RU182811U1 - FIBER OPTICAL SENSOR - Google Patents

FIBER OPTICAL SENSOR Download PDF

Info

Publication number
RU182811U1
RU182811U1 RU2017146804U RU2017146804U RU182811U1 RU 182811 U1 RU182811 U1 RU 182811U1 RU 2017146804 U RU2017146804 U RU 2017146804U RU 2017146804 U RU2017146804 U RU 2017146804U RU 182811 U1 RU182811 U1 RU 182811U1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
output
fibers
optic
photodetectors
Prior art date
Application number
RU2017146804U
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Вера Ивановна Кузнецова
Николай Геннадьевич Поярков
Виктория Борисовна Бартенева
Сергей Алефтинович Усынин
Владимир Владимирович Белоусов
Original Assignee
федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
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 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) filed Critical федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет)" (МГТУ им. Н.Э. Баумана)
Priority to RU2017146804U priority Critical patent/RU182811U1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU182811U1 publication Critical patent/RU182811U1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
    • G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
    • G01N21/55—Specular reflectivity

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

Полезная модель относится к контрольно-измерительной технике и может быть использована в волоконно-оптических измерительных системах для бесконтактных измерений различных физических величин, например давления, температуры, линейных перемещений и др. двухостного волоконно-оптического датчика линейных перемещений с использованием отражающего элемента, выполненного в виде взаимно ортогональных двух прямоугольных пластин из отражающего свет материала и жгутоподводящих волоконно-оптических световодов, разделенных на пять каналов 21, 22, 23, 24,25. При этом один из каналов - центральный 23 является опорным, а четыре других 21, 22, 24, 25 - измерительными. Каждый из каналов снабжен жгутом отводящих волоконно-оптических световодов 31, 32, 33, 34, 35, входные торцы которых сопряжены с выходными торцами подводящих волоконно-оптических световодов 21, 22, 23, 24, 25. Входные торцы подводящих волоконно-оптических световодов подведены к источнику оптического излучения. Выходные торцы отводящих волоконно-оптических световодов подключены ко входам фотоприемников 51, 52, 53, 54, 55 соответственно.The utility model relates to measurement technology and can be used in fiber-optic measuring systems for non-contact measurements of various physical quantities, for example, pressure, temperature, linear displacements, and other double-walled fiber-optic linear displacement sensors using a reflective element made in the form mutually orthogonal two rectangular plates of light-reflecting material and bundle-leading fiber optic fibers, divided into five channels 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 . In this case, one of the channels - the central 2 3 is the reference, and the other four 2 1 , 2 2 , 2 4 , 2 5 - measuring. Each of the channels is equipped with a bundle of diverting optical fibers 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 , the input ends of which are interfaced with the output ends of the supplying optical fibers 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 . The input ends of the supply fiber optic fibers are connected to the source of optical radiation. The output ends of the outlet fiber optic fibers are connected to the inputs of the photodetectors 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5, respectively.

Сигналы с фотоприемников подключены к соответствующим входам электронного блока обработки сигналов, выход которого является выходом двухосного волоконно-оптического датчика линейных перемещений. Пятиканальное устройство однозначно определяет поведение функции преобразования двухосного датчика линейных перемещений и обеспечивает ее надежное прогнозирование. Отражающий элемент размещен в зоне измерений на заданном расстоянии Х0 от выходных торцов подводящих волоконно-оптических световодов и входных торцов отводящих волоконно-оптических световодов, где достигается минимум энергетических потерь. Технический результат – повышение точности измерений. 5 ил.

Figure 00000011
The signals from the photodetectors are connected to the corresponding inputs of the electronic signal processing unit, the output of which is the output of a biaxial fiber-optic linear displacement sensor. The five-channel device uniquely determines the behavior of the conversion function of the biaxial linear displacement sensor and ensures its reliable prediction. The reflecting element is placed in the measurement zone at a predetermined distance X 0 from the output ends of the supply fiber optic fibers and the input ends of the output fiber optic fibers, where the minimum energy loss is achieved. The technical result is an increase in measurement accuracy. 5 ill.
Figure 00000011

Description

Волоконно-оптический датчик №2 линейных перемещенийFiber optic sensor No. 2 of linear displacements

Предложенное техническое решение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в волоконно-оптических измерительных системах для бесконтактных измерений различных физических величин, например, давления, температуры, линейных перемещений и др.The proposed technical solution relates to measuring technology and can be used in fiber-optic measuring systems for non-contact measurements of various physical quantities, for example, pressure, temperature, linear displacements, etc.

