RU2608394C1 - Device for measuring parameters of physical fields - Google Patents
Device for measuring parameters of physical fields Download PDFInfo
- Publication number
- RU2608394C1 RU2608394C1 RU2015126527A RU2015126527A RU2608394C1 RU 2608394 C1 RU2608394 C1 RU 2608394C1 RU 2015126527 A RU2015126527 A RU 2015126527A RU 2015126527 A RU2015126527 A RU 2015126527A RU 2608394 C1 RU2608394 C1 RU 2608394C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- amplitude detector
- photodetector
- optical sensor
- physical
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/12—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance
- G01K11/125—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in colour, translucency or reflectance using changes in reflectance
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/07—Arrangements for monitoring or testing transmission systems; Arrangements for fault measurement of transmission systems
Abstract
Description
Техническое решение относится к технике оптических измерений, в частности к устройствам для измерения параметров физических полей (температура или механическое натяжение) с помощью оптических датчиков, включая датчики в интегральном и волоконно-оптическом исполнении (интерферометры Фабри-Перо, решетки Брэгга, датчики на тонкопленочных фильтрах и т.д.), у которых существует зависимость смещения по частоте их спектральной, как правило, полосовой резонансной характеристики, в зависимости от параметров приложенных физических полей.The technical solution relates to the technique of optical measurements, in particular to devices for measuring the parameters of physical fields (temperature or mechanical tension) using optical sensors, including sensors in integrated and fiber-optic design (Fabry-Perot interferometers, Bragg gratings, sensors on thin-film filters etc.), in which there is a dependence of the frequency shift of their spectral, as a rule, band resonance characteristic, depending on the parameters of the applied physical fields.
Известно устройство для измерения параметров физических полей (см. электронный ресурс www.forc-photonics.ru, «Волоконно-оптический зондовый термометр», файл termometr_final.pdf, ООО ИП «НЦВО-Фотоника», 14.10.2008), которое содержит последовательно соединенные широкополосный лазерный излучатель, оптический разветвитель-циркулятор, волоконно-оптический кабель, оптический датчик, блок спектрального анализа принятого излучения и фотоприемный блок, соединенный с входом контроллера определения параметра физического поля, в котором производится математическая обработка спектрального смещения, по которому с учетом калибровки определяют параметр физического поля, в конкретном случае температуру. Известны аналогичные устройства для измерения параметров и других физических полей.A device for measuring the parameters of physical fields is known (see electronic resource www.forc-photonics.ru , “Fiber Optic Probe Thermometer”, file termometr_final.pdf, LLC IP NTsVO-Photonika, October 14, 2008), which contains series-connected a broadband laser emitter, an optical splitter-circulator, an optical fiber cable, an optical sensor, a unit for spectral analysis of the received radiation, and a photodetector unit connected to the input of the controller for determining the parameter of the physical field in which the mathematical processing of spectral bias, according to which, taking into account the calibration, the parameter of the physical field is determined, in a particular case the temperature. Known similar devices for measuring parameters and other physical fields.
Устройство работает следующим образом. Генерируют широкополосное излучение в лазерном излучателе, передают его к оптическому датчику по волоконно-оптическому кабелю, принимают излучение, преобразованное в оптическом датчике в блоке спектрального анализа принятого излучения и фотоприемном блоке, и определяют параметры физического поля, прецизионно регистрируя спектральное смещение резонансной длины волны оптического датчика.The device operates as follows. Generate broadband radiation in a laser emitter, transmit it to the optical sensor via a fiber optic cable, receive radiation converted in the optical sensor in the spectral analysis unit of the received radiation and the photodetector unit, and determine the parameters of the physical field by accurately recording the spectral shift of the resonant wavelength of the optical sensor .
