RU2509994C1 - Fibre-optic device of pressure measurement - Google Patents

Fibre-optic device of pressure measurement Download PDF

Info

Publication number
RU2509994C1
RU2509994C1 RU2012130071/28A RU2012130071A RU2509994C1 RU 2509994 C1 RU2509994 C1 RU 2509994C1 RU 2012130071/28 A RU2012130071/28 A RU 2012130071/28A RU 2012130071 A RU2012130071 A RU 2012130071A RU 2509994 C1 RU2509994 C1 RU 2509994C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
fiber
membrane
fabry
resonator
perot
Prior art date
Application number
RU2012130071/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012130071A (en
Inventor
Владимир Иванович Пустовой
Игорь Геннадьевич Лихачев
Original Assignee
Научная организация "Центр лазерной технологии и материаловедения" (Автономная некоммерческая организация)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Научная организация "Центр лазерной технологии и материаловедения" (Автономная некоммерческая организация) filed Critical Научная организация "Центр лазерной технологии и материаловедения" (Автономная некоммерческая организация)
Priority to RU2012130071/28A priority Critical patent/RU2509994C1/en
Publication of RU2012130071A publication Critical patent/RU2012130071A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2509994C1 publication Critical patent/RU2509994C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: device comprises wideband semiconductor light diodes, Y-shaped fibre-optic branches and Fabry-Perot cavities. One of Fabry-Perot cavities is designed for production of interference of light beams reflected from the surface of the membrane and the light guide end, under action of pressure and temperature of controlled medium at base distance between them. The second Fabry-Perot cavity is designed for production of interference of reflected light beams under temperature effect of the medium. The second fibre-optic outputs of branches are coupled with a recording unit, the photodetection ruler of which via the analogue-digital converter is connected to a processor of digital signals processing. Light guides of the first and second resonators are arranged in the body having two cavities, between which there is a membrane. One of cavities of the body communicates with the controlled medium and faces the central part of the membrane at the side opposite to its reflecting surface. In the other cavity of the body there are resonator light guides isolated from each other.
EFFECT: increased accuracy of measurements due to reduction of effect of temperature irregularity.
5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим устройствам измерения давления, температуры, и может быть использовано в нефтегазовой, химической промышленности для измерения давлений, температур жидких и газообразных сред, находящихся, в том числе, в трубопроводах, резервуарах.The invention relates to measuring equipment, in particular to fiber-optic devices for measuring pressure, temperature, and can be used in the oil and gas and chemical industries for measuring pressures, temperatures of liquid and gaseous media, including those in pipelines, tanks.

Известно устройство для измерения давления, представляющее собой датчик, содержащий чувствительную мембрану и волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде световодов, соединенных с фотодетектором и излучателем (ЕР №1026439А2, кл. G01H 11/02, публ. 09.08.2000).A device for measuring pressure is known, which is a sensor containing a sensitive membrane and a fiber optic transducer made in the form of optical fibers connected to a photodetector and emitter (EP No. 1026439A2, class G01H 11/02, publ. 09.08.2000).

Недостатком данного устройства является относительно высокая погрешность измерения давления, т.к. не учитывается изменение показаний давления при изменении температуры контролируемой среды.The disadvantage of this device is the relatively high error of pressure measurement, because does not take into account the change in pressure readings when the temperature of the controlled medium changes.

Известно волоконно-оптическое устройство измерения давления, содержащее оптоэлектронный блок с источником излучения, датчиками давления и температуры, каждый из которых имеет сообщающийся с измеряемой средой корпус, в котором расположена чувствительная мембрана, обращенный к мембране световод, оптически связанный с источником излучения и фотоприемником блока регистрации и обработки отраженных сигналов, осветительные каналы датчиков соединены между собой волоконно-оптическим разветвителем, при этом корпус датчика температуры имеет заглушку, изолирующую его чувствительную мембрану, от действия давления измеряемой среды (см. патент RU №2287792, публ. 10.04.2006).A fiber-optic pressure measuring device is known, comprising an optoelectronic unit with a radiation source, pressure and temperature sensors, each of which has a housing in communication with the medium to be measured, in which a sensitive membrane is located, a light guide facing the membrane is optically coupled to the radiation source and a photodetector of the recording unit and processing the reflected signals, the lighting channels of the sensors are interconnected by a fiber optic splitter, while the housing of the temperature sensor has plug, insulating his sensitive membrane from the medium-pressure actions (see. Patent RU №2287792, publ. 10.04.2006).

