RU125728U1 - DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE Download PDFInfo
- Publication number
- RU125728U1 RU125728U1 RU2012135953/28U RU2012135953U RU125728U1 RU 125728 U1 RU125728 U1 RU 125728U1 RU 2012135953/28 U RU2012135953/28 U RU 2012135953/28U RU 2012135953 U RU2012135953 U RU 2012135953U RU 125728 U1 RU125728 U1 RU 125728U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- optical fibers
- central
- peripheral
- reflecting surface
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- Measurement Of Optical Distance (AREA)
Abstract
Устройство измерения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью, содержащее центральный световод, периферийные отводящие волоконные световоды с одинаковым апертурным углом Θ, фотоприемники, оптически связанные с центральным и периферийными световодами соответственно, блок формирования отношения сигналов, коллимационное устройство, расположенное между источником излучения и центральным волоконным световодом, отличающееся тем, что центральный световод выполнен в виде волоконно-оптического кабеля, содержащего подводящие оптические волокна, сопряженные с источником излучения, и отводящие оптические волокна, сопряженные с фотоприемником, а к блоку формирования отношения сигналов подключены сигналы с отводящих оптических волокон волоконно-оптического кабеля центрального световода и периферийных волоконных световодов, собранных в один жгут, при этом численное соотношение подводящих и отводящих оптических волокон в волоконно-оптическом кабеле равно 3:4, а зеркально-отражающая поверхность расположена относительно торца волоконно-оптического кабеля на расстоянии х>τ, где τ- дистанция формирования луча.A device for measuring linear displacements of objects with a flat mirror-reflecting surface, containing a central fiber, peripheral output fiber fibers with the same aperture angle Θ, photodetectors optically coupled to the central and peripheral optical fibers, respectively, a signal ratio generating unit, a collimation device located between the radiation source and a central fiber waveguide, characterized in that the central fiber is made in the form of a fiber optic cable, with holding input optical fibers coupled to a radiation source and output optical fibers coupled to a photodetector, and signals from output optical fibers of a central optical fiber cable and peripheral optical fibers assembled into a single bundle are connected to the signal ratio generating unit, the ratio of the input and output optical fibers in the optical fiber cable is 3: 4, and the mirror-reflecting surface is located relative to the end of the optical fiber matic cable at a distance x> τ, where τ- distance beamforming.
Description
Предложенное техническое решение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в волоконно-оптических измерительных системах для бесконтактных измерений различных физических величин, например, давления, температуры, линейных перемещений и др..The proposed technical solution relates to measuring technology and can be used in fiber-optic measuring systems for non-contact measurements of various physical quantities, for example, pressure, temperature, linear displacements, etc.
Наиболее близким техническим решением является устройство измерения линейных перемещений объектов с плоской зеркально-отражающей поверхностью, содержащее центральный световод, периферийные отводящие волоконные световоды с одинаковым апертурным углом Θ, фотоприемники, оптически связанные с центральным и периферийными световодами, коллимационное устройство, расположенное между источником излучения и центральным волоконным световодом (см. патент РФ №78946, класс G01N 21/55).The closest technical solution is a device for measuring the linear displacements of objects with a flat mirror-reflecting surface, containing a central fiber, peripheral output fiber fibers with the same aperture angle Θ, photodetectors optically coupled to the central and peripheral fibers, a collimation device located between the radiation source and the central fiber light guide (see RF patent No. 78946, class G01N 21/55).
Недостатком аналога является низкая точность измерений, связанная с погрешностями, обусловленными энергетическими потерями в блоках и узлах устройства и их нестабильностью.The disadvantage of the analogue is the low accuracy of measurements associated with errors due to energy losses in the blocks and nodes of the device and their instability.
Основной вклад в энергетические потери системы вносят:The main contribution to the energy loss of the system is made by:
- узел ввода оптического излучения от источника излучения в подводящие оптические волокна;- node input optical radiation from a radiation source into the optical fiber;
- затухание излучения в поводящих оптических волокнах;- attenuation of radiation in driving optical fibers;
- информативные и неинформативные потери оптической мощности в измерительном преобразователе;- informative and non-informative loss of optical power in the measuring transducer;
- затухание излучения в отводящих оптических волокнах;- attenuation of radiation in the output optical fibers;
- узел ввода оптического излучения из отводящих оптических волокон в фотоприемник.- node input optical radiation from the output optical fibers into the photodetector.