Недостатком указанного устройства является необходимость использования сложных дорогостоящих блока спектрального анализа принятого излучения и фотоприемного блока для регистрации спектрального смещения (как правило, это оптические анализаторы спектра). Оптоэлектронная спектральная обработка сигналов также представляется сложной и требует наличия либо перестраиваемых лазерных излучателей, либо сложных систем спектральной фильтрациии, либо нескольких фотоприемников, либо, как вариант, системы матричных ПЗС-приемников. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения параметров физических полей и снижению их точности в целом.The disadvantage of this device is the need to use complex expensive unit spectral analysis of received radiation and a photodetector unit for recording spectral bias (as a rule, these are optical spectrum analyzers). Optoelectronic spectral signal processing also seems to be complex and requires either tunable laser emitters, or complex spectral filtering systems, or several photodetectors, or, as an option, a system of CCD array receivers. All this leads to the appearance of additional sources of errors in the measurement of the parameters of physical fields and a decrease in their accuracy in general.
Прототипом технического решения является устройство для измерения параметров физических полей (см. Патент РФ №122174 U1 «Устройство для измерения параметров физических полей», МПК G01K 11/32 (2006.01), заявка 2012124693/28, опубл. 20.11.2012, Бюл. №32), которое содержит последовательно соединенные четырехчастотный лазерный излучатель, первый волоконно-оптический кабель, оптический датчик, второй волоконно-оптический датчик, фотоприемник, выход фотоприемника через первый избирательный фильтр и первый амплитудный детектор подключен к первому входу контроллера определения параметра физического поля и параллельно через второй избирательный фильтр и второй амплитудный детектор к его второму входу.The prototype of the technical solution is a device for measuring the parameters of physical fields (see RF Patent No. 122174 U1 "Device for measuring the parameters of physical fields", IPC G01K 11/32 (2006.01), application 2012124693/28, published on November 20, 2012, Bull. No. 32), which contains a four-frequency laser emitter connected in series, a first fiber-optic cable, an optical sensor, a second fiber-optic sensor, a photodetector, the output of the photodetector through the first selective filter and the first amplitude detector connected to the first input of the controller determining the parameter of the physical field and in parallel through the second selective filter and the second amplitude detector to its second input.
Прототип работает следующим образом. В четырехчастотном лазерном излучателе генерируют пару сигналов близкой амплитуды со средней частотой, соответствующей определенной частоте полосы пропускания оптического датчика при заданном параметре физического поля, и разностной частотой, достаточно узкой, для того чтобы оба сигнала попали в указанную полосу пропускания, передают сгенерированную пару сигналов к оптическому датчику по первой оптической среде, принимают прошедшую через оптический датчик пару сигналов, передаваемую по второй оптической среде, дополнительно генерируют вторую пару сигналов со средней частотой, соответствующей второй определенной частоте полосы пропускания оптического датчика при том же заданном параметре физического поля, и второй разностной частотой, не равной первой, достаточно узкой, для того чтобы оба сигнала попали в указанную полосу пропускания, так что средняя частота обеих пар соответствует центральной частоте полосы пропускания оптического датчика, а разность между средними частотами пар равна его полуширине, передают вторую сгенерированную пару сигналов к оптическому датчику по первой оптической среде, принимают прошедшую через оптический датчик вторую пару сигналов, передаваемую по второй оптической среде, выделяют биения пар сигналов на первой и второй разностной частотах и амплитуды их огибающих, а для определения параметра физического поля находят разность между амплитудами огибающих, по зависимости от разности амплитуд огибающих определяют обобщенную расстройку полосы пропускания оптического датчика от средней частоты первой и второй сгенерированных пар сигналов, которая однозначно связана с параметром измеряемого физического поля.The prototype works as follows. In a four-frequency laser emitter, a pair of signals of close amplitude with an average frequency corresponding to a certain frequency of the passband of the optical sensor for a given parameter of the physical field and a difference frequency sufficiently narrow so that both signals fall into the specified passband are transmitted, transmit the generated pair of signals to the optical the sensor in the first optical medium, receive a pair of signals transmitted through the optical sensor transmitted in the second optical medium, additionally a generator a second pair of signals with an average frequency corresponding to the second determined frequency bandwidth of the optical sensor for the same specified parameter of the physical field, and a second difference frequency not equal to the first, narrow enough so that both signals fall into the specified bandwidth, so that the average the frequency of both pairs corresponds to the center frequency of the passband of the optical sensor, and the difference between the average frequencies of the pairs is equal to its half width, transmit the second generated pair of signals to the optical for the sensor using the first optical medium, a second pair of signals transmitted through the optical sensor transmitted through the second optical medium is received, the beats of the pairs of signals at the first and second difference frequencies and the amplitudes of their envelopes are extracted, and to determine the parameter of the physical field, the difference between the amplitudes of the envelopes is found by Depending on the difference in envelope amplitudes, the generalized detuning of the optical sensor passband from the average frequency of the first and second generated signal pairs is determined, which is uniquely related on with the parameter of the measured physical field.
