RU179264U1 - FIBER OPTICAL THERMOMETER - Google Patents
FIBER OPTICAL THERMOMETER Download PDFInfo
- Publication number
- RU179264U1 RU179264U1 RU2017139611U RU2017139611U RU179264U1 RU 179264 U1 RU179264 U1 RU 179264U1 RU 2017139611 U RU2017139611 U RU 2017139611U RU 2017139611 U RU2017139611 U RU 2017139611U RU 179264 U1 RU179264 U1 RU 179264U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- optic
- bragg
- lattice
- sensor
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 119
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 27
- 239000000523 sample Substances 0.000 claims abstract description 10
- 238000013461 design Methods 0.000 claims abstract description 9
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims abstract description 8
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 claims description 6
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 15
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 8
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 6
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 5
- 238000009529 body temperature measurement Methods 0.000 abstract description 4
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 238000004880 explosion Methods 0.000 abstract description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 4
- 238000011160 research Methods 0.000 description 3
- 230000008685 targeting Effects 0.000 description 3
- 238000010276 construction Methods 0.000 description 2
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 2
- 238000000034 method Methods 0.000 description 2
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 description 2
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N AsGa Chemical compound [As]#[Ga] JBRZTFJDHDCESZ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910001218 Gallium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004642 Polyimide Substances 0.000 description 1
- 230000002238 attenuated effect Effects 0.000 description 1
- 230000035559 beat frequency Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000008030 elimination Effects 0.000 description 1
- 238000003379 elimination reaction Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 229920001721 polyimide Polymers 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 238000012883 sequential measurement Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01K—MEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01K11/00—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
- G01K11/32—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres
- G01K11/3206—Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00 using changes in transmittance, scattering or luminescence in optical fibres at discrete locations in the fibre, e.g. using Bragg scattering
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерения температуры в зонах с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрывопожароопасности, при измерениях под высоким напряжением и в других условиях, где недопустимо применение стандартных электронных средств контроля температурного состояния, а именно к системам для мониторинга температурного состояния в медицине, на объектах энергоснабжения, инженерных сооружениях. Волоконно-оптический термометр содержит, в отличие от прототипа, оптический разветвитель, вход и выходы которого соответственно соединены волоконными световодами с третьим выходом светораспределительной системы и с каждым волоконно-оптическим датчиком, а в каждом волоконно-оптическом датчике перед записанной на торце волоконного световода первой волоконной решеткой Брэгга записана вторая волоконная решетка Брэгга, по меньшей мере, с двумя фазовыми π-сдвигами, симметрично расположенными относительно ее центральной длины волны, которая совпадает с центральной длиной волны первой волоконной решетки Брэгга во всем диапазоне измеряемых температур, и разнесенными на величину Δλ, не превышающую ее ширину спектра. В волоконно-оптическом термометре в каждом волоконно-оптическом датчике первая волоконная решетка Брэгга может быть записана либо как продолжение второй волоконной решетки Брэгга, тогда конструкция датчика имеет вид щупа, либо на расстоянии от второй волоконной решетки Брэгга, позволяющее свернуть петлю, и уложить первую волоконную решетку Брэгга в непосредственном контакте со второй, закрепив их на наконечнике произвольной плоской или объемной формы, тогда конструкция датчика имеет кольцевой вид. Также в волоконно-оптических датчиках разнос фазовых сдвигов Δλ≠Δλ, где i и j - номера волоконно-оптических датчиков, i, j∈N, где N - множество волоконно-оптических датчиков термометра, при этом разность Δλ-Δλне равна и не кратна в целом и частном Δλи Δλ. Технический результат - повышение чувствительности измерений. 3 з.п. ф-лы, 5 ил.The utility model relates to the field of temperature measurement in areas with strong electromagnetic interference, in areas of increased explosion and fire hazard, for measurements under high voltage and in other conditions where the use of standard electronic means of monitoring the temperature state is inadmissible, namely, systems for monitoring the temperature state in medicine, at power supply facilities, engineering structures. The fiber-optic thermometer contains, in contrast to the prototype, an optical splitter, the input and outputs of which are respectively connected by fiber optic fibers with the third output of the light distribution system and with each fiber-optic sensor, and in each fiber-optic sensor before the first fiber recorded on the end of the fiber the Bragg grating recorded the second Bragg fiber grating with at least two π-phase shifts symmetrically located relative to its central wavelength, which Single coincides with the central wavelength of the first fiber Bragg grating over the entire range of measured temperatures, and spaced apart by an amount Δλ, not exceeding the width of the spectrum. In a fiber-optic thermometer in each fiber-optic sensor, the first Bragg fiber lattice can be written either as a continuation of the second Bragg fiber lattice, then the sensor design looks like a probe, or at a distance from the second Bragg fiber lattice, which allows you to fold the loop, and lay the first fiber Bragg grating in direct contact with the second, fixing them on the tip of an arbitrary flat or volumetric shape, then the sensor design has an annular shape. Also, in fiber-optic sensors, the phase shift is Δλ ≠ Δλ, where i and j are the numbers of fiber-optic sensors, i, j∈N, where N is the set of fiber-optic sensors of the thermometer, and the difference Δλ-Δλ is not equal to and is not a multiple of in general and particular Δλ and Δλ. The technical result is an increase in the sensitivity of measurements. 3 s.p. f-ly, 5 ill.
