RO131811A2 - Non-invasive method and device for calibrating directionality of optoelectronic sensors of active optical fiber type having a spatial modulation of core refractive index - Google Patents
Non-invasive method and device for calibrating directionality of optoelectronic sensors of active optical fiber type having a spatial modulation of core refractive index Download PDFInfo
- Publication number
- RO131811A2 RO131811A2 ROA201400974A RO201400974A RO131811A2 RO 131811 A2 RO131811 A2 RO 131811A2 RO A201400974 A ROA201400974 A RO A201400974A RO 201400974 A RO201400974 A RO 201400974A RO 131811 A2 RO131811 A2 RO 131811A2
- Authority
- RO
- Romania
- Prior art keywords
- laser
- dfb
- refractive index
- optical fiber
- respect
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
METODĂ NEINVAZIVĂ ȘI DISPOZITIV PENTRU CALIBRAREA DIRECȚIONALITĂȚII SENZORILOR OPTOELECTRONICI DE TIP FIBRĂ OPTICĂ ACTIVĂ AVÂND O MODULAȚIE SPAȚIALĂ A INDICELUI DE REFRACȚIE AL MIEZULUINON-INVASIBLE AND DEVICE METHOD FOR CALIBRATING THE DIRECTIONALITY OF OPTICAL FIBER OPTICAL ELECTRONIC TYPE SENSORS WITH A SPACIAL MODULATION OF THE REFRACTION INDEX
Invenția se referă la o metodă neinvazivă de calibrarea a directivității semnalului de răspuns la vibrațiile mecanice al senzorilor optoelectronici constituiți din fibre optice active având o modulație spațială longitudinală a indicelui de refracție al miezului (emițătoare laser de tip DFB-FL, Distributed FeedBack Fiber Laser - laser cu fibră cu reacție inversă distribuită) și la un dispozitiv care aplică metoda.The invention relates to a non-invasive method for calibrating the directivity of the signal response to the mechanical vibrations of the optoelectronic sensors consisting of active optical fibers having a longitudinal spatial modulation of the refractive index of the core (DFB-FL type laser emitters, Distributed FeedBack Fiber Laser - fiber laser with distributed reverse reaction) and to a device that applies the method.
Se cunoaște din literatură faptul că pentru o serie de aplicații din domeniul construcției de clădiri cu utilizare civilă și/industrială, din domeniul construcției și exploatării de aeronave, de autovehicule, de utilaje este necesară utilizarea de sisteme de detecție și localizare a surselor de vibrații mecanice, de unde acustice. Utilizarea sistemelor de detecție și de localizare a surselor de vibrații mecanice, de unde acustice se bazează pe folosirea de senzori de vibrații mecanice, de unde acustice cu o sensibilitatea cât mai mare concomitent cu o caracteristică de direcționalitate, de directivitate a răspunsului acestor senzori la excitațiile mecanice exterioare de o cât mai mare acuratețe.It is known from the literature that for a number of applications in the field of construction of buildings for civil and / industrial use, in the field of construction and operation of aircraft, vehicles, machinery, it is necessary to use detection systems and localization of mechanical vibration sources. , from acoustic waves. The use of the detection and localization systems of mechanical vibration sources, from which acoustic waves are based on the use of mechanical vibration sensors, from acoustic waves with a sensitivity as high as possible with a directionality characteristic, of directivity of the response of these sensors to the excitations Exterior mechanics of the highest accuracy.
Se cunosc metode ce folosesc dispozitive de tipul microfoanelor unidirecționale bazate pe efectul piezoelectric și care implică o etalonare a semnalului electric de răspuns funcție de poziția sursei de vibrații sonore. Aceste dispozitive funcționează pe baza fenomenului piezoelectric desfășurat prin două conversii succesive, prima fiind aceea a undelor de presiune acustică în tensiuni mecanice în armături metalice elastice iar a doua constând în transferarea acestor tensiuni mecanice la cristalul piezoelectric în care apare o sarcină electrică, adică ale cărui caracteristici electrice se modifică. Etalonarea direcționalității unui astfel de microfon unidirecțional piezoelectric dă rezultate destul de aproximative datorită gabaritului mecanic și formei, inerente principiului constructiv. Aceste metode implică utilizarea de dispozitive încorporând circuite electronice complicate și care nu au flexibilitatea necesară pentru realizarea aplicațiilor propuse. în acest sens amintim brevetele EP2487935A1, WO2011043156A1 și S.U.A. nr. US2702318A, US2751441A, US3095484A, US3581012, US4768614, US5692060, US20120195453A1, US20130051600A1, US7903829B2,There are known methods that use devices such as unidirectional microphones based on the piezoelectric effect and which involve a calibration of the electrical response signal depending on the position of the source of sound vibration. These devices operate on the basis of the piezoelectric phenomenon carried out by two successive conversions, the first being that of the acoustic pressure waves in mechanical stresses in elastic metallic fittings and the second consisting in the transfer of these mechanical stresses to the piezoelectric crystal in which an electric charge appears, that is, of which Electrical characteristics change. The calibration of the directionality of such a unidirectional piezoelectric microphone gives quite approximate results due to the mechanical gauge and the shape, inherent to the constructive principle. These methods involve the use of devices incorporating complicated electronic circuits and which do not have the flexibility required to carry out the proposed applications. In this regard, we mention the patents EP2487935A1, WO2011043156A1 and U.S. no. US2702318A, US2751441A, US3095484A, US3581012, US4768614, US5692060, US20120195453A1, US20130051600A1, US7903829B2,
US8041065B2, US8150077B2, US8620014B2 și US20120288113A1.US8041065B2, US8150077B2, US8620014B2 and US20120288113A1.