Недостатком прототипа устройства является необходимость детектирования, фильтрации и обработки двух неравных разностных частот и одновременная обработка двух каналов измерения. Определение разности амплитуд от средних частот первой и второй сгенерированных пар сигналов, каждая из которых подвержена воздействию шумов и помех различной природы. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения параметров физических полей и снижению их точности в целом.The disadvantage of the prototype device is the need for detection, filtering and processing of two unequal difference frequencies and the simultaneous processing of two measurement channels. Determination of the difference in amplitudes from the middle frequencies of the first and second generated pairs of signals, each of which is exposed to noise and interference of various nature. All this leads to the appearance of additional sources of errors in the measurement of the parameters of physical fields and a decrease in their accuracy in general.
Технический результат заключается в повышении точности измерений, упрощении и удешевлении устройства для измерения параметров физических полей.The technical result consists in increasing the accuracy of measurements, simplifying and cheapening the device for measuring the parameters of physical fields.
Технический результат в устройстве для измерения параметров физических полей, содержащем последовательно соединенные источник четырехчастотного сигнала, первый волоконно-оптический кабель, оптический датчик, второй волоконно-оптический кабель; а также первый фотоприемник, первый амплитудный детектор, второй амплитудный детектор, контроллер определения параметра физического поля, причем первый амплитудный детектор подключен к первому входу контроллера определения параметра физического поля, а второй амплитудный детектор подключен к его второму входу, достигается тем, что введены оптический разветвитель сигнала, два оптических избирательных фильтра, второй фотоприемник, два полосовых фильтра, при этом выход второго волоконно-оптического кабеля подключен к оптическому разветвителю сигнала, а первый выход оптического разветвителя сигнала через последовательно соединенные первый оптический избирательный фильтр, первый фотоприемник, первый полосовой фильтр подключен к первому амплитудному детектору, а второй выход оптического разветвителя сигнала через последовательно соединенные второй оптический избирательный фильтр, второй фотоприемник, второй полосовой фильтр подключен ко второму амплитудному детектору.The technical result in a device for measuring the parameters of physical fields, containing a series-connected source of a four-frequency signal, a first fiber optic cable, an optical sensor, a second fiber optic cable; as well as a first photodetector, a first amplitude detector, a second amplitude detector, a physical field parameter determination controller, wherein a first amplitude detector is connected to a first input of a physical field parameter determination controller, and a second amplitude detector is connected to its second input, an optical splitter is introduced signal, two optical selective filters, a second photodetector, two band-pass filters, while the output of the second fiber-optic cable is connected to the optical signal splitter, and the first output of the optical signal splitter through a series-connected first optical selective filter, the first photodetector, the first bandpass filter connected to the first amplitude detector, and the second output of the optical signal splitter through a series-connected second optical selective filter, the second photodetector, the second bandpass filter to the second amplitude detector.
Устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика на основе волоконной решетки Брэгга.The device can be performed using an optical sensor based on a Bragg fiber grating.
Устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика на основе интерферометра Фабри-Перо.The device can be performed using an optical sensor based on a Fabry-Perot interferometer.
Устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика на основе тонкопленочного фильтра.The device can be performed using an optical sensor based on a thin-film filter.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства для измерения параметров физических полей.In FIG. 1 shows a block diagram of a device for measuring parameters of physical fields.