При работе устройства под действием давления и температуры происходит деформация чувствительной мембраны датчика давления и деформация мембраны датчика температуры от теплового воздействия, при разности показаний на фотоприемниках определяется измеряемое давление.When the device is operated under the influence of pressure and temperature, the sensitive membrane of the pressure sensor is deformed and the membrane of the temperature sensor is deformed by heat, and the measured pressure is determined when the readings on the photodetectors differ.

Однако наличие в волоконно-оптическом устройстве двух датчиков, предназначенных для подсоединения к различным зонам измерения технологической среды, усложняет конструкцию устройства, а неоднородность температурного поля контролируемой среды приводит к нарушению точности измерения температуры, что снижает точность измерения давления среды.However, the presence of two sensors in the fiber-optic device designed to be connected to different measurement zones of the process medium complicates the design of the device, and the inhomogeneity of the temperature field of the controlled medium leads to a violation of the accuracy of temperature measurement, which reduces the accuracy of measuring the pressure of the medium.

Принцип работы устройства по данному изобретению основан на использовании амплитудных волоконно-оптических датчиков, существенным недостатком которых является слабая устойчивость к дестабилизирующим воздействиям. Колебания интенсивности излучения, вызванные изменениями мощности излучателя, чувствительности фотоприемника или потерь подводящих световодов, воспринимаются как полезный сигнал. Существенно влияют на характеристики элементов данных датчиков механические воздействия, вызванные вибрациями, ударами, колебаниями давления и т.д.The principle of operation of the device according to this invention is based on the use of amplitude fiber optic sensors, a significant disadvantage of which is poor resistance to destabilizing effects. Fluctuations in the radiation intensity caused by changes in the power of the emitter, the sensitivity of the photodetector, or the loss of the input fibers, are perceived as a useful signal. The mechanical effects caused by vibrations, shocks, pressure fluctuations, etc., significantly affect the characteristics of the elements of these sensors.

Вместе с тем, известны наиболее устойчивые к дестабилизирующим воздействиям волоконно-оптические устройства измерения давления, основанные на использовании интерферометрических волоконно-оптических датчиков, принцип действия которых заключается в преобразовании измеряемой физической величины в изменение оптической разности хода световых волн, например, в резонаторе Фабри-Перо, в последующем детектировании оптического сигнала и его математической обработке.At the same time, fiber-optic pressure measuring devices most resistant to destabilizing effects are known, based on the use of interferometric fiber-optic sensors, the principle of which is to convert the measured physical quantity into a change in the optical path difference of light waves, for example, in a Fabry-Perot resonator , in the subsequent detection of the optical signal and its mathematical processing.

Волоконно-оптическое устройство измерения давления по патентуPatent Fiber Optic Pressure Measurement Device

