PL192569B1

PL192569B1 - Physical parameters measuring meter

Info

Publication number: PL192569B1
Application number: PL339103A
Authority: PL
Inventors: Arkadiusz Antończak; Hubert Trzaska; Krzysztof Abramski; Paweł Bieńkowski
Original assignee: Politechnika Wroclawska
Priority date: 2000-03-17
Filing date: 2000-03-17
Publication date: 2006-11-30
Also published as: PL339103A1

Abstract

Miernik do pomiaru wielkości fizycznych wyposażony w laser, który tworzą osadzone osiowo element elektrooptyczny z parą elektrod modulacyjnych, ośrodek czynny lasera oraz dwa zwierciadła, przy czym promień światła z lasera jest kierowany poprzez optyczne wejście przestrajanego filtru optycznego i światłowód na wejście fotodetektora, natomiast z wyjścia fotodetektora sygnał elektryczny jest kierowany poprzez wzmacniacz do układu wskaźnikowego, znamienny tym, że sygnał elektryczny ze wzmacniacza (10) jest kierowany jednocześnie do układu wskaźnikowego (11) i do układu stabilizacji filtru optycznego (12), natomiast z wyjścia układu stabilizacji filtru optycznego (12) do elektrycznego wejścia filtru optycznego (7).A meter for measuring physical quantities equipped with a laser, which consists of an axially mounted electro-optical element with a pair of modulating electrodes, a laser active medium and two mirrors, wherein a light beam from the laser is directed through the optical input of a tunable optical filter and an optical fiber to the input of a photodetector, while from the output of the photodetector an electric signal is directed through an amplifier to an indicator system, characterized in that the electric signal from the amplifier (10) is directed simultaneously to the indicator system (11) and to the optical filter stabilization system (12), while from the output of the optical filter stabilization system (12) to the electric input of the optical filter (7).

Description

Opis wynalazkuDescription of the invention

Przedmiotem wynalazku jest miernik do pomiaru wielkości fizycznych, przeznaczony zwłaszcza do stosowania w szerokopasmowych pomiarach wielkości szybkozmiennych, gdzie konieczne i korzystne jest oddzielenie czujnika pomiarowego i układu pomiarowego - wskaźnikowego od układu mierzonego, w szczególności zaś do pomiaru pola elektromagnetycznego. Przedstawiany miernik może być również stosowany do pomiaru dowolnej wielkości fizycznej, którą można przetworzyć na zmienne napięcie elektryczne.The subject of the invention is a meter for measuring physical quantities, intended especially for use in broadband measurements of fast-changing quantities, where it is necessary and advantageous to separate the measuring sensor and the measuring-indicator system from the measured system, in particular for measuring the electromagnetic field. The presented meter can also be used to measure any physical quantity that can be converted into a variable electrical voltage.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 190 762 miernik do pomiaru wielkości fizycznych jest wyposażony w laser, który tworzą element elektrooptyczny, osadzony współosiowo wraz z ośrodkiem czynnym lasera pomiędzy dwoma zwierciadłami rezonatora laserowego. Promień światła z lasera przez filtr optyczny jest kierowany do fotodetektora, z którego sygnał elektryczny przez wzmacniacz przesyłany jest do układu wskaźnikowego.The meter for measuring physical quantities, known from the Polish patent specification No. 190 762, is equipped with a laser, which forms an electro-optical element, coaxially mounted with the active medium of the laser between two mirrors of the laser resonator. The beam of light from the laser through the optical filter is directed to the photo detector, from which the electric signal is sent through the amplifier to the indicator system.

Przedmiotem wynalazku jest miernik do pomiaru wielkości fizycznych wyposażony w laser, który tworzą osadzone osiowo element elektrooptyczny z parą elektrod modulacyjnych, ośrodek czynny lasera oraz dwa zwierciadła. Promień światła z lasera jest kierowany poprzez optyczne wejście przestrajanego filtru optycznego i światłowód na wejście fotodetektora, natomiast z wyjścia fotodetektora sygnał elektryczny jest kierowany poprzez wzmacniacz do układu wskaźnikowegoThe subject of the invention is a meter for measuring physical quantities equipped with a laser, which consists of an axially mounted electro-optical element with a pair of modulating electrodes, an active medium of the laser and two mirrors. The light beam from the laser is directed through the optical input of the tuned optical filter and the optical fiber to the photodetector input, while from the photodetector output the electrical signal is directed through the amplifier to the indicator circuit

Istota wynalazku polega na tym, że sygnał elektryczny ze wzmacniacza jest kierowany jednocześnie do układu wskaźnikowego do układu stabilizacji filtru optycznego, natomiast z wyjścia układu stabilizacji filtru optycznego do elektrycznego wejścia filtru optycznego.The essence of the invention consists in the fact that the electric signal from the amplifier is simultaneously directed to the indicator system to the optical filter stabilization system, and from the output of the optical filter stabilization system to the electrical input of the optical filter.

Zaletą miernika według wynalazku jest znaczne poprawienie czułości układu, zwiększenie dynamiki mierzonych wielkości fizycznych, zmniejszenie zniekształceń nieliniowych, rozszerzenie zastosowania układu do pomiarów długoterminowych. Zastosowanie w nowym mierniku układu stabilizacji filtru optycznego pozwala wyjściowym sygnałem elektrycznym miernika przestrajać przestrajalny filtr optyczny tak aby jego punkt pracy położony był na środku zbocza charakterystyki i odpowiadał częstotliwości generacji światła laserowego.The advantage of the meter according to the invention is a significant improvement in the sensitivity of the system, increasing the dynamics of the measured physical quantities, reducing non-linear distortions, and extending the use of the system for long-term measurements. The use of the optical filter stabilization system in the new meter allows the meter to tune the tunable optical filter with the output electrical signal so that its operating point is located in the middle of the slope of the characteristic and corresponds to the generation frequency of laser light.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony na rysunku, który przedstawia schemat blokowy miernika do pomiaru napięcia zmiennego.The invention is illustrated in the drawing which shows a block diagram of a meter for measuring ac voltage.