На фиг. 2 изображены зависимости амплитуд огибающих биений сигналов первой и второй пары, прошедших через оптический датчик, и их разности от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика 3 для случая подачи на него от источника лазерного излучения четырех сигналов одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте его полосы пропускания при заданном значении параметра физического поля. Первая пара сигналов сформирована из первого и второго сигналов, вторая - из третьего и четвертого. При этом разностные частоты пар Ω1 и Ω2 одинаковы, а разность между средними частотами первой и второй пар равна полуширине полосы пропускания оптического датчика. Зависимости даны в предположении, что оптический датчик имеет треугольную спектральную характеристику, например треугольная решетка Брэгга.In FIG. Figure 2 shows the dependences of the amplitudes of the beat envelope of the signals of the first and second pairs transmitted through the optical sensor and their difference on the generalized detuning of the passband of the
Устройство для измерения параметров физических полей (фиг. 1) содержит последовательно соединенные источник четырехчастотного сигнала 1, первый волоконно-оптический кабель 2, оптический датчик 3, второй волоконно-оптический кабель 4; а также первый фотоприемник 5, первый амплитудный детектор 6, второй амплитудный детектор 7, контроллер определения параметра физического поля 8, причем первый амплитудный детектор 6 подключен к первому входу контроллера определения параметра физического поля 8, а второй амплитудный детектор 7 подключен к его второму входу, оптический разветвитель сигнала 9, два оптических избирательных фильтра 10 и 11, второй фотоприемник 12, два полосовых фильтра 13 и 14, при этом выход второго волоконно-оптического кабеля 4 подключен к оптическому разветвителю сигнала 9, а первый выход оптического разветвителя сигнала 9 через последовательно соединенные первый оптический избирательный фильтр 10, первый фотоприемник 5, первый полосовой фильтр 13 подключен к первому амплитудному детектору 6, а второй выход оптического разветвителя сигнала 9 через последовательно соединенные второй оптический избирательный фильтр 11, второй фотоприемник 12, второй полосовой фильтр 14 подключен ко второму амплитудному детектору 7.A device for measuring the parameters of physical fields (Fig. 1) contains a series-connected source of a four-
Устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика 3 на основе волоконной решетки Брэгга.The device can be performed using an
Устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика 3 на основе интерферометра Фабри-Перо.The device can be performed using an
Устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика 3 на основе тонкопленочного фильтра.The device can be performed using an
Блоки источник четырехчастотного сигнала 1, первый фотоприемник 5, первый амплитудный детектор 6, второй амплитудный детектор 7, контроллер определения параметра физического поля 8, второй фотоприемник 12, первый полосовой фильтр 13, второй полосовой фильтр 14 имеют систему электропитания, которая не показана на фиг. 1.The four-frequency
Рассмотрим работу устройства для измерения параметров физических полей.Consider the operation of the device for measuring the parameters of physical fields.