Наиболее близким техническим решением является волоконно-оптический датчик перемещений, содержащий источник оптического излучения, выход которого подключен ко входу подводящего волоконно-оптического световода, первый и второй отводящие волоконно-оптические световододы, выходы которых подключены ко входам соответственно первого и второго фотоприемников, отражающий элемент, прикрепленный к перемещающемуся объекту, на который направлены входы первого и второго волоконных световодов оптической связи, оптический разветвитель, электронный блок обработки сигналов, причем отражающий элемент выполнен в виде двух примыкающих друг к другу прямоугольных полос, каждая из которых разделена на отражающую и неотражающую области (см. патент РФ №2489679 от 2012 г.)The closest technical solution is a fiber-optic displacement sensor containing an optical radiation source, the output of which is connected to the input of the input fiber-optic fiber, the first and second output fiber-optic fibers, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second photodetectors, respectively, a reflecting element, attached to a moving object, to which the inputs of the first and second fiber optical fibers are directed, an optical splitter, an electric nny signal processing unit, wherein the reflective element is in the form of two adjacent rectangular strips, each of which is divided into a reflective and non-reflective region (see. Russian patent №2489679 from 2012 YG)

К недостаткам аналога следует отнести следующие:The disadvantages of the analogue include the following:

- ограниченные функциональные возможности датчика, обусловленные тем, что построенное на данном принципе устройство измеряет линейные перемещения только по одной оси;- limited functionality of the sensor due to the fact that a device built on this principle measures linear displacements along only one axis;

- низкая точность измерений, обусловленная возможными изменениями взаимного расстояния между отражающим элементом, жестко связанным с подвижным объектом, и торцами волоконных световодов оптической связи.- low measurement accuracy due to possible changes in the mutual distance between the reflecting element, rigidly connected with a moving object, and the ends of the optical fibers of optical communication.

Цель настоящего технического решения - расширение функциональных возможностей датчика, а именно построение двухосного волоконно-оптического датчика линейных перемещений и повышение точности измерений.The purpose of this technical solution is to expand the functionality of the sensor, namely the construction of a biaxial fiber-optic linear displacement sensor and increase the accuracy of measurements.

Решение поставленной задачи обеспечивается тем, что в волоконно-оптическом датчике линейных перемещений, содержащем источник оптического излучения, выход которого подключен ко входу подводящего волоконно-оптического световода, отводящие волоконно-оптические световоды, выходы которых подключены ко входам соответствующих фотоприемников, отражающий элемент, прикрепленный к перемещающемуся объекту,The solution to this problem is provided by the fact that in the fiber-optic linear displacement sensor containing an optical radiation source, the output of which is connected to the input of the fiber-optic optical fiber, the output optical fibers, the outputs of which are connected to the inputs of the respective photodetectors, a reflective element attached to a moving object

электронный блок обработки сигналов, ко входу которого подведены выходы фотоприемников, к выходу источника излучения входными торцами подведен жгут подводящих волоконно-оптических световодов, разделенных на пять каналов, один из которых - центральный является опорным, а четыре других измерительными, при этом отводящие волоконно-оптические световоды, сопряженные в каждом канале с подводящими волоконно-оптическими световодами, выходными торцами подключены ко входам соответствующих фотоприемников, а выходныеторцы подводящих волоконно-оптических световодов и входные торцы отводящих волоконно-оптических световодов в каждом канале, обращенные к отражающему элементу, выполненному в виде взаимно отртогональных двух прямоугольных пластин из отражающего свет материала, находятся в соотношении 3:4 и отстоят от отражающего элемента на заданном расстоянии X0, при котором обеспечивается максимальная освещенность входных торцов отводящих волоконно-оптических световодов и максимальный ток фотоприемника.an electronic signal processing unit, to the input of which the outputs of the photodetectors are connected, to the output of the radiation source by the input ends, a bundle of supplying optical fibers is divided into five channels, one of which is the central one is reference, and four others are measuring, while the output fiber optic optical fibers coupled in each channel with optical fiber supply fibers, output ends are connected to the inputs of the respective photodetectors, and output optical fiber cables -optical optical fibers and the input ends of the output fiber-optic optical fibers in each channel, facing the reflective element, made in the form of mutually orthogonal two rectangular plates of light-reflecting material, are in a ratio of 3: 4 and are separated from the reflecting element at a given distance X 0 , which ensures maximum illumination of the input ends of the outlet fiber optic fibers and the maximum current of the photodetector.

