RU191082U1 - Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings - Google Patents
Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings Download PDFInfo
- Publication number
- RU191082U1 RU191082U1 RU2018144670U RU2018144670U RU191082U1 RU 191082 U1 RU191082 U1 RU 191082U1 RU 2018144670 U RU2018144670 U RU 2018144670U RU 2018144670 U RU2018144670 U RU 2018144670U RU 191082 U1 RU191082 U1 RU 191082U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- fbg
- wavelength
- output
- fiber
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 18
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 40
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 34
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 8
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 6
- 238000000862 absorption spectrum Methods 0.000 claims description 5
- 230000031700 light absorption Effects 0.000 claims description 3
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 abstract description 12
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 abstract description 4
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 4
- 238000013461 design Methods 0.000 description 2
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 description 2
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 2
- 238000012935 Averaging Methods 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 description 1
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01M—TESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01M11/00—Testing of optical apparatus; Testing structures by optical methods not otherwise provided for
- G01M11/02—Testing optical properties
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35329—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using interferometer with two arms in transmission, e.g. Mach-Zender interferometer
-
- 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
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Analytical Chemistry (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Immunology (AREA)
- Pathology (AREA)
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники и может быть использована для измерения спектральных характеристик и показаний с волоконно-оптических датчиков, в частности, в тепловой и ядерной энергетике, в химической и нефтегазовой, а также в критических узлах других отраслей промышленности. Анализатор сигналов включает перестраиваемый источник оптического излучения, ответвитель, средства передачи света, датчик на основе 8 линий волоконных брегговских решеток (ВБР), интерферометр, репер длины волны и процессор. Брэгговские длины волн ВБР каждой линии различаются на постоянную величину, т.е. λ-λ=const. Средства передачи света обеспечивают направление света от источника излучения к ВБР датчикам, а отраженное от ВБР-датчиков излучение на интерферометр, подключенный через фотоприемники к процессору, который управляет процессами перестройки источника, переключением оптических переключателей в составе средств передачи света и обрабатывает сигналы с фотоприемников, сопоставляя их с калибровочными данными репера длины волны выдает значение текущей длины волны отражения каждого из ВБР-датчиков в линии (линиях). Технический результат - повышение точности определения относительного смещения спектра отражения брэгговской решетки, возможность определения абсолютной длины волны отражения ВБР, а также нечувствительность к спектральным потерям в линии и приемной части. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.The utility model relates to the field of measurement technology and can be used to measure spectral characteristics and readings from fiber-optic sensors, in particular, in the thermal and nuclear energy, in the chemical and oil and gas, as well as in critical nodes of other industries. The signal analyzer includes a tunable optical radiation source, coupler, light transmission means, a sensor based on 8 lines of fiber Bragg gratings (FBG), an interferometer, a wavelength reference and a processor. The Bragg wavelengths of the FBG of each line differ by a constant value, i.e. λ-λ = const. The light transmission means provide the direction of light from the radiation source to the FBG sensors, and the radiation reflected from the FBG sensors to the interferometer connected to the processor through photodetectors, which controls the process of source tuning, switching optical switches as part of the light transmission means and processes the signals from the photodetectors, comparing them with the calibration data of the wavelength benchmark gives the value of the current reflection wavelength of each of the FBG sensors in the line (s). The technical result is an increase in the accuracy of determining the relative shift of the reflection spectrum of the Bragg grating, the ability to determine the absolute reflection wavelength of the FBG, and also insensitivity to spectral losses in the line and in the receiving part. 4 s.p. f-ly, 4 ill.
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к области измерительной техники, и может быть использована для измерения спектральных характеристик и показаний с волоконно-оптических датчиков, в частности, в тепловой и ядерной энергетике, в химической и нефтегазовой, а также, в критических узлах других отраслей промышленности.The utility model relates to the field of measurement technology, and can be used to measure spectral characteristics and readings from fiber-optic sensors, in particular, in the thermal and nuclear energy, in the chemical and oil and gas, as well as in critical nodes of other industries.
