Фазовый волоконно-оптический датчик

 

Использование: контрольно-измерительная аппаратура. Сущность: в датчике, состоящем из лазера, трех волоконно-оптических световодов, двух регистраторов разности фаз и регистраторов давления и температуры, два световода выполнены из однотипных волокон, а все три световода имеют различную длину. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 6 01 К 11/12

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4842211/25 (22) 28.05.90 (46) 30.03,93, Бюл. N. 12 (71) Радиотехнический институт им. акад.

А.Л,Мин ца (72) Ф,А.Шаталов (56) Авторское свидетельство СССР

N 1365012, кл. G 02 В 6/00, 1986.

Авторское свидетельство СССР (Ф 1642263, кл. G 01 J 5/00, 1989.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазовым (интерферометрическим) волоконно-оптическим датчикам (ВОД) физических величин, и может быть использовано для измерения температуры и давления.

Цель изобретения — упрощение технологии изготовления датчика за счет использования в его конструкции меньшего числа разных типов оптических волокон.

На чертеже показана схема предлагаемого датчика, который состоит из источника

1 когерентного оптического излучения, первого 2 и второго 9 разветвителей излучения, первого канала 4 с модулятором 7, второго

3 и третьего 8 измерительных каналов, первого 5 и второго 10 сумматоров оптического излучения, первого 6 и второго 11 регистраторов разности фаз, регистраторов давления 12 и температуры 13. Выход источника

1 соединен со входом разветвителя 2, выходы разветвителя 2 — со входами измерительных каналов 3, 4 и 8, выход канала 4 — со входом разветвителя 9, а выходы каналов 3. . Ж„, 1805294 А1 (54) Ф АЗ О В Ы Й ВОЛОКОННО-О ПТ И Ч ЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Использование: контрольно-измерительная аппаратура. Сущность: в датчике, состоящем из лазера, трех волоконно-оптических световодов, двух регистраторов разности фаз и регистраторов давления и температуры, два световода выполнены иэ однотипных волокон, а все три световода имеют различную длину, 2 ил. и 8 — с первыми входами сумматоров 5 и 10, со вторыми входами которых соединены выходы разветвителя 9. Выходы сумматоров 5 и 10 соединены соответственно со входами регистраторов разности фаэ 6 и 11, выход первого из которых соединен с первыми входами регистраторов давления 12 и температуры 13, а выход второго — со вторыми входами регистраторов 12 и 13.

Предлагаемый датчик работает следую- И щим образом, Ь)

Излучение источника 1 поступает через ЧО разветвитель 2 в каналы 3, 4 и 8, проходя в,ф канале 4 через модулятор 7 (модуляция необходима для обработки сигналов в регистраторах 6 и 11). Изменения Л P u ЛТ и давления Р и температуры Т вызывают изменение 61 разности фаз сигналов на выходах каналов 3 и 4, а также изменение д разности фаз сигналов на выходах каналов

8 и 4. В соответствии с общепринятыми определениями параметров фаэовой чувствительности ОВ к изменениям давления и

1805294 температуры д1 и дг связаны с Л Р и ЛТ соотношениями. (а 6 — Ol) K1 Л T + (а Pz - P 1)K1 Л Р = д1, (1) (Ь Oz — 9 )К ЛТ+(ЬРг — Р1)К ЛP = дг, (2) 2л где К1 = nI — постоянный коэффициент.

Изменение Bi измеряется регистратором разности фаз 6, а изменение дг — регистратором разности фаз 11. Сигнал д1 поступает на первые входы регистратора давления 12 и регистратора температуры 13, а сигнал дг — на вторые входы регистраторов 12 и 13.