Description
Полезная модель относится к области измерения температуры в зонах с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрывопожароопасности, при измерениях под высоким напряжением и в других условиях, где недопустимо применение стандартных электронных средств контроля температурного состояния, а именно к системам для мониторинга температурного состояния в медицине, на объектах энергоснабжения, инженерных сооружениях.The utility model relates to the field of temperature measurement in areas with strong electromagnetic interference, in areas of increased explosion and fire hazard, for measurements under high voltage and in other conditions where the use of standard electronic means of monitoring the temperature state is inadmissible, namely, systems for monitoring the temperature state in medicine, at power supply facilities, engineering structures.
Известен волоконно-оптический термометр, включающий в себя волоконно-оптический датчик температуры с расположенным на его конце термочувствительным элементом из арсенида галлия (патент США US 2006/0251147 А1 «Контроль и мониторинг изменения температуры», опубликован 09.11.2006) и регистрирующую систему.A fiber-optic thermometer is known, which includes a fiber-optic temperature sensor with a temperature-sensitive element made of gallium arsenide located at its end (US patent US 2006/0251147 A1 "Control and monitoring of temperature changes", published 09.11.2006) and a recording system.
Измерение температуры выполняется при контакте термочувствительного элемента с поверхностью объекта. Конструктивным недостатком такого термометра является сложная технология изготовления датчика, применение многомодовых волокон, что ограничивает диапазон измерений по дальности расположения датчиков и точность измерения. Кроме того, низкая чувствительность измерений определяется детектированием информационных сигналов в области постоянного тока, характеризующегося высоким уровнем собственных шумов фотоприемника, и отсутствием прямой адресности датчика.Temperature measurement is carried out upon contact of the thermosensitive element with the surface of the object. A constructive disadvantage of such a thermometer is the complicated technology of manufacturing the sensor, the use of multimode fibers, which limits the measurement range by the range of the sensors and the measurement accuracy. In addition, the low sensitivity of the measurements is determined by the detection of information signals in the DC region, characterized by a high level of intrinsic noise of the photodetector, and the lack of direct addressing of the sensor.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является волоконно-оптический термометр (патент РФ RU 2491523 С1, «Волоконно-оптический термометр», опубликован 27.08.2013) с помощью которого решается техническая задача повышения точности измерения, упрощения конструкции датчика, механического упрочнения при возможности изготовления датчика с длиной линии связи до 30 километров.Closest to the proposed technical solution is a fiber-optic thermometer (RF patent RU 2491523 C1, “Fiber-optic thermometer”, published August 27, 2013), which solves the technical problem of increasing the accuracy of measurement, simplifying the design of the sensor, and mechanical hardening if it is possible to manufacture the sensor with a communication line length of up to 30 kilometers.