Уровень техникиState of the art
Для измерения длины волны отраженного или проходящего оптического сигнала через волоконно-оптические датчики (ВОД), например, на основе волоконных брэгговских решеток, применяются специальные устройства - анализаторы сигналов волоконно-оптических датчиков (АСВОД или interrogator в англоязычной литературе) [1]. (Fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists / edited by Eric Udd, William B. Spillman, Jr. - - 2nd ed. P. cm. ISBN 978-0-470-12684-4 (hardback)) Существующие анализаторы сигналов, несмотря на их высокое техническое совершенство, имеют ряд существенных недостатков: большое энергопотребление, низкие частоты сканирования (до 1 кГц) массива датчиков, большие габариты (типовые размеры: 15×13×30 см3) и массу (от 2 до 5 кг), чувствительность к вибрации и другим типам воздействующих факторов Эти факторы ограничивают применение систем мониторинга на основе АСВОД и волоконно-оптических систем.To measure the wavelength of a reflected or transmitted optical signal through fiber-optic sensors (VOD), for example, based on fiber Bragg gratings, special devices are used - signal analyzers of fiber-optic sensors (ASVOD or interrogator in the English literature) [1]. (Fiber optic sensors: an introduction for engineers and scientists / edited by Eric Udd, William B. Spillman, Jr. - - 2 nd ed. P. cm. ISBN 978-0-470-12684-4 (hardback)) Existing analyzers signals, despite their high technical perfection, have a number of significant drawbacks: high power consumption, low scanning frequencies (up to 1 kHz) of the sensor array, large dimensions (typical sizes: 15 × 13 × 30 cm 3 ) and weight (from 2 to 5 kg ), sensitivity to vibration and other types of influencing factors. These factors limit the use of monitoring systems based on the automatic transmission and control system and fiber-optic systems.
Известно техническое решение «Оптическое установка классифицирующая для анализа оптических сигналов и оптических сенсорных систем» [заявка ЕР 2629753, опубл. 31.07.2013], в устройстве которого используется блок демодуляции, включающий фильтрующее устройство для передачи каждого отдельного из выходных сигналов в уникальный сигнальный канал путем передачи в каждый сигнальный канал выходного сигнала модулированного соответствующим модулирующим сигналом, привязанным к указанному сигнальному каналу.Known technical solution "Optical installation classifying for the analysis of optical signals and optical sensor systems" [application EP 2629753, publ. 07/31/2013], the device of which uses a demodulation unit, including a filtering device for transmitting each individual output signal to a unique signal channel by transmitting to each signal channel an output signal modulated by a corresponding modulating signal associated with the specified signal channel.
Недостатком данного решения является ограниченность числа входных сигналов и зависимость результатов от спектральных потерь в оптическом канале.The disadvantage of this solution is the limited number of input signals and the dependence of the results on spectral losses in the optical channel.
В техническом решении «Метод опроса датчиков на основе волоконных брэгговских решеток» [патент US 7512291, опубл. 06.12.2007 US 7512291 В2, 31.03.2009], в устройстве которого предлагается использовать интегрально оптический микрочип и устройство преобразования сигнала, микрочип представляет собой блок демодуляции на основе спектрально-селективного делителя с разрешением 5 пм.In the technical solution "Method of polling sensors based on fiber Bragg gratings" [patent US 7512291, publ. December 6, 2007 US 7512291 B2, March 31, 2009], in the device of which it is proposed to use an integrated optical microchip and a signal conversion device, the microchip is a demodulation unit based on a spectrally selective divider with a resolution of 5 pm.
Недостатком данного метода является зависимость ошибки измерения от спектральных потерь в передающем канале и ограниченность количества датчиков в канале количеством фильтров.The disadvantage of this method is the dependence of the measurement error on the spectral loss in the transmitting channel and the limited number of sensors in the channel by the number of filters.