На фиг. 1 приведена принципиальная схема двухосного волоконно-оптического датчика линейных перемещений.In FIG. 1 is a schematic diagram of a biaxial fiber optic linear displacement sensor.

На фиг. 2 приведена принципиальная (опорная) схема отражающего элемента, выполненного в виде взаимно ортогональных двух прямоугольных пластин из материала, отражающего свет, расположенного на неотражающей поверхности подвижного объекта, с указанием световых «пятен», формируемых подводящими волоконно-оптическими световодами. На фиг. 3 представлена функция преобразования датчика, а именно зависимость фототока от расстояния X между отражающим элементом и входными торцами отводящих волоконно-оптических световодов

Figure 00000001
In FIG. Figure 2 shows a schematic (reference) diagram of a reflecting element made in the form of mutually orthogonal two rectangular plates of material reflecting light located on the non-reflective surface of a moving object, indicating light "spots" formed by the incoming optical fiber. In FIG. Figure 3 shows the sensor conversion function, namely, the dependence of the photocurrent on the distance X between the reflecting element and the input ends of the diverting optical fibers
Figure 00000001

На фиг. 4 показана схема взаимного расположения выходных торцов подводящих волоконно-оптических световодов и входных торцов отводящих волоконно-оптических световодов в зоне измерений в каждом канале, определяющая конструкцию и метрологические характеристики датчика.In FIG. 4 shows a diagram of the mutual arrangement of the output ends of the supply fiber optic fibers and the input ends of the output fiber optic fibers in the measurement zone in each channel, which determines the design and metrological characteristics of the sensor.

На фиг. 5а,б схематично показана динамика измерительного процесса (алгоритм обработки сигнала с фотоприемников) при перемещении подвижного объекта по двум взаимно ортогональным осям: ±У, ±Z.In FIG. 5a, b schematically shows the dynamics of the measuring process (an algorithm for processing a signal from photodetectors) when moving a moving object along two mutually orthogonal axes: ± Y, ± Z.

На фиг. 5а приведены функции преобразования четырех измерительных каналов (фототоков) и центрального опорного канала, снятые с пяти фотоприемников при перемещении объекта по осям ±У, ортогональным ±Z.In FIG. 5a shows the conversion functions of the four measuring channels (photocurrents) and the central reference channel, taken from five photodetectors when moving the object along the ± Y axes, orthogonal ± Z.

На фиг. 5б аналогично приведены функции преобразования (фототоки), снятые при перемещении объекта по осям ±Z, ортогональным ±У.In FIG. 5b, the conversion functions (photocurrents) recorded when moving an object along the ± Z axes orthogonal ± Y are shown in a similar way.

Устройство состоит из отражающего элемента 1, подводящих волоконно-оптических световодов (ПВОС)21, 22, 2, 23, 24, 25, отводящих волоконно-оптических световодов(ОВОС)31, 32, 33, 34, 35, источника оптического излучения 4, фотоприемников 51, 52, 53, 54, 55, электронного блока обработки сигналов 6.The device consists of a reflecting element 1, the supply of fiber optic optical fibers (OVOS) 2 1 , 2 2 , 2, 2 3 , 2 4 , 2 5 , the discharge fiber optic optical fibers (EIA) 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 , optical radiation source 4, photodetectors 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5 , electronic signal processing unit 6.

Канал, образованный ПВОС 23 и ОВОС33 - центральный, является опорным каналом. Четыре других канала, образованные ПВОС 21, 22, 24, 25 и ОВОС 31, 32, 34, 35 - измерительные каналы. Отражающий элемент 1 оптически связан с ПВОС 21, 22, 23, 24, 25 таким образом, что проекции световых «пятен» измерительных каналов, формируемые ПВОС 21, 22, 24, 25, при отсутствии перемещений подвижного объекта на отражающий элемент 1 не попадают, а "пятно" опорного канала, формируемое ПВОС 23 совмещено с центром отражающего элемента 1. Входные торцы ПВОС 21, 22, 23, 24, 25 соединены с источником излучение 4.The channel formed by the OVOS 2 3 and OVOS3 3 - central, is the reference channel. Four other channels formed by the airborne environmental protection 2 1 , 2 2 , 2 4 , 2 5 and the EIA 3 1 , 3 2 , 3 4 , 3 5 - measuring channels. The reflecting element 1 is optically coupled to the AEC 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 so that the projections of the light spots of the measuring channels formed by the AEC 2 1 , 2 2 , 2 4 , 2 5 , in the absence of movements the moving object does not fall on the reflecting element 1, and the “spot” of the reference channel formed by the air defense unit 2 3 is aligned with the center of the reflecting element 1. The air supply end faces of the air defense unit 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 are connected to the radiation source 4.

