RU208295U1 - Устройство измерения выходных характеристик волоконно-оптических фотоакустических излучателей - Google Patents
Устройство измерения выходных характеристик волоконно-оптических фотоакустических излучателей Download PDFInfo
- Publication number
- RU208295U1 RU208295U1 RU2021113152U RU2021113152U RU208295U1 RU 208295 U1 RU208295 U1 RU 208295U1 RU 2021113152 U RU2021113152 U RU 2021113152U RU 2021113152 U RU2021113152 U RU 2021113152U RU 208295 U1 RU208295 U1 RU 208295U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- optic
- output
- photoacoustic
- vofi
- Prior art date
Links
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims abstract description 9
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 abstract description 13
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 abstract description 8
- 239000012212 insulator Substances 0.000 abstract 1
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 4
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 238000002604 ultrasonography Methods 0.000 description 3
- 239000000835 fiber Substances 0.000 description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 239000008367 deionised water Substances 0.000 description 1
- 229910021641 deionized water Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 description 1
- 239000002105 nanoparticle Substances 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 239000002356 single layer Substances 0.000 description 1
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 1
- 238000003786 synthesis reaction Methods 0.000 description 1
- XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N water Chemical compound O XLYOFNOQVPJJNP-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01H—MEASUREMENT OF MECHANICAL VIBRATIONS OR ULTRASONIC, SONIC OR INFRASONIC WAVES
- G01H11/00—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties
- G01H11/06—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means
- G01H11/08—Measuring mechanical vibrations or ultrasonic, sonic or infrasonic waves by detecting changes in electric or magnetic properties by electric means using piezoelectric devices
Abstract
Полезная модель относится к области оптоакустики и может быть использована для одновременного определения эффективности фотоакустического преобразования и измерения частотной характеристики энергетического отклика волоконно-оптического фотоакустического излучателя (ВОФИ) в зависимости от параметров модуляции оптического сигнала для ультразвуковых систем технической диагностики и биомедицинских исследований высокого пространственного разрешения.Задача полезной модели заключается в создании устройства измерения выходных характеристик ВОФИ, позволяющего одновременно измерять частотную характеристику энергетического отклика и эффективность фотоакустического преобразования ВОФИ.Задача достигается тем, что устройство измерения выходных характеристик ВОФИ, содержащее генератор электрических сигналов произвольной формы, соединенный с волоконно-оптическим лазерным модулем, дополнительно содержит на выходе волоконно-оптического лазерного модуля волоконно-оптический разветвитель 1×2, первый вывод которого соединен с контрольным фотодиодом, подключенным к первому порту осциллографа, второй вывод волоконно-оптического разветвителя 1×2 соединен через волоконно-оптический изолятор с помощью волоконно-оптической розетки с исследуемым ВОФИ, закрепленным на трехмерной координатной юстировочной системе в кювете, заполненной необходимым для работы исследуемого ВОФИ веществом, напротив приемника акустических колебаний, подключенного ко второму порту осциллографа.
Description
Полезная модель относится к области оптоакустики и может быть использована для одновременного определения эффективности фотоакустического преобразования и измерения частотной характеристики энергетического отклика волоконно-оптического фотоакустического излучателя (ВОФИ) в зависимости от параметров модуляции оптического сигнала для ультразвуковых систем технической диагностики и биомедицинских исследований высокого пространственного разрешения.
Известны традиционные устройства для измерения амплитудно-частотной характеристики пьезоэлектрических источников ультразвука при помощи воздействия на пьезоэлемент сложным гармоническим электрическим сигналом, состоящим из суммы нескольких отдельных кратных гармонических составляющих, регистрации ответного сигнала посредством оптико-электрического преобразователя с последующим преобразованием Фурье и вычислением амплитудно-частотной характеристики [1]. К основным недостаткам таких устройств относится невозможность измерения характеристик ВОФИ, что обусловлено слабым диффузным характером отражения от активной площадки на торце оптического волокна в составе ВОФИ.
