Волоконно-оптический датчик скорости перемещения отражающего объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность устр-ва за счет амплитудного согласования фотодетектируемого излучения. Излучение источника 1, расщепленное светоделительным устр-вом 2 на два пучка, вводится в волоконные световодьг 3, 3 . Выходные торцы световодов 3 являются входными для отраженных от движущегося объекта 4 потоков, смешиваемых в фотодетекторе 5. Равенство оптических путей интерферирующих световых потоковобуславливает использование слабокогерентного источника, например светодиода с широкой спектральной полосой, 1 з.п. ф-лы, 1 ип. (Л

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (5I)4 G 0I Р 3 36

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ и датоРСноМУ СвиДКтильствМ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4093394/24-10 (22) 18.07.86 (46) 07.09.88. Бюл. И ЗЗ (71) Ленинградский электротехнический институт связи им, проф.И.А,БончБруевича (72) М.М.Бутусов, С.Л.Галкин и А.В.Игнатьев (53) 535.8(088.8) (56) Applied Optics, 1981, ч.20, У 23, р.3930-3991.

Патент Великобритании II 1587723, кл. G 01 S 17/58, 1981., (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

СКОРОСТИ ПЕРЕИЕЩКНИЯ ОТРАЖАЮЩЕГО

ОБЪЕКТА

„SU„„1422159 A1 (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность устр-ва за счет амплитудного согласования фотодетектируемого излучения . Излучение источника I, расщелленное светоделительным устр-вом 2 на два пучка, вводится в волоконные световоды 3, 3 . Вы" ходные торцы световодов 3 являются входными для отраженных от движущегося объекта 4 потоков, смешиваемых в фотодетекторе 5. Равенство оптических путей.интерферирующнх световых потоков обуславливает использование слабокогерентного источника, например светодиода с широкой спектральной полосой. 1 з.п. ф-лы, 1 кп.

1422159

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного контроля и измерения параметров движения тех5 нологических объектов.

Целью изобретения является повы-. шение чувствительности датчика за счет амплитудного согласования фотодетектируемого излучения, а также конструктивное упрощение.

На чертеже изображена функциональная схема волоконно-оптического датчика скорости перемещения отражающе- . го объекта. 15

Датчик содержит источник 1 излучения, св етоделительное устройство 2, I волоконные световады 3 и 3 выходные торцы которых оптически согласованы посредством отраженного от по- 2О верхностя объекта 4 перемещения излу чения,, а входные оптически согласованы с источником излучения и фото;-,етектором 5 через светоделительное устройс" o. Торцы световодов снабже- 25 ил оптическими элементами б ввода/вывода (фокусировки) излучения, напри- .. мер микрообъективами. Роль микрообьективов 6 могут выполнять также оплавленные соответствующим образом торцы световодов 3 и 3

Датчик работает следующим образом.

Излучение источника 1 расщепляется на два пучка светоделительным уст- 3 ройством 2 и вводится со стороны входных торцов B волоконные cBeToso ды 3 и 3 (ВС)..Фокусируемые со сто(/ роны выходных торцов ВС 3 и 3 на поверхности отражающего объекта переме- ® щения световые пучки отражаются от движущегося объекта 4 с изменением частоты излучения вследствие эффекта

2V sin 8 Допплера на величину + f

j .45

rpe V - линейная скорость перемещения объекта в области пересечения фокусируемых световых пучков; 6 = .

" arcing (Й/R); R и расстояние между торцами ВС 21 показаны на чертеже; — длина волны излучения источника 1.

Зондирующее излучение, выходящее из ВС 3 после отражения от объекта 4, попадает в ВС 3 со стороны его вы/ жадного торца, а излучение, выходяmee из ВС 3, после отражения от образца 4 попадает s BC 3 со стороны выходного торца. Таким образом, одноименные концы волоконных световодов являются входными (выходными) для зондирующего излучения и одновременно выходными (входными) для отраженного, В светоделительном устройстве отраженные световые потоки рекомбинируют и происходит когерентное сложение отраженных световых полей. Ток i на выходе фотодетектора 5 является функцией скорости V — +>P +2k P P ..y.cos

V sin8 1 2 1 2 где Р„ - мощности световых волн, падающих на фоточувствительную поверхность детектора; — коэффициент токовой чувствительности фототедектора; коэффициент эффективности фотосмещения.

При этом переменная составляющая фототока модулирована удвоенной даплеровской частотой 2f>=(ul+f> )-(Û-f>), где ы — частота зондирующего излучения.

Повьппение чувствительности датчика достигается повышением степени амплитудного согласования смешиваемых в фотодетекторе отраженных световых потоков. Каждый из световых потоков проходит в ВС 3 и 3 одинаковый оптический путь (Т + 1 ) и имеет одинаковые потери на отражение.

Вследствие равенства оптических путей интерферирующих световых волн становится возможным использование слабокогерентного источника, например светодиода с широкой спектральной полосой 5 A, порядка десятков нанометров. При этом когерентное взаимодействие мод в волокне сохраняется на расстоянии L>> и. ьз д . („, где n n — показатели преломления с оЕ сердцевины и оболочки волоконного световада;

И вЂ” число модавых групп волоконного световода;

il 43 - длина волны и ширина линии соответственно излучения источника.

Поэтому для подавления когерентнога межмодового взаимодействия длину ВС 3 и 3 следует выбирать из условия

3 Ь-

Составитель А.Тимофеев

Техред А.Кравчук корректор А.Тяско

Редактор И.Шулла

Заказ 4425/45

Подписное

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4 з !422!

Формула изобретения

1. Волоконно-оптический датчик скорости перемещения отражаю@его объекта, содержащий источник излучения, 5 светоделительное устройство, первый и второй волоконные световоды, фотодетектор, при этом входной торец первого волоконного световода оптически 10 согласован через светоделитель с источником оптического излучения и фотодетектором, а выходной торец первого волоконного световода оптически согласован с выходным..торцом второго 15

Я

4 волоконного световода, о т л и ч а ю« шийся тем, что, с целью повышения чувствительности датчика эа счет амплитудного согласования фотодетектируемого излучения, входной торец второго волоконного световода оптически согласован через светоделитель с источником излучения и фотодетекто" ром.

2. Датчик по и.! о т л и ч а юшийся тем, что, с целью конструктивного упрощения, в качестве источника излучения использован свето" диод.