RU204013U1 - Волоконно-оптическое устройство измерения давления - Google Patents
Волоконно-оптическое устройство измерения давления Download PDFInfo
- Publication number
- RU204013U1 RU204013U1 RU2020141298U RU2020141298U RU204013U1 RU 204013 U1 RU204013 U1 RU 204013U1 RU 2020141298 U RU2020141298 U RU 2020141298U RU 2020141298 U RU2020141298 U RU 2020141298U RU 204013 U1 RU204013 U1 RU 204013U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical
- fiber
- sensors
- sensor
- photodetectors
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title claims abstract description 165
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 52
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 19
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims abstract description 10
- 230000010363 phase shift Effects 0.000 claims description 8
- 238000013461 design Methods 0.000 abstract description 12
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 abstract description 6
- 208000004210 Pressure Ulcer Diseases 0.000 abstract description 2
- 230000015572 biosynthetic process Effects 0.000 abstract description 2
- 239000003814 drug Substances 0.000 abstract description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 10
- 238000011160 research Methods 0.000 description 4
- 238000010009 beating Methods 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 3
- 230000003595 spectral effect Effects 0.000 description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 2
- 238000000926 separation method Methods 0.000 description 2
- 238000012360 testing method Methods 0.000 description 2
- 229910000530 Gallium indium arsenide Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013078 crystal Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 description 1
- 238000010183 spectrum analysis Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
- G01L1/00—Measuring force or stress, in general
- G01L1/24—Measuring force or stress, in general by measuring variations of optical properties of material when it is stressed, e.g. by photoelastic stress analysis using infrared, visible light, ultraviolet
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерения давления в области медицины, и может быть использовано для предотвращения образования пролежней у пациента. Технический результат предлагаемого волоконно-оптического устройства измерения давления заключается в упрощении конструкции предложенного устройства по сравнению с конструкцией прототипа. Технический результат в волоконно-оптическом устройстве измерения давления, содержащем источник лазерного излучения, оптический фильтр, оптический разветвитель, оптический измерительный датчик, фотоприемник, контроллер определения параметра физического поля, достигается тем, что в него дополнительно введены циркулятор, N оптических опорных датчиков, где N - натуральный ряд чисел больше или равно 1, N-1 оптических измерительных датчиков, N-1 фотоприемников, причем число оптических опорных датчиков равно числу оптических измерительных датчиков и равно числу фотоприемников, амплитудный детектор, при этом источник лазерного излучения выполнен широкополосным, оптический фильтр выполнен в виде оптического фильтра с наклонной амплитудно-частотной характеристикой, каждый оптический опорный датчик идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, каждый оптический измерительный датчик идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, причем коэффициент отражения каждого оптического опорного датчика меньше коэффициента отражения каждого оптического измерительного датчика, каждый фотоприемник идентичен друг другу, контроллер определения параметра физического поля выполнен в виде контроллера определения давления, причем выход источника лазерного излучения соединен посредством волоконного световода с входом циркулятора, первый выход которого соединен посредством волоконного световода с входом оптического фильтра, второй выход циркулятора соединен посредством волоконного световода с входом оптического разветвителя, причем каждый из N выходов оптического разветвителя соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических опорных датчиков, выходы каждого из N оптических опорных датчиков соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических измерительных датчиков, выходы каждого из N оптических измерительных датчиков соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N фотоприемников, выходы N фотоприемников соединены посредством электрических проводов с соответствующими входами амплитудного детектора, выход которого соединен посредством электрических проводов с входом контроллера определения давления. В волоконно-оптическом устройстве измерения давления каждая волоконная решетка Брэгга может быть выполнена в виде волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом на длине волны, совпадающей или несовпадающей с ее центральной длиной волны, или в виде линейно чирпированной волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом на длине волны, совпадающей или несовпадающей с ее центральной длиной волны. 4 з.п. ф-лы. 5 ил.
Description
Техническое решение относится к области измерения давления в области медицины, и может быть использовано, в частности, для предотвращения образования пролежней у пациента, длительно находящегося в инвалидной коляске, больничной кушетке, где применение стандартных электронных средств измерения давления осложнено взаимовлиянием электромагнитных, рентгеновских и прочих излучений в медицинском учреждении как на сложное медицинское оборудование, так и на стандартное электронное средство измерения давления.