Наиболее близким техническим решением к заявленной полезной модели является измеритель параметров гидроакустического пьезоэлектрического преобразователя, построенный на основе устройства прямого цифрового синтеза электрических сигналов, подключенного к испытуемому пьезопреобразователю через усилитель мощности и с помощью включенного последовательно с пьезопреобразователем измерительного шунта [2]. Недостатком такого устройства измерения выходных характеристик излучателей ультразвука является невозможность одновременного определения частотной характеристики и эффективности фотоакустического преобразования, а также отсутствие возможности измерения частотной характеристики энергетического отклика ВОФИ, так как принцип работы ВОФИ заключается в том, что модулированное лазерное излучение поглощается в слое на торце оптического волокна, что вызывает нагрев и охлаждение поглощающего слоя в соответствии с модулирующей функцией, следствием чего является модулированное изменение размеров слоя.
Техническая задача полезной модели заключается в создании устройства измерения выходных характеристик ВОФИ, позволяющего одновременно измерять частотную характеристику энергетического отклика и эффективность фотоакустического преобразования ВОФИ.
Техническая задача достигается тем, что устройство измерения выходных характеристик ВОФИ, содержащее генератор электрических сигналов произвольной формы, соединенный с волоконно-оптическим лазерным модулем, дополнительно содержит на выходе волоконно-оптического лазерного модуля волоконно-оптический разветвитель 1×2, первый вывод которого соединен с контрольным фотодиодом, подключенным к первому порту осциллографа, второй вывод волоконно-оптического разветвителя 1×2 соединен через волоконно-оптический изолятор с помощью волоконно-оптической розетки с исследуемым ВОФИ, закрепленным на трехмерной координатной юстировочной системе в кювете, заполненной необходимым для работы исследуемого ВОФИ веществом, напротив приемника акустических колебаний, подключенного ко второму порту осциллографа.
Сущность полезной модели заключается в том, что на выходе волоконно-оптического лазерного модуля устанавливается волоконно-оптический разветвитель 1×2, с помощью которого формируются опорный и основной волоконно-оптические каналы. Для формирования опорного волоконно-оптического канала первый вывод волоконно-оптического разветвителя 1×2 соединен с контрольным фотодиодом, подключенным к первому порту осциллографа, для формирования основного волоконно-оптического канала второй вывод волоконно-оптического разветвителя 1×2 соединен через волоконно-оптический изолятор с помощью волоконно-оптической розетки с исследуемым ВОФИ, закрепленным на трехмерной координатной юстировочной системе в кювете, заполненной необходимым для работы исследуемого ВОФИ веществом, напротив приемника акустических колебаний, подключенного ко второму порту осциллографа. Отличительными признаками такого устройства измерения выходных характеристик ВОФИ является:
1 - наличие двух измерительных каналов: основной волоконно-оптический канал используется для непосредственного измерения акустического сигнала, опорный волоконно-оптический канал применяется для оценки параметров модулированного по интенсивности оптического сигнала;
2 - реализация на оптическом волокне (отсутствует выход в объемную оптику);
3 - в качестве калибровочных данных применяются данные измерения опорного волоконно-оптического канала, поэтому не требуются сведения о частотных характеристиках волоконно-оптического лазерного модуля;
4 - существует возможность использования в кювете различных веществ, необходимых для работы исследуемого ВОФИ;
5 - используется трехмерная координатная юстировочная система, позволяющая подстраиваться под различные механические конфигурации исследуемого ВОФИ.