Например, при измерении параметров физических полей (температуры или механического натяжения) оптический датчик 3 размещают на объекте исследования. Далее включают систему электропитания перечисленных выше блоков и проводят измерение.For example, when measuring the parameters of physical fields (temperature or mechanical tension), the
При измерении параметров физических полей с помощью четырехчастотного источника лазерного излучения 1 одновременно генерируют четыре сигнала одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте полосы пропускания оптического датчика 3 при заданном значении параметра физического поля. Первая пара сигналов сформирована из первого и второго сигналов, вторая - из третьего и четвертого. При этом разностные частоты пар Ω1 и Ω2 одинаковы, а разность между средними частотами первой и второй пар равна полуширине полосы пропускания оптического датчика 3.When measuring the parameters of physical fields using a four-frequency source of
Затем передают сгенерированные пары сигналов к оптическому датчику 3 по первой оптической среде, в качестве которой выбран первый волоконно-оптический кабель 2.Then, the generated signal pairs are transmitted to the
В сгенерированных парах сигналов, проходящих через оптический датчик 3, происходит изменение амплитуд отдельных составляющих в зависимости от направления и величины частотного смещения его полосы пропускания, вызванного приложенным физическим полем и однозначно определяемого параметром данного поля.In the generated pairs of signals passing through the
Далее с помощью оптического разветвителя сигнала 9, первого избирательного фильтра 10 и второго избирательного фильтра 11 выделяют прошедшие через оптический датчик 3 первую и вторую пару сигналов, передаваемые от оптического датчика 3 к оптическому разветвителю сигнала по второй оптической среде, в качестве которой выбран второй волоконно-оптический кабель 4. Далее с помощью первого фотоприемника 5 и второго фотоприемника 12 образуют сигналы, соответствующие биениям сигналов первой и второй пар, которые выделяются соответственно первым 13, настроенным на частоту Ω1, и вторым 14, настроенным на частоту Ω2, полосовыми фильтрами. Далее в первом 6 и втором 7 амплитудных детекторах соответственно определяется амплитуда огибающих первой UΩ1 и второй UΩ2 пар. Далее с помощью контроллера определения параметра физического поля 8 сравнивают амплитуды огибающих первой UΩ1 и второй UΩ2 пар. Если UΩ1>UΩ2, то дальнейшее определение величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика 3 от параметров физического поля производят по амплитуде огибающей первой пары UΩ1. Если UΩ1<UΩ2, то дальнейшее определение величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика 3 от параметров физического поля производят по амплитуде огибающей первой пары UΩ2. Ненулевая амплитуда огибающей пары, по которой в данный момент не производится определение величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика 3 от параметров физического поля, показывает, что величина амплитуды огибающей пары, по которой производят определение параметров физического поля, соответствует величине частотного смещения ближайшего к точке пересечения зависимостей амплитуд огибающих биений сигналов первой и второй пар UΩ1 и UΩ2 от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика 3 (фиг. 2), этим устраняется возникающая неоднозначность определения величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика 3 от параметров физического поля (фиг. 2)Next, using the
По полученным значениям и заложенным в контроллере определения параметра физического поля 8 зависимости разности между амплитудами огибающих биений сигналов первой и второй пар UΩ1 и UΩ2, прошедших через оптический датчик 3, от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика 3 (фиг. 2) и зависимости направления и величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика 3 от параметров физического поля однозначно определяют измеряемый параметр физического поля.According to the obtained values and the physical field
На фиг. 2 изображена зависимость амплитуд огибающих биений сигналов первой и второй пар UΩ1 и UΩ2, прошедших через оптический датчик 3 от обобщенной расстройки его полосы пропускания для случая подачи на него от источника лазерного излучения 1 четырех сигналов одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте его полосы пропускания при заданном значении параметра физического поля. Первая пара сигналов сформирована из первого и второго сигналов, вторая - из третьего и четвертого. При этом разностные частоты пар Ω1 и Ω2 одинаковы, а разность между средними частотами первой и второй пар равна полуширине полосы пропускания оптического датчика 3. В этом случае обеспечиваются оптимальные по чувствительности и крутизне измерительного преобразования параметры устройства.In FIG. Figure 2 shows the dependence of the amplitudes of the beat envelopes of the signals of the first and second pairs U Ω1 and U Ω2 transmitted through the
