RU180903U1 - FIBER OPTICAL THERMOMETER - Google Patents

FIBER OPTICAL THERMOMETER Download PDF

Info

Publication number
RU180903U1
RU180903U1 RU2017137997U RU2017137997U RU180903U1 RU 180903 U1 RU180903 U1 RU 180903U1 RU 2017137997 U RU2017137997 U RU 2017137997U RU 2017137997 U RU2017137997 U RU 2017137997U RU 180903 U1 RU180903 U1 RU 180903U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical
fiber
output
input
photodetector
Prior art date
Application number
RU2017137997U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Олег Геннадьевич Морозов
Ильнур Ильдарович Нуреев
Вадим Игоревич Артемьев
Артём Анатольевич Кузнецов
Геннадий Александрович Морозов
Айрат Жавдатович Сахабутдинов
Рустам Шаукатович Мисбахов
Вадим Владимирович Пуртов
Сергей Владимирович Феофилактов
Владимир Александрович Иваненко
Владимир Николаевич Алексеев
Алсу Ильнуровна Галимова
Original Assignee
Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Каскад" (АО "НПО "Каскад")
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Каскад" (АО "НПО "Каскад") filed Critical Акционерное общество "Научно-производственное объединение "Каскад" (АО "НПО "Каскад")
Priority to RU2017137997U priority Critical patent/RU180903U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU180903U1 publication Critical patent/RU180903U1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01KMEASURING TEMPERATURE; MEASURING QUANTITY OF HEAT; THERMALLY-SENSITIVE ELEMENTS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01K11/00Measuring temperature based upon physical or chemical changes not covered by groups G01K3/00, G01K5/00, G01K7/00 or G01K9/00
    • G01K11/32Measuring 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
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02BOPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
    • G02B6/00Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
    • G02B6/24Coupling light guides
    • G02B6/42Coupling light guides with opto-electronic elements
    • G02B6/43Arrangements comprising a plurality of opto-electronic elements and associated optical interconnections

Abstract

Полезная модель относится относится к области измерения температуры в зонах с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрыво-пожароопасности, при измерениях под высоким напряжением. Устройство содержит оптический ответвитель, циркулятор, оптический фильтр, N-1 последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических разветвителей, N-1 оптических датчиков, N последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических объединителей, источник лазерного излучения выполнен широкополосным, а каждый оптический датчик выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с двумя фазовыми π-сдвигами, симметрично расположенными относительной ее центральной длины волны. Технический результат заключается в упрощении схемы волоконно-оптического термометра. 1 з.п. ф-лы, 4 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, when measuring under high voltage. The device comprises an optical coupler, a circulator, an optical filter, N-1 optical splitters connected in series via fiber optics, N-1 optical sensors, N optical combiners connected in series via fiber optic cables, the laser radiation source is made broadband, and each optical sensor is made on the basis of fiber Bragg gratings with two π-phase shifts symmetrically located relative to its central wavelength. The technical result consists in simplifying the circuit of a fiber optic thermometer. 1 s.p. f-ly, 4 ill.

Description

Техническое решение относится к области измерения температуры в зонах с сильными электромагнитными помехами, в зонах повышенной взрыво-пожароопасности, 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 technical solution relates to the field of temperature measurement in areas with strong electromagnetic interference, in areas of increased explosion and fire hazard, during 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 (патент РФ RU 2491523 С1, «Волоконно-оптический термометр», опубликован 27.08.2013), включающий в себя волоконно-оптический датчик температуры с записанной вблизи его торца волоконной решеткой Брэгга, а также регистрирующую систему.A fiber optic thermometer is known (RF patent RU 2491523 C1, “Fiber optic thermometer”, published August 27, 2013), including a fiber optic temperature sensor with a Bragg fiber array recorded near its end, as well as a recording system.

Недостатком указанного волоконно-оптического термометра является необходимость использования сложного дорогостоящего блока спектрального анализа принятого излучения и фотоприемного блока для регистрации спектрального смещения, как правило, это оптические анализаторы спектра. Оптоэлектронная раздельная обработка сигналов, также представляется сложной. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения температуры и снижению их точности в целом.The disadvantage of this fiber optic thermometer is the need to use a complex expensive unit for the spectral analysis of the received radiation and a photodetector for recording spectral bias, as a rule, these are optical spectrum analyzers. Optoelectronic separate signal processing is also difficult. All this leads to the appearance of additional sources of temperature measurement errors and a decrease in their accuracy in general.