Dezavantajul principal al acestor soluții constă în aceea că dispozitivul de calibrare, etalonare a directivității senzorilor acustici piezoelectrici unidimensionali poate să fie utilizat ^-2014--55574•11-12-2014The main disadvantage of these solutions is that the device for calibrating, calibrating the directivity of the one-dimensional piezoelectric acoustic sensors can be used ^ -2014--55574 • 11-12-2014
în condiții speciale, în incinte închise cu acustică foarte bine stabilită. De asemenea, un alt dezavantaj al acestor soluții de calibrare, etalonare a directivității senzorilor acustici nu au, datorită principiului constructiv, caracteristicile necesare, în mod special acuratețea, repetării procedurilor de calibrare în cazul senzorilor acustici optoelectronici ce folosesc structuri emițătoare laser de tip DFB-FL. De asemenea, un alt dezavantaj al soluțiilor menționate este acela al rentabilității mult mai scăzute în raport cu metoda propusă conform invenției, necesitând cheltuieli mult mai mari, fiind destinate unor utilizări generale din domeniul acustici.under special conditions, in enclosures with very well-established acoustics. Also, another disadvantage of these calibration solutions, the calibration of the acoustic sensors directivity, does not have, due to the constructive principle, the characteristics necessary, especially the accuracy, to repeat the calibration procedures for the optoelectronic acoustic sensors that use DFB-type laser emitting structures. FL. Also, another disadvantage of the mentioned solutions is that of the much lower profitability in relation to the method proposed according to the invention, requiring much higher costs, being destined for general uses in the acoustic field.
Metoda conform invenției înlătură dezavantajele arătate mai înainte prin aceea că permite calibrarea, funcție de poziția relativă în coordonate tridimensionale a sursei de unde sonore față de un senzor optoelectronic, a semnalului optic de răspuns al a acestuia la efectele undelor sonore, senzorul optoelectronic folosit având ca element sensibil o fibră optică monomod activă având miezul dopat cu ioni trivalenți de erbiu (Er3+) sau co-dopat și cu ioni trivalenți de yterbiu (Yb3+) și în care a fost creată o rețea Bragg de difracție, adică o zonă din miez în care a fost creată o modulație spațială longitudinală față de axa fibrei optice, aproximativ sinusoidală, a indicelui de refracție al miezului fibrei optice. în acest mod este creat un oscilator laser de tip DFB-FL, acronim însemnând, conform literaturii de specialitate, Distributed FeedBack-Fiber Laser, oscilator laser cu reacție distribuită, elementul sensibil al senzorul optoelectronic.The method according to the invention removes the disadvantages shown above by allowing it to calibrate, depending on the relative position in three-dimensional coordinates of the source of sound waves relative to an optoelectronic sensor, of its optical response signal to the effects of sound waves, the optoelectronic sensor used having as sensitive element a single-mode active optical fiber having core doped with trivalent ions of erbium (Er 3+ ) or co-doped and with trivalent ions of yterbium (Yb 3+ ) and in which a diffraction Bragg network was created, i.e. an area from the core in which a longitudinal spatial modulation was created with respect to the approximately sinusoidal fiber axis of the refractive index of the optical fiber core. In this way, a DFB-FL type laser oscillator is created, acronym meaning, according to the literature, Distributed FeedBack-Fiber Laser, a distributed reaction laser oscillator, the sensitive element of the optoelectronic sensor.
Metoda conform invenției are ca scop obținerea unei diagrame 3D stocate într-un tabel în format electronic cit mai simplu folosit în majoritatea sistemelor de operare, adică într-un fișier de tip text sau data, a unor seturi de date caracteristice pentru senzorul optoelectronic de tip DFB-FL calibrat, seturi de date ce sunt utilizabile ulterior pentru proiectarea aplicațiilor unui astfel de senzor. Seturile de date conțin, la puterea de pompaj definită inițial și la o valoare precizată a temperaturii ambientale, valorile măsurate ale semnalului optic al senzorului, adică ale puterii laser emise și ale coordonatelor poziției sursei de unde sonore relativ la mijlocul zonei din fibra optică unde a fost creeată rețeaua Bragg de difracție. Coordonatele poziției sursei de unde sonore sunt distanța și valorile unghiurilor de azimut și de înălțare față de axa fibrei optice și de alte două axe, una paralelă cu planul de modulație spațială a indicelui de refracție al miezului fibrei optice iar cealaltă perpendiculară pe acesta. Metoda conform invenției constă, practic, în măsurarea puterii emise de oscilatorul DFB-FL, păstrând constantă puterea de pompaj, la poziții relative față de acest oscilator ale sursei de unde sonore clar definite și care pot fi modificate controlat. Mediul de transmitere al undelor sonore de la sursă la senzorul optoelectronic de tip DFB-FL este și el clar definit.The method according to the invention aims to obtain a 3D diagram stored in an electronic table as simpler used in most operating systems, ie in a text or data file, of characteristic datasets for the optoelectronic type sensor. DFB-FL calibrated, data sets that can be used later for designing applications of such a sensor. The data sets contain, at the pumping power initially defined and at a specified value of the ambient temperature, the measured values of the optical signal of the sensor, that is, of the laser power emitted and of the coordinates of the position of the source of sound waves relative to the middle of the optical fiber area where it has the Bragg diffraction network was created. The coordinates of the position of the source of sound source are the distance and values of the azimuth and elevation angles with respect to the optical fiber axis and two other axes, one parallel to the spatial modulation plane of the refractive index of the optical fiber core and the other perpendicular thereto. The method according to the invention consists, practically, in measuring the power emitted by the DFB-FL oscillator, keeping the pumping power constant, at positions relative to this oscillator of the source of clearly defined and controllable sound waves. The transmission medium of the sound waves from the source to the optoelectronic sensor of type DFB-FL is also clearly defined.
