RU175215U1 - Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления - Google Patents
Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления Download PDFInfo
- Publication number
- RU175215U1 RU175215U1 RU2017113668U RU2017113668U RU175215U1 RU 175215 U1 RU175215 U1 RU 175215U1 RU 2017113668 U RU2017113668 U RU 2017113668U RU 2017113668 U RU2017113668 U RU 2017113668U RU 175215 U1 RU175215 U1 RU 175215U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- measuring
- splitter
- analyzers
- polarizers
- 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
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/024—Optical fibres with cladding with or without a coating with polarisation maintaining properties
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике. Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления содержит источник электромагнитного излучения, соединенный с первым разветвителем, делящим излучение на опорное и хотя бы одно измеряющее волоконно-оптические плечи. В измеряющем плече расположен, по меньшей мере, один чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода. Опорное и измеряющее волоконно-оптические плечи соединены с входами поляризаторов, а выходы поляризаторов соединены через второй разветвитель со специальным волокном, сохраняющим поляризацию. Специальное волокно соединено с третьим разветвителем. Третий разветвитель соединен с анализаторами, отделяющими излучение опорного плеча от измеряющего, анализаторы соединены, по меньшей мере, с двумя фотоприемниками, подключенными к блоку обработки информации. Чувствительный элемент выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны, а источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны. Технический результат заключается в возможности производить непрерывное измерение показателя преломления исследуемого вещества с высокой точностью. 2 з.п. ф-лы, 1ил.
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.
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.
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.
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.
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.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, - источник электромагнитного излучения, соединенный с первым разветвителем, делящим излучение на опорное и хотя бы одно измеряющее волоконно-оптические плечи; по меньшей мере, один чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода и расположенный в измеряющем плече; по меньшей мере, два фотоприемника, подключенные к блоку обработки информации.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является создание высокоточного устройства непрерывного измерения показателя преломления жидкостей, газов, коллоидных растворов и других подобных веществ, расширение арсенала технических средств.
Поставленная задача была решена за счет того, что известное волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления, содержащее источник электромагнитного излучения, соединенный с первым разветвителем, делящим излучение на опорное и, хотя бы одно измеряющее волоконно-оптические плечи, расположенный в измеряющем плече, по меньшей мере, один чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода и, по меньшей мере, два фотоприемника, подключенные к блоку обработки информации, согласно полезной модели, снабжено поляризаторами, поляризующими свет во взаимоперпендикулярных направлениях, вторым и третьим разветвителями, анализаторами, отделяющими излучение опорного плеча от измеряющего, входы поляризаторов соединены с опорным и измеряющим волоконно-оптическими плечами, а выходы поляризаторов соединены через второй разветвитель со специальным волокном, сохраняющим поляризацию, и соединенным с третьим разветвителем, третий разветвитель соединен с анализаторами, отделяющими излучение опорного плеча от измеряющего, анализаторы соединены с фотоприемниками, при этом чувствительный элемент выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса, с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны, а источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.
В качестве специального световода может быть использован световод с малым двулучепреломлением.
В качестве специального световода может быть использован световод типа PANDA.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа, - поляризаторы, поляризующие свет во взаимоперпендикулярных направлениях; второй и третий разветвители; анализаторы, отделяющие излучение опорного плеча от измеряющего; входы поляризаторов соединены с опорным и измеряющим волоконно-оптическими плечами; выходы поляризаторов соединены через второй разветвитель со специальным волокном, сохраняющим поляризацию, и соединенным с третьим разветвителем; третий разветвитель соединен с анализаторами, отделяющими излучение опорного плеча от измеряющего; анализаторы соединены с фотоприемниками; 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; источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны; в качестве специального световода использован световод с малым двулучепреломлением; в качестве специального световода использован световод типа PANDA.
Благодаря разделению луча света на измеряющий и опорный пучки взаимоперпендикулярной поляризацией и, объединяя информацию о их мощности, происходит устранение дрейфа мощности лазера, что позволяет более точно определить значение показателя преломления, принимая к сведению, что по мощности опорного луча можно определить текущую мощность источника, зная потери на разделителях, поляризаторах и анализаторах.
Выполнение чувствительного элемента в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса, с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны позволяет производить точное непрерывное измерение показателя преломления исследуемого вещества.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-4.
На фиг. 1 представлена схема волоконно-оптического устройства измерения показателя преломления.
На фиг. 2 показано изменение мощности на чувствительном элементе, расположенном в координате Х0, при источнике электромагнитного излучения без дрейфа мощности.