В изобретении «Калиброванный сканирующий лазер и система анализа сигналов для тестирования систем со спектральным разделением каналов» [патент US 6449047, опубл. 10.09.2002], которое включает сканирующий лазер с перестраиваемым фильтром, управляемым пьезоактюатором, реперный фильтр и систему детектирования, представляет собой оптоволоконную схему, а также имеет в своем составе механические элементы (пьезоакюатор), что не позволяет использовать прибор в условиях повышенных механических колебаний и резких температурных перепадов.In the invention "Calibrated scanning laser and signal analysis system for testing systems with spectral separation of channels" [patent US 6449047, publ. September 10, 2002], which includes a scanning laser with a tunable filter controlled by a piezoelectric actuator, a reference filter and a detection system, is a fiber optic circuit and also includes mechanical elements (piezo acuator), which does not allow the device to be used in conditions of increased mechanical vibrations and sharp temperature changes.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому изобретению, является техническое решение «Система опроса волоконно-оптических датчиков» [патент US 9310273, заявка US 20140211202 опубл. 31.07.2014], которая представляет собой систему для мониторинга множества волоконных брэгговских решеток в оптическом волокне, причем каждая волоконная брэгговская решетка чувствительна к другой длине волны света, система при этом включает: широкополосный источник для освещения оптического волокна; по крайней мере один оптический интерферометр; средства передачи света для передачи на вход интерферометра света отраженного от волоконных брэгговских решеток; и процессор для обработки выходящего из интерферометра сигнала для определения длины волны отраженного света, где средства передачи света включают спектрально селективный ответвитель используемый для разделения света полученного из оптического волокна на множество длин волн, каждая из которых связана с одной из брэгговских решеток и/или временной разделитель, используемый для разделения света полученного из оптического волокна на разделенные по времени последовательности.The closest in technical essence to the claimed invention, is the technical solution "Interrogation system of fiber-optic sensors" [patent US 9310273, application US 20140211202 publ. 07/31/2014], which is a system for monitoring a plurality of fiber Bragg gratings in an optical fiber, each fiber Bragg grating being sensitive to a different wavelength of light, the system including: a broadband source for illuminating the optical fiber; at least one optical interferometer; light transmission means for transmitting light reflected from fiber Bragg gratings to the input of the interferometer; and a processor for processing the signal emitted from the interferometer to determine the wavelength of the reflected light, where the light transmitting means include a spectrally selective coupler used to separate the light obtained from the optical fiber into multiple wavelengths, each of which is associated with one of the Bragg gratings and / or time separator used to separate the light obtained from the optical fiber into time-divided sequences.
Оптическое излучение от источника излучения попадает на волоконную брэгговскую решетку от которой отражается и попадает на массив изогнутых волноводов, после чего проходя разный оптический путь на выходе сигнал с разными длинами волн приходит в разные моменты времени. Далее сигнал попадает на массив фотодетекторов и в электронную часть где вычисляется длина волны.Optical radiation from the radiation source enters the fiber Bragg grating from which it is reflected and enters an array of curved waveguides, after which a signal with different wavelengths passes through a different optical output path at different times. Then the signal goes to the array of photodetectors and to the electronic part where the wavelength is calculated.
Основным недостатком такого метода является зависимость выходного сигнала от спектральных потерь в каждом канале, что влияет на интенсивность выходного сигнала, которая может привести к искажению выходного спектра, далее сигнал с каждого разделяется между каналами, отвечающими за точное определение отраженной длины волны. Кроме того минимальная ширина линии сканирования ограничивается полосой 1 МГц. в диапазоне волн 1.3-1.6 нм.The main disadvantage of this method is the dependence of the output signal on the spectral loss in each channel, which affects the intensity of the output signal, which can lead to distortion of the output spectrum, then the signal from each is divided between the channels responsible for the exact determination of the reflected wavelength. In addition, the minimum scan line width is limited to 1 MHz. in the wavelength range 1.3-1.6 nm.
К недостаткам прототипа можно отнести использование широкополосного источника, что приводит к усреднению отраженного от датчика ВБР сигнала и уменьшению точности. Отсутствие абсолютного репера длины волны не позволяет определять абсолютные значения длин волн отражения датчиков ВБР, а только относительные изменения.The disadvantages of the prototype include the use of a broadband source, which leads to averaging of the signal reflected from the FBG sensor and a decrease in accuracy. The absence of an absolute reference wavelength does not allow to determine the absolute values of the reflection wavelengths of the FBG sensors, but only relative changes.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задача, решаемая полезной моделью, создание самокалибрующегося анализатора сигналов волоконно-оптических датчиков, позволяющего снизить энергопотребление, имеющего малые габариты и массу, обеспечивающего высокие частоты сканирования, точность и повторяемость, устойчивого к вибрации и другим факторам воздействия.The problem solved by the utility model is the creation of a self-calibrating analyzer of the signals of fiber-optic sensors, which allows to reduce power consumption, having small dimensions and weight, providing high scanning frequencies, accuracy and repeatability, resistant to vibration and other factors.