Поставленная задача решается тем, что волоконно-оптический термометр состоит из источника света, микроконтроллера, светораспределительной системы, оптического фильтра, волоконно-оптического переключателя, по меньшей мере, двух фотоприемников, по меньшей мере, одного волоконно-оптического датчика в виде щупа, при этом волоконно-оптический переключатель соединен с одной стороны с волоконно-оптическими щупами посредством волоконного световода, с другой - со светораспределительной системой, источник света соединен со светораспределительной системой посредством волоконного световода, светораспределительная система выполнена таким образом, что имеется разветвление на опорный и измерительный канал, при этом измерительный канал выполнен таким образом, что между светораспределительной системой и фотоприемником имеется оптический фильтр, соединенный с ними посредством волоконного световода, опорный канал выполнен в виде фотоприемника, соединенного со светораспределительной системой напрямую посредством волоконного световода, фотоприемники соединены с микроконтроллером посредством электрических проводов.The problem is solved in that the fiber optic thermometer consists of a light source, a microcontroller, a light distribution system, an optical filter, a fiber optic switch, at least two photodetectors, at least one fiber optic sensor in the form of a probe, while the fiber optic switch is connected on one side to the fiber optic probes by means of a fiber waveguide, on the other hand, with a light distribution system, the light source is connected to a light distribution By means of a fiber optic system, the light distribution system is designed in such a way that there is a branching into the reference and measuring channels, while the measuring channel is designed so that between the light distribution system and the photodetector there is an optical filter connected to them by means of a fiber optical fiber, the reference channel is made in as a photodetector connected directly to the light distribution system by means of a fiber optic fiber, photodetectors connected to a microcontrol erom via electrical wires.
В частности, светораспределительная система может быть выполнена в виде, по меньшей мере, одного волоконно-оптического циркулятора и разветвителя; фильтра, выполненного в виде волоконной решетки Брэгга или длиннопериодной решетки, и, по меньшей мере, одного волоконно-оптического переключателя, соединенных посредством волоконного световода; волоконо-оптические компоненты могут быть одномодовыми; волоконно-оптический щуп может быть выполнен в виде волоконно-оптической решетки Брэгга, записанной на стандартном волоконном световоде типа SMF-28 или высокогерманатном световоде с полиимидным покрытием.In particular, the light distribution system can be made in the form of at least one fiber optic circulator and a splitter; a filter made in the form of a Bragg fiber grating or a long-period grating, and at least one fiber optic switch connected by a fiber optic fiber; fiber optic components may be single mode; the fiber optic probe can be made in the form of a Bragg fiber optic array recorded on a standard SMF-28 fiber optic fiber or a high german fiber with a polyimide coating.
Недостатком указанного волоконно-оптического термометра является низкая чувствительность, обусловленная детектированием информационного сигнала температуры по постоянному току, как определение соотношения мощностей сигналов на выходе двух фотоприемников, зависящего от спектрального положения отраженного от датчика света по сравнению с положением оптического фильтра, не смотря на то, что измерение проводится дифференциально, что в целом позволяет повысить точность измерения температуры, за счет устранения влияния нестабильностей источника света и внешних факторов, воздействующих одинаково на опорный и измерительный канал. Кроме того, в данном техническом решении по-прежнему отсутствует прямая адресность датчика - волоконной решетки Брэгга, записанной вблизи торца волоконно-оптического щупа. Присутствует лишь косвенная адресность по условному положению оптического переключателя, который в свою очередь ограничивает процесс измерения только последовательными измерениями (опрос волоконно-оптических щупов с определенной ограниченной скоростью).The disadvantage of this fiber-optic thermometer is the low sensitivity due to the detection of the DC temperature information signal, as the determination of the ratio of signal powers at the output of two photodetectors, depending on the spectral position of the light reflected from the sensor compared to the position of the optical filter, despite the fact that the measurement is carried out differentially, which in general allows to increase the accuracy of temperature measurement by eliminating the influence of instabilities light source and external factors acting equally on the reference and measuring channel. In addition, in this technical solution, there is still no direct targeting of the sensor — the Bragg fiber grating recorded near the end of the fiber-optic probe. There is only indirect targeting by the conditional position of the optical switch, which in turn limits the measurement process to sequential measurements only (interrogation of fiber optic probes with a certain limited speed).
Техническая проблема заключается в недостаточной чувствительности измерений.The technical problem is the lack of sensitivity of the measurements.
Решаемая техническая задача (технический результат) предлагаемого волоконно-оптического термометра заключается в повышении чувствительности измерений.The technical problem to be solved (technical result) of the proposed fiber-optic thermometer is to increase the measurement sensitivity.