-Α--2 011--OHO 711 1 -12- 20tt-Α - 2 011 - OHO 711 1 -12- 20tt
Problema tehnică pe care prezenta invenție își propune să o rezolve constă în calibrarea semnalului optic de răspuns al unui senzor optoelectronic constituit dintr-un oscilator laser de tip DFB-FL aflat sub incidența unei unde sonore în funcție de poziția relativă 3D a sursei acestei unde față de axa fibrei optice, axa DFB-FL. Undele sonore considerate pot să fie emise în undă continuă și/sau modulate în timp, inclusiv să fie impulsuri singulare caracteristice șocurilor mecanice.The technical problem that the present invention aims to solve consists in the calibration of the optical response signal of an optoelectronic sensor consisting of a DFB-FL type laser oscillator that is subject to a sound wave depending on the relative 3D position of the source of this wave. fiber optic axis, DFB-FL axis. The considered sound waves can be emitted in a continuous wave and / or modulated in time, including being single impulses characteristic of mechanical shocks.
Elementul principal al metodei conform invenției constă în utilizarea unor senzori optoelectronici de tip DFB-FL montați în condiții bine definite într-un dispozitiv mecanic în care producerea și propagarea undelor de vibrații mecanice este, de asemenea, bine definită. în acest sens, pentru definirea cât mai precisă a metodei conform invenției, sunt de menționat două detalii ale tehnologiei utilizate, detalii referitoare la construcția și, ca urmare, la funcționarea senzorilor optoelectronici de tip DFB-FL, ambele detalii rezultând din tehnologia de fabricație a acestora. Aceste două detalii sunt observate și utilizate pentru aplicarea tehnicii de calibrare a răspunsului optic al senzorilor optoelectronici considerați sub acțiunea undelor sonore, a vibrațiilor mecanice, funcție de poziția relativă a surselor de producere a acestor unde. Un al treilea detaliu tehnologic de menționat se referă la caracteristicile suportului pe care sunt montate senzorul optoelectronic de tip DFB-FL de calibrat și sursa de vibrații mecanice, suport care este mediul de transmitere al undelor sonore, al vibrațiilor sonore de la sursă la senzor.The main element of the method according to the invention consists in the use of DFB-FL type optoelectronic sensors mounted under well-defined conditions in a mechanical device in which the production and propagation of mechanical vibration waves is also well defined. In this sense, for the most precise definition of the method according to the invention, two details of the technology used are mentioned, details regarding the construction and, consequently, the operation of the optoelectronic sensors of type DFB-FL, both details resulting from the manufacturing technology of the them. These two details are observed and used to apply the technique of calibrating the optical response of the optoelectronic sensors considered under the action of sound waves, mechanical vibrations, depending on the relative position of the sources of production of these waves. A third technological detail to mention refers to the characteristics of the mount on which the calibrated DFB-FL type optoelectronic sensor is fitted and the mechanical vibration source, which is the medium for transmitting sound waves, of the vibrations sound from the source to the sensor.