Техническим результатом настоящего технического решения является повышение точности определения относительного смещения спектра отражения брэгговской решетки, возможность определения абсолютной длины волны отражения ВБР, а также нечувствительность к спектральным потерям в линии и приемной части.The technical result of this technical solution is to increase the accuracy of determining the relative shift of the reflection spectrum of the Bragg grating, the ability to determine the absolute reflection wavelength of the FBG, and also insensitivity to spectral losses in the line and in the receiving part.
Поставленная задача решена созданием самокалибрующегося анализатора сигналов волоконно-оптических датчиков на основе волоконных брэгговских решеток, включающего источник оптического излучения, оптический интерферометр, средства передачи света, датчики на основе волоконных брэгговских решеток и процессор, в котором в качестве источника оптического излучения использован перестраиваемый источник узкополосного оптического излучения, подключенный к входу ответвителя, имеющего один вход и два выхода, первый выход ответвителя подключен к входному порту оптического циркулятора, который имеет три порта - входной, общий и выходной -и предназначен для направления света от источника излучения из входного порта в общий - к линии датчиков ВБР, при этом брэгговские длины волн ВБР лежат в диапазоне длин волн оптического излучения, генерируемого источником, и различаются на постоянную величину, т.е. λn-λn-1=const, к выходному порту циркулятора подключен спектрально-селективный ответвитель, имеющий один вход и восемь выходов, используемый для разделения света, полученного из оптического волокна, на восемь спектрально раздельных каналов, каждый из которых связан с одной из брэгговских решеток в линии ВБР, при этом каждый выход спектрально-селективного ответвителя соединен с входом коммутатора для направления света, полученного из одного из выходных каналов спектрально-селективного ответвителя, на выход, подключенный к входу интерферометра Маха-Цандера, имеющего один вход, два разбалансированных плеча, одно плечо интерферометра управляется внешним сигналом, и три выхода которые подключены через фотоприемники к процессору, второй выход ответвителя подключен к реперу длины волны, соединенному с процессором, который управляет процессами перестройки оптического источника, переключением коммутатора и обрабатывает сигналы: сопоставляя их с калибровочными данными выдает значение текущей длины волны отражения каждого из ВБР-датчиков в линии.The problem is solved by creating a self-calibrating analyzer of fiber-optic sensor signals based on fiber Bragg gratings, including an optical radiation source, an optical interferometer, light transmission means, sensors based on fiber Bragg gratings and a processor in which a tunable narrow-band optical source is used as an optical radiation source radiation connected to the input of the coupler having one input and two outputs, the first output of the coupler n to the input port of the optical circulator, which has three ports — the input, common, and output — and is designed to direct light from the radiation source from the input port to the common — to the FBG sensor line, while the Bragg wavelengths of the FBG lie in the optical radiation wavelength range generated by the source, and differ by a constant value, i.e. λ n -λ n-1 = const, a spectrally selective coupler is connected to the output port of the circulator, having one input and eight outputs, used to separate the light obtained from the optical fiber into eight spectrally separate channels, each of which is connected to one of Bragg gratings in the FBG line, with each output of the spectrally selective coupler connected to the input of the switch for directing light received from one of the output channels of the spectrally selective coupler to the output connected to the input of the interfero a Mach-Zander meter having one input, two unbalanced arms, one arm of the interferometer is controlled by an external signal, and three outputs that are connected through the photodetectors to the processor, the second output of the coupler is connected to a wavelength reference connected to the processor, which controls the tuning of the optical source, by switching the switch and processes the signals: comparing them with the calibration data gives the value of the current reflection wavelength of each of the FBG sensors in the line.
В качестве перестраиваемого источника узкополосного оптического излучения может быть использован массив перестраиваемых источников излучения.An array of tunable radiation sources can be used as a tunable source of narrow-band optical radiation.