RU №2334965, публ. 20.07.2007 выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения. Устройство содержит источники излучения в виде широкополосных полупроводниковых светодиодов, каждый из которых соединен с Y-образным волоконно-оптическим разветвителем, резонаторы Фабри-Перо, световоды которых соединены с выходом соответствующего волоконно-оптического разветвителя, первый резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей, отраженных от поверхности мембраны и торца световода, при воздействии давления и температуры измеряемой среды на базовое расстояние между отражающими поверхностями, второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды, вторые оптоволоконные выходы разветвителей сопряжены с блоком регистрации светового излучения, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь связана с процессором обработки цифровых сигналов, управляющие выходы процессора связаны с источниками излучения.RU No. 2334965, publ. 07/20/2007 selected as the closest analogue of the claimed invention. The device contains radiation sources in the form of broadband semiconductor LEDs, each of which is connected to a Y-shaped fiber optic splitter, Fabry-Perot resonators, the optical fibers of which are connected to the output of the corresponding fiber-optic splitter, the first Fabry-Perot resonator is designed to receive interference of light rays reflected from the surface of the membrane and the end of the fiber, when exposed to pressure and temperature of the measured medium at the base distance between the reflecting surfaces, in The Fabry-Perot resonator is designed to interfere with reflected light rays when exposed to the temperature of the medium, the second fiber-optic outputs of the couplers are coupled to the light emission registration unit, the photodetector of which is connected through an analog-to-digital converter to the digital signal processing processor, and the control outputs of the processor are connected to radiation sources .

При реализации данного технического решения резонаторы Фабри-Перо располагаются в различных зонах измерения технологической среды, неоднородность температурного поля которой приводит к нарушению точности измерения давления среды.When implementing this technical solution, Fabry-Perot resonators are located in different measurement zones of the technological medium, the inhomogeneity of the temperature field of which leads to a violation of the accuracy of measuring the pressure of the medium.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения давления технологической среды.The technical result of the invention is to improve the accuracy of measuring the pressure of the process medium.

Для решения поставленного технического результата предложено волоконно-оптическое устройство измерения давления, содержащее источники излучения в виде широкополосных полупроводниковых светодиодов, каждый из которых соединен с Y-образным волоконно-оптическим разветвителем, резонаторы Фабри-Перо, световоды которых соединены с выходом соответствующего волоконно-оптического разветвителя, первый резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей, отраженных от поверхности мембраны и торца световода, при воздействии давления и температуры измеряемой среды на базовое расстояние между отражающими поверхностями, второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды, вторые оптоволоконные выходы разветвителей сопряжены с блоком регистрации светового излучения, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь связана с процессором обработки цифровых сигналов, управляющие выходы процессора связаны с источниками излучения, согласно изобретению, световоды обоих резонаторов Фабри-Перо расположены в корпусе, имеющем две полости, между которыми расположена мембрана, одна из полостей корпуса сообщается с контролируемой средой и обращена к центральной части мембраны со стороны противолежащей ее отражающей поверхности, а в другой полости корпуса размещены изолированные друг от друга световоды резонаторов Фабри-Перо, световод первого резонатора соосен с вертикальной осью симметрии центральной части мембраны, световод второго резонатора радиально смещен относительно световода первого резонатора и торец его обращен к отражающей поверхности мембраны, выполненной на ее периферийном кольцевом участке, который изолирован от полости корпуса, сообщающейся с контролируемой средой.To solve the technical result, a fiber-optic pressure measuring device is proposed that contains radiation sources in the form of broadband semiconductor LEDs, each of which is connected to a Y-shaped fiber-optic splitter, Fabry-Perot resonators, the optical fibers of which are connected to the output of the corresponding fiber-optic splitter , the first Fabry-Perot resonator is designed to interfere with light rays reflected from the surface of the membrane and the end of the fiber, The pressure and temperature of the measured medium at the base distance between the reflecting surfaces, the second Fabry-Perot resonator is designed to interfere with the reflected light rays during the temperature exposure of the medium, the second fiber optic coupler outputs are coupled to the light detection unit, the photodetector of which is connected via an analog-to-digital converter with a digital signal processor, the control outputs of the processor are connected to radiation sources, according to the invention In June, the fibers of both Fabry-Perot resonators are located in a housing having two cavities between which the membrane is located, one of the housing cavities communicates with the controlled medium and faces the central part of the membrane from the side of the opposite reflecting surface, and isolated in the other housing cavity the Fabry-Perot resonator fibers from each other, the fiber of the first resonator is aligned with the vertical axis of symmetry of the central part of the membrane, the fiber of the second resonator is radially offset from the fiber ervogo resonator and its end face facing the reflecting surface of the membrane formed at its peripheral annular portion, which is insulated from the body cavity communicating with the controlled environment.