Решаемая техническая задача (технический результат) в волоконно-оптическом термометре, содержащем источник света, светораспределительную систему, N волоконно-оптических датчиков, где N натуральное число и N≥1, причем каждый волоконно-оптический датчик выполнен так, что содержит волоконный световод на торце которого записана первая волоконная решетка Брэгга, оптический фильтр, первый фотоприемник, второй фотоприемник и микроконтроллер, при этом источник света соединен со светораспределительной системой посредством волоконного световода, светораспределительная система выполнена таким образом, что имеет три выхода на опорный и измерительный каналы, и канал для подключения волоконно-оптических датчиков, при этом измерительный канал выполнен таким образом, что между первым выходом светораспределительной системы и первым фотоприемником имеется оптический фильтр, соединенный с ними посредством волоконного световода, опорный канал выполнен в виде второго фотоприемника, соединенного со вторым выходом светораспределительной системы напрямую посредством волоконного световода, выходы первого и второго фотоприемника соединены с первым и вторым входами микроконтроллера соответственно посредством электрических проводов, достигается тем, что в него введен оптический разветвитель, вход и выходы которого соответственно соединены волоконными световодами с третьим выходом светораспределительной системы и с каждым волоконно-оптическим датчиком, а в каждом волоконно-оптическом датчике перед записанной на торце волоконного световода первой волоконной решеткой Брэгга, записана вторая волоконная решетка Брэгга, по меньшей мере, с двумя фазовыми π-сдвигами, симметрично расположенными относительно ее центральной длины волны, которая совпадает с центральной длиной волны первой волоконной решетки Брэгга во всем диапазоне измеряемых температур, и разнесенными на величину Δλ, не превышающую ее ширину спектра.The technical problem to be solved (technical result) in a fiber-optic thermometer containing a light source, a light distribution system, N fiber-optic sensors, where N is a natural number and N≥1, and each fiber-optic sensor is designed so that it contains a fiber optical fiber at the end which recorded the first Bragg fiber grating, an optical filter, a first photodetector, a second photodetector and a microcontroller, while the light source is connected to the light distribution system via a fiber light yes, the light distribution system is designed in such a way that it has three outputs to the reference and measuring channels, and a channel for connecting fiber-optic sensors, while the measuring channel is designed so that between the first output of the light distribution system and the first photodetector there is an optical filter connected to by means of a fiber light guide, the reference channel is made in the form of a second photodetector connected to the second output of the light distribution system directly by means of a fiber the output, the outputs of the first and second photodetectors are connected to the first and second inputs of the microcontroller, respectively, by means of electric wires, is achieved by the fact that an optical splitter is inserted into it, the input and outputs of which are respectively connected by fiber optic fibers with the third output of the light distribution system and with each fiber-optic sensor, and in each fiber-optic sensor, before the first Bragg fiber array recorded on the end of the fiber, the second fiber array Br GGA, at least two phase shifts of π-symmetrically arranged with respect to its center wavelength that coincides with the central wavelength of the first fiber Bragg grating over the entire range of measured temperatures, and spaced apart by an amount Δλ, not exceeding the width of the spectrum.
В частности, в каждом волоконно-оптическом датчике вторая волоконная решетка Брэгга может быть записана непосредственно как продолжение первой волоконной решетки Брэгга, а конструкция самого датчика имеет вид щупа.In particular, in each fiber optic sensor, the second Bragg fiber lattice can be recorded directly as a continuation of the first Bragg fiber lattice, and the design of the sensor itself has the form of a probe.
В частности, в каждом волоконно-оптическом датчике вторая волоконная решетка Брэгга может быть записана на расстоянии от первой волоконной решетки Брэгга, которое позволяет свернуть петлю с радиусом, большим минимально возможного для используемого типа волокна, и уложить первую волоконную решетку Брэгга в непосредственном контакте со второй, закрепив их на наконечнике произвольной плоской или объемной формы, а сама конструкция волоконно-оптического датчика будет иметь кольцевой вид.In particular, in each fiber optic sensor, the second Bragg fiber lattice can be recorded at a distance from the first Bragg fiber lattice, which allows you to roll a loop with a radius larger than the minimum possible for the type of fiber used, and lay the first Bragg fiber lattice in direct contact with the second fixing them on the tip of an arbitrary flat or volumetric shape, and the design of the fiber optic sensor will have a ring shape.