В качестве репера длины волны может быть использована газовая ячейка, в которой содержится газ с известным и постоянным спектром поглощения света.As a wavelength reference, a gas cell can be used which contains a gas with a known and constant light absorption spectrum.
В качестве репера длины волны может быть использован интерферометрический эталон или спектральный фильтр.As a wavelength reference, an interferometric reference or a spectral filter can be used.
Репер длины волны может включать подключенные выходами к процессору интерферометрический эталон и газовую ячейку, входы которых подключены к выходам оптического делителя, соединенного с вторым выходом оптического ответвителя.The wavelength benchmark may include an interferometric reference connected to the processor outputs and a gas cell, the inputs of which are connected to the outputs of the optical divider connected to the second output of the optical coupler.
Конструкция устройства поясняется Фиг. 1, 2, 3, 4. На рисунках:The design of the device is illustrated in FIG. 1, 2, 3, 4. In the figures:
1 - источник излучения,1 - radiation source,
2 - оптический ответвитель,2 - optical coupler,
3 - циркулятор,3 - circulator
4 - линии датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР),4 - sensor lines based on fiber Bragg gratings (FBG),
5 - спектрально-селективный ответвитель,5 - spectrally selective coupler,
6 - коммутатор,6 - switch
7 - интерферометр Маха-Цандера,7 - Mach-Zander interferometer,
8 - репер длины волны,8 - reference wavelength
9 - процессор,9 - processor
10 - интерферометрический эталон,10 - interferometric standard,
11 - газовая ячейка,11 - gas cell,
12 - оптический делитель.12 - optical divider.
На Фиг. 1 представлена общая схема анализатора, на Фиг. 2 - схема, где в качестве репера использован интерферометрический эталон, на Фиг. 3 - схема с использованием в качестве репера газовой ячейки, на Фиг. 4 приведена схема, где репер содержит и газовую ячейку, и интерферометрический эталон, которые подключены через делитель к оптическому ответвителю.In FIG. 1 is a general diagram of the analyzer; FIG. 2 is a diagram where an interferometric reference is used as a reference; FIG. 3 is a diagram using a gas cell as a reference; FIG. Figure 4 shows a diagram where the benchmark contains both a gas cell and an interferometric standard, which are connected through an divider to an optical coupler.
Работа устройстваDevice operation
Источник перестраиваемого узкополосного излучения 1, управляемый процессором 8, генерирует свет с переменной во времени длиной волны, причем длина волны изменяется линейно во времени и циклично по достижении края диапазона перестройки, т.е. перестройка начинается заново с начала диапазона. На выходе источника располагается оптический ответвитель 2, который имеет два выхода и разделяет излучение между измерительной ветвью и калибровочной. Излучение в измерительную ветвь проходит через циркулятор 3, который направляет свет из входного порта в общий, куда подключена линия из 8 датчиков на основе волоконных брэгговских решеток (ВБР) 4. ВБР подобраны таким образом, что спектр отражения каждой из них лежит в пределах диапазона перестройки источника, а центральные длины волн соседних ВБР отличаются на постоянную величину, т.е. λn-λn-1=const. Таким образом, за один цикл перестройки источника излучение перекрывает все ВБР в линии. Отраженный от датчика ВБР свет проходит обратно на циркулятор 3, который направляет свет с общего порта в выходной -к спектрально-селективному ответвителю 5. Спектрально-селективный ответвитель 5 представляет собой упорядоченный массив волноводов и имеет один вход и 8 выходов (по числу датчиков ВБР в линии). За счет интерференции в массиве волноводов спектрально-селективного ответвителя поступающее на вход излучение разделяется в соответствии с длиной волны, то есть в каждых выход попадает излучение из узкого поддиапазона. Спектрально-селективный ответвитель и датчики ВБР подобраны так, что в каждый спектральный поддиапазон выходов спектрально-селективного ответвителя попадает отраженное излучение только одного датчика ВБР из линии.The tunable
Каждый выход спектрально-селективного ответвителя соединен с одним из восьми входов коммутатора 6, который под действием управляющего сигнала процессора оптически связывает необходимый вход с интерферометром Маха-Цандера 7, подключенным к выходу коммутатора. Управление процессора коммутатором синхронизовано с управлением источником излучения таким образом, что когда длина волны излучения источника достигает края поддиапазона текущего подключенного выхода спектрально-селективного ответвителя, процессор подает команду коммутатору на включение следующего входа. Так оптический сигнал от каждого датчика ВБР передается на интерферометр Маха-Цандера 7.Each output of the spectrally selective coupler is connected to one of the eight inputs of the
