Волоконно-оптическая информационно-измерительная система

 

Использование: автоматика и информационно-измерительная техника. Сущность изобретения: волоконно-оптическая система содержит последовательно соединенные с помощью отрезков волоконных световодов излучатель, n волоконно-оптических датчиков и фотоприемник, выход которого соединен с блоком обработки. Каждый волоконно-оптический датчик выполнен пропускательного типа с возможностью дискретного изменения коэффициента пропускания оптического излучения от K_i до 1, где i = 1,2,3,...,n. Коэффициенты пропускания датчиков различны и не равны нулю. 1 ил.

Изобретение относится к автоматике и информационно-измерительной технике и может быть использовано для сбора информации с бинарных волоконно-оптических датчиков и передачи ее по световодному каналу в мультиплексном режиме.

Известна система сбора информации, полученной с помощью набора волоконно-оптических датчиков, входы которых оптически соединены с импульсным источником излучения, а выходы - с фотоприемником, выход которого соединен с электронным демультиплексором, имеющим связь с импульсным источником излучения [1].

Для определения номера датчика, который регистрирует внешнее воздействие, используется различная для каждого датчика оптическая длина пути, по которому проходит импульс от источника.

Недостатком устройства является необходимость использования высокочастотного электронного демультиплексора или значительное увеличение длины световодов для получения необходимой временной задержки между сигналами от отдельных датчиков.

Наиболее близким техническим решением к изобретению является волоконно-оптическая линия [2], содержащая последовательно соединенные с помощью отрезков волоконных световодов излучатель, n волоконно-оптических датчиков и фотоприемник, выход которого соединен с блоком обработки.

Цель изобретения - упрощение устройства.

Цель достигается тем, что в волоконно-оптической измерительной системе, содержащей последовательно соединенные с помощью отрезков волоконных световодов излучатель, n волоконно-оптических датчиков, фотоприемник, выход которого соединен с блоком обработки, каждый волоконно-оптический датчик выполнен пропускательного типа (бинарным) с возможностью дискретного изменения коэффициента пропускания оптического излучения от k_i ≠ 0 до 1, 0, где i = 1,2,3,...,n, причем коэффициенты пропускания датчиков (k_i) различны.

Волоконно-оптический датчик выполнен в виде герметичного баллона с выходящими из него двумя волоконными световодами. Внутри баллона световоды расположены с некоторым зазором между торцами. Внутри баллона размещены две ферромагнитные пластины, на одной из которых крепится шторка. В первом состоянии датчика при отсутствии электромагнитного поля шторка находится вне зазора между световодами. Во втором состоянии при наличии электромагнитного поля шторка находится в зазоре между торцами световодов. Шторка выполнена из прозрачного материала. Коэффициенты пропускания оптического излучения материала шторок датчиков различны и равны такому ряду чисел, что оптический сигнал на входе фотоприемника содержит информацию о состоянии всех датчиков. Блок обработки представляет собой функциональный АЦП, на выходе которого информация о состоянии всех датчиков представлена в виде параллельного цифрового кода.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

В состав волоконно-оптической информационно-измерительной системы входят последовательно соединенные источник 1 излучения, бинарные волоконно-оптические датчики (БВОД) пропускательного типа 2-4, световоды 5-8, выполненные из кварцевого материала с сердцевиной и окружающей ее оболочкой, фотоприемник 9 и блок 10 обработки.

В качестве источника 1 излучения может использоваться полупроводниковый лазер ИЛПН-204.

Каждый из БВОД 2-4 представляет собой герметичный баллон с выходящими из него световодами. Например, для БВОД 3 такими световодами являются элементы 6 и 7. Внутри баллона световоды расположены соосно с некоторым зазором между торцами. Там же находятся две ферромагнитные пластины, на одной из которых крепится шторка. В первом состоянии датчика (при отсутствии электромагнитного поля) шторка находится вне зазора между световодами. Во втором состоянии (при наличии электромагнитного поля) шторка находится в зазоре между торцами световодов.

Шторка датчика выполнена из прозрачного материала. Коэффициенты пропускания оптического излучения материалов шторок датчиков 2-4 равны 1/2, 1/3 и 1/4 соответственно.

Блок 10 обработки представляет собой функциональный АЦП.

Устройство работает следующим образом.

Пусть в исходном состоянии отсутствует внешнее воздействие на систему. Излучение от источника 1 вводится в световод 5, проходит без потерь (за исключением потерь, обусловленных неидеальностью элементов системы) через датчики 2-4 по световодам 6-8 на вход фотоприемника 9. Датчики 2-4 при этом находятся в первом состоянии, и шторки не перекрывают излучение. В фотоприемнике 9 оптическое излучение преобразуется в электрический сигнал. В блоке 10 обработки этот сигнал преобразуется в параллельный цифровой код, соответствующий общему коэффициенту пропускания оптического излучения датчиками 2-4, который в данном состоянии системы равен единице.

Если датчик 2 регистрирует внешнее воздействие, в нашем случае пороговое значение напряженности электромагнитного поля, происходит замыкание ферромагнитных пластин. При этом шторка, которая крепится к одной из пластин, попадает в зазор между торцами световодов 5 и 6 в датчике 2. Излучение источника 1 ослабляется в соответствии с коэффициентом пропускания шторки датчика 2 в 2 раза. Этот оптический сигнал регистрируется фотоприемником 9, преобразуется в электрический сигнал, который поступает на вход блока 10 обработки. На выходе блока 10 обработки формируется код, соответствующий новому общему коэффициенту пропускания датчиков 2-4, равному 1/2.

Если датчик 2, а также датчик 3 регистрируют внешнее воздействие, они оба переходят во второе состояние. При этом излучение источника 1 ослабляется в датчике 2 в 2 раза, а затем в датчике 3 - в 3 раза. Общий коэффициент пропускания датчиков 2-4 равен 1/6, что регистрируется фотоприемником 9 и преобразуется в блоке 10 обработки в код, соответствующий новому состоянию системы.

Аналогично работает система при любых других из восьми возможных комбинаций состояний датчиков. Если, например, датчик 2 находится в первом состоянии, а датчики 3 и 4 - во втором, общий коэффициент пропускания излучения равен 1/12, что отображается на выходе блока 10 обработки в виде цифрового параллельного кода.

При разнесении датчиков 2-4 в пространстве система позволяет получать информацию о пространственном разделении электромагнитного поля.

Формула изобретения

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА, содержащая последовательно соединенные с помощью отрезков волоконных световодов излучатель, n волоконно-оптических датчиков и фотоприемник, выход которого соединен с блоком обработки, отличающаяся тем, что каждый волоконно-оптический датчик выполнен пропускательного типа с возможностью дискретного изменения коэффициента пропускания оптического излучения от k_i ≠ 0 до 1, где i = 1, 2, 3, ..., n, причем коэффициенты пропускания датчиков k_i различны.

РИСУНКИ

Рисунок 1