Известно изобретение (патент РФ RU2205374С2», «Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая», опубликован 27.05.2003), включающее в себя сердцевину оптического волокна, имеющую, по меньшей мере, одну решетку, сформированную вдоль, по меньшей мере, одной ее части, первую оболочку, окружающую указанную сердцевину и содержащую средство, воспринимающее давление, для преобразования изотропных сил давления в анизотропные силы давления на указанную сердцевину, двулучепреломляющее средство для улучшения двойного лучепреломления в указанной сердцевине. Двулучепреломляющее средство может включать в себя вторую эллиптическую оболочку между указанной сердцевиной и указанной первой оболочкой или средство, имеющее пару продольных стержней, встроенных в первую оболочку. Средство, воспринимающее давление, включает в себя пару продольных отверстий или чувствительный к давлению материал, или капиллярную трубку, окружающую указанную первую оболочку, причем указанная капиллярная трубка имеет пару продольных отверстий, по существу, параллельных указанной оболочке. Способ измерения давления или поперечной деформации включает в себя направление света от источника света в сердцевину волоконно-оптического датчика с решеткой на сердцевине волокна, оптическое присоединение анализатора спектра к волоконно-оптическому датчику с решеткой, измерение расстояния между двумя спектральными пиками, детектируемыми анализатором спектра.
Недостатком указанного изобретения является необходимость использования сложного дорогостоящего блока спектрального анализа принятого излучения и фотоприемного блока для регистрации спектрального смещения, как правило, это оптические анализаторы спектра. Оптоэлектронная раздельная обработка сигналов, также представляется сложной. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения давления и снижению их точности в целом.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является устройство для измерения параметров физических полей (патент РФ RU 2608394 C1, «Устройство для измерения параметров физических полей», опубликован 18.01.2017), содержащее последовательно соединенные источник четырехчастотного сигнала, первый волоконно-оптический кабель, оптический датчик, второй волоконно-оптический кабель; а также первый фотоприемник, первый амплитудный детектор, второй амплитудный детектор, контроллер определения параметра физического поля, причем первый амплитудный детектор подключен к первому входу контроллера определения параметра физического поля, а второй амплитудный детектор подключен к его второму входу, оптический разветвитель сигнала, два оптических избирательных фильтра и, второй фотоприемник, два полосовых фильтра и, при этом выход второго волоконно-оптического кабеля подключен к оптическому разветвителю сигнала, а первый выход оптического разветвителя сигнала через последовательно соединенные первый оптический избирательный фильтр, первый фотоприемник, первый полосовой фильтр подключен к первому амплитудному детектору, а второй выход оптического разветвителя сигнала через последовательно соединенные второй оптический избирательный фильтр, второй фотоприемник, второй полосовой фильтр подключен ко второму амплитудному детектору.
Прототип работает следующим образом. При измерении параметров физических полей с помощью четырехчастотного источника лазерного излучения одновременно генерируют четыре сигнала одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте полосы пропускания оптического датчика при заданном значении параметра физического поля. Первая пара сигналов сформирована из первого и второго сигналов, вторая - из третьего и четвертого. При этом разностные частоты пар Ω1 и Ω2 одинаковы, а разность между средними частотами первой и второй пар равна полуширине полосы пропускания оптического датчика.
Затем передают сгенерированные пары сигналов к оптическому датчику по первой оптической среде, в качестве которой выбран первый волоконно-оптический кабель.
В сгенерированных парах сигналов, проходящих через оптический датчик, происходит изменение амплитуд отдельных составляющих в зависимости от направления и величины частотного смещения его полосы пропускания, вызванного приложенным физическим полем и однозначно определяемого параметром данного поля.