Miernik do pomiaru wielkości fizycznych, który stanowi miernik do pomiaru napięcia zmiennego wyposażony jest w laser 1, który tworzą osadzone osiowo element elektrooptyczny 3 z parą elektrod modulacyjnych 2, ośrodek czynny lasera 4 oraz dwa zwierciadła: zwierciadło 5 i zwierciadło półprzepuszczalne 6. Promień światła z lasera 1 kierowany jest na optyczne wejście przestrajanego filtru optycznego 7, z wyjścia którego promień świetlny światłowodem 8 jest kierowany do wejścia fotodetektora 9. Natomiast z wyjścia fotodetektora 9 sygnał elektryczny poprzez wzmacniacz 10 jest kierowany do układu wskaźnikowego 11 i jednocześnie do układu stabilizacji filtru optycznego 12, i dalej z wyjścia układu stabilizacji filtru optycznego 12 do elektrycznego wejścia filtru optycznego 7.The meter for measuring physical quantities, which is a meter for measuring alternating voltage, is equipped with a laser 1, which consists of an axially mounted electro-optical element 3 with a pair of modulating electrodes 2, an active medium of the laser 4 and two mirrors: a mirror 5 and a semi-transmissive mirror 6. A beam of light from of the laser 1 is directed to the optical input of the tunable optical filter 7, from the output of which the light ray through the optical fiber 8 is directed to the input of the photodetector 9. While from the output of the photodetector 9 the electric signal is directed through the amplifier 10 to the indicator system 11 and simultaneously to the optical filter stabilization system 12 , and further from the output of the optical filter stabilization circuit 12 to the electrical input of the optical filter 7.

Działanie miernika według wynalazku przebiega następująco. Mierzona wielkość fizyczna po zamianie na napięcie elektryczne moduluje częstotliwość generacji światła lasera 1. W tym celu napięcie zmienne doprowadzone jest do elektrod modulacyjnych 2 i poprzez te elektrody 2 wpływa się na właściwości optyczne elementu elektrooptycznego 3. Zmienne pole elektryczne pomiędzy elektrodami 2 powoduje zmianę współczynnika załamania światła elementu elektrooptycznego 3, a zatem i długości optycznej lasera 1. Zmiana długości optycznej lasera 1 powoduje zmianę częstotliwości promienia światła generowanego przez laser 1.The meter according to the invention operates as follows. The measured physical quantity, after conversion to electric voltage, modulates the generation frequency of laser light 1. For this purpose, the alternating voltage is applied to the modulating electrodes 2 and through these electrodes 2 it influences the optical properties of the electro-optical element 3. The alternating electric field between the electrodes 2 causes a change in the refractive index the light of the electro-optical element 3 and thus the optical length of the laser 1. Changing the optical length of the laser 1 causes a change in the frequency of the light beam generated by the laser 1.

Następnie promień światła zmodulowany częstotliwościowo wprowadzony na optyczne wejście filtru optycznego 7, gdzie przekształca się na promień światła laserowego zmodulowanego amplitudowo, przy czym przestrajany filtr optyczny 7 jest tak dobrany że częstotliwość generacji wiązki światła lasera 1 znajduje się na zboczu charakterystyki przenoszenia przestrajanego filtru optycznego 7, umożliwia to dokonanie dyskryminacji częstotliwości. Promień światła laserowego zmodulowany amplitudowo doprowadza się światłowodem 8 do fotodetektora 9, zaś sygnał elektryczny z fotodetektora 9 wzmacnia się we wzmacniaczu 10 i odczytuje za pomocą układu wskaźnikowego 11, którym może być na przykład analizator widma. Sygnał elektryczny ze wzmacniacza 10 doprowadza się również do układu stabilizacji filtru optycznego 12, który to z kolei wpływa na punkt pracy filtru optycznego 7 tak aby środkowa częstotliwość generacji lasera 1 leżała na środku zbocza charakterystyki filtru optycznego 7.Then the frequency modulated light beam introduced to the optical input of the optical filter 7, where it is transformed into a beam of amplitude modulated laser light, the tunable optical filter 7 is selected so that the generation frequency of the laser beam 1 is on the slope of the transmission characteristic of the tuned optical filter 7, this enables frequency discrimination to be made. The amplitude modulated laser light beam is fed through the optical fiber 8 to the photodetector 9, and the electric signal from the photodetector 9 is amplified in the amplifier 10 and read by an indicator system 11, which may be, for example, a spectrum analyzer. The electrical signal from the amplifier 10 is also fed to the stabilization system of the optical filter 12, which in turn influences the operating point of the optical filter 7 so that the center frequency of the laser 1 generation lies in the middle of the slope of the optical filter 7.

Claims

Patent claim

A meter for measuring physical quantities equipped with a laser, which consists of an axially embedded electro-optical element with a pair of modulating electrodes, a laser active medium and two mirrors, where the laser light beam is directed through the optical input of the tunable optical filter and the optical fiber to the photodetector input, and from the output of the photodetector, the electric signal is directed through the amplifier to the indicator system, characterized in that the electric signal from the amplifier (10) is simultaneously directed to the indicator system (11) and to the optical filter stabilization system (12), and from the output of the optical filter stabilization system (12). ) to the electrical input of the optical filter (7).