В частности, в волоконно-оптических датчиках разнос фазовых сдвигов Δλi≠Δλj, где i и j - номера волоконно-оптических датчиков, i, j∈N, где N - множество волоконно-оптических датчиков термометра, при этом разность Δλi-Δλj не равна и не кратна в целом и частном Δλi и Δλj.In particular, in fiber-optic sensors, the phase shift is Δλ i ≠ Δλ j , where i and j are the numbers of fiber-optic sensors, i, j∈N, where N is the set of fiber-optic sensors of the thermometer, and the difference Δλ i - Δλ j is not equal and not a multiple of the whole and particular Δλ i and Δλ j .
На фиг. 1 изображена структурная схема волоконно-оптического термометра, на фиг. 2 - конструкция волоконно-оптического датчика в виде щупа, на фиг. 3 - конструкция волоконно-оптического датчика в виде кольцевого наконечника, на фиг. 4 - спектр второй волоконной решетки Брэгга с двумя фазовыми π-сдвигами, на фиг. 5 представлен алгоритм работы микроконтроллера.In FIG. 1 is a structural diagram of a fiber optic thermometer; FIG. 2 shows the construction of a fiber optic sensor in the form of a probe; FIG. 3 shows the construction of a fiber optic sensor in the form of an annular tip; FIG. 4 is a spectrum of a second Bragg fiber lattice with two π-phase shifts, in FIG. 5 shows the microcontroller operation algorithm.
Волоконно-оптический термометр (фиг. 1, фиг. 2, фиг. 3) содержит источник света 1, светораспределительную систему 2, N волоконно-оптических датчиков 31-3N, где N натуральное число и может принимать значения, например, 1, 2, 3, 4, 5 и т.д., причем каждый волоконно-оптический датчик 31-3N выполнен так, что содержит волоконный световод 4 (фиг. 2, фиг. 3) на торце которого записана первая волоконная решетка Брэгга 5 (фиг. 2, фиг. 3), оптический фильтр 6, первый фотоприемник 7, второй фотоприемник 8 и микроконтроллер 9, при этом источник света 1 соединен со светораспределительной системой 2 посредством волоконного световода, светораспределительная система 2 выполнена таким образом, что имеет три выхода на опорный и измерительный каналы, и канал для подключения волоконно-оптических датчиков 31-3N, при этом измерительный канал выполнен таким образом, что между первым выходом светораспределительной системы 2 и первым фотоприемником 7 имеется оптический фильтр 6, соединенный с ними посредством волоконного световода, опорный канал выполнен в виде второго фотоприемника 8, соединенного со вторым выходом светораспределительной системы 2 напрямую посредством волоконного световода, выходы первого и второго фотоприемника 7 и 8 соединены с первым и вторым входами микроконтроллера 9 соответственно посредством электрических проводов. Волоконно-оптический термометр содержит оптический разветвитель 10, вход и выходы которого соответственно соединены волоконными световодами с третьим выходом светораспределительной системы 2 и с каждым волоконно-оптическим датчиком 31-3N, а в каждом волоконно-оптическом датчике 31-3N перед записанной на торце волоконного световода первой волоконной решеткой Брэгга 5 (фиг. 2, фиг. 3), записана вторая волоконная решетка Брэгга 11 (фиг. 2, фиг. 3), по меньшей мере, с двумя фазовыми π-сдвигами 12 (фиг. 2), симметрично расположенными относительно ее центральной длины волны, которая совпадает с центральной длиной волны первой волоконной решетки Брэгга 5 во всем диапазоне измеряемых температур, и разнесенными на величину Δλ, не превышающую ее ширину спектра.The fiber optic thermometer (Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3) contains a
В частности, в каждом волоконно-оптическом датчике 31-3N вторая волоконная решетка Брэгга 11 может быть записана непосредственно как продолжение первой волоконной решетки Брэгга 5, а конструкция самого датчика имеет вид щупа (фиг. 2).In particular, in each fiber-optic sensor 3 1 -3 N, the second Bragg
В частности, в каждом волоконно-оптическом датчике 31-3N вторая волоконная решетка Брэгга 11 может быть записана на расстоянии от первой волоконной решетки Брэгга 5, которое позволяет свернуть петлю 13 с радиусом, большим минимально возможного для используемого типа волокна, и уложить первую волоконную решетку Брэгга 5 в непосредственном контакте со второй 11, закрепив их на наконечнике произвольной плоской или объемной формы, а сама конструкция волоконно-оптического датчика будет иметь кольцевой вид (фиг. 3).In particular, in each fiber-optic sensor 3 1 -3 N, the second Bragg