Далее с помощью оптического разветвителя сигнала, первого избирательного фильтра и второго избирательного фильтра выделяют прошедшие через оптический датчик первую и вторую пару сигналов, передаваемые от оптического датчика к оптическому разветвителю сигнала по второй оптической среде, в качестве которой выбран второй волоконно-оптический кабель. Далее с помощью первого фотоприемника и второго фотоприемника образуют сигналы, соответствующие биениям сигналов первой и второй пар, которые выделяются соответственно первым, настроенным на частоту Ω1, и вторым, настроенным на частоту Ω2, полосовыми фильтрами. Далее в первом и втором амплитудных детекторах соответственно определяется амплитуда огибающих первой UΩ1 и второй UΩ2 пар. Далее с помощью контроллера определения параметра физического поля сравнивают амплитуды огибающих первой UΩ1 и второй UΩ2 пар. Если UΩ1>UΩ2, то дальнейшее определение величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика от параметров физического поля производят по амплитуде огибающей первой пары UΩ1. Если UΩ1<UΩ2, то дальнейшее определение величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика от параметров физического поля производят по амплитуде огибающей первой пары UΩ2. Ненулевая амплитуда огибающей пары, по которой в данный момент не производится определение величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика 3 от параметров физического поля, показывает, что величина амплитуды огибающей пары, по которой производят определение параметров физического поля, соответствует величине частотного смещения ближайшего к точке пересечения зависимостей амплитуд огибающих биений сигналов первой и второй пар UΩ1 и UΩ2 от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика, этим устраняется возникающая неоднозначность определения величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика от параметров физического поля
По полученным значениям и заложенным в контроллере определения параметра физического поля зависимости разности между амплитудами огибающих биений сигналов первой и второй пар UΩ1 и UΩ2, прошедших через оптический датчик, от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика и зависимости направления и величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика от параметров физического поля однозначно определяют измеряемый параметр физического поля.
В основу работы прототипа положено измерение разности прошедших через оптический датчик огибающей биений сигналов с датчика и огибающей биений сигналов пары с датчика, прошедшей через оптический фильтр. Прототип измеряет параметры физического поля, в том числе давления.
Недостатком прототипа является наличие сложной схемы прохождения сигнала. Источник сигнала выполнен четырехчастотным, что значительно усложняет его генерацию, т.к. требует использования и настройки оптических модуляторов, например модуляторов Маха-Цендера. Наличие большого количества пассивных оптических компонентов (разветвитель, оптические фильтры) ослабляет сигнал при прохождении его через всю схему. Наличие двух независимых фотодетекторов и двух каналов для измерения определяет высокие требования к повторяемости характеристик данных компонентов, иначе снижается точность измерений. Прототип имеет сложную конструкцию.
Техническая проблема заключается в создании волоконно-оптического устройства измерения давления, которое не имеет сложной конструкции источника излучения и наличия двух каналов для детектирования измерительного сигнала.
Технический результат предлагаемого волоконно-оптического устройства измерения давления заключается в упрощении предложенного устройства за счет упрощения конструкции источника лазерного излучения по сравнению с конструкцией источника лазерного излучения прототипа.
Технический результат в волоконно-оптическом устройстве измерения давления, содержащем источник лазерного излучения, оптический фильтр, оптический разветвитель, оптический измерительный датчик, фотоприемник, контроллер определения параметра физического поля, достигается тем, что в него дополнительно введены циркулятор, N оптических опорных датчиков, где N - натуральный ряд чисел больше или равно 1, N-1 оптических измерительных датчиков, N-1 фотоприемников, причем число оптических опорных датчиков равно числу оптических измерительных датчиков и равно числу фотоприемников, амплитудный детектор, при этом источник лазерного излучения выполнен широкополосным, оптический фильтр выполнен в виде оптического фильтра с наклонной амплитудно-частотной характеристикой, каждый оптический опорный датчик идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, каждый оптический измерительный датчик идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, причем коэффициент отражения каждого оптического опорного датчика меньше коэффициента отражения каждого оптического измерительного датчика, каждый фотоприемник идентичен друг другу, контроллер определения параметра физического поля выполнен в виде контроллера определения давления, причем выход источника лазерного излучения соединен посредством волоконного световода с входом циркулятора, первый выход которого соединен посредством волоконного световода с входом оптического фильтра, второй выход циркулятора соединен посредством волоконного световода с входом оптического разветвителя, причем каждый из N выходов оптического разветвителя соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических опорных датчиков, выходы каждого из N оптических опорных датчиков соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических измерительных датчиков, выходы каждого из N оптических измерительных датчиков соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N фотоприемников, выходы N фотоприемников соединены посредством электрических проводов с соответствующими входами амплитудного детектора, выход которого соединен посредством электрических проводов с входом контроллера определения давления.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом может быть выполнена с фазовым π-сдвигом на длине волны, совпадающей с ее центральной длиной волны.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом может быть выполнена с фазовым π-сдвигом на длине волны, несовпадающей с ее центральной длиной волны.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом может быть выполнена линейно чирпированной с фазовым π-сдвигом на длине волны, совпадающей с ее центральной длиной волны.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом может быть выполнена линейно чирпированной с фазовым π-сдвигом на длине волны, несовпадающей с ее центральной длиной волны.