Интерферометр Маха-Цандера 7 с двумя разбалансированными плечами имеет три выхода, разница фаз между которыми составляет 2π/3. За счет интерференции соотношение между тремя выходами амплитуд пропускания узкополосного излучения будет уникальным для каждой длины волны излучения в области свободной дисперсии интерферометра. В одном из плеч интерферометра можно изменять набег фазы оптического излучения с помощью управляющего сигнала с процессора для подстройки интерференционной характеристики в соответствии с поддиапазоном выхода спектрально-селективного ответвителя, подключенного в каждый момент. Выходы интерферометра Маха-Цандера через фотоприемники соединены с процессором, который вычисляет соотношение амплитуд сигналов и сравнивает их с калибровочными данными для соответствующего поддиапазона.The Mach-Zander 7 interferometer with two unbalanced arms has three outputs, the phase difference between them is 2π / 3. Due to interference, the ratio between the three outputs of the transmission amplitudes of narrow-band radiation will be unique for each radiation wavelength in the region of free dispersion of the interferometer. In one of the arms of the interferometer, the phase shift of the optical radiation can be changed using a control signal from the processor to adjust the interference characteristic in accordance with the output sub-range of the spectrally selective coupler connected at each moment. The outputs of the Mach-Zander interferometer through photodetectors are connected to a processor, which calculates the ratio of signal amplitudes and compares them with calibration data for the corresponding subband.
Излучение, которое направляется ответвителем 2 в ветвь калибровки попадает в репер длины волны 8, соединенный с процессором 9.The radiation that is sent by the
Репер длины волны может представлять собой интерферометрический эталон 10, например, эталон Фабри-Перо с известной областью свободной дисперсии и низкой добротностью, волоконный интерферометр Маха-Цандера или Майкельсона. В таком случае можно фактически определить абсолютную скорость перестройки источника и уточнить абсолютное изменение длины волны отражения датчиков ВБР в линии. Также репер длины волны может представлять собой газовую ячейку 11, наполненную газом с известным спектром поглощения в рабочей спектральной области источника. Выход ячейки соединяется с процессором через фотоприемник. Сигнал пропускания газовой ячейки с фотоприемника за цикл перестройки сопоставляется с известным спектром поглощения газа, что позволяет точно определить длину волны излучения источника в каждый момент времени, а значит и абсолютную длину волны отражения датчика ВБР.The wavelength reference can be an
Репер длины волны может представлять собой комбинацию предыдущих двух вариантов, при этом - интерферометрический эталон 10 и газовая ячейка 11 своими входами через оптический делитель 12 подключены к второму выходу оптического ответвителя 2, а выходами - к процессору 9. Это дает возможность одновременно добиться привязки к абсолютным значениям длин волн и точно определять абсолютное смещение длин волн отражения датчиков ВБР. Такая комбинация позволяет работать и отдельно только с газовой ячейкой, или только с интерферометрическим эталоном.The wavelength benchmark can be a combination of the previous two options, while the
Таким образом, по отношению амплитуд сигналов на выходах интерферометра Маха-Цандера и сигнала с репера длины волны можно точно определять спектральное смещение длин волн датчиков ВБР с привязкой к абсолютным длинам. Интегрально-оптическое исполнение элементов: источника, ответвителя, делителя, спектрально-селективного ответвителя, коммутатора и интерферометра Маха-Цандера позволяет получить малогабаритный прибор с высокой вибростойкостью и температурной стабильностью.Thus, by the ratio of the amplitudes of the signals at the outputs of the Mach-Zander interferometer and the signal from the wavelength benchmark, it is possible to accurately determine the spectral shift of the wavelengths of the FBG sensors with reference to the absolute lengths. The integrated optical design of the elements: source, coupler, divider, spectrally selective coupler, switch and Mach-Zander interferometer allows to obtain a small-sized device with high vibration resistance and temperature stability.
