Устройство для измерения физических параметров волоконного световода

 

Использование: изобретение относится к волоконно-оптическим датчиком, содержащим волоконно-оптический интерфометр Фабри-Перо и может быть использовано как датчик для измерения физических величин, при воздействии которых на волоконный световод изменяется его оптическая длина. Сущность изобретения: устройство содержит излучатель, волоконный интерферометр, фотодетектор, резонансный усилитель, амплитудный детектор, компаратор, два ключа, генератор и частотомер в качестве интерферометра используется либо одномодовое, либо многомодовое волокна. Измеряется частота сигнала биений составляющих светового потока, определяется длина волоконного световода, которая обратно пропорциональна частоте биений, и по длине оценивается физический параметр волоконного световода. 1 ил.

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам, содержащим волоконный интерферометр Фабри-Перо, и может быть использовано как датчик для измерения физических величин, при воздействии которых на волоконный световод изменяется его оптическая длина.

Известно устройство для измерения физических величин, при воздействии которых на волоконный световод изменяется его оптическая длина, содержащее волоконный эталон Фабри-Перо. Это устройство отличается тем, что используемый в нем волоконный световод является одномодовым и может пропускать по меньшей мере две когерентные моды излучения с различными длинами путей. Каждая мода создает свою собственную последовательность пиков в передаточной характеристике устройства, благодаря ему передаточная функция является асимметричной. При воздействии физической величины, например температуры, на световод и изменении его оптической длины изменяется число пиков в каждой последовательности пиков. Связанный с устройством блок интерполяции подсчитывает число пиков в каждой последовательности с целью определения величины и знака воздействующей физической величины.

Недостатками известного устройства являются сложность юстировки одномодового световода, невозможность продолжения измерений в случае, например, сбоя аппаратуры.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения физических величин, содержащее волоконный интерферометр Фабри-Перо, излучатель, фотодетектор. При воздействии физических величин, например температуры, на волоконный световод изменяется его оптическая длина. Устройство выполнено в виде соединения одномодового и многомодовых световодов, что упрощает его юстировку. Обработка сигнала происходит путем подсчета количества резонансных максимумов интенсивности, причем в зависимости от знака изменения оптической длины значения в счетчике вычислительного устройства возрастает или уменьшается.

Недостатком устройства является сложность конструкции, наличие соединений световодов, невозможность продолжения измерений в случае, например, сбоя аппаратуры.

Целью изобретения является повышение надежности измерений, упрощение конструкции путем использования либо одномодовых, либо многомодовых волокон.

Это достигается тем, что устройство для измерения физических параметров волоконного световода, содержащее излучатель, выход которого оптически соединен с входом фотодетектора, снабжено амплитудным детектором, компаратором, двумя ключевыми элементами, опорным генератором, частотомером и подключенным к выходу фотодетектора резонансным усилителем, выход которого соединен через амплитудный детектор и компаратор с первыми входами ключевых элементов, второй вход одного из которых подключен к выходу резонансного усилителя, а второй вход другого ключевого элемента подключен к выходу генератора, при этом выходы обоих ключевых элементов подсоединены к соответствующим входам частотомера.

На чертеже показана структурная схема устройства.

Устройство содержит излучатель 1, волоконно-оптический интерферометр 2, фотодетектор 3, резонансный усилитель 4, амплитудный детектор 5, компаратор 6, ключи 7, 8, генератор 9 и частотомер 10.

Устройство для измерения физических параметров волоконного световода работает следующим образом.

Световой поток от излучателя 1 проходит через измеряемый волоконный световод 2, который из-за оптических неоднородностей на своих торцах является интерферометром Фабри-Перо. Оптический спектр светового потока на выходе световода представляет собой последовательность спектральных максимумов, интервал между которыми зависит от длины измеряемого световода. Так как фотодетектор 3 является квадратичным элементом, то его ток содержит сигналы биений между отдельными спектральными составляющими падающего на него светового потока. Выбранный сигнал биений выделяется и усиливается резонансным усилителем 4 и подается на амплитудный детектор 5 и через управляемый ключ 7 - на счетный вход частотомера 10. Связанный с амплитудным детектором компаратор 6 открывает ключи 7, 8 при условии превышения регистрируемым сигналом определенного уровня. Ключ 8 управляет подключением внешнего опорного генератора 9 к предназначенному для этого входу частотомера. Сигнал от внешнего генератора предназначен для формирования частотомером интервалов времени измерения. Таким образом, частота регистрируемого сигнала определяется только в те моменты времени, когда обладает достаточным уровнем и отношением сигнал-шум без нарушения работы частотомера, что повышает точность измерения частоты сигнала биений составляющих светового потока. По частоте сигнала биений определяют длину волоконного световода, которая обратно пропорциональна значению частоты, и по длине оценивают соответствующий физический параметр волоконного световода.

Формула изобретения

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ВОЛОКОННОГО СВЕТОВОДА, содержащее излучатель, выход которого оптически соединен с входом фотодетектора, отличающееся тем, что оно снабжено амплитудным детектором, компаратором, двумя ключевыми элементами, опорным генератором, частотомером и подключенным к выходу фотодетектора резонансным усилителем, выход которого соединен через амплитудный детектор и компаратор с первыми входами ключевых элементов, второй вход одного из которых подключен к выходу резонансного усилителя, а второй вход другого - к выходу генератора, при этом выходы обоих ключевых элементов подсоединены к соответствующим входам частотомера.

РИСУНКИ

Рисунок 1