RU2386105C1 - Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации - Google Patents
Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации Download PDFInfo
- Publication number
- RU2386105C1 RU2386105C1 RU2008127125/28A RU2008127125A RU2386105C1 RU 2386105 C1 RU2386105 C1 RU 2386105C1 RU 2008127125/28 A RU2008127125/28 A RU 2008127125/28A RU 2008127125 A RU2008127125 A RU 2008127125A RU 2386105 C1 RU2386105 C1 RU 2386105C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light guides
- fiber
- optical
- cable
- optical fibers
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Волоконно-оптическое устройство для измерения величины и направления поперечной деформации объекта включает в себя последовательно расположенные и оптически связанные между собой общий источник оптического излучения, несколько световодов с чувствительными элементами и приемник оптического излучения с электронным блоком обработки. При этом световоды объединены в кабель, содержащий три световода, закрепленный на исследуемом объекте, причем световоды являются маломодовыми. На входных торцах световодов в кабеле выполнены ступеньки по центру световодов, обеспечивающие оптическую разность хода λ/2, где λ - длина волны, и ориентированные относительно друг друга под углами 120°, а перед торцами световодов установлены поляризационные фильтры, обеспечивающие направление плоскости поляризации излучения перпендикулярно ступенькам на торцах световодов. Приемник оптического излучения выполнен из отдельных элементов, каждый из которых оптически связан с отдельным световодом в кабеле.
Данное устройство позволяет измерять величину и направление поперечной деформации объекта. 6 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля механических деформаций конструкций летательных аппаратов, сооружений в различных областях промышленности, особенно в тех случаях, когда необходимо знать не только модуль величины деформации, но и ее направление в пространстве.
Известны волоконно-оптические устройства (см. патенты РФ №2248540, МПК G01D 5/353, опубл. 2005.03.20; №2282142, МПК G01B 11/16, опубл. 2006.08.20) для контроля деформаций, содержащие формирователь оптических импульсов, чувствительные элементы в виде секций волоконно-оптического кабеля и анализатор временного спектра сигнала обратного рассеяния. Механические напряжения приводят к деформации волокна и изменению показателя преломления, за счет чего меняется задержка оптического сигнала и резонансные частоты сигнала обратного рассеяния. Измерение механических деформаций осуществляется анализатором временного спектра.
Такое устройство не может быть использовано для определения направления деформации объекта, так как разнонаправленные деформации могут вызывать одинаковые изменения сигнала обратного рассеяния. Кроме того, сигнал обратного рассеяния является весьма слабым, что затрудняет измерение малых деформаций.
Известны также устройства (см. патент PCT/US 94/13628, МПК G01D 5/353, опубл. 1999.11.10, № публ. 2141102; патент 08/707,861, МПК G01D 5/38, опубл. 2003.09.27, № публ. 2213328) на основе волоконно-оптических решеток, содержащие источник светового излучения, одну или несколько дифракционных решеток по длине волокна и детектор для измерения хроматического спектра выходного излучения. Спектральные свойства волоконных решеток меняются под действием поперечного механического напряжения. При этом путем обработки сигнала с детектора может быть измерена поперечная деформация, а также градиент поперечной деформации.
Основным недостатком такого устройства является отсутствие возможности сделать волоконно-оптические решетки достаточных размеров для контроля деформаций крупных объектов по всей длине волоконно-оптического тракта.
Наиболее близко по сущности к заявляемому «Устройство для измерения физических параметров» (см. патент РФ №2186351, МПК G01K 11/12, опубл. 2002.07.27.) Оно содержит последовательно расположенные и оптически связанные между собой общий источник оптического излучения, несколько волоконно-оптических трактов с чувствительными элементами и общий приемник оптического излучения с электронным блоком обработки сигналов.
Такое устройство обеспечивает контроль параметров объекта в нескольких точках одновременно. Однако устройство не обеспечивает измерение направления поперечной деформации, поскольку спектральные свойства чувствительных элементов меняются независимо от направления деформации.
В основу изобретения поставлена задача измерения величины и направления поперечной деформации объекта.
