RU169126U1 - FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE - Google Patents
FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU169126U1 RU169126U1 RU2016114607U RU2016114607U RU169126U1 RU 169126 U1 RU169126 U1 RU 169126U1 RU 2016114607 U RU2016114607 U RU 2016114607U RU 2016114607 U RU2016114607 U RU 2016114607U RU 169126 U1 RU169126 U1 RU 169126U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- refractive index
- sensitive element
- electromagnetic radiation
- waveguide
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/41—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length
- G01N21/43—Refractivity; Phase-affecting properties, e.g. optical path length by measuring critical angle
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована в химической, нефтехимической и нефтегазовой отраслях для измерения показателя преломления жидкостей и газов. Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления содержит источник электромагнитного излучения, по меньшей мере, один чувствительный элемент, фотоприемник, входящий в блок обработки информации. Чувствительный элемент с одной стороны подключен к фотоприемнику, а с другой стороны соединен с источником электромагнитного излучения. Чувствительный элемент представляет собой участок волоконного световода и выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса. Чувствительный элемент выполнен с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны. Источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны. Технический результат - возможность производить непрерывное измерение показателя преломления исследуемого вещества с высокой точностью и расширить арсенал технических средств измерения показателя преломления жидкостей, газов, коллоидных растворов и других подобных веществ. 3 з.п. ф-лы, 3 ил., 1 табл.The utility model relates to test equipment and can be used in the chemical, petrochemical and oil and gas industries to measure the refractive index of liquids and gases. The fiber optic refractive index measuring device comprises an electromagnetic radiation source, at least one sensitive element, a photodetector included in the information processing unit. The sensing element is connected on one side to a photodetector, and on the other hand connected to a source of electromagnetic radiation. The sensitive element is a section of a fiber waveguide and is made in the form of a volumetric spiral of the waveguide, laid coil to coil on the outer surface of the cylindrical frame-body. The sensitive element is configured to change the sensitivity by selecting a working wavelength. The electromagnetic radiation source is configured to switch the working wavelength. The technical result is the ability to continuously measure the refractive index of the test substance with high accuracy and expand the arsenal of technical means of measuring the refractive index of liquids, gases, colloidal solutions and other similar substances. 3 s.p. crystals, 3 ill., 1 tab.
Description
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована в химической, нефтехимической и нефтегазовой отраслях для измерения показателя преломления жидкостей и газов.The utility model relates to test equipment and can be used in the chemical, petrochemical and oil and gas industries to measure the refractive index of liquids and gases.
Известно устройство измерения показателя преломления (WO 8203460), включающее щуп, выполненный в виде торца одного или нескольких оптических волокон. Щуп позволяет выполнить измерение сигнала, отраженного от границы раздела торца оптического волокна и измеряемой среды, при этом показатель преломления оптического волокна должен быть выше показателя преломления измеряемой среды, в соответствии с формулой Френеля.A device for measuring the refractive index (WO 8203460), including a probe made in the form of the end face of one or more optical fibers, is known. The probe allows you to measure the signal reflected from the interface between the end face of the optical fiber and the measured medium, while the refractive index of the optical fiber must be higher than the refractive index of the measured medium, in accordance with the Fresnel formula.
Недостатками известного устройства являются маленькая рабочая площадь и низкий показатель преломления щупа, из-за использования торца волокна, в качестве щупа, в результате чего возникают погрешности при измерениях показателя преломления в средах, содержащих нерастворенные частицы.The disadvantages of the known device are the small working area and low refractive index of the probe, due to the use of the fiber end as a probe, which results in errors when measuring the refractive index in media containing undissolved particles.