Совокупность существенных признаков приводит к возможности одновременного определения эффективности фотоакустического преобразования и измерения частотной характеристики энергетического отклика ВОФИ в зависимости от параметров модуляции оптического сигнала.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, на котором изображено устройство измерения выходных характеристик ВОФИ:
1 - генератор электрических сигналов произвольной формы;
2 - волоконно-оптический лазерный модуль;
3 - волоконно-оптический разветвитель 1×2;
4 - контрольный фотодиод;
5 - осциллограф;
6 - волоконно-оптический изолятор;
7 - волоконно-оптическая розетка;
8 - исследуемый ВОФИ (исследуемый волоконно-оптический фотоакустический излучатель);
9 - трехмерная координатная юстировочная система;
10 - кювета;
11 - приемник акустических колебаний.
Предлагаемое устройство измерения выходных характеристик ВОФИ содержит генератор электрических сигналов произвольной формы 1, с помощью электрического кабеля соединенный с волоконно-оптическим лазерным модулем 2, волоконно-оптический выход которого соединен с волоконно-оптическим разветвителем 1×2 3, первый вывод которого соединен с контрольным фотодиодом 4, подключенным с помощью электрического кабеля к первому порту осциллографа 5, второй вывод волоконно-оптического разветвителя 1×2 соединен через волоконно-оптический изолятор 6 с помощью волоконно-оптической розетки 7 с исследуемым ВОФИ 8, закрепленным на трехмерной координатной юстировочной системе 9 в кювете 10, заполненной необходимым для работы исследуемого ВОФИ веществом, напротив приемника акустических колебаний 11, подключенного ко второму порту осциллографа 5.
Устройство измерения выходных характеристик ВОФИ работает следующим образом. Электрический сигнал от генератора электрических сигналов произвольной формы 1 подается на волоконно-оптический лазерный модуль 2, откуда модулированный по интенсивности оптический сигнал поступает на волоконно-оптический разветвитель 1×2 3, который применяется для разделения мощности падающего сигнала на две части: меньшая часть модулированного по интенсивности оптического сигнала попадает на контрольный фотодиод 4, используемый для регистрации огибающей интенсивности оптического сигнала с помощью первого порта осциллографа 5; большая часть модулированного по интенсивности оптического сигнала через волоконно-оптический изолятор 6, служащий для подавления обратного оптического отражения, и волоконно-оптическую розетку 7 попадает в исследуемый ВОФИ 8, где модулированный по интенсивности оптический сигнал преобразуется в акустический сигнал, при этом благодаря трехмерной координатной юстировочной системе 9 источник ультразвука в кювете 10, заполненной необходимым для работы исследуемого ВОФИ веществом, оказывается на расстоянии менее длины волны акустического сигнала от приемника акустических колебаний 11, преобразующего акустический сигнал в электрический, и регистрируется осциллографом 5. Таким образом, в осциллографе 5 имеется измерительная информация от двух каналов: данные о форме огибающей интенсивности оптического сигнала и о детектированном акустическом сигнале. Исходя из этих данных, с помощью линейных математических операций, а также операции расчета спектральной плотности мощности возможно одновременно определить энергетическую эффективность фотоакустического преобразования η (по определению данная величина равняется отношению энергий входного электрического сигнала и выходного акустического сигнала) и частотную характеристику энергетического отклика исследуемого ВОФИ SPA(ƒ) [Па2/Вт] с помощью следующих формул [3]:
где υ - скорость звука в веществе, необходимом для работы исследуемого ВОФИ;
K - объемный модуль упругости вещества, необходимого для работы исследуемого ВОФИ;
Seff - эффективная площадь модового пятна используемого оптического волокна;
Zout - эффективный выходной импеданс контрольного фотодиода, учитывающий рассогласование импедансов контрольного фотодиода и первого порта осциллографа;
k - безразмерный коэффициент разветвления волоконно-оптического разветвителя 1×2 в канал, содержащий исследуемый ВОФИ;
ƒmax - максимальная ширина полосы частот осциллографа [Гц];
UPA(ƒ) - спектральная плотность мощности выходного электрического сигнала приемника акустических колебаний [В2/Гц];
SAE(ƒ) - частотная характеристика отклика приемника акустических колебаний [В/Па2];
UPD(ƒ) - спектральная плотность мощности выходного электрического сигнала опорного канала на выходе контрольного фотодиода [А2/Гц];
SPD(ƒ) - частотная характеристика токового отклика контрольного фотодиода [А/Вт].