Цель настоящего технического решения - компенсация вносимых оптических потерь и повышение точности измерений и чувствительности устройства.The purpose of this technical solution is to compensate for the optical loss introduced and to increase the measurement accuracy and sensitivity of the device.
Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что центральный световод выполнен в виде волоконно-оптического кабеля (ВОК), содержащего подводящие оптические волокна (ПОВ), сопряженные с источником излучения, и отводящие оптические волокна (ООВ), сопряженные с приемником излучения, а к блоку формирования отношения сигналов подключены сигналы с ООВ ВОК центрального световода и периферийных волоконных световодов, собранных в один жгут, при этом численное соотношение ПОВ и ООВ в ВОК равно 3:4, а зеркально-отражающая поверхность (ЗП) расположена относительно торца ВОК на расстоянии x0>τкр, где τкр - дистанция формирования луча.The solution to this problem is ensured by the fact that the central fiber is made in the form of a fiber optic cable (FOC), containing the supply optical fibers (POV), coupled to the radiation source, and the output optical fibers (BOB), coupled to the radiation receiver, and to the formation unit signal ratios, signals are connected from the OOK VOK of the central fiber and the peripheral optical fibers assembled into a single bundle, while the numerical ratio of the OVO and OOV in the VOK is 3: 4, and the mirror-reflecting surface (RF) is located ene respect to the end FOC at a distance x 0> τkr where τ cr - distance beamforming.
На фиг.1 представлено устройство, вид сверху, то есть взаимное расположение световодов, расположенных в одной плоскости торцевой грани ВОК, на фиг.2 представлена функциональная схема устройства.Figure 1 shows the device, a top view, that is, the relative position of the optical fibers located in the same plane of the end face of the wok, figure 2 presents a functional diagram of the device.
Устройство (фиг.1) содержит центральный световод, выполненный в виде волоконно-оптического кабеля 1, содержащего ПОВ и ООВ. Вокруг ВОК размещены дополнительные (периферийные) ООВ, собранные в один жгут 2.The device (figure 1) contains a Central fiber, made in the form of a fiber
Подводящие оптические волокна 3, 4, 5, собранные в жгут, и отводящие оптические волокна 6, 7, 8, 9 размещены в ВОК так, как показано на фиг.1.The lead-in
Дополнительные (периферийные) ООВ 10 размещены вокруг ВОК 1, что позволяет минимизировать потери оптического излучения при его отражении от ЗП. Торцы всех световодов 3-10 лежат в одной плоскости и обращены к ЗП.Additional (peripheral)
Число и расположение ПОВ и ООВ в ВОК неслучайны. Из всех возможных вариантов размещения ПОВ и ООВ в торце ВОК (1:6, 4:3, 3:4 и др.) предложенное расположение волокон (3:4) обладает максимальной эффективностью.The number and location of SOMs and SFAs in woks are not accidental. Of all the possible options for the placement of SOMs and SOMs in the end face of the wok (1: 6, 4: 3, 3: 4, etc.), the proposed arrangement of fibers (3: 4) has maximum efficiency.
При таком расположении ПОВ и ООВ достигается максимальная чувствительность устройства и обеспечивается на выходе максимальная выходная мощность оптического сигнала, то есть только в этом случае каждое из излучающих волокон (ПОВ) даст максимальный вклад в отклик приемника излучения. Кроме того, предлагаемое соотношение ПОВ и ООВ (3:4) минимизирует потери при сопряжении источника излучения (ИИ) и ПОВ и облегчает настройку по уровню выходного сигнала при угловом рассогласовании диаграммы направленности ИИ с входным торцом ПОВ.With this arrangement of the POV and OOB, the maximum sensitivity of the device is achieved and the maximum output power of the optical signal is provided at the output, that is, only in this case each of the emitting fibers (POV) will make the maximum contribution to the response of the radiation receiver. In addition, the proposed ratio of POV and OOB (3: 4) minimizes losses when pairing the radiation source (AI) and POV and facilitates adjustment by the level of the output signal with angular mismatch of the radiation pattern of the AI with the input end of the POV.