На фиг. 1 изображена структурная схема волоконно-оптического устройства измерения давления; на фиг. 2 - оптический опорный датчик и оптический измерительный датчик волоконно-оптического устройства измерения давления; на фиг. 3 - спектры оптического фильтра, оптического опорного датчика и оптического измерительного датчика; на фиг. 4 представлен алгоритм работы амплитудного детектора; на фиг. 5 представлен алгоритм работы контроллера определения давления.
Волоконно-оптическое устройство измерения давления (фиг. 1, фиг. 2) содержит источник лазерного излучения 1, циркулятор 2, оптический фильтр 3, оптический разветвитель 4, N оптических опорных датчиков 51 - 5N (первый оптический опорный датчик 51, второй оптический опорный датчик 52, …, N-ый оптический опорный датчик 5N), где N - натуральный ряд чисел больше или равно 1, N оптических измерительных датчиков 61 - 6N (первый оптический измерительный датчик 61, второй оптический измерительный датчик 62, …, N-ый оптический измерительный датчик 6N), N фотоприемников 71 - 7N (первый фотоприемник 71, второй фотоприемник 72, …, N-ый фотоприемник 7N), причем число оптических опорных датчиков 51 - 5N равно числу оптических измерительных датчиков 61 - 6N и равно числу фотоприемников 71 - 7N, амплитудный детектор 8, контроллер определения давления 9, при этом источник лазерного излучения 1 выполнен широкополосным, оптический фильтр 3 выполнен в виде оптического фильтра с наклонной амплитудно-частотной характеристикой, каждый оптический опорный датчик 51 - 5N идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11, каждый оптический измерительный датчик 61 - 6N идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11, причем коэффициент отражения каждого оптического опорного датчика 51 - 5N меньше коэффициента отражения каждого оптического измерительного датчика 61 - 6N, каждый фотоприемник 71 - 7N идентичен друг другу, причем выход источника лазерного излучения 1 соединен посредством волоконного световода с входом циркулятора 2, первый выход которого соединен посредством волоконного световода с входом оптического фильтра 3, второй выход циркулятора 2 соединен посредством волоконного световода с входом оптического разветвителя 4, причем каждый из N выходов оптического разветвителя 4 соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических опорных датчиков 51 - 5N, выходы каждого из N оптических опорных датчиков 51 - 5N соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических измерительных датчиков 61 - 6N, выходы каждого из N оптических измерительных датчиков 61 - 6N соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N фотоприемников 71 - 7N, выходы N фотоприемников 71 - 7N соединены посредством электрических проводов с соответствующими входами амплитудного детектора 8, выход которого соединен посредством электрических проводов с входом контроллера определения давления 9.
Подключают компоненты схемы согласно фиг. 1, подключают источник лазерного излучения 1, N фотоприемников 71 - 7N, амплитудный детектор 8 и контроллер определения давления 9 к источникам питания (система электропитания на фиг. 1 не показана), производят запись программ обработки сигнала согласно алгоритму, представленному на фиг. 4 в амплитудный детектор 8, и алгоритму, представленному на фиг. 5 в контроллер определения давления 9. Оптические измерительные датчики 61 - 6N располагают, например, на инвалидной коляске или больничной кушетке в области ступней, седалищных зон, лопаток.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 может быть выполнена с фазовым π-сдвигом 11 на длине волны, совпадающей с ее центральной длиной волны.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 может быть выполнена с фазовым π-сдвигом 11 на длине волны, несовпадающей с ее центральной длиной волны.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 может быть выполнена линейно чирпированной с фазовым π-сдвигом 11 на длине волны, совпадающей с ее центральной длиной волны.