Primul detaliu referitor la senzorii optoelectronici de tip DFB-FL, de interes pentru metoda conform invenției, definește o modul în care puterea de emisie laser la lungimea de undă de emisie, egală cu lungimea de undă Bragg, definită în continuare, poate varia sub acțiunea unui factor perturbator de tipul vibrațiilor mecanice sau șocurilor mecanice. Acest prim detaliu constă din aceea că senzorii optoelectronici de tip DFB-FL sunt, practic, oscilatoare laser constituite din fibre optice monomod având miezul este dopat cu ioni trivalenți de erbiu (Er3+) sau co-dopat și cu ioni trivalenți de yterbiu (Yb3+) și în care a fost creată cel puțin o rețeaThe first detail regarding the DFB-FL type optoelectronic sensors, of interest for the method according to the invention, defines a way in which the laser emission power at the emission wavelength, equal to the Bragg wavelength defined below, may vary under the action. a disturbing factor such as mechanical vibration or mechanical shock. This first detail is that the DFB-FL optoelectronic sensors are basically laser oscillators consisting of single-mode optical fibers whose core is doped with trivalent ions of erbium (Er 3+ ) or co-doped with trivalent ions of yterbium ( Yb 3+ ) and in which at least one network was created
Bragg, adică o zonă din miez în care a fost creată o modulație spațială longitudinală, aproximativ sinusoidală, a indicelui de refracție al miezului fibrei optice, rețea Bragg funcționând ca rezonator laser, asigurând reacția la amplificarea radiației laser, reacție necesară declanșării oscilației laser. Funcționarea unui oscilator DFB-FL poate fi analizată considerând ecuațiile cuplate de propagare ale amplitudinii câmpului electric al undelor electromagnetice care se propagă în sensul pozitiv al axei fibrei optice (unda „directă”, de amplitudine A/) și în sensul negativ axei fibrei optice (unda „inversă”, de amplitudine Ab):Bragg, that is, an area of the core in which a longitudinal, approximately sinusoidal, spatial modulation of the refractive index of the fiber optic core was created, Bragg network acting as a laser resonator, ensuring the reaction to the amplification of the laser radiation, a reaction necessary to trigger the laser oscillation. The operation of a DFB-FL oscillator can be analyzed by considering the coupled propagation equations of the electric field amplitude of the electromagnetic waves propagating in the positive direction of the fiber optic axis (the "direct" wave, of the A / amplitude) and in the negative direction of the optical fiber axis ( the "inverse" wave, of amplitude Ab):
dAf i dAf 4 ,2 , |2\ +--— + â4f+K4/,+^Af + 2A„ ]Af=O (1) oz vg dt 11 ' ' χχ* 2 OH -- B 9 9 7 1Ί 1 -12-29« >^+—^ + 51» +k4 +r^A |2 + 2|λ|Τ» =0 (2) unde ^este factorul de dezacordare a frecvențelor//și Ab, vg este viteza de grup caracteristică oscilatorului laser considerat, ir este coeficientul de cuplaj dintre A/și Ab iar /este un coeficient depinzând de ponderea fenomenelor optice neliniare de auto și intermodulare a fazei pentru Af și Ab, fiind deci o constantă de material, amplitudinea câmpului electric reprezentând suma amplitudinilor Af și Ab. Rezolvarea sistemului de ecuații diferențiale cuplate mai sus definit permite să fie definiți o serie de parametri caracteristici pentru oscilatorul laser analizat. în primul rând valoarea maxima a coeficientului de reflexie al rețelei Bragg, rg, la lungimea de undă Bragg, r = iksințqL) 8 q cos(qL) -iâ sin(^£) unde L este lungimea rețelei Bragg iar q, k și δ sunt parametri de material. Lungimea de undă Bragg, λΒ, este definită prin formula:dA f i dA f 4, 2, | 2 \ + --— + â4 f + K4 / , + ^ A f + 2A „] A f = O (1) oz v g dt 11 '' χχ * 2 OH - - B 9 9 7 1Ί 1 -12-29 «> ^ + - ^ + 51» + k4 + r ^ A | 2 + 2 | λ | Τ »= 0 (2) where ^ is the factor of discrepancy of frequencies // and Ab, v g is the group velocity characteristic of the laser oscillator considered, ir is the coupling coefficient between A / and Ab and / is a coefficient depending on the weight of the nonlinear auto and intermodular optical phenomena of the phase for Af and Ab, being therefore a material constant, the amplitude of the electric field representing the sum of the amplitudes Af and Ab. Solving the system of differential equations coupled above defined allows to define a series of parameters characteristic for the analyzed laser oscillator. firstly the maximum value of the reflection coefficient of the Bragg network, r g , at the Bragg wavelength, r = iksinteqL) 8 q cos (qL) -iâ sin (^ £) where L is the length of the Bragg network and q, k and δ are material parameters. The Bragg wavelength, λ Β , is defined by the formula:
λΒ = (4) unde rieff este valoarea efectivă a indicelui de refracție al nucleului fibrei optice iar Λ este perioada modulației spațiale a indicelui de refracție, perioada rețelei Bragg. λ Β = (4) where rieff is the effective value of the refractive index of the fiber optic core and Λ is the period of the spatial modulation of the refractive index, the period of the Bragg network.
Modul de funcționare a senzorului DFB-FL propriu zis se bazează pe măsurarea amplitudinii fenomenelor optice neliniare care se produc în fibra optică din care este constituit. Amplitudinea acestor fenomene optice neliniare este măsurabilă prin valoarea puterii laser emise de oscilatorul DFB-FL, la lungimi de undă fixe sau prin modificări măsurabile ale λβ la valori de maxim ale puterii laser emise. Deoarece lungimea de undă Bragg depinde de perioada de modulație spațială și de valoarea efectivă a indicelui de refracție, variațiile presiunii P și temperaturii T ale mediului în care este montat oscilatorul DFB-FL induc variații ale indicelui de refracție al fibrei optice și/sau ale Λ, variații exprimabile prin formula:The mode of operation of the DFB-FL sensor itself is based on measuring the amplitude of the non-linear optical phenomena that occur in the optical fiber from which it is constituted. The amplitude of these nonlinear optical phenomena is measurable by the value of the laser power emitted by the DFB-FL oscillator, at fixed wavelengths or by measurable changes of λβ at maximum values of the laser power emitted. Because the Bragg wavelength depends on the period of spatial modulation and the actual value of the refractive index, variations in pressure P and temperature T of the environment in which the DFB-FL oscillator is mounted induce variations in the refractive index of fiber and / or Λ , variations expressible by the formula:
—-
+ 2n e#,0 ^4 dT dT (5) unde se pot observa coeficienții de variație ai «<și λβ cu P și T. Variațiile valorii efective a indicelui de refracție al nucleului fibrei optice sunt exprimate prin birefringența B, care este o măsură a amplitudinii fenomenelor optice neliniare care se produc în interiorul oscilatorului DFB-FL. Birefringența este datorată modificărilor suferite de constantele de propagare ale radiației laser prin fibra optică, fiind o funcție de direcția de polarizare a câmpului electromagnetic în raport cu rețeaua Bragg, definită față de două axe, paralelă și perpendiculară+ 2n e #, 0 ^ 4 dT dT (5) where one can observe the coefficients of variation of «<and λβ with P and T. Variations in the effective refractive index of the fiber optic core are expressed by birefringence B, which is a measure of the amplitude of the nonlinear optical phenomena that occur inside the DFB-FL oscillator. The birefringence is due to the changes undergone by the propagation constants of the laser radiation through optical fiber, being a function of the direction of polarization of the electromagnetic field with respect to the Bragg network, defined against two axes, parallel and perpendicular.