Выходные торцы ОВОС31, 32, 33, 34, 35 подключены ко входам фотоприемников 51, 52, 53, 54, 55. Выходы фотоприемников 51, 52, 53, 54, 55 подключены ко входам электронного блока обработки сигналов 6. Выход электронного блока обработки сигналов 6 является выходом двухосного волоконно-оптического датчика линейных перемещений.OVOS3 output ends 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 are connected to the inputs of photodetectors 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5 . The outputs of the photodetectors 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5 are connected to the inputs of the electronic signal processing unit 6. The output of the electronic signal processing unit 6 is the output of the biaxial fiber-optic linear displacement sensor.

Большое практическое значение имеет обоснованный выбор начального расстояния Х0 между отражающим элементом 1 и выходными торцами ПВОС21, 22, 23, 24, 25 и входными торцами ОВОС 31, 32, 33, 34, 35 в зоне измерений.Of great practical importance is the reasonable choice of the initial distance X 0 between the reflecting element 1 and the output ends of the air defense system 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 and the input ends of the EIA 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 in measurement area.

Оно определяется следующим образом.It is defined as follows.

Определено, что в волоконно-оптических датчиках линейных перемещений рассматриваемого типа, содержащих ПВОС и ОВОС, если торцы ПВОС контактируют с отражающим элементом, Х=0, то световой поток, отраженный от отражающего элемента, не попадает на торцы ОВОС, фототок равен нулю, Jф=0.It has been determined that in fiber-optic linear displacement sensors of the type under consideration, which contain airborne environment and EIA, if the ends of the airborne area are in contact with the reflecting element, X = 0, then the light flux reflected from the reflecting element does not fall on the ends of the EIA, the photocurrent is zero, J φ = 0.

При увеличении расстояния Х>0 поток излучения, заключенный в конусе апертуры ПВОС попадает на большую площадь отражающего элемента и, посути, эта площадка становится «источником» вторичного светового потока, который отражается на торцы ОВОСWith an increase in the distance X> 0, the radiation flux enclosed in the cone of the aerial aperture of the airborne radiation enters a large area of the reflecting element and, therefore, this site becomes the "source" of the secondary light flux that is reflected at the ends of the EIA

С увеличением Х>0 увеличивается площадь отраженного "пятна", наблюдается резкий рост принимаемого светового потока.With an increase in X> 0, the area of the reflected “spot” increases, a sharp increase in the received light flux is observed.

При некотором расстоянии Х=Х0 мощность принимаемого светового потока и ток фотоприемника достигают максимума. Причем вблизи Х0 выходной сигнал с фотоприемника практически не зависит от изменения Х0 (см. фиг. 3).At a certain distance X = X 0, the power of the received light flux and the current of the photodetector reach a maximum. Moreover, near X 0 the output signal from the photodetector is practically independent of the change in X 0 (see Fig. 3).

Численное значение Х0 определяется на основе математической модели распределения передаваемой мощности излучения в зависимости от X и внешнего радиуса «пятна» освещенной зоны торцов ОВОС 31, 32, 33, 34, 35.The numerical value of X 0 is determined on the basis of a mathematical model of the distribution of the transmitted radiation power depending on X and the external radius of the "spot" of the illuminated zone of the ends of the EIA 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 .

Численное значение Х0 определяется на основе математической модели распределения передаваемой мощности излучения в зависимости от X и внешнего радиуса «пятна» освещенной зоны торцов ОВОС 31, 32, 33, 34, 35.The numerical value of X 0 is determined on the basis of a mathematical model of the distribution of the transmitted radiation power depending on X and the external radius of the "spot" of the illuminated zone of the ends of the EIA 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 .