Существует волоконно-оптический термометр, включающий в себя источник лазерного излучения, оптический датчик, приемное устройство (Патент США №7463832 В2 «Метод и система компенсации тепловых смещений для оптических сетей», Опубликован 09.08.2005).There is a fiber optic thermometer that includes a laser source, an optical sensor, and a receiving device (US Patent No. 7463832 B2, “Method and System for Compensating Thermal Displacements for Optical Networks,” published 09.08.2005).

Принцип работы такого волоконно-оптического термометра заключается в том, что генерируют пары сигналов, заранее установленной близкой амплитуды, передают сгенерированную пару сигналов к оптическому датчику, принимают пропущенную через него пару сигналов, и определяют температуру, сравнивая разности амплитуд между сигналами пары, принятой после прохождения через оптический датчик, или сравнивая их амплитуды с амплитудами сигналов в сгенерированной паре, переданной к приемному устройству.The principle of operation of such a fiber-optic thermometer is that they generate pairs of signals of a predetermined close amplitude, transmit the generated pair of signals to the optical sensor, receive the pair of signals passed through it, and determine the temperature by comparing the difference in amplitudes between the signals of the pair received after passing through through an optical sensor, or by comparing their amplitudes with the amplitudes of the signals in the generated pair transmitted to the receiving device.

Недостатком указанного волоконно-оптического термометра является необходимость использования сложной оптической системы для раздельного спектрального приема отдельных компонент пар сигналов, требующей, как правило, наличия узкополосных интерференционных фильтров, в свою очередь, обладающих температурной зависимостью спектральных характеристик. Оптоэлектронная раздельная обработка компонент также представляется сложной и представляет собой обработку абсолютных амплитудных значений принятых сигналов, подверженную воздействию шумов и помех различной природы. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения температуры и снижению их точности в целом.The disadvantage of this fiber-optic thermometer is the need to use a complex optical system for separate spectral reception of individual components of signal pairs, requiring, as a rule, the presence of narrow-band interference filters, in turn, having a temperature dependence of spectral characteristics. Separate optoelectronic processing of the components is also complex and represents the processing of the absolute amplitude values of the received signals, subject to the effects of noise and interference of various nature. All this leads to the appearance of additional sources of temperature measurement errors and a decrease in their accuracy in general.

Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является волоконно-оптический термометр, описанный в способе (патент РФ RU 2491511 С2, «Способ измерения параметров физических полей», опубликован 27.08.2013), содержащий источник двухчастотного лазерного излучения, оптический разветвитель, первый волоконно-оптический кабель, оптический датчик, второй волоконно-оптический кабель, первый фотоприемник, второй фотоприемник, соединенный через третий волоконно-оптический кабель со вторым выходом оптического разветвителя, фазометр, контроллер определения параметра физического поля, при этом выходы первого и второго фотоприемников подключены соответственно к первому и второму входам фазометра, а выход фазометра к входу контроллера определения параметра физического поля. В различных случаях устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика на основе волоконной решетки Брэгга, или интерферометра Фабри-Перо, или тонкопленочного фильтра. Как правило, длина третьего волоконно-оптического кабеля равна сумме длин первого и второго волоконно-оптических кабелей.Closest to the proposed technical solution is a fiber optic thermometer described in the method (RF patent RU 2491511 C2, "Method for measuring the parameters of physical fields", published August 27, 2013), containing a source of two-frequency laser radiation, an optical splitter, the first fiber optic cable , an optical sensor, a second optical fiber cable, a first photodetector, a second photodetector connected through a third optical fiber cable to a second output of the optical splitter, a phase meter, a controller about distribution of the parameter of the physical field, while the outputs of the first and second photodetectors are connected respectively to the first and second inputs of the phase meter, and the output of the phase meter to the input of the controller determining the parameter of the physical field. In various cases, the device can be performed using an optical sensor based on a Bragg fiber grating, or a Fabry-Perot interferometer, or a thin-film filter. Typically, the length of the third fiber optic cable is the sum of the lengths of the first and second fiber optic cables.