При заданном (калибровочном) параметре физического поля средняя частота сгенерированных четырех сигналов будет соответствовать расстройке «0», средняя частота первой пары будет расположена с расстройкой, средняя частота второй пары с расстройкой. Их амплитуды будут равны (фиг. 2). При частотном смещении полосы пропускания оптического датчика 3 в зависимости от изменений параметра физического поля положение компонент сгенерированной пары сигналов относительно полосы пропускания будет меняться, будут меняться амплитуды огибающих биений пар, прошедших через оптический датчик 3 в соответствии с представленной зависимостью UΩ1 и UΩ2 (фиг. 2).For a given (calibration) parameter of the physical field, the average frequency of the generated four signals will correspond to the detuning “0”, the average frequency of the first pair will be located with the detuning, the average frequency of the second pair with the detuning. Their amplitudes will be equal (Fig. 2). With the frequency shift of the passband of the
При известной зависимости величины расстройки полосы пропускания оптического датчика от значения параметра приложенного физического поля (например, для волоконно-оптической решетки Брэгга - типичные значения расстройки в зависимости от температуры ~0.01 нм/К и от относительного удлинения световода ~ 103ΔL/L (нм) (С.А. Васильев, О.И. Медведков, И.Г. Королев, Е.М. Дианов. Фотоиндуцированные волоконные решетки показателя преломления и их применения, Фотон-Экспресс-Наука, 6, стр. 163-183, 2004)) определяют значение параметра приложенного физического поля.With the known dependence of the magnitude of the detuning of the passband of the optical sensor on the value of the parameter of the applied physical field (for example, for the Bragg fiber optic array, typical values of the detuning depending on the temperature are ~ 0.01 nm / K and on the relative fiber elongation ~ 10 3 ΔL / L (nm ) (S. A. Vasiliev, O. I. Medvedkov, I. G. Korolev, and E. M. Dianov. Photoinduced fiber gratings of the refractive index and their applications, Photon Express-Nauka, 6, pp. 163-183, 2004 )) determine the value of the parameter of the applied physical field.
Таким образом, по полученным величинам амплитуд огибающих биений первой и второй пар UΩ1 и UΩ2, прошедших через оптический датчик 3, в соответствии с представленной зависимостью определяют обобщенную расстройку полосы пропускания оптического датчика 3 и далее по зависимости обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика 3 от параметра приложенного физического поля в контроллере определения параметра физического поля 8 однозначно определяют параметр измеряемого физического поля.Thus, according to the obtained values of the amplitudes of the envelopes of the beats of the first and second pairs U Ω1 and U Ω2 passed through the
Устройство может быть реализовано с использованием различных типов оптических датчиков 3, конкретный вид которых определяется в зависимости от решаемых задач и характера приложенного физического поля. Это могут быть волоконная решетка Брэгга, или интерферометр Фабри-Перо, или тонкопленочный фильтр. Зависимости даны в предположении, что оптический датчик имеет треугольную спектральную характеристику, например треугольная решетка Брэгга. При использовании спектральных характеристик оптических датчиков с нелинейной формой вид результирующих характеристик UΩ1 и UΩ2 также будет иметь нелинейные участки, однако на однозначности определения физического параметра это не скажется.The device can be implemented using various types of
Устройство для измерения параметров физических полей (температура или механическое натяжение) может быть реализовано на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1300 нм (возможны и другие длины волн):A device for measuring the parameters of physical fields (temperature or mechanical tension) can be implemented on the following elements, designed to operate at a wavelength of 1300 nm (other wavelengths are possible):
- источник лазерного излучения 1 - один лазерный диод IDL10S-1300 НИИ «Полюс» или лазерный диод ДМПО131-22 ООО НПФ «Дилаз» и два модулятора на основе интерферометра Маха-Цендера 500-х-13 компании Laser2000;- laser radiation source 1 - one laser diode IDL10S-1300 Research Institute "Polyus" or laser diode DMPO131-22 LLC NPF "Dilaz" and two modulators based on a Mach-Zehnder 500-x-13 interferometer from Laser2000;
- волоконно-оптические кабели 2, 4 - эталонные шнуры или кабели ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ»;- fiber-
- оптический датчик 3 - волоконная решетка Брэгга, интерферометр Фабри-Перо, тонкопленочные фильтры ООО ИП «НЦВО-Фотоника»;- optical sensor 3 - Bragg fiber grating, Fabry-Perot interferometer, thin-film filters of IP NTsVO-Photonika LLC;
- оптический разветвитель 9 - FBT 1×2, 50/50, G.652 SC/UPC, "Связьстройдеталь";- optical splitter 9 -
- фотоприемники 5, 12 - высокоскоростные волоконно-оптические InGaAs/InP микроволновые широкополосные PIN фотоприемники (приемные модули) НПФ «ДиЛаз», например, ДФДМШ-40-16;-
- контроллер 8 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;- controller 8 - microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc .;
- избирательные фильтры 10-11 - фирмы Agilent;- selective filters 10-11 - Agilent;
- полосовые фильтры 13-14 - фирмы K&L Microwave;- band-pass filters 13-14 - firms K&L Microwave;
- амплитудные детекторы 6-7 - сдвоенный амплитудный детектор AD8302-a (Analog Devices).- amplitude detectors 6-7 - dual amplitude detector AD8302-a (Analog Devices).