На основе выше изложенного значение Х0, соответствующее данному условию, в предлагаемом датчике линейных перемещений принимается за начало отсчета, то есть отражающий элемент 1 устанавливается относительно выходных торцов ПВОС 21, 22, 23, 24, 25 и входных торцов ОВОС 31, 32, 33, 34, 35, лежащих в зоне измерений в одной плоскости, на заданном расстоянии Х0.Based on the foregoing, the value of X 0 corresponding to this condition in the proposed linear displacement sensor is taken as the reference point, that is, the reflecting element 1 is set relative to the output ends of the air defense 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 and the input ends of the EIA 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 , lying in the measurement zone in the same plane, at a given distance X 0 .

Это условие делает поведение функций преобразования датчика линейных перемещений прогнозируемым и позволяет однозначно определять ее текущее значение. Точность измерений перемещения подвижного объекта возрастает.This condition makes the behavior of the transformation functions of the linear displacement sensor predictable and allows you to uniquely determine its current value. The accuracy of measurements of the movement of a moving object increases.

Рассмотрение различных возможных вариантов размещения выходных торцов ПВОС и входных торцов ОВОС (1:6, 4:3, 3:4 и др.) показало, что предлагаемое расположение торцов световодов в каждом канале, а именно 3:4, обеспечивает максимальную освещенность входных торцов ОВОС и максимальный ток фотоприемников. При данном соотношении торцов каждый из излучающих световодов вносит максимальный вклад в оптическую мощность светового потока на входе фотоприемника (см. фиг. 4).Consideration of various possible options for the placement of the output end faces of the air-conditioning system and the input ends of the EIA (1: 6, 4: 3, 3: 4, etc.) showed that the proposed arrangement of the ends of the optical fibers in each channel, namely 3: 4, ensures maximum illumination of the input ends EIA and maximum current of photodetectors. With this ratio of the ends, each of the emitting optical fibers makes the maximum contribution to the optical power of the light flux at the input of the photodetector (see Fig. 4).

Кроме того, минимизируются потери при сопряжении источника излучения 4 и входных торцов ПВОС21, 22, 23, 24, 25, облегчается настройка по уровню выходного сигнала при угловомрассогласовании диаграммы направленности источника излучения 4 с входными торцами ПВОСIn addition, losses are minimized when pairing the radiation source 4 and the input end faces of the AEC2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 , the adjustment by the level of the output signal is facilitated when the radiation pattern of the radiation source 4 is angularly mismatched with the input ends of the AEC

21, 22, 23, 24, 25.2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 .

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Сформированный коллимационным устройством пучок света от источника излучения 4 попадает на отражающий элемент 1, жестко связанный с подвижным объектом и расположенный на заданном расстоянии Х0 от выходных торцов ПВОС21, 22, 23, 24, 25 и входных торцов ОВОС 31, 32, 33, 34, 35 в зоне измерений.The light beam generated by the collimation device from the radiation source 4 falls on the reflecting element 1, rigidly connected to the moving object and located at a specified distance X 0 from the output ends of the air defense system 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 and the input ends of the EIA 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 in the measurement zone.

При отсутствии измеряемых линейных перемещений, (У=0), падающий на подвижный объект световой поток, формируемый ПВОС 21, 22, 23, 24, 25 отражается только от центральной зоны отражающего элемента 1 и попадает на входные торцы ОВОС33.In the absence of measured linear displacements, (Y = 0), the light flux incident on the moving object formed by the air defense system 2 1 , 2 2 , 2 3 , 2 4 , 2 5 is reflected only from the central zone of the reflecting element 1 and gets to the input ends of the OVOS3 3 .

Световые «пятна» ПВОС 21, 22, 24, 25 не отражаются, фототоки с фотоприемников 51, 52, 54, 54, 55 обнуляются.Light “spots” of airborne airborne emissions 2 1 , 2 2 , 2 4 , 2 5 are not reflected, photo currents from photodetectors 5 1 , 5 2 , 5 4 , 5 4 , 5 5 are reset to zero.

При перемещении подвижного объекта по оси +У отражающаяповерхность 1 входит в зону измерений: она освещается выходными торцами ПВОС 24, 25. Отражающий элемент 1 становится вторичным источником излучения, падающим на входные торцы ОВОС 34, 35.When moving a moving object along the + Y axis, the reflecting surface 1 enters the measurement zone: it is illuminated by the output ends of the air defense system 2 4 , 2 5 . The reflecting element 1 becomes a secondary source of radiation incident on the input ends of the EIA 3 4 , 3 5 .