ΑΧ+10 U -- 0097411-12- 20U față de direcția de modulare spațială a indicelui de refracție al miezului fibrei optice.ΑΧ + 10 U - 0097411-12- 20U with respect to the spatial modulation direction of the refractive index of the optical fiber core.
Birefringența, B, este definită prin formula:Birefringence, B, is defined by the formula:
«II + « | A«|| + Δ« |«II +« | A "|| + Δ «|
Β = = Bo + LJ-(6) «o «o unde «o este valoarea inițială, la intensități mici ale câmpului electromagnetic, a indicelui de refracție al miezului fibrei optice, «± și «n sunt valorile indicelui de refracție corespunzătoare celor două axe mai sus definite, paralelă și perpendiculară față de direcția de modulare spațială a indicelui de refracție al miezului fibrei optice. Al doilea detaliu referitor la senzorii optoelectronici de tip DFB-FL, de interes pentru metoda conform invenției, constă în observarea faptului că, din construcție precum și din tehnologia laser de inscripționare a rețelei Bragg în miezul fibrei optice, se pot defini două planuri, două axe în raport cu care pot fi analizate fenomenele care se produc la interacțiunea dintre fibra optică și mediul în care se găsește aceasta. Din construcție, valorile indicilor de refracție ai miezului și învelișului precum și geometria fibrei optice sunt astfel alese încât aceasta să funcționeze ca atare pe baza fenomenului de reflexie total. Cele două planuri menționate, unul longitudinal celălalt transversal față de axa fibrei optice, rezultă din tehnologia laser de inscripționare a rețelei Bragg, tehnologie constând în înscrierea, în impregnarea, în miezul fibrei optice, a unei figuri de interferență a două unde electromagnetice plane obținute prin splitarea aceluiași fascicul laser și parcurgerea a două drumuri optice de lungimi egale. Ca urmare se pot defini o axă paralelă cu planul modulației indicelui de refracție, paralel cu axa fibrei optice, precum și o axă perpendiculară pe acesta. La modul general, vibrațiile mecanice de detectat și cu o amplitudine de măsurat se pot propaga ca unde aproximate ca fiind plane, față de dimensiunile fibrei optice, sub un anumit unghi de incidență față de axa fibrei optice, deci față planul modulației indicelui de refracție. Calitativ, este justificată teoretic afirmația că modificarea λβ datorită acțiunii unor perturbații mecanice exterioare fibrei optice va depinde de direcția relativă a acestor acțiuni față de axa fibrei optice. Rezultă, ca o consecință logică, pentru definirea poziției unei surse de unde sonore incidente pe un senzor optoelectronic de tip DFB-FL, posibilitatea măsurării valorilor unghiurilor de azimut și înălțare față de cele două axe paralelă și perpendiculară față de planul modulației spațiale a indicelui de refracție al miezului fibrei optice. Considerând cele de mai sus, se poate concluziona că este definit un sistem de trei axe de coordonate format din axa fibrei optice și din cele două axe paralelă și perpendiculară față de planul modulației spațiale a indicelui de refracție al miezului fibrei optice. Al treilea detaliu de detaliat se referă la construcția suportului pe care sunt montate senzorul optoelectronic de tip DFB-FL și sursele deΒ = = B o + LJ- (6) «o« o where «o is the initial value, at low intensities of the electromagnetic field, of the refractive index of the optical fiber core,« ± and «n are the values of the refractive index corresponding to those two axes defined above, parallel and perpendicular to the direction of spatial modulation of the refractive index of the fiber optic core. The second detail regarding the optoelectronic sensors of the DFB-FL type, of interest for the method according to the invention, consists in observing that, from the construction as well as from the laser recording technology of the Bragg network in the optical fiber core, two planes can be defined, two axes in relation to which the phenomena that occur at the interaction between the optical fiber and the environment in which it is found can be analyzed. From the construction, the values of the refractive indexes of the core and the shell as well as the geometry of the fiber optics are chosen so that it functions as such based on the total reflection phenomenon. The two planes mentioned, one longitudinally the other transverse to the axis of the optical fiber, result from the laser recording technology of the Bragg network, technology consisting in the inscription, in the impregnation, in the core of the optical fiber, of an interference figure of two plane electromagnetic waves obtained by splitting the same laser beam and traversing two optical paths of equal length. As a result, an axis parallel to the plane of refractive index modulation can be defined, parallel to the fiber optic axis, and an axis perpendicular thereto. In general, mechanical vibrations to be detected and with a wide range of measurement can propagate as approximate waves as plane, relative to the dimensions of the optical fiber, under a certain angle of incidence with respect to the axis of the optical fiber, so with respect to the plane of the refractive index modulation. Qualitatively, it is theoretically justified to claim that the modification of λβ due to the action of mechanical disturbances outside the optical fiber will depend on the relative direction of these actions with respect to the optical fiber axis. It results, as a logical consequence, for the definition of the position of an incident sound source on an optoelectronic sensor of type DFB-FL, the possibility of measuring the values of azimuth angles and elevation with respect to the two axes parallel and perpendicular to the plane of the spatial modulation of the index of refraction of the fiber optic core. Considering the above, it can be concluded that a system of three coordinate axes consisting of the optical fiber axis and the two axes parallel and perpendicular to the plane of the spatial modulation of the refractive index of the optical fiber core is defined. The third detail is the construction of the mount on which the DFB-FL type optoelectronic sensor and the power sources are mounted.
