Лазерный измеритель микрофлуктуаций диаметра оптического волокна
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет устранения влияния дискретности фотоприемника. Измеритель состоит из лазерного источника 1, объектива 3, сканирующего зеркала 4, фотоприемника 7 и фазового детектора 9. Флуктуации диаметра волокна, находящегося в зоне контроля, приводят к смещению интерференционной картины, возникающей при рассеянии лазерного излучения на волокне. Смещение интерференционной картины приводит к фазовому сдвигу сигнала с фотоприемника 7 относительно сигнала, управляющего поворотом зеркала 4. 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСНИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИН
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ1ЕНИЯ
Н А ВТОРСКОМ,К СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ
Г)О ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ СССР
1 (21) 4411908/24-28 (22) 18.04.88 (46) 07.01.90. Бюл. М 1 (72) A.È.Èèêèëåâ и С.Э.Питерских (53) 531.7(088.8) (56) Smithga11 P.H. и др. Арр1ied
optics, vol. 16, М 9, 1977, р. 23952402, (54) ЛАЗЕРНЫЙ ИЭМЕРИТЕЛЬ МИКРОФЛУКТУЯЦИЙ ДИАМЕТРА ОПТИЧЕСКОГО ВОЛОКНА (57) Изобретение относится к контрольно-измерительной технике. Цель изобретения - повышение точности за счет
„„80„„153 А1
{51)5 С 01 В 21/10
2 устранения влияния дискретности фото" приемника. Измеритель состоит из лазерного источника 1, объектива 3, сканирующего зеркала 4, фотоприемника 7 М фазового детектора 9. Флуктуации диаметра волокна, находящегося в зоне контроля, приводят к смещению интерференционной картины, возникающей при рассеянии лазерного излучения на волокне. Смещение интерференционной картины приводит к фазовому сдвигу сигнала с фотоприемника 7 относительно сигнала, управляющего поворотом зеркала 4. 1 ил.
1534313
Изобретение относится к контрольноизмерительной технике и может быть использовано для контроля диаметра оптического волокна. 5
Цель изобретения - повышение точности за счет устранения влияния дискретности фотоприемни ка, На чертеже представлена блок-схема измерителя. 10
Лазерный измеритель состоит из оптически связанных лазерного источника 1 и расширителя 2 пучка„ оптически связанных объектива 3, предназначенного для оптической связи с конт- 15 ролируемым волокном, сканирующего зеркала 4, цилиндрической линзы 5, диафрагмы 6 и Фотоприемника 7, последовательно соединенных усилителя 8 фототока, вход которого подключен к выхо- 20 ду фотоприемника 7, Фазового детектора 9, фильтра 10 нижних частот, сумматора 11, усилителя 12 мощности и дефлектора 13, генератора 14, выход которого подключен к вторым входам .25 детектора 9 и сумматора 11, и источника 15 смещения, выход которого подключен к третьему входу сумматора 11, дефлектор 13 механически связан с зеркалом 4.
Лазерный измеритель работает следующим образом.
Контролируемое волокно протягивается с постоянной скоростью. Изменение диаметра волокна приводит к смещению интерференционной картины, возникающей при рассеянии лазерного излучения на контролируемом волокне. Смещение интерференционной картины приводит к фазовым сдвигам сигнала с Фо- 40 топриемника 7 относительно сигнала, поступающего на вход дефлектора 13, данные фазовые сдвиги регистрируются детектором 9 и Фильтруются Фильтром 10. Выходной си -нал Фильтра 10 45 через первый вход сумматора 11, усилитель 12 мощности подается на деФлектор 13, вследствие чего зеркало 4 поворачивается на некоторый угол, частично компенсирующий смещение интер,50 ференционной картины.
Для дальнейшего анализа работы устройства вводят следующие обозначения: oC - среднее угловое положение сканирующего зеркала: К „„ - коэффициент передачи оптической схемы, рав„55
hX ный - где Ь Х - смещение интерференdä ционной картины в плоскости диафрагмы при повороте зеркала на уголь«,, К вЂ” коэффициент передачи дефлектора, Ь« равный ---, где hU — изменение сигДБ 3 нала на выходе усилителя мощности;
К - коэффициент передачи последовательно включенных Фазового детектора и фильтра нижних частот, равный КФ=
hU где hU — изменение напряжения
ДХ на выходе фильтра нижних частот при смещении интерференционной картины на расстояние ЬХ.