При этом, чем больше У>0, тем больше площадь поверхности отражающего элемента 1, освещенная выходными торцами ПВОС 24, 25, тем больше оптическая мощность светового потока, падающая на входные торцы ОВОС 34, 35. С увеличением мощности отраженного светового потока фототоки с фотоприемников 54, 55 возрастают от нуля до максимальных значенийMoreover, the larger V> 0, the larger the surface area of the reflecting element 1 illuminated by the output ends of the airspace 2 4 , 2 5 , the greater the optical power of the light flux incident on the input ends of the EIA 3 4 , 3 5 . With an increase in the power of the reflected light flux, the photocurrents from photodetectors 5 4 , 5 5 increase from zero to maximum values

Figure 00000002
Figure 00000002

Figure 00000003
Figure 00000003

и далее по мере дальнейших перемещений подвижного объекта площади освещенной поверхности отражающего элемента 1 вновь убывают и фототоки с фотоприемников 54, 55 убывают от Jmax4 и Jmax5 до нуля. При этом во всем диапазоне перемещений подвижного объекта по оси +У фототоки с фотоприемников 51, 52 постоянно равнынулю, так как подвижный объект свет не отражаетand then, as the moving object moves further, the illuminated surface area of the reflecting element 1 again decreases and the photocurrents from the photodetectors 5 4 , 5 5 decrease from J max4 and J max5 to zero. Moreover, in the entire range of movements of the moving object along the + Y axis, the photocurrents from photodetectors 5 1 , 5 2 are constantly equal to zero, since the moving object does not reflect light

Figure 00000004
Figure 00000004

Figure 00000005
Figure 00000005

При перемещении подвижного объекта по оси -У происходит обратный процесс: фототоки с фотоприемников 54, 55 равны нулюWhen moving a moving object along the -Y axis, the reverse process occurs: the photocurrents from photodetectors 5 4 , 5 5 are equal to zero

Figure 00000006
Figure 00000006

Figure 00000007
Figure 00000007

фототоки. Jф51, Jф52 с фотоприемников 51, 52, возрастают от нуля до своих максимальных значенийphotocurrents. J f 5 1 , J f 5 2 from photodetectors 5 1 , 5 2 , increase from zero to their maximum values

Jф51=Jmax1,J f 5 1 = Jmax 1 ,

Jф52=Jmax2 J f 5 2 = J max2

и далее убывают до нуля.and then decrease to zero.

Процесс измерения перемещений подвижного объекта по осям ±Z аналогичен измерениям по осям ±У.The process of measuring the movement of a moving object along the ± Z axes is similar to the measurements along the ± Y axes.

При перемещении подвижного объекта по оси +Z фототоки с фотоприемников 51, 55 равны нулюWhen moving a moving object along the + Z axis, the photocurrents from photodetectors 5 1 , 5 5 are equal to zero

Jф51=0,J f 5 1 = 0,

Jф55=0,J f 5 5 = 0,

а фототоки с фотоприемников 52, 54 возрастают от нуля до своих максимальных значенийand photo currents from photodetectors 5 2 , 5 4 increase from zero to their maximum values

Jф52 =Jmax2,J f 5 2 = J max2 ,

Jф54=Jmax4 J f 5 4 = J max4

и далее убывают до нуля.and then decrease to zero.

Аналогично, при перемещении подвижного объекта по оси -Z фототоки с фотоприемниковSimilarly, when moving a moving object along the -Z axis, photo currents from photodetectors

52, 54 равные нулю5 2 , 5 4 equal to zero

Jф52=0,J f 5 2 = 0,

Jф54=0,J f 5 4 = 0,

а фототокис фотоприемников 51, 55 возрастает от нуля до своих максимальных значенийand the phototoxic of photodetectors 5 1 , 5 5 increases from zero to its maximum values

Jф51=Jmax1 J f 5 1 = J max1

Jф55=Jmax5 J f 5 5 = J max5

и далее убывают до нуля.and then decrease to zero.