-^--2014--00374- IT- ^ - 2014--00374- IT
-12- ?iltt vibrații mecanice. în legătură cu fig.l, în care este prezentată schematic o vedere de sus a montajului de calibrare ce aplică metoda conform invenției, se poate observa că acest suport (3) este o placă pătrată sau dreptunghiulară, stabilă, plană, de dimensiuni rezonabile (de exemplu 1 xl m), la o toleranță rezonabilă a planeității, mai mică de 0,5 mm, confecționată din marmură sau granit și având o grosime de minim 5 cm. Esențial pentru aplicarea metodei conform invenției este ca în această placă să nu existe goluri, incluziuni sau orice altă categorie de neuniformități astfel încât propagarea undelor de vibrații mecanice de la sursă la senzorul optoelectronic de calibrat să nu fie perturbată într-un fel oarecare, prin reflexii sau împrăștieri. Fața inferioară a plăcii este acoperită cu un strat de material fono-absorbant astfel încât să se producă reflexia semnificativă a undelor de vibrații mecanice pe această față. Pe această placă de marmură sau granit este amplasat un stativ (4) care permite căderea controlată a unor bile de oțel (5), toate de aceeași masă (de 5 până la 50 g), punctele de ciocnire pe placă fiind situate în poziții relative clar definibile în raport cu senzorul optoelectronic de tip DFB-FL (de exemplu dispuse circular, la intervale unghiulare egale). Pe placa de marmură sau granit (3), în centrul sistemului de coordonate (X,Y), este amplasat emițătorul laser DFB-FL (2) al senzorului optoelectronic de tip DFB-FL (1).-12-? Iltt mechanical vibrations. In connection with FIG. 1, in which a top view of the calibration assembly applying the method according to the invention is shown schematically, it can be observed that this support (3) is a square, rectangular, stable, flat, planar plate of reasonable size ( for example 1 xl m), at a reasonable tolerance of flatness, less than 0,5 mm, made of marble or granite and having a thickness of at least 5 cm. Essential for the application of the method according to the invention is that there are no gaps, inclusions or any other category of unevenness in this plate so that the propagation of mechanical vibration waves from the source to the calibrated optoelectronic sensor is not disturbed in any way, by reflections or scattering. The lower face of the plate is covered with a layer of sound-absorbing material so as to produce significant reflection of the mechanical vibration waves on this face. On this marble or granite plate is placed a stand (4) that allows the controlled fall of steel balls (5), all of the same mass (from 5 to 50 g), the collision points on the plate being located in relative positions clearly definable with respect to the optoelectronic sensor of type DFB-FL (for example circularly arranged, at equal angular intervals). On the marble or granite plate (3), in the center of the coordinate system (X, Y), is located the DFB-FL laser transmitter (2) of the DFB-FL type optoelectronic sensor (1).
Metoda neinvazivă cu senzor optoelectronic de tip DFB-FL pentru calibrarea răspunsului optic al acestuia funcție de poziția surselor de unde vibrații mecanice, conform invenției, este realizată prin aplicarea, cu un strat de parafină pe suprafața unei plăci suport de marmură sau de granit a senzorului astfel încât zona conținând rețeaua Bragg și cele două porțiuni de fibră optică imediat adiacente să fie drepte și să existe posibilitatea rotirii controlate a fibrei optice paralel cu ea însăși, astfel încât să fie bine definit unghiul diedru format de planul modulației spațiale a indicelui de refracție al miezului fibrei optice cu planul plăcii suport, precum și prin generarea de unde sonore prin eliberarea de la o înălțime stabilită a mai multor bile de oțel având aceeași masă cu impact pe placa de marmură în diferite poziții echidistante față de originea sistemului de coordonate (care este chiar mijlocul rețelei Bragg) dar la diferite unghiuri de azimut, și prin măsurarea puterii de emisie a oscilatorului DFB-FL care este pompat cu un fascicul laser de pompaj cu lungimea de undă de 980 nm sau 1480 nm, emis în undă continuă de către o diodă laser.Non-invasive method with DFB-FL type optoelectronic sensor for calibrating its optical response depending on the position of the sources where mechanical vibrations, according to the invention, are realized by applying, with a paraffin layer on the surface of a marble or granite support plate of the sensor so that the area containing the Bragg network and the two immediately adjacent optical fiber portions are straight and there is the possibility of controlled rotation of the optical fiber parallel to itself, so that the dihedral angle formed by the spatial modulation plane of the refractive index of the core of the fiber optic with the plane of the support plate, as well as by generating sound waves by releasing from a set height of several steel balls having the same mass with impact on the marble plate in different positions equidistant from the origin of the coordinate system (which is even the middle of the Bragg network) but at different u azimuth angles, and by measuring the emission power of the DFB-FL oscillator which is pumped with a pumping laser beam with a wavelength of 980 nm or 1480 nm, emitted in a continuous wave by a laser diode.