На фиг.2 изображен ВОК 1, содержащий ПОВ 3, 4, 5 и ООВ 6, 7, 8, 9. Вокруг ВОК 1 размещены дополнительные (периферийные) ООВ 10, собранные в жгут 11. ИИ 12 через коллимационное устройство 13 сопряжен с ПОВ 3, 4, 5. В свою очередь ООВ 6, 7, 8, 9 состыкованы с фотоприемником 14, периферийные ООВ, собранные в жгут 2, состыкованы с фотоприемником 15. К блоку формирования отношения сигналов 16 подключены фотоприемники 14 и 15.Figure 2 shows the
Отражающая зеркальная поверхность 17 размещена относительно торца ВОК 1 на некотором расстоянии x0>τкр, где τкр- расстояние по оси X от торца ВОК до ЗП 17, при котором отраженный от ЗП 17 световой поток представляет собой кольцо, формирующее равномерную освещенность в плоскости Z, перпендикулярной X, τкр называется дистанцией формирования пучка света.The reflecting
Устройство работает следующим образом (фиг.2).The device operates as follows (figure 2).
Сформированный коллимационным устройством 13 пучок света от источника излучения 12 через ПОВ 3, 4, 5 попадает на зеркально-отражающую поверхность ЗП 17, отражается от нее, возвращается на выходной торец ВОК 1 и далее через ООВ 6, 7, 8, 9 и дополнительный жгут ООВ 2 попадает на фотоприемник 14 и фотоприемник 15 соответственно.Formed by the
Блок обработки сигнала 16 формирует отношение сигналов, снимаемых с фотоприемников 14 и 15. Если торец ВОК 1 контактирует с ЗП 17, то есть х=0, то световой поток, отраженный от ЗП 17, не попадает ни на торцы ООВ 6, 7, 8, 9, ни на торцы периферийных ООВ 2. По мере роста х площадь отраженного от ЗП 17 «пятна» увеличивается и, следовательно, увеличивается мощность светового потока, передаваемого на торец ВОК 1.The
При х=τкр отраженное пятно на торце ВОК 1 представляет собой кольцо, внешний радиус которого Rвн(x)=2·x·tgΘNA, а внутренний Rвнm(x)=Rвн(x)-2·rc, At x = τ cr, the reflected spot on the end face of the
где rc - радиус световода. Площадь кольца составитwhere r c is the radius of the fiber. The area of the ring is
и будет зависеть от расстояния х между торцом ВОК 1 и ЗП 17.and will depend on the distance x between the end face of the
Внутри кольца освещенность торцевой грани ВОК 1 равномерна.Inside the ring, the illumination of the end face of the
По мере дальнейшего возрастания х отраженное от ЗП 17 световое «кольцо», перемещаясь по торцевой грани ВОК 1, доходит до периферийных ООВ 2, освещает их торцы, фотоприемник 15 фиксирует прошедшую через жгут 2 мощность светового потока. Блок 16 фиксирует отношение сигналов, снимаемых с фотоприемников 14 и 15.As x increases further, the light “ring” reflected from the
Функция преобразования устройства представляет собой сложную многоступенчатую зависимость тока фотоприемника I(х) от внешних воздействий (перемещений). Для отводящих оптических волокон ООВ 3 она имеет видThe device conversion function is a complex multi-stage dependence of the photodetector current I (x) on external influences (movements). For the output
, ,
где Ф0 - интенсивность излучения источника света;where Ф 0 is the radiation intensity of the light source;
Фип1(х) - функция преобразования для тракта «ПОВ-ЗП-ООВ»;Ф ип1 (х) - conversion function for the path "POV-ZP-OOV";
К1 - коэффициент потерь мощности оптического излучения на участке от источника излучения 12 до фотоприемника 14;To 1 is the coefficient of optical radiation power loss in the area from the
Q1 - интегральная чувствительность фотоприемника 14.Q 1 is the integrated sensitivity of the
Величина коэффициента K1 определяется из соотношения:The value of the coefficient K 1 is determined from the ratio:
, ,
где k1 - коэффициент потерь мощности излучения при сопряжении источника излучения 12 с ПОВ;where k 1 is the coefficient of radiation power loss when pairing the
k2 - коэффициент затухания мощности излучения в ПОВ;k 2 - attenuation coefficient of the radiation power in the POV;
k3 - информативные и неинформативные потери мощности излучения от ЗП 17 до торца ВОК 1;k 3 - informative and non-informative loss of radiation power from
k4 - коэффициент затухания мощности излучения в ООВ;k 4 - attenuation coefficient of radiation power in OOB;
k5 - коэффициент потерь мощности излучении при сопряжении ООВ с фотоприемником 14.k 5 - coefficient of radiation power loss when pairing OOV with the
Функция преобразования ФИП1(х) записывается в видеThe transformation function Φ IP1 (x) is written as
, ,
где ρ - коэффициент отражения ЗП 17,where ρ is the reflection coefficient of the
ΣSИП1(x) - суммарная освещенная площадь торцов ООВ, полностью или частично находящихся в освещенной зоне,ΣS IP1 (x) - the total illuminated area of the ends of the OOB, fully or partially located in the illuminated area,
ΣSK(x) - полная площадь зоны торца ВОК 1, освещенной отраженным от ЗП 17 световым потоком, проецирующимся в кольцо.ΣS K (x) is the total area of the end face of the
Окончательно получаемWe finally get
. .