Фототок с фотоприемника 53 при перемещении подвижного объекта по осям ±У, ±Z при постоянном Х0 не изменяетсяThe photo stream from the photodetector 5 3 when moving a moving object along the axes ± Y, ± Z at a constant X 0 does not change

Jф53=Jmax3=const,J f 5 3 = J max3 = const,

что позволяет контролировать и исключать возможные неинформативные перемещения подвижного объекта в зоне измерений по осям ±Х и тем самым повысить точность измерений четырех измерительных каналов.which allows you to control and exclude possible non-informative movements of the moving object in the measurement area along the ± X axes and thereby improve the measurement accuracy of the four measuring channels.

На фиг. 5а, б схематично представлена динамика изменения фототоков с фотоприемников 51, 52, 53, 54, 55 при перемещении подвижного объекта по осям ±У, ±Z.In FIG. 5a, b schematically shows the dynamics of changes in photocurrents from photodetectors 5 1 , 5 2 , 5 3 , 5 4 , 5 5 when moving a moving object along the axes ± Y, ± Z.

для измерения перемещений по оси -У измеряются фототоки с фотоприемников 51, 52 при нулевых значениях фототоков с фотоприемников 54, 55:for measuring displacements along the -Y axis, photocurrents from photodetectors 5 1 , 5 2 are measured at zero values of photocurrents from photodetectors 5 4 , 5 5 :

Figure 00000008
Figure 00000008

Аналогично измеряются перемещения объекта по осям ±Z.Similarly measured the movement of the object along the axes ± Z.

При перемещении объекта по оси +Z фототоки с фотоприемников 51, 55 равны нулю, измеряются фототоки с фотоприемников 52, 54:When moving an object along the + Z axis, the photocurrents from photodetectors 5 1 , 5 5 are equal to zero, the photocurrents from photodetectors 5 2 , 5 4 are measured:

Figure 00000009
Figure 00000009

При перемещении объекта по оси -Z фототоки с фотоприемников 52, 54 равны нулю, а информативными являются фототоки с фотоприемников 51, 55:When moving an object along the -Z axis, the photocurrents from photodetectors 5 2 , 5 4 are equal to zero, and the photo currents from photodetectors 5 1 , 5 5 are informative :

Figure 00000010
Figure 00000010

Итак, предлагаемая схема двухосного волоконно-оптического датчика линейных перемещений позволяет однозначно определять параметры перемещения подвижного объекта по двум взаимно ортогональным осям и обоснованно доказывать их достоверность. При этом возможность размещения моделирующего устройства (зеркально отражающей поверхности) в зоне измерений, где достигается максимальная однородная освещенность торцевых граней ОВОС 31, 32, 33, 34, 35, повышает точность измерений, а уменьшение энергетических потерь реализует возможность конструктивной унификации и стандартизации датчиков данного типа по их основным параметрам (чувствительности, точности, диапазону измерений и др.).So, the proposed scheme of a biaxial fiber-optic linear displacement sensor allows you to uniquely determine the parameters of the movement of a moving object along two mutually orthogonal axes and reasonably prove their reliability. At the same time, the possibility of placing a modeling device (mirror-reflecting surface) in the measurement zone, where the maximum uniform illumination of the end faces of the EIA 3 1 , 3 2 , 3 3 , 3 4 , 3 5 is achieved, increases the accuracy of measurements, and the reduction of energy losses provides the possibility of constructive unification and standardization of sensors of this type according to their main parameters (sensitivity, accuracy, measurement range, etc.).

Claims (1)