Для построения датчика параметров физических полей все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле или в интегральном исполнении.To build a sensor of parameters of physical fields, all of these blocks of generation, reception and processing of signals can be performed on a single chip or in integral design.
По сравнению с устройством по прототипу для измерения параметров физических полей с помощью оптических датчиков, включая датчики в интегральном и волоконно-оптическом исполнении, у которых существует зависимость смещения по частоте их спектральной характеристики в зависимости от параметров приложенных физических полей, предложенное устройство с четырехчастотным зондированием оптического датчика и измерением параметра физического поля по разности между амплитудами огибающих биений пар сигналов, прошедших через оптический датчик, не требует:Compared with the device of the prototype for measuring the parameters of physical fields using optical sensors, including sensors in integrated and fiber-optic versions, in which there is a dependence of the frequency offset of their spectral characteristics depending on the parameters of the applied physical fields, the proposed device with four-frequency sounding optical the sensor and measuring the parameter of the physical field by the difference between the amplitudes of the envelope of the beats of the pairs of signals transmitted through the optical sensor, e requires:
- во-первых, применения сложных дорогостоящих оптических систем определения спектрального смещения, что значительно снижает стоимость устройств;- firstly, the use of complex expensive optical systems for determining the spectral bias, which significantly reduces the cost of the devices;
- во-вторых, применения для анализа оптических сигналов избирательных элементов, которые обладают собственной зависимостью от изменений измеряемых физических полей.- secondly, applications for the analysis of optical signals of selective elements, which have their own dependence on changes in the measured physical fields.
Испытания опытного устройства измерения параметров физических полей были проведены на оптических датчиках, выполненных на волоконных решетках Брэгга, изготовленных и откалиброванных на оптических анализаторах спектра Yokogawa в лаборатории КНИТУ-КАИ им. А.Н. Туполева (Казань), и показали, что использование устройства четырехчастотного зондирования оптического датчика с измерением параметра по разности амплитуд огибающих биений пар сигналов позволило достичь погрешности измерения температуры 0,01°С в диапазоне ±60°С. При этом погрешность измерения определялась в основном погрешностью АЦП контроллера определения температуры.Tests of the experimental device for measuring the parameters of physical fields were carried out on optical sensors made on Bragg fiber gratings made and calibrated on optical spectrum analyzers Yokogawa in the laboratory of KNITU-KAI named after A.N. Tupolev (Kazan), and showed that the use of a four-frequency sensing device of an optical sensor with a parameter measured by the difference in the amplitudes of the envelopes of the beats of the signal pairs made it possible to achieve a temperature measurement error of 0.01 ° C in the range of ± 60 ° C. In this case, the measurement error was determined mainly by the error of the ADC of the temperature determination controller.
Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи - упрощении, повышении точности и удешевлении устройств измерения параметров физических полей.All this allows us to talk about achieving a solution to the technical problem - simplification, increasing accuracy and cheaper devices for measuring the parameters of physical fields.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126527A RU2608394C1 (en) | 2015-07-02 | 2015-07-02 | Device for measuring parameters of physical fields |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015126527A RU2608394C1 (en) | 2015-07-02 | 2015-07-02 | Device for measuring parameters of physical fields |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2608394C1 true RU2608394C1 (en) | 2017-01-18 |
Family
ID=58455918
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015126527A RU2608394C1 (en) | 2015-07-02 | 2015-07-02 | Device for measuring parameters of physical fields |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2608394C1 (en) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU203379U1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Fiber Optic Pressure Monitoring Device |
RU203603U1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | FIBER OPTICAL PRESSURE MEASURING DEVICE |
RU203788U1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | FIBER OPTICAL PRESSURE MEASURING DEVICE |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2260199C2 (en) * | 2003-08-04 | 2005-09-10 | Кривоносов Ростислав Иванович | Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields |
US7680160B2 (en) * | 2002-02-12 | 2010-03-16 | Finisar Corporation | Control circuit for optoelectronic module with integrated temperature control |
RU2495380C2 (en) * | 2010-09-22 | 2013-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) | Measuring method of parameters of physical fields |
RU2512616C2 (en) * | 2012-06-14 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of measuring parameters of physical fields and device for realising said method |
-
2015
- 2015-07-02 RU RU2015126527A patent/RU2608394C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7680160B2 (en) * | 2002-02-12 | 2010-03-16 | Finisar Corporation | Control circuit for optoelectronic module with integrated temperature control |
RU2260199C2 (en) * | 2003-08-04 | 2005-09-10 | Кривоносов Ростислав Иванович | Method and device for determining parameters of gravitation and wave fields |
RU2495380C2 (en) * | 2010-09-22 | 2013-10-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) | Measuring method of parameters of physical fields |
RU2512616C2 (en) * | 2012-06-14 | 2014-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Method of measuring parameters of physical fields and device for realising said method |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU203379U1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | Fiber Optic Pressure Monitoring Device |
RU203603U1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-14 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | FIBER OPTICAL PRESSURE MEASURING DEVICE |
RU203788U1 (en) * | 2020-12-15 | 2021-04-21 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | FIBER OPTICAL PRESSURE MEASURING DEVICE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6525308B1 (en) | Apparatus and method for wavelength detection with fiber bragg grating sensors | |
CA2288746C (en) | Distributed sensing system | |
RU102256U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
CN107872274B (en) | Method for measuring dispersion coefficient of optical fiber | |
US10731969B2 (en) | In-line fiber sensing, noise cancellation and strain detection | |
CN102003970A (en) | Dynamic signal demodulation method for fiber laser sensor | |
CN103278185A (en) | Cavity ring-down fiber grating sensing demodulating device based on calibrated fiber grating | |
CN109084904A (en) | A kind of high-accuracy wavelength measuring device based on three F-P etalons | |
RU2608394C1 (en) | Device for measuring parameters of physical fields | |
RU2512616C2 (en) | Method of measuring parameters of physical fields and device for realising said method | |
CN106017533A (en) | Rapid tuning real-time calibration fiber grating demodulation device and work method | |
CN101900575B (en) | Opto-sensor based on active resonant cavity and passive resonant cavity cascaded with same | |
RU161644U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
CN102419312B (en) | Cascade optical waveguide sensor based on passive resonant cavity and grating demultiplexer | |
CN104729750A (en) | Distributed optical fiber temperature sensor based on Brillouin scattering | |
RU2377497C1 (en) | Facility for measuring deformations on base of quasi-distributed fibre-optical sencors on bragg grids | |
RU92180U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
RU2721739C1 (en) | Fiber-optic instantaneous frequency measuring system of multiple microwave signals | |
CN205898164U (en) | A fiber grating formula sensing system that is used for temperature and meets an emergency simultaneous measurement | |
RU193095U1 (en) | Fiber optic device for measuring instantaneous frequencies of multiple microwave signals | |
CN111811554A (en) | Optical cavity ring-down-based large-range high-precision fiber grating sensing method and device | |
RU2495380C2 (en) | Measuring method of parameters of physical fields | |
CN108204827A (en) | A kind of phase-shifted fiber grating demodulating system | |
Misbakhov | Combined raman DTS and address FBG sensor system for distributed and point temperature and strain compensation measurements | |
RU122174U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200703 |