Dispozitivul conform invenției este alcătuit dintr-o diodă laser de pompaj ce injectează o radiație laser pe lungimea de undă de 980 nm sau 1480 nm printr-un un multiplexor cu divizarea lungimii de undă (WDM - wavelength division multiplexor) în emițătorul laser DFBFL aplicat/lipit printr-un strat de vaselină pe o placă de marmoră sau granit, radiație care este absorbită ionii activi laser (Er3*) asigurând generarea efectului laser în emițătorul DFB-FL la //-2014-- 0097111-12-2014 /(fi lungimea de undă Bragg, Ab, situată în domeniul spectral 1540 - 1570 nm, puterea semnalului laser astfel generat variind funcție de mărimea forței corespunzătoare presiunii undei sonore generate prin ciocnirea unei bile de oțel pe suprafața plăcii, în poziții bine definite față de mijlocul rețelei de difracție Bragg, semnalul laser fiind recepționat de o fotodiodă ce are montat la apertura de intrare un filtru optic având banda de transmisie 1540 - 1570 nm și care generează, fiecare un semnal electric amplificat de un amplificator și preluat de un sistem de achiziție de date într-un computer pentru prelucrare.The device according to the invention consists of a pumping laser diode that injects a laser radiation on the wavelength of 980 nm or 1480 nm through a wavelength division multiplexer into the applied DFBFL laser emitter / bonded by a layer of petroleum jelly on a marble or granite plate, radiation that is absorbed by the laser active ions (Er 3 *) ensuring the laser effect is generated in the DFB-FL emitter on // - 2014--0097111-12-2014 / ( be the wavelength Bragg, Ab, located in the spectral range 1540 - 1570 nm, the power of the laser signal thus generated varying according to the size of the force corresponding to the pressure of the sound wave generated by the collision of a steel ball on the surface of the plate, in positions well defined with respect to the middle of the network Bragg diffraction, the laser signal being received by a photodiode having at the input aperture an optical filter having the transmission band 1540 - 1570 nm and which each generates an electrical signal amplified by an amplifier and taken over by a data acquisition system in a computer for processing.
Invenția prezintă următoarele avantaje:The invention has the following advantages:
Este neinvazivă față de senzorul optoelectronic de tip DFB-FL ce este calibrat și nu impune modificări prin prelucrare mecanică ale senzorului sau ale suportului pe care este montat acesta.It is non-invasive to the calibrated DFB-FL type optoelectronic sensor and does not require mechanical processing of the sensor or bracket on which it is mounted.
Este sensibilă la valori mici ale amplitudinii forței corespunzătoare presiunii undei sonore incidente pe senzorul optoelectronic de tip DFB-FL.It is sensitive to small values of the amplitude of the force corresponding to the pressure of the sound wave incident on the optoelectronic sensor of type DFB-FL.
în fig. 1 este prezentată schematic, într-o vedere de sus, problema tehnică pe care prezenta invenție își propune să o rezolve. Sunt figurate senzorul optoelectronic de tip DFB-FL (1), emițătorul laser DFB-FL (2), placa suport de marmură sau granit (3) și un stativ (4) care permite căderea controlată a unor bile de oțel (5). De asemenea, sunt figurate cele două axe de coordonate (X,Y).in FIG. 1 is presented schematically, in a top view, the technical problem that the present invention intends to solve. The DFB-FL type optoelectronic sensor (1), the DFB-FL laser emitter (2), the marble or granite support plate (3) and a stand (4) that allow the controlled fall of steel balls (5) are represented. Also, are the two coordinate axes (X, Y).