В частности, каждая волоконная решетка Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 может быть выполнена линейно чирпированной с фазовым π-сдвигом 11 на длине волны, несовпадающей с ее центральной длиной волны.
Рассмотрим работу волоконно-оптического устройства измерения давления (фиг. 1 - фиг. 5). Широкополосное излучение от источника лазерного излучения 1 (фиг. 1) направляется в циркулятор 2 и после в оптический фильтр 3, где выделяется спектральная область длин волн для работы оптических опорных датчиков 51 - 5N и оптических измерительных датчиков 61 - 6N, после оптического фильтра 3 сигнал отражается и через циркулятор 2 направляется к оптическому разветвителю 4 и после к оптическим опорным датчикам 51 - 5N, при этом каждый оптический опорный датчик 51 - 5N идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 (фиг. 2), симметрично расположенным относительно ее центральной длины волны, каждый оптический измерительный датчик 61 - 6N идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 (фиг. 2), симметрично расположенным относительно ее центральной длины волны, причем коэффициент отражения каждого оптического опорного датчика 51 - 5N меньше коэффициента отражения каждого оптического измерительного датчика 61 - 6N. В оптических опорных датчиках 51 - 5N в окнах прозрачности из полного спектра света для каждого из N оптических опорных датчиков вырезается узкополосный участок λоп с амплитудой Аоп, которая зависит от участка спектра оптического фильтра 3, на который попадает λоп, при этом λоп может совпадать или не совпадать с центральной длиной волны λ0 соответствующего оптического опорного датчика. Далее сигнал, прошедший через оптические опорные датчики 51 - 5N попадает в соответствующие оптические измерительные датчики 61 - 6N, при этом в оптических измерительных датчиках 61 - 6N в окнах прозрачности из полного спектра света для каждого из N оптических измерительных датчиков вырезается узкополосный участок λизм, при этом λизм может совпадать или не совпадать с центральной длиной волны λ0 соответствующего оптического измерительного датчика. При воздействии давления в точках расположения оптических измерительных датчиков 61 - 6N, узкополосный участок λизм смещается относительно оси длин волн и его амплитуда Аизм изменяется в зависимости от участка спектра оптического фильтра 3, на который попадает λизм. Далее сигнал, прошедший через оптические измерительные датчики 61 - 6N попадает на соответствующие фотоприемники 71 - 7N, где регистрируются соответствующие огибающие биений двух частотных составляющих с частотой, соответствующей разносу |λизм – λоп| = ΔλN. Таким образом, на выходе каждого из N фотоприемников 71 - 7N формируется результирующий сигнал на частоте, соответствующей разносу ΔλN с амплитудой Арез, которая зависит от изменения амплитуды Аизм. Далее результирующий сигнал поступает на амплитудный детектор 8, который регистрирует амплитуду результирующего сигнала Арез, согласно алгоритму, представленному на фиг. 4. С выхода амплитудного детектора 8 сигналы поступают на вход контроллера определения давления 9. Контроллер определения давления 9 принимает все сигналы, обрабатывает и определяет величину воздействия давления на соответствующий оптический измерительный датчик 61 - 6N по алгоритму, представленному на фиг. 5. Влияние воздействия температуры компенсируется одновременным и одинаковым смещением спектров оптического фильтра 3, оптических опорных датчиков 51 - 5N и оптических измерительных датчиков 61 - 6N.
На фиг. 3 изображены возможные спектры оптического фильтра, оптического опорного датчика и оптического измерительного датчика, где λ - это длина волны, T(λ) - это коэффициент отражения. Предложенное волоконно-оптическое устройство измерения давления осуществляет непрерывное измерение давления. Число оптических опорных датчиков, число оптических измерительных датчиков и число фотоприемников могут быть равны, например 1 или 3, или 6, или больше, и зависит от количества выходов оптического разветвителя 4 и количества входов амплитудного детектора 8.