Известно устройство измерения показателя преломления (патент RU №2506568 от 10.02.2014), содержащее, по меньшей мере, один щуп-зонд, соединенный с регистрирующим модулем посредством оптического световода. При этом щуп-зонд может быть выполнен разными способами: с использованием керамической ферулы и плоско-выпуклой линзы из материала с высоким показателем преломления; или с использованием плоско-выпуклой линзы для обеспечения перпендикулярности направления отраженного пучка света от раздела сред линза-измеряемое вещество; или с использованием волоконно-оптического коллиматора для расширения светового пучка, после которого расположена призма из материала с высоким показателем преломления с углами между основаниями, обеспечивающими отражение светового потока от границы двух сред или в виде волоконного световода из материала с высоким показателем преломления с конвертером поля моды, который представляет собой адиабатическое расширение диаметра поля моды в направление выходного торца, имеющего перпендикулярный скол. Данное устройство принято за прототип.A device for measuring the refractive index (patent RU No. 2506568 of 02/10/2014) is known, comprising at least one probe probe connected to the recording module by means of an optical fiber. In this case, the probe probe can be performed in different ways: using a ceramic ferula and a flat-convex lens from a material with a high refractive index; or using a plano-convex lens to ensure the perpendicularity of the direction of the reflected light beam from the media section of the lens-measured substance; or using a fiber optic collimator to expand the light beam, after which there is a prism made of a material with a high refractive index with angles between the bases providing reflection of the light flux from the boundary of two media or in the form of a fiber waveguide made of a material with a high refractive index with a mode field converter , which is an adiabatic expansion of the diameter of the mode field in the direction of the output end having a perpendicular cleavage. This device is taken as a prototype.
Недостатками известного устройства, принятого за прототип, являются высокая чувствительность всей системы к неконтролируемым потерям в оптическом тракте по причине сравнения интенсивностей двух волн, распространяющихся по разным световодам.The disadvantages of the known device adopted for the prototype are the high sensitivity of the entire system to uncontrolled losses in the optical path due to the comparison of the intensities of two waves propagating through different optical fibers.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели - источник электромагнитного излучения; по меньшей мере, один чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода и соединенный с фотоприемником, входящим в блок обработки информации.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed utility model is a source of electromagnetic radiation; at least one sensing element, made in the form of a section of a fiber waveguide and connected to a photodetector included in the information processing unit.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание высокоточного устройства измерения показателя преломления жидкостей, газов, коллоидных растворов и других подобных веществ, расширение арсенала технических средств.The task to which the claimed technical solution is directed is to create a high-precision device for measuring the refractive index of liquids, gases, colloidal solutions and other similar substances, expanding the arsenal of technical means.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном волоконно-оптическом устройстве измерения показателя преломления, содержащем источник электромагнитного излучения, по меньшей мере, один чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода и соединенный с фотоприемником, входящим в блок обработки информации, согласно полезной модели чувствительный элемент выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса, причем чувствительный элемент выполнен с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны и подключен к источнику электромагнитного излучения, выполненному с возможностью переключения рабочей длины волны.The problem was solved due to the fact that in the known fiber-optic device for measuring the refractive index, containing an electromagnetic radiation source, at least one sensing element, made in the form of a section of a fiber waveguide and connected to a photodetector included in the information processing unit, according to utility model, the sensitive element is made in the form of a volumetric spiral of the fiber, laid coil to coil on the outer surface of the cylindrical frame-body, and the sensitive ment is configured to change sensitivity by selecting the operating wavelength and is connected to electromagnetic radiation source operable to shift the operating wavelength.
В качестве волоконного световода может быть использован безоболочечный кварцевый волоконный световод.As a fiber waveguide, a non-clad quartz fiber waveguide may be used.
В качестве волоконного световода может быть использован полимерный волоконный световод.As the optical fiber, a polymer optical fiber can be used.
В качестве волоконного световода может быть использован одномодовый волоконный световод.A single-mode fiber can be used as a fiber.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - чувствительный элемент выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса; чувствительный элемент выполнен с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны и подключен к источнику электромагнитного излучения, выполненному с возможностью переключения рабочей длины волны; в качестве волоконного световода использован безоболочечный кварцевый волоконный световод; в качестве волоконного световода использован полимерный волоконный световод; в качестве волоконного световода использован одномодовый волоконный световод.Signs of the proposed technical solution, distinctive from the prototype - the sensitive element is made in the form of a volumetric spiral of the fiber, laid coil to coil on the outer surface of the cylindrical frame-body; the sensitive element is configured to change the sensitivity by selecting the working wavelength and is connected to a source of electromagnetic radiation configured to switch the working wavelength; a non-clad quartz fiber waveguide was used as a fiber waveguide; as a fiber optical fiber, a polymer fiber optical fiber is used; a single-mode fiber is used as a fiber.
Выполнение чувствительного элемента в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса, позволяет производить точное непрерывное измерение показателя преломления исследуемого вещества.The implementation of the sensitive element in the form of a volumetric spiral of the fiber, laid coil to coil on the outer surface of the cylindrical rim-body, allows for accurate continuous measurement of the refractive index of the test substance.