В случае неподвижного положения сканирующего зеркала смещение ДХ интерференционной картины в плоскости диафрагмы 6 соответствует некоторому изменению диаметра волокна Д О. Однако за счет действия обратной связи (поскольку выход фильтра 10 соединен с первым входом сумматора) сканирующее зеркало поворачивается на угол b.ñ, поэтому действительное смещение интерференционной картины, соответствующее изменению диаметра ДВ, составляет величину hX, равную: Х =hX-h«K,o, (1), В принятых обозначениях можно также записать:
hU-К, 5Х (2)
Д« =К К Кс Д11 (3) где К и 1 - коэффициенты передачи усилителя 12 мощности и сумматора 11 соответственно.
Из соотношений (1), (2) и (3) следует, что
Д11=К,ДХ (4)
Kq где К вЂ”-- (5)
Ч ф С " OII r
Принимая во внимание линейную зависимость между ДХ и Д Б — разность хода при изменении на hD можно записать
ДУ=1ЫЮ, (6) где К - постоянный коэффициент, зависящий от угла рассеяния и параметров оптико-электронной с.хемы.
Определение коэффициента К расчетным путем нецелесообразно, так как для этого потребовалось бы определение значений всех параметров в (5).
В связи с этим в устройство введен источник 15 смещения, подключенный к третьему входу сумматора 11.
Методика калибровки заключается в следующем. В лазерный пучок вводитI ся образец волокна. формула и зобретения =ЬЬ„К,; 0,„=КП, .З где К =эЫ- +
Н вЂ” угол рассеяния (7) (8) (9)
Составитель М.Кузнецов
Техред М.Дидык Корректор О.Ципле
Редактор С.Патрушева
Заказ 35 Тираж 474 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д ° 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина,101
5 1534
Первый вход сумматора 11 отключается от выхода фильтра 10 и регулировкой смещения устанавливается нулевое значение сигнала на выходе измери- 5 теля. Далее на третий вход сумматора
11 подается напряжение ц „, вызывающее поворот зеркала 4 на угол hg,>, при котором интерференционная картина смещается на одну полосу — сигнал на 10 выходе фазового детектора 9 при этом, пройдя последовательно через максимум, нуль и минимум, снова становится равным нулю. Затем первый вход сумматора
11 снова соединяется с выходом фильт- 15 ра 10 и подается смещение All » с обратным знаком. При этом на выходе устройства сигнал изменится на величину
5U>, эквивалентную такому изменению диаметра волокна ЬЭ „ при котором 20 интерференционная картина смещается на одну полосу. Разность хода g S в этом случае составляет одну длину волны, поэтому можно записать следующие выражения: 25
Из (7) и (8) имеем
ЬП=-- ---У1 °
1 (10)
К, 6Ь„ 35
Сигнал b, U, пропорциональный изменению диаметра hD, подается с выхода измерителя на регистрирующий прибор (самописец и т.п.).
При Н =42,5 имеем К„ = 1. В этом 40 случае
6 0=%---.
6U (11)
hUg
313
Выражения (10) или (11) могут использоваться для определения отклонения диаметра волокна h D по величине изменения выходного сигнала Б, так как величины К, и известны, а величина йП определяется в описанном процессе калибровки. Необходимо отметить, что для избежания ошибок измерения величины отклонения диаметра среднее значение диаметра образцов волокна, использующегося для калибровки, и волокна, у которого измеряется отклонение диаметра по длине образца, должны быть приблизительно одинаковыми.
Ла зер ный и з мер и тел ь ми крофлуктуаций диаметра оптического волокна, содержащий оптически связанные лазерный источник и расширитель пучка, оптически связанные обьектив и фотоприемник и фильтр нижних частот, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен оптически связанными сканирующим зеркалом, цилиндрической линзой и диафрагмой, расположенными между объективом и фотоприемником, фазовым детектором, первый вход которого электрически связан с выходом фотоприемника, а выход — с входом фильтра низких частот, последовательно соединенными сумматором, первый вход которого подключен к выходу фильтра нижних частот, и дефлектором, механически связанным со сканирующим зеркалом, генератором, выход которого подключен к вторым входам фазового детектора и сумматора, и источником смещения, выход которого подключен к третьему .входу сумматора.