O formă preferată de realizare a invenției se prezintă în continuare, în legătură cu fig. 2. Dispozitivul de calibrare a directivității semnalului optic de răspuns al unui senzor optoelectronic de tip DFB-FL la unde sonore funcție de poziția sursei de emisie a acestora realizat conform invenției este alcătuit dintr-o diodă laser de pompaj (1) ce injectează o radiație laser pe lungimea de undă de 980 nm sau 1480 nm printr-un multiplexor cu divizarea lungimii de undă (2) în emițătorul laser DFB-FL de analizat (3), aplicat într-un strat de parafină pe o placă de marmură sau granit (4), radiație care asigură generarea unui semnal laser în emițătorul (3), a cărui putere la o lungime de undă situată în apropierea a 1550 nm variază funcție de mărimea forței corespunzătoare presiunii statice a undelor sonore, produse prin căderea controlată a unor bile de oțel (7) eliberate de pe un stativ (5) amplasat la o înălțime stabilită față de placa (4), pe niște suporți distanțieri (6), ce se propagă prin placa de marmură sau granit (4), semnal ce este recepționat de o fotodiodă (8), conectată ca și dioda (1) și emițătorul (3) la multiplexorul (2) prin conectori pentru fibră optică, generând un semnal electric amplificat de un amplificator (9) și preluat de un sistem de achiziție de date (10) într-un computer (11) pentru prelucrare.A preferred embodiment of the invention is further illustrated in connection with FIG. 2. The device for calibrating the directivity of the optical signal of response of an optoelectronic sensor of type DFB-FL where sound according to the position of their source of emission realized according to the invention is made up of a laser diode of pumping (1) that injects a radiation laser at a wavelength of 980 nm or 1480 nm through a multiplexer with wavelength division (2) in the DFB-FL laser transmitter to be analyzed (3), applied in a paraffin layer on a marble or granite plate ( 4), radiation that ensures the generation of a laser signal in the emitter (3), whose power at a wavelength near 1550 nm varies depending on the size of the force corresponding to the static pressure of the sound waves, produced by the controlled fall of some balls. steel (7) released from a stand (5) located at a height fixed to the plate (4), on some support spacers (6), which propagate through the marble or granite plate (4), signal which is received by a photodiode (8), connected as the diode (1) and the transmitter (3) to the multiplexer (2) through fiber optic connectors, generating an amplified electrical signal by an amplifier (9) and taken over by a system of data acquisition (10) in a computer (11) for processing.
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201400974A RO131811A2 (en) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Non-invasive method and device for calibrating directionality of optoelectronic sensors of active optical fiber type having a spatial modulation of core refractive index |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ROA201400974A RO131811A2 (en) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Non-invasive method and device for calibrating directionality of optoelectronic sensors of active optical fiber type having a spatial modulation of core refractive index |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RO131811A2 true RO131811A2 (en) | 2017-04-28 |
Family
ID=58615819
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ROA201400974A RO131811A2 (en) | 2014-12-11 | 2014-12-11 | Non-invasive method and device for calibrating directionality of optoelectronic sensors of active optical fiber type having a spatial modulation of core refractive index |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RO (1) | RO131811A2 (en) |
-
2014
- 2014-12-11 RO ROA201400974A patent/RO131811A2/en unknown
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | An infrasound sensor based on extrinsic fiber-optic Fabry–Perot interferometer structure | |
| CN103776384B (en) | Fiber coupling photonic crystal panel strain transducer, system and making and use method | |
| Rahman et al. | Fiber-optic salinity sensor using fiber-optic displacement measurement with flat and concave mirror | |
| Bajić et al. | A simple, low-cost, high-sensitivity fiber-optic tilt sensor | |
| CN101769783A (en) | Static pressure balanced fiber ultrasonic sensor array | |
| Dass et al. | Tapered fiber attached nitrile diaphragm-based acoustic sensor | |
| Jan et al. | Photonic-Crystal-Based fiber hydrophone with Sub-$100~\mu $ Pa/$\surd $ Hz Pressure Resolution | |
| CN102353441A (en) | Small-sized adaptive optical-fiber ultrasonic sensor | |
| CN103226205B (en) | Optical fiber sensing measurement method of laser plasma shock wave mechanical effect | |
| CN102879149B (en) | Optical fiber Fabry-Perot (FP) type shock wave pressure sensor | |
| CN105115528B (en) | High-precision static strain beat frequency demodulating system based on reference optical fiber laser | |
| CN103438916A (en) | Fiber grating wavelength demodulating device based on saturable absorption fiber | |
| CN206270563U (en) | A kind of high-sensitivity metal base band armouring vibrating sensing optical cable | |
| RO131811A2 (en) | Non-invasive method and device for calibrating directionality of optoelectronic sensors of active optical fiber type having a spatial modulation of core refractive index | |
| Launay et al. | Static pressure and temperature compensated wideband fiber laser hydrophone | |
| Yu et al. | Highly sensitive fiber-optic Fabry-Perot geophone with graphene-coated PMMA membrane | |
| El-Gammal et al. | Strain sensing in underwater acoustics with a hybrid π-shifted FBG and different interrogation methods | |
| RO130868A2 (en) | Non-invasive method and device for localizing the sound wave emitting sources in solid structures by using optoelectronic sensors of the active optical fibre type having a spatial modulation of core refractive index | |
| CN104316159B (en) | A kind of method for realizing quasi-distributed vibrating sensing | |
| RO128068A2 (en) | Non-invasive method and device for detecting mines buried in the ground by using a solid state laser emitter for exciting sound waves in the ground and an optoelectronic acoustic sensor of the distributed feedback fiber-optic laser type | |
| Huang et al. | Rock mass acoustic emission detection using DFB fiber lasers | |
| Kim | A Study on The transducer of acoustic sensor to be Single-mode FBG using Hopper Type WDM be in the Making | |
| Salih et al. | RESPONSE OF FBG–BONDED PLASTIC PLATE AT DIFFERENT LOCATIONS OF APPLIED STRESS | |
| US11999612B2 (en) | Optical MEMS based monitoring system | |
| Dass et al. | Fiber cantilever based acoustic sensor |