В частности, в волоконно-оптических датчиках 31-3N разнос фазовых сдвигов 12 Δλi≠Δλj, где i и j - номера волоконно-оптических датчиков 31-3N, i, j∈N, где N - множество волоконно-оптических датчиков термометра 31-3N, при этом разность Δλi-Δλj не равна и не кратна в целом и частном Δλi, и Δλj (фиг. 4). Подключают компоненты схемы согласно фиг. 1, подключают источник света 1, первый фотоприемник 7, второй фотоприемник 8, и микроконтроллер 9 к источникам питания (система электропитания на фиг. 1 не показана), производят запись программы обработки сигнала согласно алгоритму, представленному на фиг. 5 в микроконтроллер 9.In particular, in fiber-optic sensors 3 1 -3 N, the phase shift is 12 Δλ i ≠ Δλ j , where i and j are numbers of fiber-optic sensors 3 1 -3 N , i, j∈N, where N is the set of fiber -optical sensors of the thermometer 3 1 -3 N , while the difference Δλ i -Δλ j is not equal to and not a multiple of the whole and particular Δλ i and Δλ j (Fig. 4). The components of the circuit according to FIG. 1, a
Рассмотрим работу волоконно-оптического термометра (фиг. 1 - фиг. 5). Свет от источника 1 (фиг. 1) проходит в светораспределительную систему 2, направляется на волоконно-оптические датчики 31-3N через оптический разветвитель 10.Consider the operation of a fiber optic thermometer (Fig. 1 - Fig. 5). The light from the source 1 (Fig. 1) passes into the
В каждом волоконно-оптическом датчике 31-3N во второй волоконной решетке Брэгга 11 в окнах прозрачности из полного спектра света вырезаются два узкополосных участка с разносом Δλ, причем разнос фазовых сдвигов 12 Δλi≠Δλj, где i и j - номера волоконно-оптических датчиков 31-3N, i, j∈N, где N - множество оптических датчиков 31-3N, при этом разность Δλi-Δλj не равна и не кратна в целом и частном Δλi и Δλj, которые отражаются от первой волоконной решетки Брэгга 5 в волоконно-оптических датчиках 31-3N, и возвращаются через те же окна прозрачности второй волоконной решетки Брэгга 11, формируя двухчастотное излучение света. Так как центральная длина волны второй волоконной решетки Брэгга 11 совпадает с центральной длиной волны первой волоконной решетки Брэгга 5 во всем диапазоне измеряемых температур разнос Δλ и величина амплитуд двухчастотного излучения света остаются постоянными, меняется лишь их спектральное положение относительно оптического фильтра 6. Отразившись от каждого волоконно-оптического датчика 31-3N две составляющие света возвращаются через оптический разветвитель 10 в светораспределительную систему 2, где обе разделяются на две части, одна из которых направляется на второй фотоприемник 8 непосредственно, другая направляется на первый фотоприемник 7 через оптический фильтр 6, где они ослабляются, каждая в соответствии с ее спектральным положением относительно характеристики пропускания оптического фильтра 6. Таким образом, на выходе второго фотоприемника 8 формируются огибающая биений двух частотных составляющих равной амплитуды с частотой, соответствующей разносу Δλ, а на выходе первого фотоприемника 7 формируются огибающая биений двух частотных составляющих разной амплитуды, зависящих от спектрального положения отраженного от датчиков света, также с частотой, соответствующей разносу Δλ. Микроконтроллер 9 принимает сигналы с первого и второго фотоприемника 7 и 8 и обрабатывает их по алгоритму, представленному на фиг. 5.In each fiber-optic sensor 3 1 -3 N in the second Bragg
Волоконно-оптический термометр может быть создан на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1550 нм:Fiber optic thermometer can be created on the following elements, designed to work at a wavelength of 1550 nm:
- источник света 1 SLD-1550-3 - лазерный диод фирмы «Superlum»;-
- светораспределительная система 2, выполненная в виде оптического разветвителя, оптический разветвитель 10 - оптический разветвитель ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ»;- a
- светораспределительная система 2, выполненная в виде циркуля-тора - циркулятор ЗРЮС-1550 фирмы «Flyin»;-
- первая волоконная решетка Брэгга 5, оптический фильтр 6 - волоконная решетка Брэгга записанная в НЦВО «Фотоника» (Москва), или НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), или Инверсия-Файбер (Новосибирск), или Инверсия-Сенсор (Пермь) и т.д., либо покупные датчики этих фирм и фирмы FiberSensing;- the first Bragg
- первый фотоприемник 7, второй фотоприемник 8 - высокоскоростные волоконно-оптические InGaAs/InP микроволновые широкополосные PIN фотоприемники (приемные модули) НПФ «ДиЛаз», например, ДФДМШ-40-16;- the first photodetector 7, the second photodetector 8 - high-speed fiber-optic InGaAs / InP microwave broadband PIN photodetectors (receiving modules) of NPF DiLaz, for example, DFDMSh-40-16;
- микроконтроллер 9 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;- microcontroller 9 - microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc .;
- вторая волоконная решетка Брэгга 11 - волоконная решетка Брэгга по меньшей мере, с двумя фазовыми сдвигами 12 записанная в НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань);- the second Bragg
При реализации волоконно-оптического термометра все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле или в интегральном исполнении.When implementing a fiber-optic thermometer, all of these blocks of generation, reception and processing of signals can be performed on a single chip or in an integrated version.