На фиг. 3 показано изменение мощности на чувствительном элементе, расположенном в координате Х0, при источнике электромагнитного излучения с дрейфом мощности.
На фиг. 4 показано согласованное изменение мощности в опорном и измеряющем плечах при источнике электромагнитного излучения с дрейфом мощности.
Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления (фиг. 1) содержит источник 1 электромагнитного излучения, соединенный с первым Y- разветвителем (Y1) 2 излучения, делящим излучение на опорное и, хотя бы одно измеряющее волоконно-оптические плечи. В измеряющем плече расположен, по меньшей мере, один чувствительный элемент 3. Чувствительный элемент 3 представляет собой участок волоконного световода и выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса. Чувствительный элемент 3 выполнен с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны. Источник 1 электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны. Устройство содержит поляризаторы (P1, Р2) 4, 5, поляризующие свет во взаимоперпендикулярных направлениях, и анализаторы (А1, А2) 6, 7, отделяющие излучение опорного плеча от измеряющего. Входы поляризаторов 4, 5 соединены с опорным и измеряющим волоконно-оптическими плечами, а выходы поляризаторов 4, 5 соединены через второй разветвитель (Y2) 8 со специальным волокном 9, сохраняющим поляризацию. Специальное волокно 9 соединено с третьим разветвителем (Y3) 10. Третий разветвитель 10 соединен с анализаторами 6, 7, отделяющими излучение опорного плеча от измеряющего. Анализаторы 6, 7 соединены, по меньшей мере, с двумя фотоприемниками 11, 12, подключенными к блоку обработки информации 13. В качестве специального световода 9 может быть использован световод с малым двулучепреломлением. В качестве специального световода 9 может быть использован световод типа PANDA.
Устройство работает следующим образом.
Излучение от источника 1 направляется через оптическое волокно в первый Y-разветвитель 2. При погружении чувствительного элемента 3 в исследуемую среду часть излучения покидает световод по причине нарушения полного внутреннего отражения, что приводит к уменьшению интенсивности светового пучка (фиг. 2). Свет, прошедший через чувствительный элемент 3 попадает на поляризатор 4, затем через второй Y-разветвитель 8 проходит в специальное волокно 9, вместе с перпендикулярно поляризованной опорной волной. После прохождения через специальное волокно 9 с малым двулучепреломлением лучи разделяются с помощью третьего Y-разветвителя 10 и попадают на анализаторы измеряющего 6 и опорного 7 излучений, направленные аналогично поляризациям соответствующих волн и далее на фотоприемники 11, 12. Блок обработки данных 13 получает информацию с фотоприемников 11 и 12 и преобразует данные об интенсивности света в показатель преломления исследуемого вещества.
Возможный дрейф мощности источника излучения 1 может привести к ошибкам измерения показателя преломления, поскольку выходной сигнал с чувствительного элемента 3 пропорционален как потерям, вызванным нарушением закона полного внутреннего отражения, на которых основывается принцип работы чувствительного элемента, так и входящей мощности (фиг. 2, 3). Для устранения негативного влияния возможного дрейфа мощности источника излучения в устройство измерения введено опорное плечо, по показаниям измерителя мощности (фотоприемника) с которого можно определить его текущую мощность (фиг. 4) и учесть это при интерпретации показаний с измеряющего плеча.
Преимущество заявляемой полезной модели состоит в том, что она позволяет производить непрерывное измерение показателя преломления исследуемого вещества с высокой точностью, исключая ошибки измерения, связанные с дрейфом мощности источника излучения, и расширить арсенал технических средств измерения показателя преломления жидкостей, газов, коллоидных растворов и других подобных веществ.
Claims (3)
1. Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления, содержащее источник электромагнитного излучения, соединенный с первым разветвителем, делящим излучение на опорное и хотя бы одно измеряющее волоконно-оптические плечи, расположенный в измеряющем плече, по меньшей мере, один чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода и, по меньшей мере, два фотоприемника, подключенные к блоку обработки информации, отличающееся тем, что оно снабжено поляризаторами, поляризующими свет во взаимоперпендикулярных направлениях, вторым и третьем разветвителями, анализаторами, отделяющими излучение опорного плеча от измеряющего, входы поляризаторов соединены с опорным и измеряющим волоконно-оптическими плечами, а выходы поляризаторов соединены через второй разветвитель со специальным волокном, сохраняющим поляризацию и соединенным с третьим разветвителем, третий разветвитель соединен с анализаторами, отделяющими излучение опорного плеча от измеряющего, анализаторы соединены с фотоприемниками, при этом чувствительный элемент выполнен в виде объемной спирали световода, уложенной виток к витку на внешней поверхности цилиндрической оправы-корпуса, с возможностью изменения чувствительности посредством выбора рабочей длины волны, а источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.