Примером конкретной реализации устройства измерения выходных характеристик ВОФИ может служить следующее: зондирующий импульсный электрический сигнал с периодом 10 мс и длительностью 50 нс, длительностью фронтов 12 нс и амплитудой 12 В от генератора электрических сигналов произвольной формы 1 с полосой частот синтезируемых сигналов произвольной формы до 40 МГц подается по электрическому кабелю на волоконно-оптический лазерный модуль 2 с одномодовым волоконно-оптическим выводом с длиной волны видимого диапазона 450 нм, шириной спектра 2 нм и пиковой оптической мощностью 40 мВт. Модулированный лазерный сигнал разделяется на две части в волоконно-оптическом разветвителе 1×2 3 с коэффициентом деления 1%:99%, в результате чего 1% мощности сигнала поступает на контрольный фотодиод 4 с рабочей полосой частот 50 МГц и регистрируется осциллографом 5 с динамическим диапазоном 120 дБ в полосе анализа 1 Гц. Другая часть модулированного по интенсивности оптического сигнала через волоконно-оптический изолятор 6 с коэффициентом контрастности 40 дБ и одномодовую волоконно-оптическую розетку 7 подается в исследуемый ВОФИ 8, установленный на трехмерной координатной юстировочной системе 9 в кювете 10 с деионизированной водой, где акустический сигнал детектируется приемником акустических сигналов 11 с рабочей полосой частот 50 МГц, выходной электрический сигнал регистрируется осциллографом 5 с динамическим диапазоном 120 дБ в полосе анализа 1 Гц с максимальной относительной неопределенностью измерения уровня сигналов 0,25%.
Таким образом, предлагаемое техническое решение позволяет с помощью одного устройства измерять одновременно эффективность фотоакустического преобразования и частотную характеристику энергетического отклика ВОФИ.
Источники информации:
[1] Измерение амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик пьезоэлементов / А.С. Воронов [и др.] // Вестник АлтГТУ им. И.И. Ползунова. - 2006. - №2. - С. 73-74.
[2] Патент RU 2493543, G01H 11/08, 20.09.2013, бюл. №26.
[3] Микитчук, Е.П. Характеристики волоконно-оптических фотоакустических преобразователей с монослоем металлических наночастиц для систем технической диагностики / Е.П. Микитчук, К.В. Козадаев // Журнал Белорусского государственного университета. Физика. - 2020. - №1. - С. 4-15.
Claims (1)
- Устройство измерения выходных характеристик волоконно-оптических фотоакустических излучателей, содержащее генератор электрических сигналов произвольной формы, соединенный с волоконно-оптическим лазерным модулем, отличающееся тем, что дополнительно содержит на выходе волоконно-оптического лазерного модуля волоконно-оптический разветвитель 1×2, первый вывод которого соединен с контрольным фотодиодом, подключенным к первому порту осциллографа, второй вывод волоконно-оптического разветвителя 1×2 соединен через волоконно-оптический изолятор с помощью волоконно-оптической розетки с исследуемым волоконно-оптическим фотоакустическим излучателем, закрепленным на трехмерной координатной юстировочной системе в кювете, заполненной необходимым для работы исследуемого волоконно-оптического фотоакустического излучателя веществом, напротив приемника акустических колебаний, подключенного ко второму порту осциллографа.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| BY20200257 | 2020-10-27 | ||