Волоконно-оптическое устройство измерения давления может быть создано на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны, например 1550 нм:
источник лазерного излучения 1 SLD-1550-3 - лазерный диод фирмы «Superlum»;
циркулятор 2 - циркулятор 3PIOC-1550 фирмы «Flyin»;
оптический фильтр 3 - волоконная решетка Брэгга, записанная в НЦВО «Фотоника» (Москва), или НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), или Инверсия-Файбер (Новосибирск), или Инверсия-Сенсор (Пермь) и т.д., либо покупные датчики этих фирм и фирмы FiberSensing;
оптический разветвитель 4 - оптический разветвитель ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ»;
оптические опорные датчики 51 - 5N - волоконная решетка Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 записанная в НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань);
оптические измерительные датчики 61 - 6N - волоконная решетка Брэгга 10 с фазовым π-сдвигом 11 записанная в НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань);
фотоприемники 71 - 7N - высокоскоростные волоконно-оптические InGaAs/InP микроволновые широкополосные PIN фотоприемники (приемные модули) НПФ «ДиЛаз», например, ДФДМШ-40-16;
амплитудный детектор 8 - осциллограф DSO - 1008A фирмы Hantek;
контроллер определения давления 9 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.
При реализации волоконно-оптического устройства измерения давления все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле или в интегральном исполнении.
Заявляемая полезная модель - волоконно-оптическое устройство измерения давления представляет собой единую конструкцию, так как все блоки, входящие в волоконно-оптическое устройство измерения давления соединены между собой.
По сравнению с прототипом, предложенное волоконно-оптическое устройство измерения давления позволяет упростить схему, за счет устранения из схемы сложного четырехчастотного источника сигнала, требующего использования и настройки оптических модуляторов и отсутствия дополнительного измерительного канала для одной точки измерения.
Испытания опытного образца волоконно-оптического устройства измерения давления были проведены на оптических датчиках, изготовленных в НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), откалиброваны на оптических анализаторах спектра ANDO там же, количество оптических опорных датчиков составляет 6, количество оптических измерительных датчиков составляет 6. Исследования показали, что предложенное волоконно-оптическое устройство измерения давления, позволяет значительно упростить его конструкцию. Погрешность измерения определяется в основном погрешностью амплитудного детектора и АЦП контроллера определения давления и не влияет на результат изменения давления, т.к. воздействие на датчик давления и его отклик много больше погрешности амплитудного детектора и контроллера.
Все это позволяет говорить о достижении технического результата - упрощения волоконно-оптического устройства измерения давления по сравнению с устройством по прототипу, т.к. конструкция предложенного волоконно-оптического устройства измерения давления проще по сравнению с конструкцией прототипа. Предложенное устройство не имеет двух измерительных каналов для одной точки измерения, а также не имеет в конструкции оптических модуляторов для формирования источника лазерного излучения. Дополнительным преимуществом по сравнению с прототипом является упрощение процесса преобразования сигнала для измерения давления, а также возможность одновременного измерения давления в N точках.
Claims (5)
1. Волоконно-оптическое устройство измерения давления, содержащее источник лазерного излучения, оптический фильтр, оптический разветвитель, оптический измерительный датчик, фотоприемник, контроллер определения параметра физического поля, отличающийся тем, что в него дополнительно введены циркулятор, N оптических опорных датчиков, где N - натуральный ряд чисел больше или равно 1, N-1 оптических измерительных датчиков, N-1 фотоприемников, причем число оптических опорных датчиков равно числу оптических измерительных датчиков и равно числу фотоприемников, амплитудный детектор, при этом источник лазерного излучения выполнен широкополосным, оптический фильтр выполнен в виде оптического фильтра с наклонной амплитудно-частотной характеристикой, каждый оптический опорный датчик идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, каждый оптический измерительный датчик идентичен друг другу и выполнен на основе волоконной решетки Брэгга с фазовым π-сдвигом, причем коэффициент отражения каждого оптического опорного датчика меньше коэффициента отражения каждого оптического измерительного датчика, каждый фотоприемник идентичен друг другу, контроллер определения параметра физического поля выполнен в виде контроллера определения давления, причем выход источника лазерного излучения соединен посредством волоконного световода с входом циркулятора, первый выход которого соединен посредством волоконного световода с входом оптического фильтра, второй выход циркулятора соединен посредством волоконного световода с входом оптического разветвителя, причем каждый из N выходов оптического разветвителя соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических опорных датчиков, выходы каждого из N оптических опорных датчиков соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N оптических измерительных датчиков, выходы каждого из N оптических измерительных датчиков соединены посредством волоконных световодов соответственно с входами каждого из N фотоприемников, выходы N фотоприемников соединены посредством электрических проводов с соответствующими входами амплитудного детектора, выход которого соединен посредством электрических проводов с входом контроллера определения давления.