В основу работы прототипа положено измерение разности фаз между огибающей биений сигналов сгенерированной пары и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик.The prototype is based on measuring the phase difference between the envelope of the beats of the signals of the generated pair and the envelope of the beats of the signals of the pair passing through the optical sensor.

Недостатком прототипа является наличие сложного и дорогостоящего источника двухчастотного лазерного излучения, в котором необходимо использовать электрооптические модуляторы Маха-Цендера, у которых происходит смещение положения рабочей точки из-за воздействия внутренних и внешних факторов, такие как температуры окружающей среды, таким образом, требуется дополнительное устройство для ее стабилизации, что существенно усложняет схему волоконно-оптического термометра. Кроме того, в данном техническом решении отсутствует возможность подключения более одного датчика температуры, а также отсутствует возможность мультиплексирования.The disadvantage of the prototype is the presence of a complex and expensive source of dual-frequency laser radiation, in which it is necessary to use the Mach-Zehnder electro-optical modulators, in which the position of the operating point is shifted due to the influence of internal and external factors, such as ambient temperatures, so an additional device is required for its stabilization, which significantly complicates the scheme of the fiber optic thermometer. In addition, in this technical solution there is no possibility of connecting more than one temperature sensor, and there is no possibility of multiplexing.

Техническая проблема заключается в сложности используемого источника двухчастотного лазерного излучения.The technical problem lies in the complexity of the used dual-frequency laser radiation source.

Решаемая техническая задача (технический результат) предлагаемого волоконно-оптического термометра заключается в упрощении схемы волоконно-оптического термометра.The technical problem to be solved (technical result) of the proposed fiber optic thermometer is to simplify the scheme of the fiber optic thermometer.

Решаемая техническая задача (технический результат) в волоконно-оптическом термометре, содержащий источник лазерного излучения, оптический разветвитель, оптический датчик, первый фотоприемник, второй фотоприемник, контроллер определения температуры, источник лазерного излучения соединен с входом оптического разветвителя посредством волоконного световода, второй выход оптического разветвителя соединен с входом оптического датчика посредством волоконного световода достигается тем, что в него дополнительно введены оптический ответвитель, циркулятор, оптический фильтр, N-1 последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических разветвителей, N-1 оптических датчиков, N последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических объединителей, где N - натуральное число и N≥1, причем первый выход каждого предыдущего из N оптического разветвителя соединен с входом каждого последующего соответствующего из N оптического разветвителя, второй выход каждого введенного из N-1 оптического разветвителя соединен с входом соответствующего из N-1 оптического датчика посредством волоконного световода, выход каждого из N оптического датчика соединен со вторым входом соответствующего из N оптического объединителя посредством волоконного световода, причем первый вход каждого предыдущего из N оптического объединителя соединен с выходом каждого последующего соответсвующего из N оптического объединителя, выход первого из N оптического объединителя соединен с входом оптического ответвителя посредством волоконного световода, первый выход оптического ответвителя соединен с входом первого фотоприемника посредством волоконного световода, второй выход оптического ответвителя соединен с входом циркулятора посредством волоконного световода, первый выход циркулятора соединен с оптическим фильтром посредством волоконного световода, второй выход циркулятора соединен с входом второго фотоприемника посредством волоконного световода, выходы первого и второго фотоприемника соединены с первым и вторым входами контроллера определения температуры соответственно посредством электрических проводов, источник лазерного излучения выполнен широкополосным, а каждый оптический датчик выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с двумя фазовыми π-сдвигами, симметрично расположенными относительно ее центральной длины волны, и разнесенных на величину Δλ.The technical problem to be solved (technical result) in a fiber-optic thermometer containing a laser radiation source, an optical splitter, an optical sensor, a first photodetector, a second photodetector, a temperature determination controller, a laser radiation source connected to the input of the optical splitter via a fiber optic fiber, a second output of the optical splitter connected to the input of the optical sensor by means of a fiber light guide is achieved by the fact that an optical response is additionally introduced into it a driver, a circulator, an optical filter, N-1 optical splitters connected in series through fiber optic fibers, N-1 optical sensors, N optical couplers connected in series through fiber optical fibers, where N is a natural number and N≥1, with the first output of each previous N the optical splitter is connected to the input of each subsequent corresponding from N optical splitter, the second output of each input from N-1 optical splitter is connected to the input of the corresponding from N-1 op of the optical sensor through a fiber, the output of each of the N optical sensors is connected to the second input of the corresponding N optical combiner via a fiber, the first input of each of the previous N optical combiners connected to the output of each subsequent corresponding N optical combiner, the output of the first from N optical the combiner is connected to the input of the optical coupler through a fiber light guide, the first output of the optical coupler is connected to the input of the first of the first photodetector by means of a fiber, the second output of the optical coupler is connected to the input of the circulator by means of a fiber, the first output of the circulator is connected to the optical filter by the fiber, the second output of the circulator is connected to the input of the second photodetector by the fiber, the outputs of the first and second photodetector are connected to the first and the second inputs of the temperature determination controller, respectively, by means of electric wires, the source of laser radiation eniya made broadband, and each optical sensor is based on fiber Bragg grating with two phase shifts of π-symmetrically arranged with respect to its center wavelength and spaced by an amount Δλ.