По сравнению с прототипом, предложенный волоконно-оптический термометр позволяет повысить чувствительность измерений за счет обработки сигнала на частоте биений компонент двухчастотного сигнала, равной разностной частоте между ними, что существенно сужает полосу пропускания приемной части устройства (с единиц ГГц до единиц МГц) и соответственно повышает отношение сигнал/шум измерений.Compared with the prototype, the proposed fiber-optic thermometer allows to increase the sensitivity of measurements by processing the signal at the beat frequency of the components of the two-frequency signal, equal to the difference frequency between them, which significantly reduces the passband of the receiving part of the device (from units of GHz to units of MHz) and accordingly increases signal to noise ratio.
Дополнительным преимуществом предложенного волоконно-оптического термометра по сравнению с прототипом является то, что устранение из схемы волоконно-оптического переключателя, при котором была возможна лишь косвенная адресность, позволяет проводить опрос волоконно-оптических датчиков с неограниченной скоростью.An additional advantage of the proposed fiber-optic thermometer in comparison with the prototype is that the elimination of the fiber-optic switch from the circuit, in which only indirect targeting was possible, allows the interrogation of fiber-optic sensors with unlimited speed.
Испытания опытного образца волоконно-оптического термометра были проведены на оптических датчиках, изготовленных в НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), откалиброваны на оптических анализаторах спектра ANDO там же, количество волоконно-оптических датчиков составляет 256. Исследования показали, что использование предложенного волоконно-оптического термометра, позволяет повысить чувствительность измерений в 3-6 раза, при этом погрешность измерения температуры составляет ±0,3°С в диапазоне 240°С. Погрешность измерения определялась в основном погрешностью АЦП микроконтроллера, а также неточностью изготовления второй волоконной решетки Брэгга с двумя фазовыми сдвигами.Tests of the prototype fiber-optic thermometer were carried out on optical sensors manufactured at the Scientific Research Institute of Scientific and Practical Sciences Knitu-KAI (Kazan), calibrated on optical ANDO spectrum analyzers in the same place, the number of fiber-optic sensors is 256. Studies have shown that the use of the proposed fiber-optic thermometer, allows to increase the sensitivity of measurements by 3-6 times, while the error in measuring temperature is ± 0.3 ° C in the range of 240 ° C. The measurement error was determined mainly by the error of the ADC of the microcontroller, as well as the inaccuracy of manufacturing the second Bragg fiber grating with two phase shifts.
Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи - повышении чувствительности измерений.All this allows us to talk about achieving a solution to the technical problem - increasing the sensitivity of measurements.