Выполнение чувствительного элемента с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны позволяет производить точное непрерывное измерение показателя преломления исследуемого вещества.The implementation of the sensitive element with the ability to change the sensitivity by selecting the working wavelength allows for accurate continuous measurement of the refractive index of the test substance.
На фиг. 1 представлена схема волоконно-оптического устройства измерения показателя преломления.In FIG. 1 is a diagram of a fiber optic refractive index measuring device.
На фиг. 2 приведены результаты измерений потери мощности Р на чувствительном элементе при различных диаметрах оправы для трех длин волн (1 - 980 нм; 2 - 1310 нм; 3 - 1550 нм).In FIG. Figure 2 shows the results of measurements of the power loss P on the sensitive element at different diameters of the frame for three wavelengths (1 - 980 nm; 2 - 1310 nm; 3 - 1550 nm).
На фиг. 3 приведена зависимость потери мощности от числа витков N спирали в чувствительном элементе.In FIG. Figure 3 shows the dependence of power loss on the number of turns N of the spiral in the sensing element.
Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления (фиг. 1) содержит источник электромагнитного излучения 1, по меньшей мере, один чувствительный элемент 2, фотоприемник (на чертеже не показан), входящий в блок обработки информации 3. Чувствительный элемент 2 с одной стороны посредством стандартного световода подключен к фотоприемнику, а с другой стороны при помощи волоконного световода соединен с источником электромагнитного излучения 1. Чувствительный элемент 2 представляет собой участок волоконного световода и выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса. Чувствительный элемент 2 выполнен с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны. Источник электромагнитного излучения 1 выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны. В качестве волоконного световода может быть использован безоболочечный кварцевый волоконный световод, или полимерный волоконный световод, или одномодовый или многомодовый волоконный световод.The fiber-optic device for measuring the refractive index (Fig. 1) contains an
Чувствительный элемент 2 во время работы погружается в исследуемое вещество.The
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Излучение от источника 1 направляется через оптическое волокно к чувствительному элементу 2. При погружении чувствительного элемента 2 в исследуемую среду часть излучения покидает световод по причине нарушения полного внутреннего отражения. Это, в свою очередь, приводит к изменению интенсивности светового пучка. Свет, прошедший через чувствительный элемент 2, распространяется далее по световоду и попадает на фотоприемник блока обработки информации 3. Блок обработки 3 принимает световой пучок и преобразует информацию об интенсивности света в показатель преломления исследуемого вещества (n).The radiation from the
На фиг. 2-3 приведены результаты измерений потери мощности Р на чувствительном элементе при различных диаметрах оправы для трех длин волн, а также зависимость потерь мощности от числа витков спирали в чувствительном элементе.In FIG. 2-3, the results of measurements of the power loss P on the sensitive element at different diameters of the frame for three wavelengths are presented, as well as the dependence of the power loss on the number of turns of the spiral in the sensitive element.
На основании данных фиг. 2-3 можно выбирать требуемую чувствительность, во-первых, на этапе сборки, варьируя количество витков и диаметр изгиба, во-вторых, на этапе измерений, переключая длину волны источника излучения. Так при постоянном диаметре и числе витков увеличение длины волны повышает потери за счет нарушения полного внутреннего отражения, следовательно, приводит к более интенсивному отклику на изменение относительного показателя преломления окружающая среда-волокно.Based on the data of FIG. 2-3, you can select the desired sensitivity, firstly, at the assembly stage, varying the number of turns and bending diameter, and secondly, at the measurement stage, switching the wavelength of the radiation source. So, with a constant diameter and number of turns, an increase in the wavelength increases losses due to the violation of the total internal reflection, therefore, leads to a more intense response to a change in the relative refractive index of the environment-fiber.
Для измерения показателя преломления реализована экспериментальная установка, схема которой приведена на фиг. 1. В качестве источника излучения 1 использован лазер Thorlabs SFL1550S с рабочей длиной волны 1550 нм. Чувствительный элемент 2 реализован из оптического волокна Corning SMF-28 на оправе диаметром 17 мм. Изменение потери мощности при погружении в среду, для которой измерялся показатель преломления, производилось фотоприемником Thorlabs РМ-200. Результаты измерений потери мощности приведены в таблице, погрешность измерения потери мощности на экспериментальной установке не превышала 0,1%.To measure the refractive index, an experimental setup was implemented, the circuit of which is shown in FIG. 1. As a
Как видно из таблицы, величина потери мощности в чувствительном элементе находится в однозначной зависимости от относительного показателя преломления окружающая среда-световод.As can be seen from the table, the magnitude of the power loss in the sensitive element is in unambiguous dependence on the relative refractive index of the environment, the fiber.