Из выражения (1) следует, что нестабильность выходного сигнала I1(x) при постоянном значении входных параметров устройства определяется нестабильностью параметров k1,2,3,4,5.From the expression (1) it follows that the instability of the output signal I 1 (x) at a constant value of the input parameters of the device is determined by the instability of the parameters k 1,2,3,4,5 .
Если не предпринимать специальных мер по их стабилизации, то нестабильность выходного сигнала I1(x) может быть существенной, что снижает точность измерений и их достоверность.Unless special measures are taken to stabilize them, the instability of the output signal I 1 (x) can be significant, which reduces the accuracy of measurements and their reliability.
С целью стабилизации выходного сигнала в схему введен дополнительный жгут ООВ 2.In order to stabilize the output signal, an
Аналогично выражению (1), для фототока, снимаемого с фотоприемника 15, справедливо выражениеSimilarly to expression (1), for the photocurrent taken from the
, ,
где ФИП2(х) - функция преобразования для тракта «ПОВ-ЗП-ООВ» для периферийных ООВ, собранных в жгут 2;where Ф ИП2 (х) is the conversion function for the path “POV-ZP-OOV” for peripheral OOV assembled into a
К2 - коэффициент потерь мощности оптического излучения на участке от источника излучения 12 до фотоприемника 15;To 2 is the coefficient of optical radiation power loss in the area from the
Q2 - интегральная чувствительность фотоприемника 15.Q 2 is the integrated sensitivity of the
Величина коэффициента К2 описывается выражениемThe value of the coefficient K 2 is described by the expression
, ,
где k6 - коэффициент потерь мощности излучения в дополнительном жгуте 2,where k 6 is the coefficient of radiation power loss in the
k7 - коэффициент потерь мощности излучении при сопряжении фотоприемника 15 с выходным торцом дополнительного жгута 2.k 7 - coefficient of radiation power loss when pairing the
Функция преобразования ФИП2(х) записывается в видеThe transformation function Φ IP2 (x) is written as
, ,
где ΣSИП2(x) - суммарная освещенная площадь торцов ООВ в дополнительном жгуте 2, полностью или частично находящихся в освещенной зоне.where ΣS IP2 (x) is the total illuminated area of the ends of the OOB in
Окончательно получимFinally get
. .
Отношение фототоков , фиксируемое в блоке 16, равно Р (согласно формулам (1) и (2))Photocurrent Ratio fixed in
. .
Из выражения (3) следует, что параметр Р не зависит от основных дестабилизирующих факторов: нестабильности интенсивности излучения источника света Ф0, нестабильности коэффициента отражения ρ ЗП 17 и, следовательно, от SK.From expression (3) it follows that the parameter P does not depend on the main destabilizing factors: the instability of the radiation intensity of the light source Φ 0 , the instability of the reflection
Из выражения (3) также следует, что если ВОД линейных перемещений содержит идентичные фотоприемники, у которых интегральная чувствительность Q1≈Q2, а световоды выполнены из одного и того же материала, то есть k4≈k6, и при этом потери при сопряжении с фотоприемниками 14 и 15 жгутов 6, 7, 8, 9 и 2 соответственно одинаковы, то есть достигнуто примерное равенство k5≈k7, то выражение (3) приводится к видуIt also follows from expression (3) that if the linear displacement water supply contains identical photodetectors for which the integral sensitivity is Q 1 ≈ Q 2 and the optical fibers are made of the same material, i.e., k 4 ≈k 6 , and the loss at pairing with
. .