В частности, в оптических датчиках разнос фазовых сдвигов Δλi≠Δλj, где i и j - номера оптических датчиков, i, j∈N, где N - множество оптических датчиков, при этом разность Δλi-Δλj не равна и не кратна в целом и частном Δλi и Δλj.In particular, in optical sensors, the phase shift separation is Δλ i ≠ Δλ j , where i and j are the numbers of optical sensors, i, j∈N, where N is the set of optical sensors, and the difference Δλ i -Δλ j is not equal to and is not a multiple of in general and particular Δλ i and Δλ j .

На фиг. 1 изображена структурная схема волоконно-оптического термометра, на фиг. 2 - конструкция оптического датчика, на фиг. 3 - спектр волоконной решетки Брэгга с двумя фазовыми π-сдвигами, на фиг. 4 представлен алгоритм работы контроллер определения температуры.In FIG. 1 is a structural diagram of a fiber optic thermometer; FIG. 2 shows the construction of an optical sensor; FIG. 3 is a spectrum of a Bragg fiber lattice with two π-phase shifts, FIG. 4 shows the operation algorithm of the temperature determination controller.

Волоконно-оптический термометр (фиг. 1, фиг. 2) содержит источник лазерного излучения 1, N последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических разветвителей 21-2N, N оптических датчиков 31-3N, N последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических объединителей 41-4N, где N - натуральное число и может принимать значения, например, 1, 2, 3, 4, 5 и т.д., оптический ответвитель 5, циркулятор 6, оптический фильтр 7 первый фотоприемник 8, второй фотоприемник 9, контроллер определения температуры 10, источник лазерного излучения 1 соединен с входом первого из N оптического разветвителя 21 посредством волоконного световода, первый выход каждого предыдущего из N оптического разветвителя 21-2N соединен с входом каждого последующего соответствующего из N оптического разветвителя 21-2N, второй выход каждого из N оптического разветвителя 21-2N соединен с входом соответствующего из N оптического датчика 31-3N посредством волоконного световода, выход каждого из N оптического датчика 31-3N соединен со вторым входом соответствующего из N оптического объединителя 41-4N посредством волоконного световода, причем первый вход каждого предыдущего из N оптического объединителя 41-4N соединен с выходом каждого последующего соответсвующего из N оптического объединителя 41-4N, выход первого из N оптического объединителя 41 соединен с входом оптического ответвителя 5 посредством волоконного световода, первый выход оптического ответвителя 5 соединен с входом первого фотоприемника 8 посредством волоконного световода, второй выход оптического ответвителя 5 соединен с входом циркулятора 6 посредством волоконного световода, первый выход циркулятора 6 соединен с оптическим фильтром 7 посредством волоконного световода, второй выход циркулятора 6 соединен с входом второго фотоприемника 9 посредством волоконного световода, выходы первого и второго фотоприемника 8 и 9 соединены с первым и вторым входами контроллера определения температуры 10 соответственно посредством электрических проводов, источник лазерного излучения 1 выполнен широкополосным, а каждый оптический датчик 31-3N выполнен на основе волоконной решетки Брэгга 11 (фиг. 2) с двумя фазовыми π-сдвигами 12 (фиг. 2), симметрично расположенными относительно ее центральной длины волны, и разнесенных на величину Δλ.The fiber-optic thermometer (Fig. 1, Fig. 2) contains a laser source 1, N connected in series via fiber optic optical splitters 2 1 -2 N , N optical sensors 3 1 -3 N , N connected in series through optical fiber optical combiners 