2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве специального световода использован световод с малым двулучепреломлением.
3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в качестве специального световода использован световод типа PANDA.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113668U RU175215U1 (ru) | 2017-04-19 | 2017-04-19 | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017113668U RU175215U1 (ru) | 2017-04-19 | 2017-04-19 | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU175215U1 true RU175215U1 (ru) | 2017-11-28 |
Family
ID=60581870
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017113668U RU175215U1 (ru) | 2017-04-19 | 2017-04-19 | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU175215U1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222877U1 (ru) * | 2023-11-23 | 2024-01-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Оптический разветвитель |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4553841A (en) * | 1982-02-10 | 1985-11-19 | Cselt Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni, S.P.A. | Method of and apparatus for measuring thickness and refractive index of transparent bodies |
| RU84562U1 (ru) * | 2009-03-19 | 2009-07-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" | Оптоволоконный измеритель распределения размеров и концентраций наночастиц в жидкостях |
| US20120075619A1 (en) * | 2008-12-05 | 2012-03-29 | Nieman Linda T | Fiber-optic probes and associated methods |
| RU156297U1 (ru) * | 2015-03-25 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления |
-
2017
- 2017-04-19 RU RU2017113668U patent/RU175215U1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4553841A (en) * | 1982-02-10 | 1985-11-19 | Cselt Centro Studi E Laboratori Telecomunicazioni, S.P.A. | Method of and apparatus for measuring thickness and refractive index of transparent bodies |
| US20120075619A1 (en) * | 2008-12-05 | 2012-03-29 | Nieman Linda T | Fiber-optic probes and associated methods |
| RU84562U1 (ru) * | 2009-03-19 | 2009-07-10 | Общество С Ограниченной Ответственностью "Лаборатория Оптико-Электронных Приборов" | Оптоволоконный измеритель распределения размеров и концентраций наночастиц в жидкостях |
| RU156297U1 (ru) * | 2015-03-25 | 2015-11-10 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Кузнецов В. А и др. "Волоконно-оптические информационно-измерительные системы", Фотон-экспресс. N2, стр.21, 2009 г. * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU222877U1 (ru) * | 2023-11-23 | 2024-01-22 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)" | Оптический разветвитель |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| EP1749202B1 (en) | Optical interrogation systems with reduced parasitic reflections and a method for filtering parasitic reflections | |
| US4818071A (en) | Fiber optic doppler anemometer | |
| CN102788768A (zh) | 一种基于新型反射式光纤环镜的液体折射率测量方法 | |
| CN102175645B (zh) | 一种基于偏振光检测的高灵敏光子晶体光纤折射率传感器 | |
| US10145789B2 (en) | Immersion refractometer | |
| RU175215U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления | |
| CN102519907B (zh) | 反射型光纤-微流控芯片折射率传感器 | |
| RU156297U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления | |
| CN210923475U (zh) | 一种基于光纤spr传感器的血清白蛋白检测系统 | |
| RU2506568C2 (ru) | Устройство измерения показателя преломления | |
| RU2457453C1 (ru) | Волоконно-оптический преобразователь давления | |
| RU169126U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения показателя преломления | |
| JP2013253945A (ja) | 光干渉計方式屈折率計および屈折率測定方法ならびにそれに用い得るセル | |
| CN101819143A (zh) | 气体折射率传感元件及传感装置 | |
| CN112393819A (zh) | 一种温度传感器 | |
| JP3702340B2 (ja) | 屈折率測定法 | |
| RU157412U1 (ru) | Автоматический цифровой рефрактометр для определения показателя преломления жидкостей | |
| CN202024962U (zh) | 一种基于偏振光检测的高灵敏光子晶体光纤折射率传感器 | |
| RU131183U1 (ru) | Бортовое устройство оценки качества топлива | |
| US20200408680A1 (en) | Optical immersion refractometer probe | |
| CN219532909U (zh) | 磁致旋光效应增强装置 | |
| CN112964668B (zh) | 一种基于谐振器的物质浓度检测装置及方法 | |
| RU2744159C1 (ru) | Волоконно-оптический сигнализатор уровня и вида жидкости | |
| CN102278945B (zh) | 一种光学位移传感器 | |
| RU132202U1 (ru) | Волоконно-оптический рефрактометр |