактор А.Сабо

Заказ 2853/Зб Тираж 677 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4