Данная задача решается за счет того, что в устройстве, содержащем последовательно расположенные и оптически связанные между собой общий источник оптического излучения несколько волоконно-оптических трактов с чувствительными элементами и общий приемник оптического излучения с электронным блоком обработки, волоконно-оптические тракты объединены в кабель, содержащий три световода, закрепленный на исследуемом объекте, причем световоды являются маломодовыми, на входных торцах световодов выполнены ступеньки по центру световодов, обеспечивающие оптическую разность хода λ/2, где λ - длина волны, и ориентированные относительно друг друга под углами 120°, перед торцами световодов установлены поляризационные фильтры, обеспечивающие направление плоскости поляризации излучения перпендикулярно ступенькам на торцах световодов, а приемник оптического излучения выполнен из отдельных элементов, каждый из которых оптически связан с отдельным световодом в кабеле.
На фиг.1 представлен общий вид устройства, на фиг.2 - расположение световодов со ступеньками на торцах в кабеле, на фиг.3 зависимость светового потока на выходе первого световода от глубины микроизгиба, на фиг.4 - зависимость светового потока на выходе второго световода от глубины микроизгиба, на фиг.5 - зависимость светового потока на выходе третьего световода глубины микроизгиба, на фиг.6 - перераспределение световых потоков в световодах в зависимости от направления микроизгиба.
Принцип действия устройства основан на анизотропии полей некоторых поперечных мод световодов. Деформации световода вызывают изменения показателя преломления, влияние которых на такие моды зависит от взаимной ориентации вектора поперечной деформации и поля поперечной моды. Ступеньки, обеспечивающие разность хода λ/2 и ориентированные относительно друг друга под углами 120°, выполненные на торце маломодового световода, при соответствующей поляризации освещающего излучения приводят к преимущественному возбуждению поперечной моды LP-11. Мощность этой моды после прохождения деформированного (например, изогнутого) участка световода меняется по-разному в зависимости от взаимной ориентации ступеньки на входном торце световода и направления изгиба. В качестве маломодового световода может быть взят одномодовый световод для ближнего ИК-диапазона, освещаемый источником в красной области спектра. На фиг.3, 4, 5 приведены примеры изменений светового потока на выходе отдельных световодов 1, 2, 3, объединенных в кабель (см. фиг.2) после прохождения изогнутого участка световодного кабеля в зависимости от глубины изгиба кабеля в плоскости, проходящей через ось кабеля и расположенной под углом ά1=20° относительно ступеньки на торце световода 1. Для световода 2 плоскость изгиба образует угол ά2=40° к плоскости ступеньки этого световода. Для световода 3 плоскость изгиба образует угол ά3=80° к плоскости ступеньки этого световода. Здесь указаны значения острых углов, поскольку для тупых углов 180° - ά результат будет аналогичным представленному выше. Это связано с тем, что указанные острый и тупой углы имеют одинаковое по модулю отклонение от нормали к ступеньке на торце световода и, следовательно, дадут одинаковый результат. Таким образом, чувствительность светового потока в световоде к изгибу максимальна при изгибе в плоскости, перпендикулярной ступеньке на торце, и минимальна, если плоскость изгиба параллельна ступеньке на торце. На фиг 6 показано перераспределение световых потоков в световодах в зависимости от направления микроизгиба. Величина изгиба на всех графиках одинакова, меняется лишь ориентация его плоскости в пределах от 0° до 180°. Угол отсчитывается от плоскости ступеньки на торце световода 1. Световые потоки I1, I2 I3 в световодах 1, 2, 3 меняются в соответствии с отмеченной выше закономерностью. Из фиг.6 видно, что каждому значению угла соответствует единственное соотношение между собой световых потоков I1, I2, I3. Отсюда следует, что вычислив это соотношение, можно однозначно определить угол между плоскостью изгиба и плоскостью ступеньки на торце световода 1. Далее, используя зависимости на фиг.3-5, можно определить и величину изгиба или связанной с ним деформации объекта. По сути, здесь мы имеем разложение вектора поперечной деформации по системе трех векторов, ориентированных относительно друг друга под 120°. Легко видеть, что при таком разложении вектор поперечной деформации может быть вычислен однозначно.