2. Волоконно-оптическое устройство измерения давления по п.1, отличающееся тем, что каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом выполнена с фазовым π-сдвигом на длине волны, совпадающей с ее центральной длиной волны.
3. Волоконно-оптическое устройство измерения давления по п.1, отличающееся тем, что каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом выполнена с фазовым π-сдвигом на длине волны, несовпадающей с ее центральной длиной волны.
4. Волоконно-оптическое устройство измерения давления по п.1, отличающееся тем, что каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом выполнена линейно чирпированной с фазовым π-сдвигом на длине волны, совпадающей с ее центральной длиной волны.
5. Волоконно-оптическое устройство измерения давления по п.1, отличающееся тем, что каждая волоконная решетка Брэгга с фазовым π-сдвигом выполнена линейно чирпированной с фазовым π-сдвигом на длине волны, несовпадающей с ее центральной длиной волны.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141298U RU204013U1 (ru) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Волоконно-оптическое устройство измерения давления |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2020141298U RU204013U1 (ru) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Волоконно-оптическое устройство измерения давления |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU204013U1 true RU204013U1 (ru) | 2021-05-04 |
Family
ID=75851259
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2020141298U RU204013U1 (ru) | 2020-12-15 | 2020-12-15 | Волоконно-оптическое устройство измерения давления |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU204013U1 (ru) |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108362412A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-08-03 | 深圳大学 | 一种光纤激光压力传感器及其压力测量方法 |
| CN108519175A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-09-11 | 湖北省路桥集团有限公司 | 基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量方法 |
| CN108760109A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-11-06 | 湖北省路桥集团有限公司 | 基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量装置和方法 |
-
2020
- 2020-12-15 RU RU2020141298U patent/RU204013U1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN108519175A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-09-11 | 湖北省路桥集团有限公司 | 基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量方法 |
| CN108760109A (zh) * | 2018-03-22 | 2018-11-06 | 湖北省路桥集团有限公司 | 基于布拉格光纤光栅的可变量程的土体压力测量装置和方法 |
| CN108362412A (zh) * | 2018-04-25 | 2018-08-03 | 深圳大学 | 一种光纤激光压力传感器及其压力测量方法 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6310703B1 (en) | Method and apparatus for optical performance monitoring in wavelength division multiplexed fiber optical systems | |
| CA2433287C (en) | Fibre optic sensor systems | |
| CA2288746C (en) | Distributed sensing system | |
| RU102256U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| CN106091973B (zh) | 基于环形腔衰荡光谱技术应变传感器及应变检测方法 | |
| US9562815B2 (en) | Method for compensation of fiber optic measurement systems and fiber optic measurement system | |
| US20080129985A1 (en) | Slanted Bragg Grating Refractometer, Using the Optical Power Diffracted to the Radiation-Mode Continuum | |
| JP2004530899A (ja) | 対をなすブラッグ格子の使用に基づいた差分測定システム | |
| US8379217B2 (en) | System and method for optical sensor interrogation | |
| RU2512616C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей и устройство для его осуществления | |
| RU2608394C1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| RU204013U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения давления | |
| RU203788U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения давления | |
| RU203603U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения давления | |
| RU204010U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство измерения давления | |
| RU203379U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство контроля давления | |
| CN205898164U (zh) | 用于温度与应变同时测量的光纤光栅式传感系统 | |
| RU161644U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| RU92180U1 (ru) | Устройство для измерения параметров физических полей | |
| RU2495380C2 (ru) | Способ измерения параметров физических полей | |
| RU191082U1 (ru) | Самокалибрующийся анализатор сигналов волоконно-оптических датчиков на основе волоконных брэгговских решеток | |
| RU180903U1 (ru) | Волоконно-оптический термометр | |
| RU2673507C1 (ru) | Волоконно-оптический термометр | |
| RU2785015C1 (ru) | Система определения центральной длины волны волоконно-оптических датчиков | |
| RU192705U1 (ru) | Многоканальный анализатор сигналов волоконно-оптических датчиков на основе волоконных брэгговских решеток |