Выполнение взаимосвязи, а также взаимосвязей обеспечивает однозначное и точное измерение изменений Л P и Л Т, которые .связаны с д1и дг соотношениями

20

ЛР= A+ А. (3) Y У лт= bpz Р1 д1+ Р1-арг дг (4). 25

y у любых значениях параметров а и b). ОтноПоложительный эффект (упрощение технологии изготовления и уменьшение сто. имости датчика) достигается за счет того, что второй и третий измерительные каналы датчика выполнены на однотипных оптических волокнах, имеющих одинаковые характеристики, причем параметры а, Ь, O>, Oz, Р1 Рг, Z1, 2г и G1, Gz датчика определяются новыми, не известными ранее, взаимосвязями параметров — физических величин предложенного датчика, Примером предлагаемого изобретения может служить датчик (чертеж), волокно ОВ1 канала 4 которого имеет следующие пара- " метры: диаметр сердцевины равен 4,5 мкм, материал сердцевины — SI0z + 0,1 GeOz; внешний диаметр оболочки (95% Я Ог+ 50

Bz0s) — 30 мкм; внешний диаметр технической оболочки (SIO)) — 85 мкм. Волокно.ОВ1 45 имеет 9 = 6,8х10 К, а Р1 = -ЗТПа ". Оптическое волокно OBz каналов 3 и 8 имеет материалы и геометрию первых трех слоев (сердцевины, оболочки, технической оболочки), одинаковые с волокном ОВ1, а чет- 50 вертый слой (первичное покрытие) OBz выполнен из силиконовой резины и имеет внешний диаметр 220 мкм, OBz имеет Oz =

=18х10 К, а Рг=--9ТПа (типы волокон ОВ1 и ОВг выбираются, исходя из требования 55 неравенства нулю хотя бы одного из параметров О= Oz - И или P = Pz — Р1; при Р =

= О = 0 требование (4) не выполняется при шение а ==1(параметр а >О). Отношение г

l1 з

Ь = = 4,5 (выбирается из требования). КоI

6 эффициент К1 = 0,15х10 (определяется длинами 1 = 0,63 мкм, I> = 0,01 м и показателем преломления и = 1,46), Коэффициенты Z> =

=0,6; Zz = -0,09; G < = 0,3; Ог = -0,05 (определяются требованиями ет = К, . ep = МПа).

Элементы 1, 2, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12 и 13 аналогичны элементам соответствующего функционального назначения прототипа.

Таким образом, предлагаемое изобретение имеет более простую технологию изготовления за счет использования в его конструкции меньшего числа разных типов оптических волокон. Кроме того, оно имеет меньшую стоимость за счет уменьшения затрат на дополнительные технологические операции по изготовлению оптических волокон датчика, Формула изобретения

Фазовый волоконно-оптический датчик, содержащий источник когерентного оптического излучения, первый и второй разветвители излучения, первый с модулятором, второй и третий измерительные каналы, первый и второй сумматоры оптического излучения, первый, и второй регистраторы разности фаэ, а также регистраторы давления и температуры, выполненные в виде аналоговых сумматоров, при этом выход источника излучения соединен с входом первого разветвителя, выходы первого разветвителя — с входами измерительных каналов, выход первого измерительного канала — с входом второго разветвителя, а выходы второго и третьего . измерительных каналов — с первыми входами первого и второго сумматоров излучения, с вторыми входами. которых соединены выходы второго разветвителя, выходы первого и второго сумматоров излучения соединены соответственно с входами первого и второго регистраторов разности фаз, выход первого из которых соединен с первыми входами регистраторов давления и температуры, а выход второго — с вторыми входами последних, оптическое волокно первого канала выполнено с температурной фазой чувствительностью C+ и фазовой чувствительностью Р1 к изменению давления, à оптические волокна второго и третьего каналов выполнены с параметрами, отличными от параметров волокна первого канала, отличающийся тем, что, с целью упрощения технологии изготовления, второй и третий измерительные каналы выполнены на однотипных волокнах, отношения а

1805294

Составитель Ф, Шаталов б

Техред М. Моргентал Корректор . И. Муска

Редактор Л, Народная

Заказ 934 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская a6Ä 4!5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 и Ь длин которых к длине волокна первого канала определяются взаимосвязью (а 6Ъ - 9) (ЬРт - Р1) + (Ь Bz - 9) (аPz - Р1) >

2(a82 - ЩЬ Cb - Щ(а Р - P ХЬ Рг - Р ), где Oz — температурная фэзовая чувствительность, а Рр — фазовая чувствительность к изменению давления волокон второго и трвтьего измерительных каналов датчика,