Работает устройство следующим образом: общий источник оптического излучения 1 освещает торцы световодов 3, объединенных в кабель через поляризационные фильтры 2. За счет ступенек на торцах в световодах 3 формируются преимущественно поля поперечных мод LP-11, ориентированные под равными углами друг относительно друга. Это излучение проходит через световод и в месте изгиба под действием объекта 4 частично покидает световод, причем доля света, покинувшего световод, различна для разных световодов в кабеле. Далее пучки света выходят из каждого световода, регистрируются отдельными фотоприемниками 5 и после обработки зарегистрированных данных электонным блоком 6 получаем величину и направление деформации световода и, соответственно, связанного с ним объекта 4.
Claims (1)
- Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации, содержащее последовательно расположенные и оптически связанные между собой общий источник оптического излучения; несколько волоконно-оптических трактов с чувствительными элементами и общий приемник оптического излучения с электронным блоком обработки, отличающееся тем, что волоконно-оптические тракты объединены в кабель, содержащий три световода, закрепленный на исследуемом объекте, причем световоды являются маломодовыми, а на входных торцах световодов в кабеле выполнены ступеньки по центру световодов, обеспечивающие оптическую разность хода λ/2, где λ - длина волны, и ориентированные относительно друг друга под углами 120°, перед торцами световодов установлены поляризационные фильтры, обеспечивающие направление плоскости поляризации излучения перпендикулярно ступенькам на торцах световодов, а приемник оптического излучения выполнен из отдельных элементов, каждый из которых оптически связан с отдельным световодом в кабеле.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127125/28A RU2386105C1 (ru) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2008127125/28A RU2386105C1 (ru) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2008127125A RU2008127125A (ru) | 2010-01-10 |
RU2386105C1 true RU2386105C1 (ru) | 2010-04-10 |
Family
ID=41643814
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2008127125/28A RU2386105C1 (ru) | 2008-07-03 | 2008-07-03 | Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2386105C1 (ru) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110631497B (zh) * | 2018-06-23 | 2021-09-14 | 南京林业大学 | 双折射光纤环镜传感器的应变绝对测量方法 |
-
2008
- 2008-07-03 RU RU2008127125/28A patent/RU2386105C1/ru not_active IP Right Cessation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2008127125A (ru) | 2010-01-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CA2288746C (en) | Distributed sensing system | |
US6888125B2 (en) | Fiber optic sensing systems and method of use thereof | |
US5945666A (en) | Hybrid fiber bragg grating/long period fiber grating sensor for strain/temperature discrimination | |
JP2001525070A (ja) | 光ファイバ曲りセンサ | |
US7109471B2 (en) | Optical wavelength determination using multiple measurable features | |
US10670389B2 (en) | Sensitive optical fiber shape sensing based on shape-related optical polarization evolution | |
RU2413188C2 (ru) | Волоконно-оптическое устройство для измерения температурного распределения (варианты) | |
JP5242098B2 (ja) | 光ファイバセンサ及び変動位置検出方法 | |
US20190170609A1 (en) | Birefringent multi-peak optical reference element and birefringent sensor system | |
US20230044386A1 (en) | Optical fibre based measurment system, method of measuring parameters, and computer program product | |
US20040227952A1 (en) | Characterization of optical fiber using fourier domain optical coherence tomography | |
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 | |
US4648274A (en) | Photoelastic measuring transducer and accelerometer based thereon | |
Markvart et al. | Fiber optic SMS sensor for simultaneous measurement of strain and curvature | |
Vallan et al. | Static characterization of curvature sensors based on plastic optical fibers | |
RU2386105C1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство для измерения вектора поперечной деформации | |
Miao et al. | Simultaneous measurement of strain and temperature using single tilted fibre Bragg grating | |
KR102036260B1 (ko) | 광섬유 격자를 이용한 누수 및 침수 감지센서 | |
JP3925202B2 (ja) | 高速波長検出装置 | |
Lipatnikov et al. | Fiber-Оptic Vibration Sensor «VIB-A» | |
RU2413259C1 (ru) | Способ регистрации сигналов измерительных преобразователей на основе брэгговских решеток, записанных в едином волоконном световоде | |
Zhang et al. | Experimental investigation on optical spectral deformation of embedded FBG sensors | |
KR20110043834A (ko) | 분광기와 선형 배열 광감지기를 이용한 fbg 센서 복조화 장치 | |
Varyshchuk et al. | Using a multimode polymer optical fiber as a high sensitivy strain sensor | |
Cubik et al. | Interferometric sensor based on the polarization-maintaining fibers |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20170704 |