4 1 -4 N , where N is a natural number and can take values, for example, 1, 2, 3, 4, 5, etc., an optical coupler 5, a circulator 6, an optical filter 7, the first photodetector 8, the second photodetector 9 , temperature determination controller 10, laser source about radiation 1 is connected to the input of the first of the N optical splitter 2 1 through a fiber, the first output of each of the previous N optical splitter 2 1 -2 N is connected to the input of each subsequent corresponding N optical splitter 2 1 -2 N , the second output of each of N optical splitter 2 1 -2 N is connected to the input of the corresponding from N optical sensor 3 1 -3 N through a fiber, the output of each of N optical sensor 3 1 -3 N is connected to the second input of the corresponding N optical combiner 4 1 -4 N by a fiber, the first input of each of the previous N optical combiners 4 1 -4 N connected to the output of each subsequent corresponding N optical combiner 4 1 -4 N , the output of the first N optical combiner 4 1 connected to the input optical coupler 5 by a fiber, the first output of the optical coupler 5 is connected to the input of the first photodetector 8 by a fiber, the second output of the optical coupler 5 is connected to the input of the circulator 6 by fiber of the optical fiber, the first output of the circulator 6 is connected to the optical filter 7 via a fiber, the second output of the circulator 6 is connected to the input of the second photodetector 9 via a fiber, the outputs of the first and second photodetectors 8 and 9 are connected to the first and second inputs of the temperature determination controller 10, respectively, by electrical wires, the laser radiation source 1 is made broadband, and each optical sensor 3 1 -3 N is made on the basis of the Bragg fiber grating 11 (Fig. 2) with two phase π-shifts 12 (Fig. 2), symmetrically located relative to its central wavelength, and spaced by Δλ.

В частности, в оптических датчиках 31-3N разнос фазовых сдвигов 12 Δλi≠Δλj, где i и j - номера 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 (фиг. 3). Подключают компоненты схемы согласно фиг. 1, подключают источник лазерного излучения 1, первый фотоприемник 8, второй фотоприемник 9 и контроллер определения температуры 10 к источникам питания (система электропитания на фиг. 1 не показана), производят запись программы обработки сигнала согласно алгоритму, представленному на фиг. 4 в контроллер определения температуры 10.In particular, in optical sensors 3 1 -3 N the phase shift is 12 Δλ i ≠ Δλ j , where i and j are the numbers of optical sensors 3 1 -3 N , i, j∈N, where N is the set of optical sensors 3 1 - 3 N , while the difference Δλ i -Δλ j is not equal and is not a multiple of the whole and particular Δλ i and Δλ j (Fig. 3). The components of the circuit according to FIG. 1, a laser source 1, a first photodetector 8, a second photodetector 9 and a temperature determination controller 10 are connected to power sources (the power supply system in FIG. 1 is not shown), a signal processing program is recorded according to the algorithm shown in FIG. 4 to the temperature determination controller 10.

Рассмотрим работу волоконно-оптического термометра (фиг. 1 - фиг. 4). Широкополосное излучение от источника лазерного излучения 1 (фиг. 1) направляется в оптические датчики 31-3N через оптические разветвители 21-2N.Consider the operation of a fiber optic thermometer (Fig. 1 - Fig. 4). Broadband radiation from the laser source 1 (Fig. 1) is sent to the optical sensors 3 1 -3 N through the optical splitters 2 1 -2 N.