На фиг.3 приведены типовые графики функций I1(x), I2(x), Р(х).Figure 3 shows typical graphs of the functions I 1 (x), I 2 (x), P (x).
График функции Р(х) на восходящем участке при х>х0 резко возрастает до некоторого максимального значения, после чего глубина модуляции резко падает.The graph of the function P (x) in the ascending section at x> x 0 sharply increases to a certain maximum value, after which the modulation depth drops sharply.
Из выражения (4) следует, что крутизна характеристики Р(х) и диапазон измерений входных воздействий зависят от численного соотношения ООВ в ВОК 1 и периферийных ООВ в дополнительном жгуте 2, освещенных заданным числом ПОВ в ВОК 1.From the expression (4) it follows that the steepness of the characteristic P (x) and the range of measurements of the input influences depend on the numerical ratio of the OOB in the
Таким образом, предложенное техническое решение отличается от аналога расширенными функциональными возможностями, то есть позволяет удовлетворить априорно заданным требованиям к ВОД за счет численного соотношения ПОВ и ООВ и соответствующего их размещения, при высокой точности измерений и чувствительности устройства.Thus, the proposed technical solution differs from the analogue in its expanded functional capabilities, that is, it allows to satisfy a priori specified requirements for water supply due to the numerical ratio of POV and OOB and their corresponding placement, with high measurement accuracy and sensitivity of the device.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135953/28U RU125728U1 (en) | 2012-08-22 | 2012-08-22 | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012135953/28U RU125728U1 (en) | 2012-08-22 | 2012-08-22 | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU125728U1 true RU125728U1 (en) | 2013-03-10 |
Family
ID=49124783
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012135953/28U RU125728U1 (en) | 2012-08-22 | 2012-08-22 | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU125728U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU182813U1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-09-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | FIBER OPTICAL SENSOR |
RU182811U1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-09-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | FIBER OPTICAL SENSOR |
-
2012
- 2012-08-22 RU RU2012135953/28U patent/RU125728U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU182813U1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-09-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | FIBER OPTICAL SENSOR |
RU182811U1 (en) * | 2017-12-28 | 2018-09-04 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | FIBER OPTICAL SENSOR |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN107356914B (en) | Calibration system for satellite-borne laser radar detector | |
WO2014176479A8 (en) | Surface roughness measurement device | |
CN105223181A (en) | A kind of fluorescence detection device | |
CN104515537A (en) | Fiber optics bundle type blade tip timing sensor | |
CN103712564A (en) | Reflection type optical fiber displacement sensor based on Y-shaped optical fiber coupler and self-focusing lens | |
RU125728U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE | |
CN205038162U (en) | Fluorescence detection device | |
CN110530257A (en) | Femto-second laser distribution interferometer system | |
CN113534106A (en) | Microcavity optical comb laser, distance measuring device and distance measuring method | |
CN116793329A (en) | Optical transceiver integrated module for interference type optical fiber gyro | |
US7714991B1 (en) | Fiber optic optical subassembly configuration | |
CN109814214A (en) | Optical device and collimated light beam positioning system | |
CN210243829U (en) | Laser radar system and laser ranging device | |
RU78947U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE | |
RU182813U1 (en) | FIBER OPTICAL SENSOR | |
RU125706U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE | |
CN208059800U (en) | A kind of direct-injection type laser triangle displacement sensor | |
RU2683878C1 (en) | Light liquid level gauge | |
CN111965769A (en) | Coupling lens capable of realizing light incidence and light return detection | |
JP2009098003A (en) | Vibration displacement detecting device and method of detecting displacement and vibration | |
CN207066354U (en) | Reflection type optical fiber micro-displacement sensing measurement experiment device | |
RU182811U1 (en) | FIBER OPTICAL SENSOR | |
CN214224359U (en) | Photoelectric transceiver for photochemical sensor | |
CN204964387U (en) | Transmission -type visibility meter white LED light source generating device | |
RU2044264C1 (en) | Optical displacement transmitter |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM1K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20130823 |