Преимущество предлагаемой полезной модели состоит в том, что она позволяет производить непрерывное измерение показателя преломления исследуемого вещества с высокой точностью и расширить арсенал технических средств измерения показателя преломления жидкостей, газов, коллоидных растворов и других подобных веществ.The advantage of the proposed utility model is that it allows continuous measurement of the refractive index of the test substance with high accuracy and to expand the arsenal of technical means for measuring the refractive index of liquids, gases, colloidal solutions and other similar substances.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114607U RU169126U1 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016114607U RU169126U1 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU169126U1 true RU169126U1 (en) | 2017-03-03 |
Family
ID=58450150
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016114607U RU169126U1 (en) | 2016-04-14 | 2016-04-14 | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU169126U1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1300346A1 (en) * | 1985-11-10 | 1987-03-30 | Ярославский государственный университет | Refractometer |
SU1684629A1 (en) * | 1989-04-19 | 1991-10-15 | Предприятие П/Я А-1742 | Refractometer |
WO2009082630A2 (en) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Baker Hughes Incorporated | Fiber optic refractometer |
RU156297U1 (en) * | 2015-03-25 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE |
-
2016
- 2016-04-14 RU RU2016114607U patent/RU169126U1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1300346A1 (en) * | 1985-11-10 | 1987-03-30 | Ярославский государственный университет | Refractometer |
SU1684629A1 (en) * | 1989-04-19 | 1991-10-15 | Предприятие П/Я А-1742 | Refractometer |
WO2009082630A2 (en) * | 2007-12-14 | 2009-07-02 | Baker Hughes Incorporated | Fiber optic refractometer |
RU156297U1 (en) * | 2015-03-25 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Urrutia et al. | A comprehensive review of optical fiber refractometers: Toward a standard comparative criterion | |
US5004913A (en) | Remote measurement of physical variables with fiber optic systems - methods, materials and devices | |
Silva et al. | A reflective optical fiber refractometer based on multimode interference | |
CN100437036C (en) | Fibre optic sensor for measuring temperature and refractive index of liquid contemporarily | |
Jiang et al. | Simultaneous measurement of liquid level and surrounding refractive index using tilted fiber Bragg grating | |
Patil et al. | Comprehensive and analytical review on optical fiber refractive index sensor | |
WO2013139783A1 (en) | A sensor for combined temperature, pressure, and refractive index detection | |
CN108844919B (en) | Cladding reflection type inclined fiber grating refractive index sensor and manufacturing and measuring methods thereof | |
ZA200508065B (en) | A fibre optic sensor for measurement of refractive index | |
CN105675545A (en) | High-sensitivity intensity detection method based on self-interference type micro resonator cavity light sensor | |
CN109974814B (en) | Low-temperature response Michelson liquid level sensor based on multimode interference and measuring method | |
US10145789B2 (en) | Immersion refractometer | |
Li et al. | High-sensitivity and fast-response fiber optic temperature sensor using an anti-resonant reflecting optical waveguide mechanism | |
RU169126U1 (en) | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE | |
RU156297U1 (en) | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE | |
Selvas-Aguilar et al. | Noncontact optical fiber sensor for measuring the refractive index of liquids | |
Rong et al. | Reflective refractometer based on a thin-core fiber tailored multimode fiber Bragg grating | |
RU2506568C2 (en) | Device to measure index of refraction | |
RU175215U1 (en) | FIBER OPTICAL REFRACTION MEASUREMENT DEVICE | |
CN105466409B (en) | The measuring method of subwave optical path difference is reflected in a kind of photon band-gap optical fiber gyro | |
JPH0219730A (en) | Optical fiber temperature sensor | |
CN112393819A (en) | Temperature sensor | |
RU2429453C2 (en) | Fibre optic signaliser of fluid level and type | |
Zhou et al. | Fabrication of Optical Fiber Sensors Based on Femtosecond Laser Micro Machining | |
US20200408680A1 (en) | Optical immersion refractometer probe |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20210415 |