Claims (5)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144670U RU191082U1 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2018144670U RU191082U1 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU191082U1 true RU191082U1 (en) | 2019-07-23 |
Family
ID=67513257
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2018144670U RU191082U1 (en) | 2018-12-17 | 2018-12-17 | Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU191082U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112702113A (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-23 | 中兴通讯股份有限公司 | Optical network detection method, system, electronic device and computer readable medium |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7499151B2 (en) * | 2006-06-05 | 2009-03-03 | University Of Ottawa | Distributed Brillouin sensor system based on DFB lasers using offset locking |
RU171551U1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-06-06 | Владимир Александрович Соловьев | DISTRIBUTED FIBER OPTICAL MEASURING SYSTEM WITH BRAGG SENSORS |
RU2624837C1 (en) * | 2016-04-01 | 2017-07-07 | Автономное учреждение "Технопарк-Мордовия" | Fiber-optic interferometric device for detecting phase signals |
RU182543U1 (en) * | 2018-04-20 | 2018-08-22 | Общество с ограниченной ответственностью "АДМ Фотоникс" (ООО "АДМ Фотоникс") | Fiber Bragg Grating Reflection Spectrum Measurement Device |
-
2018
- 2018-12-17 RU RU2018144670U patent/RU191082U1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7499151B2 (en) * | 2006-06-05 | 2009-03-03 | University Of Ottawa | Distributed Brillouin sensor system based on DFB lasers using offset locking |
RU2624837C1 (en) * | 2016-04-01 | 2017-07-07 | Автономное учреждение "Технопарк-Мордовия" | Fiber-optic interferometric device for detecting phase signals |
RU171551U1 (en) * | 2016-05-25 | 2017-06-06 | Владимир Александрович Соловьев | DISTRIBUTED FIBER OPTICAL MEASURING SYSTEM WITH BRAGG SENSORS |
RU182543U1 (en) * | 2018-04-20 | 2018-08-22 | Общество с ограниченной ответственностью "АДМ Фотоникс" (ООО "АДМ Фотоникс") | Fiber Bragg Grating Reflection Spectrum Measurement Device |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112702113A (en) * | 2019-10-23 | 2021-04-23 | 中兴通讯股份有限公司 | Optical network detection method, system, electronic device and computer readable medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7157693B2 (en) | Optical wavelength interrogator | |
US6310703B1 (en) | Method and apparatus for optical performance monitoring in wavelength division multiplexed fiber optical systems | |
CA2288746C (en) | Distributed sensing system | |
CA2509187C (en) | Optical wavelength determination using multiple measurable features | |
CN103278185B (en) | Cavity ring-down fiber grating sensing demodulating device based on calibrated fiber grating | |
RU171551U1 (en) | DISTRIBUTED FIBER OPTICAL MEASURING SYSTEM WITH BRAGG SENSORS | |
CN113218518A (en) | Sine-cosine optical frequency detection device based on integrated optical path and application of sine-cosine optical frequency detection device in optical sensing | |
RU102256U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
CA2403847C (en) | Method and apparatus for estimating chromatic dispersion in fibre bragg gratings | |
US8379217B2 (en) | System and method for optical sensor interrogation | |
RU191082U1 (en) | Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings | |
EP3569987B1 (en) | Optical sensor system | |
RU2608394C1 (en) | Device for measuring parameters of physical fields | |
KR20020000759A (en) | Fibre bragg grating sensors for measuring a physical magnitude | |
RU2512616C2 (en) | Method of measuring parameters of physical fields and device for realising said method | |
RU192705U1 (en) | Multichannel signal analyzer of fiber optic sensors based on fiber Bragg gratings | |
RU161644U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
RU92180U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS | |
KR100313428B1 (en) | Optical power and frequency meter using the optical filter | |
RU2520963C2 (en) | Optic fibre measuring system (versions) | |
RU2667344C1 (en) | Fiber optical thermometer | |
EP3107232B1 (en) | Modular kit of a device for monitoring the spectral offset of two channels in networks with optical wavelength multiplexing | |
RU2621931C1 (en) | Control device of stress-strain condition of aircraft structure | |
RU2491511C2 (en) | Method to measure parameters of physical fields | |
RU122174U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS |