RU2022248C1

RU2022248C1 - Device for measuring physical parameters of fiber light guide

Info

Publication number: RU2022248C1
Authority: RU
Inventors: А.П. Ерзиков; О.В. Кудряшов
Original assignee: Институт общей физики РАН
Priority date: 1992-01-27
Filing date: 1992-01-27
Publication date: 1994-10-30

Abstract

FIELD: fiber-optical detectors. SUBSTANCE: device has irradiator, fiber interferometer, photodetector, tuned amplifier, amplitude detector, comparator, two switches, generator and frequency meter. Either single-mode, or multimode fiber is used as interferometer. Frequency of beat signal of components of light flux is measured. Length of fiber light guide is measured as well, which is inversely proportional to beat frequency. Physical parameter of fiber light guide is evaluated from the length of the light guide. EFFECT: improved precision of measurements; improved reliability. 1 dwg

Description

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам, содержащим волоконный интерферометр Фабри-Перо, и может быть использовано как датчик для измерения физических величин, при воздействии которых на волоконный световод изменяется его оптическая длина. The invention relates to fiber-optic sensors containing a Fabry-Perot fiber interferometer, and can be used as a sensor for measuring physical quantities, when exposed to a fiber, its optical length changes.

Известно устройство для измерения физических величин, при воздействии которых на волоконный световод изменяется его оптическая длина, содержащее волоконный эталон Фабри-Перо. Это устройство отличается тем, что используемый в нем волоконный световод является одномодовым и может пропускать по меньшей мере две когерентные моды излучения с различными длинами путей. Каждая мода создает свою собственную последовательность пиков в передаточной характеристике устройства, благодаря ему передаточная функция является асимметричной. При воздействии физической величины, например температуры, на световод и изменении его оптической длины изменяется число пиков в каждой последовательности пиков. Связанный с устройством блок интерполяции подсчитывает число пиков в каждой последовательности с целью определения величины и знака воздействующей физической величины. A device is known for measuring physical quantities, when exposed to a fiber, its optical length changes, containing a Fabry-Perot fiber standard. This device is characterized in that the optical fiber used in it is single-mode and can transmit at least two coherent radiation modes with different path lengths. Each mode creates its own sequence of peaks in the transfer characteristic of the device, thanks to it the transfer function is asymmetric. When a physical quantity, such as temperature, acts on the fiber and changes in its optical length, the number of peaks in each sequence of peaks changes. The interpolation unit associated with the device calculates the number of peaks in each sequence in order to determine the magnitude and sign of the affecting physical quantity.

Недостатками известного устройства являются сложность юстировки одномодового световода, невозможность продолжения измерений в случае, например, сбоя аппаратуры. The disadvantages of the known device are the difficulty of alignment of a single-mode fiber, the inability to continue measurements in the event, for example, of a hardware failure.

Наиболее близким к изобретению является устройство для измерения физических величин, содержащее волоконный интерферометр Фабри-Перо, излучатель, фотодетектор. При воздействии физических величин, например температуры, на волоконный световод изменяется его оптическая длина. Устройство выполнено в виде соединения одномодового и многомодовых световодов, что упрощает его юстировку. Обработка сигнала происходит путем подсчета количества резонансных максимумов интенсивности, причем в зависимости от знака изменения оптической длины значения в счетчике вычислительного устройства возрастает или уменьшается. Closest to the invention is a device for measuring physical quantities containing a Fabry-Perot fiber interferometer, emitter, photodetector. When physical quantities, such as temperature, act on the fiber, its optical length changes. The device is made in the form of a connection of single-mode and multimode optical fibers, which simplifies its adjustment. The signal is processed by counting the number of resonance intensity maxima, and depending on the sign of the change in the optical length, the values in the counter of the computing device increase or decrease.

Недостатком устройства является сложность конструкции, наличие соединений световодов, невозможность продолжения измерений в случае, например, сбоя аппаратуры. The disadvantage of this device is the design complexity, the presence of fiber connections, the inability to continue measurements in the event, for example, of a hardware failure.

Целью изобретения является повышение надежности измерений, упрощение конструкции путем использования либо одномодовых, либо многомодовых волокон. The aim of the invention is to increase the reliability of measurements, simplifying the design by using either single-mode or multimode fibers.

Это достигается тем, что устройство для измерения физических параметров волоконного световода, содержащее излучатель, выход которого оптически соединен с входом фотодетектора, снабжено амплитудным детектором, компаратором, двумя ключевыми элементами, опорным генератором, частотомером и подключенным к выходу фотодетектора резонансным усилителем, выход которого соединен через амплитудный детектор и компаратор с первыми входами ключевых элементов, второй вход одного из которых подключен к выходу резонансного усилителя, а второй вход другого ключевого элемента подключен к выходу генератора, при этом выходы обоих ключевых элементов подсоединены к соответствующим входам частотомера. This is achieved by the fact that the device for measuring the physical parameters of the optical fiber containing an emitter, the output of which is optically connected to the input of the photodetector, is equipped with an amplitude detector, a comparator, two key elements, a reference generator, a frequency meter and a resonant amplifier connected to the output of the photodetector, the output of which is connected through an amplitude detector and a comparator with the first inputs of key elements, the second input of one of which is connected to the output of the resonant amplifier, and the second input is another key element is connected to the output of the generator, while the outputs of both key elements are connected to the corresponding inputs of the frequency meter.

На чертеже показана структурная схема устройства. The drawing shows a structural diagram of a device.

Устройство содержит излучатель 1, волоконно-оптический интерферометр 2, фотодетектор 3, резонансный усилитель 4, амплитудный детектор 5, компаратор 6, ключи 7, 8, генератор 9 и частотомер 10. The device comprises an emitter 1, a fiber optic interferometer 2, a photodetector 3, a resonant amplifier 4, an amplitude detector 5, a comparator 6, keys 7, 8, a generator 9 and a frequency counter 10.

Устройство для измерения физических параметров волоконного световода работает следующим образом. A device for measuring the physical parameters of a fiber waveguide operates as follows.

Световой поток от излучателя 1 проходит через измеряемый волоконный световод 2, который из-за оптических неоднородностей на своих торцах является интерферометром Фабри-Перо. Оптический спектр светового потока на выходе световода представляет собой последовательность спектральных максимумов, интервал между которыми зависит от длины измеряемого световода. Так как фотодетектор 3 является квадратичным элементом, то его ток содержит сигналы биений между отдельными спектральными составляющими падающего на него светового потока. Выбранный сигнал биений выделяется и усиливается резонансным усилителем 4 и подается на амплитудный детектор 5 и через управляемый ключ 7 - на счетный вход частотомера 10. Связанный с амплитудным детектором компаратор 6 открывает ключи 7, 8 при условии превышения регистрируемым сигналом определенного уровня. Ключ 8 управляет подключением внешнего опорного генератора 9 к предназначенному для этого входу частотомера. Сигнал от внешнего генератора предназначен для формирования частотомером интервалов времени измерения. Таким образом, частота регистрируемого сигнала определяется только в те моменты времени, когда обладает достаточным уровнем и отношением сигнал-шум без нарушения работы частотомера, что повышает точность измерения частоты сигнала биений составляющих светового потока. По частоте сигнала биений определяют длину волоконного световода, которая обратно пропорциональна значению частоты, и по длине оценивают соответствующий физический параметр волоконного световода. The luminous flux from the emitter 1 passes through the measured fiber 2, which, due to optical inhomogeneities at its ends, is a Fabry-Perot interferometer. The optical spectrum of the light flux at the output of the fiber is a sequence of spectral maxima, the interval between which depends on the length of the measured fiber. Since photodetector 3 is a quadratic element, its current contains beat signals between the individual spectral components of the light flux incident on it. The selected beat signal is extracted and amplified by a resonant amplifier 4 and fed to an amplitude detector 5 and through a controlled key 7 to the counting input of the frequency meter 10. The comparator 6 connected to the amplitude detector opens the keys 7, 8 provided that the detected signal exceeds a certain level. The key 8 controls the connection of the external reference generator 9 to the frequency meter input intended for this. The signal from the external generator is intended for the formation of frequency measurement intervals by the frequency meter. Thus, the frequency of the recorded signal is determined only at those times when it has a sufficient level and signal-to-noise ratio without disrupting the frequency meter, which increases the accuracy of measuring the frequency of the beat signal of the components of the light flux. The frequency of the beat signal determines the length of the fiber, which is inversely proportional to the frequency value, and the corresponding physical parameter of the fiber is estimated along the length.

Claims

DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL PARAMETERS OF A FIBER FIBER, containing an emitter whose output is optically connected to the input of the photodetector, characterized in that it is equipped with an amplitude detector, a comparator, two key elements, a reference generator, a frequency meter and a resonant amplifier connected to the output of the photodetector, the output of which an amplitude detector and a comparator with the first inputs of key elements, the second input of one of which is connected to the output of the resonant amplifier, and the second input the other to the output of the generator, while the outputs of both key elements are connected to the corresponding inputs of the frequency meter.