Волоконно-оптический датчик линейных перемещений, содержащий источник оптического излучения, выход которого подключен ко входу подводящего волоконно-оптического световода, отводящие волоконно-оптические световоды, выходы которых подключены ко входам соответствующих фотоприемников, отражающий элемент, прикрепленный к перемещающемуся объекту, электроныый блок обработки сигналов, ко входу которого подведены выходы фотоприемников, отличающийся тем, что к выходу источника излучения входными торцами подведен жгут подводящих волоконно-оптических световодов, разделенных на пять каналов, один из которых - центральный - является опорным, а четыре других - измерительными, при этом отводящие волоконно-оптические световоды, сопряженные в каждом канале с подводящими волоконно-оптическими световодами, выходными торцами подключены ко входам соответствующих фотоприемников, а выходные торцы подводящих волоконно-оптических световодов и входные торцы отводящих волоконно-оптических световодов в каждом канале, обращенные к отражающему элементу, выполненному в виде взаимно ортогональных двух прямоугольных пластин из отражающего свет материала, находятся в соотношении 3:4 и отстоят от отражающего элемента на заданном расстоянии X0, при котором обеспечивается максимальная освещенность входных торцов отводящих волоконно-оптических световодов и максимальный ток фотоприемника.Fiber-optic linear displacement sensor, containing an optical radiation source, the output of which is connected to the input of the input fiber-optic optical fiber, the output fiber-optic optical fibers, the outputs of which are connected to the inputs of the respective photodetectors, a reflective element attached to the moving object, an electronic signal processing unit, to the input of which the outputs of the photodetectors are connected, characterized in that a bundle of supplying fiber-optic wires is connected to the output of the radiation source by the input ends optical fibers divided into five channels, one of which is the central one, which is the reference one, and the other four are measuring, while the output fiber optic fibers coupled in each channel with the supply fiber optic fibers, the output ends are connected to the inputs of the respective photodetectors, and the output ends of the supply fiber optic fibers and the input ends of the output fiber optic fibers in each channel facing the reflective element, made in the form of mutually two rectangular plates of light-reflecting material are in a ratio of 3: 4 and are separated from the reflecting element at a given distance X 0 , at which the maximum illumination of the input ends of the output fiber-optic fibers and the maximum current of the photodetector are ensured.
RU2017146804U 2017-12-28 2017-12-28 FIBER OPTICAL SENSOR RU182811U1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146804U RU182811U1 (en) 2017-12-28 2017-12-28 FIBER OPTICAL SENSOR

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2017146804U RU182811U1 (en) 2017-12-28 2017-12-28 FIBER OPTICAL SENSOR

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU182811U1 true RU182811U1 (en) 2018-09-04

Family

ID=63467669

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2017146804U RU182811U1 (en) 2017-12-28 2017-12-28 FIBER OPTICAL SENSOR

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU182811U1 (en)

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU78947U1 (en) * 2008-07-02 2008-12-10 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
RU78946U1 (en) * 2008-07-02 2008-12-10 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
WO2009125728A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-15 コニカミノルタホールディングス株式会社 Actuator array sheet
RU125728U1 (en) * 2012-08-22 2013-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
RU2515339C2 (en) * 2012-01-11 2014-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" Method to measure linear movements

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2009125728A1 (en) * 2008-04-08 2009-10-15 コニカミノルタホールディングス株式会社 Actuator array sheet
RU78947U1 (en) * 2008-07-02 2008-12-10 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
RU78946U1 (en) * 2008-07-02 2008-12-10 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
RU2515339C2 (en) * 2012-01-11 2014-05-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт технической физики имени академика Е.И. Забабахина" Method to measure linear movements
RU125728U1 (en) * 2012-08-22 2013-03-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный университет леса" DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN104335067A (en) Coordinate measurement system and method
GB1062967A (en) A proximity detector
US11346689B2 (en) Optical measuring system with an interrogator and a polymer-based single-mode fibre-optic sensor system
CN103047934A (en) Optical fiber sensing microspur measurement system
CN103322933A (en) Non-contact type optical mirror surface interval measuring device
CN101256089A (en) Optical fibre sensor with variable precision
RU182811U1 (en) FIBER OPTICAL SENSOR
CN204256266U (en) A kind of common light path Feisuo interferometer type light path correlator based on optical fibre ring catoptron
CN103438943A (en) Optical fiber conduction type rotor flow sensor
JP6581720B2 (en) Optical distance measurement system
RU125728U1 (en) DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
RU182813U1 (en) FIBER OPTICAL SENSOR
CN110260946A (en) A kind of liquid level sensor using fiber optic bundle and image processing techniques
RU2567176C2 (en) Differential optic fibre pressure difference sensor
CN209147939U (en) A kind of object deformation-quantity detection system based on laser measurement
RU2539681C1 (en) Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect
CN109084691B (en) Refractive displacement sensor and measuring method thereof
CN202304853U (en) Optical fiber sensing device with wide dynamic range
JPS6348294B2 (en)
CN208059800U (en) A kind of direct-injection type laser triangle displacement sensor
RU78947U1 (en) DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
CN108955557A (en) A kind of object deformation-quantity detection system and its detection method based on laser measurement
RU125706U1 (en) DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
CN103604472A (en) Digital gas flow sensor
CN112146770B (en) Passive radiation temperature measuring device and method based on confocal reflection principle

Legal Events

Date Code Title Description
MM9K Utility model has become invalid (non-payment of fees)

Effective date: 20191229