В оптических датчиках 31-3N в окнах прозрачности из полного спектра света вырезаются два узкополосных участка с разносом Δλ, при этом разнос фазовых сдвигов 12 Δλi≠Δλj, где i и j - номера 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. Далее оптические объединители 41-4N объединяют сигналы, прошедшие через оптические датчики 31-3N, и полученный сигнал попадает в оптический ответвитель 5, где разделяется на две части, одна из которых направляется на первый фотоприемник 8, другая через циркулятор 6 попадает в оптический фильтр 7, где происходит ослабление сигнала, в соответствии с его спектральным положением относительно характеристики отражения оптического фильтра 7, отраженный сигнал от оптического фильтра 7 через циркулятор 6 попадает во второй фотоприемник 9. Таким образом, на выходе первого фотоприемника 8 формируются огибающая биений двух частотных составляющих равной амплитуды с частотой, соответствующей разносу Δλ, а на выходе второго фотоприемника 9 формируются огибающая биений двух частотных составляющих разной амплитуды, зависящих от спектрального положения пропущенного от оптических датчиков 31-3N света, также с частотой, соответствующей разносу Δλ. Контроллер определения температуры 10 принимает сигналы с первого и второго фотоприемников 8 и 9 и обрабатывает их по алгоритму, представленному на фиг. 4.In the optical sensors 3 1 -3 N in the transparency windows, two narrow-band sections with a spacing Δλ are cut from the full spectrum of light, while the phase shift spacing is 12 Δλ i ≠ Δλ j , where i and j are the numbers of the optical sensors 3 1 -3 N , i , j∈N, where N is the set of optical sensors 3 1 -3 N , and the difference Δλ i -Δλ j is not equal and is not a multiple of the whole and particular Δλ i and Δλ j . Next, the optical combiners 4 1 -4 N combine the signals transmitted through the optical sensors 3 1 -3 N , and the received signal goes to the optical coupler 5, where it is divided into two parts, one of which is sent to the first photodetector 8, the other through the circulator 6 in the optical filter 7, where the signal is attenuated, in accordance with its spectral position relative to the reflection characteristics of the optical filter 7, the reflected signal from the optical filter 7 through the circulator 6 enters the second photodetector 9. Thus At the output of the first photodetector 8, an beat envelope of two frequency components of equal amplitude with a frequency corresponding to the spacing Δλ is formed, and at the output of the second photodetector 9, an beat envelope of two frequency components of different amplitude is formed, depending on the spectral position passed from optical sensors 3 1 -3 N light, also with a frequency corresponding to the separation Δλ. The temperature determination controller 10 receives signals from the first and second photodetectors 8 and 9 and processes them according to the algorithm shown in FIG. four.

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 лазерного излучения 1 SLD-1550-3 - лазерный диод фирмы «Superlum»;- source of laser radiation 1 SLD-1550-3 - laser diode of the company "Superlum";

- оптические разветвители 21-2N, оптический ответвитель 5, оптические объединители 41-4N - оптический разветвитель ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ»;- optical splitters 2 1 -2 N , optical coupler 5, optical combiners 4 1 -4 N - optical coupler TELECOM-TEST of LLC Production and Trade Company SOKOL;

- оптические датчики 31-3N - волоконная решетка Брэгга 11 по меньшей мере с двумя фазовыми сдвигами 12 записанная в НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань);- optical sensors 3 1 -3 N - Bragg fiber lattice 11 with at least two phase shifts 12 recorded in the Scientific Research Institute of Prefesses, Knitu-KAI (Kazan);

- циркулятор 6 - циркулятор 3РIOС-1550 фирмы «Flyin»;- circulator 6 - 3PIOС-1550 circulator of the Flyin company;

- оптический фильтр 7 - 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;- optical filter 7 - Bragg fiber lattice recorded in the Scientific and Research Center “Photonika” (Moscow), or the Scientific Research Institute of Scientific and Practical Technologies Knitu-Kai (Kazan), or Inversion-Fiber (Novosibirsk), or Inversion-Sensor (Perm), etc., or purchased sensors from these firms and FiberSensing;

- первый фотоприемник 8, второй фотоприемник 9 высокоскоростные волоконно-оптические InGaAs/InP микроволновые широкополосные PIN фотоприемники (приемные модули) НПФ «ДиЛаз», например, ДФДМШ-40-16;- the first photodetector 8, the second photodetector 9 high-speed fiber-optic InGaAs / InP microwave broadband PIN photodetectors (receiving modules) of NPF DiLaz, for example, DFDMSh-40-16;

- контроллер определения температуры 10 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;- temperature determination controller 10 - microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc .;

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 упростить схему, за счет устранения из схемы сложного и дорогостоящего источника двухчастотного лазерного излучения.Compared with the prototype, the proposed fiber-optic thermometer allows to simplify the circuit by eliminating the complex and expensive source of dual-frequency laser radiation from the circuit.

Дополнительным преимуществом предложенного волоконно-оптического термометра является возможность подключения более одного датчика температуры, а также появляется возможность мультиплексирования.An additional advantage of the proposed fiber-optic thermometer is the ability to connect more than one temperature sensor, as well as the possibility of multiplexing.

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 оптических датчиков составляет 256. Исследования показали, что предложенный волоконно-оптический термометр, позволяет значительно упростить его схему, при этом погрешность измерения температуры составляет ±0,3°С в диапазоне 240°С. Погрешность измерения определялась в основном погрешностью АЦП контроллера определения температуры, а также неточностью изготовления датчиков температуры на основе волоконных решеток 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 optical sensors is 256. Studies have shown that the proposed fiber-optic thermometer allows significantly simplify its scheme, while the error of temperature measurement is ± 0.3 ° C in the range of 240 ° C. The measurement error was determined mainly by the error of the ADC of the temperature determination controller, as well as the inaccuracy of manufacturing temperature sensors based on Bragg fiber gratings with two phase shifts.

Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи - упрощение схемы волоконно-оптического термометра.All this allows us to talk about achieving a solution to the technical problem - a simplification of the fiber optic thermometer.

Claims (2)

1. Волоконно-оптический термометр, содержащий источник лазерного излучения, оптический разветвитель, оптический датчик, первый фотоприемник, второй фотоприемник, контроллер определения температуры, источник лазерного излучения соединен с входом оптического разветвителя посредством волоконного световода, второй выход оптического разветвителя соединен с входом оптического датчика посредством волоконного световода, отличающийся тем, что в него дополнительно введены оптический ответвитель, циркулятор, оптический фильтр, N-1 последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических разветвителей, N-1 оптических датчиков, N последовательно соединенных посредством волоконных световодов оптических объединителей, где N -натуральное число и N≥1, причем первый выход каждого предыдущего из N оптического разветвителя соединен с входом каждого последующего соответствующего из N оптического разветвителя, второй выход каждого введенного из N-1 оптического разветвителя соединен с входом соответствующего из N-1 оптического датчика посредством волоконного световода, выход каждого из N оптического датчика соединен со вторым входом соответствующего из N оптического объединителя посредством волоконного световода, причем первый вход каждого предыдущего из N оптического объединителя соединен с выходом каждого последующего соответствующего из N оптического объединителя, выход первого из N оптического объединителя соединен с входом оптического ответвителя посредством волоконного световода, первый выход оптического ответвителя соединен с входом первого фотоприемника посредством волоконного световода, второй выход оптического ответвителя соединен с входом циркулятора посредством волоконного световода, первый выход циркулятора соединен с оптическим фильтром посредством волоконного световода, второй выход циркулятора соединен с входом второго фотоприемника посредством волоконного световода, выходы первого и второго фотоприемника соединены с первым и вторым входами контроллера определения температуры соответственно посредством электрических проводов, источник лазерного излучения выполнен широкополосным, а каждый оптический датчик выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с двумя фазовыми π-сдвигами, симметрично расположенными относительно ее центральной длины волны и разнесенными на величину Δλ.1. A fiber optic thermometer containing a laser source, an optical splitter, an optical sensor, a first photodetector, a second photodetector, a temperature determination controller, a laser source is connected to the input of the optical splitter via a fiber, the second output of the optical splitter is connected to the input of the optical sensor by fiber optic cable, characterized in that an optical coupler, a circulator, an optical filter, N-1 are subsequently introduced into it optical couplers flaxly connected by optical fibers, N-1 optical sensors, N optical fiber combiners connected in series by optical fibers, where N is a natural number and N≥1, and the first output of each previous N optical splitter is connected to the input of each subsequent corresponding N optical splitter, the second output of each optical splitter introduced from N-1 is connected to the input of the corresponding optical sensor from N-1 through a fiber optic fiber , the output of each of the N optical sensors is connected to the second input of the corresponding N optical combiner via a fiber, the first input of each of the previous N optical combiners is connected to the output of each subsequent corresponding N optical combiner, the output of the first of the N optical combiners is connected to the optical input coupler by means of a fiber optic fiber, the first output of the optical coupler is connected to the input of the first photodetector by a fiber optic fiber a, the second output of the optical coupler is connected to the input of the circulator through the fiber, the first output of the circulator is connected to the optical filter through the fiber, the second output of the circulator is connected to the input of the second photodetector via the fiber, the outputs of the first and second photodetectors are connected to the first and second inputs of the determination controller temperature, respectively, by means of electric wires, the laser radiation source is made broadband, and each optical Occupancy is based on fiber Bragg grating with two phase shifts of π-symmetrically arranged with respect to its center wavelength and spaced by an amount Δλ. 2. Волоконно-оптический термометр по п. 1, отличающийся тем, что в оптических датчиках разнос фазовых сдвигов Δλi≠Δλj, где i и j - номера оптических датчиков, i, j∈N, где N - множество оптических датчиков, при этом разность Δλi-Δλj не равна и не кратна в целом и частном Δλi и Δλj.2. The fiber-optic thermometer according to claim 1, characterized in that in the optical sensors the phase shift is Δλ i ≠ Δλ j , where i and j are the numbers of optical sensors, i, j∈N, where N is the set of optical sensors, this difference Δλ i -Δλ j is not equal and not a multiple of the whole and particular Δλ i and Δλ j .
RU2017137997U 2017-10-31 2017-10-31 FIBER OPTICAL THERMOMETER RU180903U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137997U RU180903U1 (en) 2017-10-31 2017-10-31 FIBER OPTICAL THERMOMETER

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017137997U RU180903U1 (en) 2017-10-31 2017-10-31 FIBER OPTICAL THERMOMETER

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU180903U1 true RU180903U1 (en) 2018-06-29

Family

ID=62813570

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017137997U RU180903U1 (en) 2017-10-31 2017-10-31 FIBER OPTICAL THERMOMETER

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU180903U1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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 (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2557577C1 (en) * 2014-07-01 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Measuring device of value of wear and temperature of product at friction
US20150292956A1 (en) * 2014-04-14 2015-10-15 Baker Hughes Incorporated Distributed temperature sensor enhancement by stimulated raman suppression
RU170835U1 (en) * 2016-06-21 2017-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20150292956A1 (en) * 2014-04-14 2015-10-15 Baker Hughes Incorporated Distributed temperature sensor enhancement by stimulated raman suppression
RU2557577C1 (en) * 2014-07-01 2015-07-27 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) Measuring device of value of wear and temperature of product at friction
RU170835U1 (en) * 2016-06-21 2017-05-11 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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
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
CA2433287C (en) Fibre optic sensor systems
CN105091776B (en) The optical-fiber laser static strain beat frequency demodulating system modulated based on single-side belt frequency sweep
RU102256U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
RU2413188C2 (en) Fibre-optic device for measuring temperature distribution (versions)
US20230349760A1 (en) Device and method for optical spectrum measurement
CN103674497A (en) High accuracy measurement system of line width of narrow line width laser
Valente et al. Combined time and wavelength multiplexing technique of optical fiber grating sensor arrays using commercial OTDR equipment
RU2512616C2 (en) Method of measuring parameters of physical fields and device for realising said method
CN103644991B (en) Based on the method for measuring stress of the double optical fiber grating of Distributed Feedback Laser demodulation
RU2608394C1 (en) Device for measuring parameters of physical fields
RU180903U1 (en) FIBER OPTICAL THERMOMETER
RU2673507C1 (en) Fiber optical thermometer
Misbakhov Combined raman DTS and address FBG sensor system for distributed and point temperature and strain compensation measurements
RU92180U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
CN111381199A (en) Pulse high-intensity magnetic field optical measurement system and method
RU2785015C1 (en) System for determining the central wavelength of fibre-optic sensors
RU161644U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
RU2495380C2 (en) Measuring method of parameters of physical fields
RU2667344C1 (en) Fiber optical thermometer
RU2437063C1 (en) Fibre-optic sensor system
RU179264U1 (en) FIBER OPTICAL THERMOMETER
RU2520963C2 (en) Optic fibre measuring system (versions)
Chang et al. A novel detection method of Brillouin backscattered light in optical fiber