RU1805294C

RU1805294C - Фазовый волоконно-оптический датчик

Info

Publication number: RU1805294C
Application number: SU904842211A
Authority: RU
Inventors: Федор Андреевич Шаталов
Original assignee: Радиотехнический институт им.акад.А.Л.Минца
Priority date: 1990-05-28
Filing date: 1990-05-28
Publication date: 1993-03-30

Abstract

Использование: контрольно-измерительна аппаратура. Сущность: в датчике, состо щем из лазера, трех волоконно-оптических световодов, двух регистраторов разности фаз и регистраторов давлени и температуры, два световода выполнены из однотипных волокон, а все три световода имеют различную длину. 2 ил.

Description

Изобретение относитс к измерительной технике, в частности к фазовым (интер- ферометрическим) волоконно-оптическим датчикам (ВОД) физических величин, и может быть использовано дл измерени температуры и давлени .

Цель изобретени - упрощение технологии изготовлени датчика за счет использовани в его конструкции меньшего числа разных типов оптических волокон.

На чертеже показана схема предлагае- мо.го датчика, который состоит из источника 1 когерентного оптического излучени , первого 2 и второго 9 разветвителей излучени , первого канала 4 с модул тором 7, второго 3 и третьего 8 измерительных каналов, первого 5 и второго 10 сумматоров оптического излучени , первого 6 и второго 11 регистраторов разности фаз, регистраторов давлени 12 и температуры 13. Выход источника 1 соединен со входом разветвител 2, выходы разветвител 2 - со входами измерительных каналов 3, 4 и 8, выход канала 4 - со входом рззветвител 9, а выходы каналов 3

и 8 - с первыми входами сумматоров 5 и 10, со вторыми входами которых соединены выходы разветвител 9. Выходы сумматоров 5 и 10 соединены соответственно со входами регистраторов разности фаз 6 и 11, выход первого из которых соединен с первыми входами регистраторов давлени 12 и температуры 13, а выход второго - со вторыми входами регистраторов 12 и 13.

Предлагаемый датчик работает следующим образом.

Излучение источника 1 поступает через разветвитель 2 в каналы 3, 4 и 8, проход в канале 4 через модул тор 7 (модул ци необходима дл обработки сигналов в регистраторах 6 и 11). Изменени Д Р и ДТ давлени Р и температуры Т вызывают изменение di разности фаз сигналов на выходах каналов 3 и 4, а также изменение бг разности фаз сигналов на выходах каналов 8 и 4. В соответствии с общеприн тыми определени ми параметров фазовой чувствительности 0В к изменени м давлени и

(Л

С

00

о ел

ю о

температуры 5i и дг св заны с Л Р и ЛТ соотношени ми (а 02 -0i)Ki AT + (aP2-Pi)Ki ДР di, (1) (b 02 - ©i)Ki AT + (bP2 - Pi)Ki A P dz, (2)

гдеК1

2л

Г

n - посто нный коэффициент.

Изменение 5i измер етс регистратором разности фаз 6, а изменение 6г - регистратором разности фаз 11. Сигнал 5i поступает на первые входы регистратора давлени 12 и регистратора температуры 13, а сигнал дг - на вторые входы регистраторов 12 и 13. Выполнение взаимосв зи, а также взаимосв зей обеспечивает однозначное и точное измерение изменений АР и А Т, которые .св заны с 5i и & соотношени ми

-Ь0

-Й1+.

Г

-(52, (3)

AT

.

V

Положительный эффект (упрощение технологии изготовлени и уменьшение стоимости датчика) достигаетс за счет того, что второй и третий измерительные каналы датчика выполнены на однотипных оптических волокнах, имеющих одинаковые характеристики , причем параметры a, b, ©i, 02, PI, P2, Zi, 7.2 и Gi, 62 датчика определ ютс новыми, не известными ранее, взаимосв з ми параметров - физических величин предложенного датчика.

Примером предлагаемого изобретени может служить датчик (чертеж), волокно OBi канала 4 которого имеет следующие параметры: диаметр сердцевины равен 4,5 мкм, материал сердцевины - SI02 + 0,1% GeCte;. внешний диаметр оболочки (95% SiOz + 5% B2Qs) - 30 мкм; внешний диаметр технической оболочки (SiCte) - 85 мкм. Волокно .OBi имеет ©i 6,8x1 , a PI -ЗТПа 1. Оптическое волокно ОВ2 каналов 3 и 8 имеет материалы и геометрию первых трех слоев (сердцевины, оболочки, технической оболочки ), одинаковые с волокном OBi, а четвертый слой (первичное покрытие) ОВ2 выполнен из силиконовой резины и имеет внешний диаметр 220 мкм, ОВ2 имеет ©2 - 18х10 6К , а Р2 -9ТПа 1 (типы волокон OBi и ОВ2 выбираютс , исход из требовани неравенства нулю хот бы одного из параметров © ©2-01 или Р Р2 - Pi; при Р требование (4) не выполн етс при любых значени х параметров а и Ь). Отно

10

15

20

25

12 шение а -г- 1 (параметр а 0). Отношение

з b - 4,5 (выбираетс из требовани ). Ко° эффициент KI 0,15х106 (определ етс длинами Я 0,63 мкм, И 0,01 м и показателем преломлени n - 1,46). Коэффициенты Zi -0,6; 7.1 -0,09; Gi 0,3; 62 -0,05 (определ ютс требовани ми Јт К, . ер МПа). Элементы 1, 2, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12 и 13 аналогичны элементам соответствующего функционального назначени прототипа.

Таким образом, предлагаемое изобретение имеет более простую технологию изготовлени за счет использовани в его конструкции меньшего числа разных типов оптических волокон. Кроме того, оно имеет меньшую стоимость за счет уменьшени затрат на дополнительные технологические операции по изготовлению оптических волокон датчика.

Claims

Формула изобретен и Фазовый волоконно-оптический датчик , содержащий источник когерентного оптического излучени , первый и второй разветвители излучени , первый с модул тором , второй и третий измерительные каналы , первый и второй сумматоры оптического излучени , первый, и второй регистраторы разности фаз, а также регистраторы давлени и температуры, выполненные в виде аналоговых сумматоров, при этом выход источника излучени соединен с входом первого разветвител , выходы первого разветвител - с входами измерительных каналов, выход первого измерительного канала - с входом второго разветвител , а выходы второго и третьего . измерительных каналов - с первыми входами первого и второго сумматоров излучени , с вторыми входами которых соединены выходы второго разветвител , выходы первого и второго сумматоров излучени соединены соответственно с входами первого и второго регистраторов разности фаз, выход первого из которых соединен с первыми входами регистраторов давлени и температуры , а выход второго - с вторыми входами последних, оптическое волокно первого канала выполнено с температурной фазой чувствительностью ©i и фазовой чувствительностью Pi к изменению давлени , а оптические волокна второго и третьего каналов выполнены с параметрами, отличными от параметров волокна первого канала , отличающийс тем, что, с целью упрощени технологии изготовлени , второй и третий измерительные каналы выполнены на однотипных волокнах, отношени а

30

35

40

45

50

55

и ь длин которых к длине волокна первого где ©z температурна фазова чувствительность , а Ра - фазова чувствительность к изменению давлени волокон второго и

канала определ ютс взаимосв зью

(a 0t - 6iHbP2 - pi)2 + (b Ot - Bi)2(aP2 - Pi)2

2(aefe-0iXbefe-0iXaP2-PiXbP2-Pi),

третьего измерительных каналов датчика.

третьего измерительных каналов датчика.