Claims (4)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139611U RU179264U1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | FIBER OPTICAL THERMOMETER |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139611U RU179264U1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | FIBER OPTICAL THERMOMETER |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU179264U1 true RU179264U1 (en) | 2018-05-07 |
Family
ID=62105169
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017139611U RU179264U1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | FIBER OPTICAL THERMOMETER |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU179264U1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785015C1 (en) * | 2021-12-16 | 2022-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | System for determining the central wavelength of fibre-optic sensors |
Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6137565A (en) * | 1998-05-15 | 2000-10-24 | Jenoptik Aktiengesellschaft | Bragg grating temperature/strain fiber sensor having combination interferometer/spectrometer output arrangement |
| WO2002010677A1 (en) * | 2000-08-01 | 2002-02-07 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical sensing device containing fiber bragg gratings |
| RU102256U1 (en) * | 2010-09-06 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
| RU2491523C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") | Fibre-optic thermometer |
| RU161644U1 (en) * | 2015-07-02 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
| CN105890799A (en) * | 2016-06-23 | 2016-08-24 | 山西大学 | High-sensitivity temperature sensor based on cascade pi-phase shifting fiber Bragg gratings |
| RU2631082C1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-09-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for measuring wear amount and temperature of product at friction (versions) |
-
2017
- 2017-11-14 RU RU2017139611U patent/RU179264U1/en active
Patent Citations (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6137565A (en) * | 1998-05-15 | 2000-10-24 | Jenoptik Aktiengesellschaft | Bragg grating temperature/strain fiber sensor having combination interferometer/spectrometer output arrangement |
| WO2002010677A1 (en) * | 2000-08-01 | 2002-02-07 | The Government Of The United States Of America, As Represented By The Secretary Of The Navy | Optical sensing device containing fiber bragg gratings |
| RU102256U1 (en) * | 2010-09-06 | 2011-02-20 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУ ВПО ПГУТИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
| RU2491523C1 (en) * | 2011-12-19 | 2013-08-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") | Fibre-optic thermometer |
| RU161644U1 (en) * | 2015-07-02 | 2016-04-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |
| RU2631082C1 (en) * | 2016-06-21 | 2017-09-18 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Device for measuring wear amount and temperature of product at friction (versions) |
| CN105890799A (en) * | 2016-06-23 | 2016-08-24 | 山西大学 | High-sensitivity temperature sensor based on cascade pi-phase shifting fiber Bragg gratings |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2785015C1 (en) * | 2021-12-16 | 2022-12-01 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева - КАИ" | System for determining the central wavelength of fibre-optic sensors |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN107024236B (en) | F-P/FBG optical fiber sensor demodulation system | |
| CN104864911B (en) | High-speed demodulating apparatus and method based on Fabry-perot optical fiber chamber and the double parameter combined measurements of fiber grating | |
| CA2288746C (en) | Distributed sensing system | |
| US9939294B2 (en) | Demodulation system for 3D-matrix multi-channel fiber optic sensing | |
| RU102256U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
| CN105698831B (en) | Twin-core fiber grating array sensing network and distributed sensing information acquisition method | |
| CN109186643B (en) | Accurate sensing system and sensing method based on reflection function resonant filter | |
| CN103697923A (en) | Method for demodulating extrinsic fiber Fabry-Perot interferometer cavity length | |
| CN103674497A (en) | Narrow linewidth laser linewidth high-precision measuring system | |
| CN101419317B (en) | Double-edge filter based on optical fiber bragg grating | |
| CN111811554A (en) | Optical cavity ring-down-based large-range high-precision fiber grating sensing method and device | |
| CN107941254A (en) | A kind of fiber grating sensing system and its demodulation method | |
| CN105806789B (en) | A kind of optical fiber white light interference differential spectroscopy | |
| CN108204827A (en) | A kind of phase-shifted fiber grating demodulating system | |
| CN117870851A (en) | Amplitude demodulation-based multi-longitudinal-mode laser beat frequency vibration sensing method | |
| CN107356412B (en) | A kind of measurement method of the measuring system based on rare-earth doped optical fibre refractive index | |
| Misbakhov | Combined raman DTS and address FBG sensor system for distributed and point temperature and strain compensation measurements | |
| RU2608394C1 (en) | Device for measuring parameters of physical fields | |
| RU2512616C2 (en) | Method of measuring parameters of physical fields and device for realising said method | |
| RU179264U1 (en) | FIBER OPTICAL THERMOMETER | |
| RU2667344C1 (en) | Fiber optical thermometer | |
| RU161644U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
| RU191082U1 (en) | Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings | |
| RU2495380C2 (en) | Measuring method of parameters of physical fields | |
| RU180903U1 (en) | FIBER OPTICAL THERMOMETER |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| QB9K | Licence granted or registered (utility model) |
Free format text: LICENCE FORMERLY AGREED ON 20210210 Effective date: 20210210 |