| BYU20200257 | 2020-10-27 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU208295U1 true RU208295U1 (ru) | 2021-12-13 |
Family
ID=79175628
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021113152U RU208295U1 (ru) | 2020-10-27 | 2021-05-05 | Устройство измерения выходных характеристик волоконно-оптических фотоакустических излучателей |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU208295U1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060182153A1 (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-17 | Jian Liu | Electronically tuned self-starting polarization shaping mode locked fiber laser |
| US20080187013A1 (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-07 | Finisar Corporation | Opto-isolator including a vertical cavity surface emitting laser |
| RU2605639C1 (ru) * | 2015-06-30 | 2016-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | Способ и устройство для стабилизации оптической мощности и спектрального состава излучения волоконного лазера ультракоротких импульсов |
| TW201801486A (zh) * | 2016-06-30 | 2018-01-01 | 聚威科技股份有限公司 | 具有雷射光分路裝置的光纖雷射傳輸系統 |
-
2021
- 2021-05-05 RU RU2021113152U patent/RU208295U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20060182153A1 (en) * | 2005-02-16 | 2006-08-17 | Jian Liu | Electronically tuned self-starting polarization shaping mode locked fiber laser |
| US20080187013A1 (en) * | 2007-02-07 | 2008-08-07 | Finisar Corporation | Opto-isolator including a vertical cavity surface emitting laser |
| RU2605639C1 (ru) * | 2015-06-30 | 2016-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ОБЪЕДИНЕНИЕ "ИРЭ-Полюс" (ООО НТО "ИРЭ-Полюс") | Способ и устройство для стабилизации оптической мощности и спектрального состава излучения волоконного лазера ультракоротких импульсов |
| TW201801486A (zh) * | 2016-06-30 | 2018-01-01 | 聚威科技股份有限公司 | 具有雷射光分路裝置的光纖雷射傳輸系統 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107356320B (zh) | 一种脉冲超声声场检测装置与方法 | |
| TWI797254B (zh) | 載子壽命測定方法及載子壽命測定裝置 | |
| RU208295U1 (ru) | Устройство измерения выходных характеристик волоконно-оптических фотоакустических излучателей | |
| CN111641100B (zh) | 一种激光器输出控制装置、控制方法及激光测风雷达 | |
| US11782078B2 (en) | Method and apparatus for pulsed power measurement | |
| US8649010B2 (en) | Integral transformed optical measurement method and apparatus | |
| CN115856349A (zh) | 基于激光多普勒效应的湍流水体剖面流速探测方法及装置 | |
| CN113340563B (zh) | 声光调制器动态消光比的测试方法 | |
| CN110954207B (zh) | 一种聚焦超声焦点声波结构的检测装置及检测方法 | |
| TWI801500B (zh) | 濃度測定方法及濃度測定裝置 | |
| CN113671467A (zh) | 测试系统及方法 | |
| JP2923770B2 (ja) | 光ファイバー構成要素での反射損失を測定する方法及び装置 | |
| US4176954A (en) | Equipment for measuring the length of dielectric elements transmitting optical frequencies | |
| CN207557479U (zh) | 基于共焦f-ｐ腔的低散斑噪声激光多普勒测速装置 | |
| CN217238262U (zh) | 一种光纤质量检测装置 | |
| JP2763586B2 (ja) | 光ファイバ障害点探索方法および装置 | |
| Sudbo | An optical time-domain reflectometer with low-power InGaAsP diode laser | |
| CN116337777B (zh) | 一种基于单光梳的宽频带光声光谱测量系统及方法 | |
| CN112113746B (zh) | 基于外调制光源法的光源频闪测试仪的校准方法及校准系统 | |
| RU95109208A (ru) | Авиационный лазерный газоанализатор для обнаружения утечек из трубопроводов | |
| CN209841784U (zh) | 一种透射式光纤声发射系统 | |
| JP2022035564A (ja) | 距離測定装置及び距離測定方法 | |
| CN116027300A (zh) | 一种基于时间透镜效应的激光雷达装置 | |
| CN114486202A (zh) | 一种简单易调的色散超快测量系统及方法 | |
| CN117191349A (zh) | 一种基于交叉相位调制的光纤非线性系数测量装置和方法 |