Согласно изобретению световоды резонаторов Фабри-Перо размещены в соосных, сопряженных между собой втулках, одна из которых, внутренняя, предназначена для размещения световода резонатора Фабри-Перо, соосного с центральной частью мембраны, а другая втулка охватывает первую и предназначена для размещения в ней световода второго резонатора Фабри-Перо, при этом торец первой втулки имеет фланец, взаимодействующий с одной стороны с наружным торцом второй втулки, а с другой стороны с прижимной гайкой, взаимодействующей с наружной поверхностью корпуса.According to the invention, the fibers of the Fabry-Perot resonators are placed in coaxial bushings, one of which, the inside, is designed to accommodate the fiber of the Fabry-Perot resonator, coaxial with the central part of the membrane, and the other sleeve covers the first and is designed to accommodate the second fiber in it Fabry-Perot resonator, while the end face of the first sleeve has a flange interacting on one side with the outer end of the second sleeve, and on the other hand with a clamping nut interacting with the outer surface housing.

Согласно изобретению оптическое волокно световода каждого резонатора выполнено одномодовым.According to the invention, the optical fiber of the fiber of each resonator is single-mode.

Согласно изобретению между корпусом и периферийным кольцевым участком мембраны со стороны ее противолежащей отражающей поверхности расположена прокладка, изолирующая данный участок мембраны от полости, сообщающейся с контролируемой средой.According to the invention, a gasket is located between the housing and the peripheral annular portion of the membrane on the side of its opposite reflective surface, isolating this portion of the membrane from the cavity in communication with the controlled medium.

Согласно изобретению фоторегистрирующий блок выполнен в виде спектрометра с дифракционной решеткой.According to the invention, the photo-recording unit is made in the form of a spectrometer with a diffraction grating.

При реализации изобретения, благодаря размещению в корпусе изолированных друг от друга световодов обоих резонаторов Фабри-Перо, использованию мембраны с отражающей поверхностью для обоих резонаторов, обеспечивается возможность подсоединения корпуса к общей зоне измерения физических параметров технологической среды, что уменьшает влияние неоднородности температурного поля на измеряемые параметры и повышает точность измерения давления в заданной технологической зоне трубопровода или резервуара.When implementing the invention, due to the placement of both Fabry-Perot resonators isolated from each other in the casing, the use of a membrane with a reflecting surface for both resonators, it is possible to connect the casing to a common measurement zone of the physical parameters of the process medium, which reduces the effect of the temperature field inhomogeneity on the measured parameters and improves the accuracy of measuring pressure in a given technological zone of the pipeline or tank.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому техническому решению совокупность конструктивных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решении критериям изобретения: «новизна», «изобретательский уровень».In the analysis of the prior art, no technical solutions have been identified that have a combination of design features similar to the claimed technical solution, which indicates the compliance of the claimed technical solution with the criteria of the invention: “novelty”, “inventive step”.

Изобретение может быть промышленно изготовлено на стандартном оборудовании при использовании для его изготовления унифицированных конструктивных узлов, элементов, деталей, используемых для изготовления различных волоконно-оптических систем, что свидетельствует о соответствии его критерию «промышленная применимость».The invention can be industrially manufactured on standard equipment using unified structural units, elements, parts used for the manufacture of various fiber optic systems for its manufacture, which indicates compliance with its criterion of "industrial applicability".

Изобретение подтверждается нижеприведенным его описанием.The invention is supported by the description below.

На Рис.1 показана блок-схема волоконно-оптического устройства для измерения давления.Figure 1 shows a block diagram of a fiber optic device for measuring pressure.

На Рис.2 показано конструктивное исполнение резонаторов Фабри-Перо.Figure 2 shows the design of Fabry-Perot resonators.

На Рис.3 - то же, что на Рис.2, вид А.In Fig. 3 - the same as in Fig. 2, view A.

Волоконно-оптическое устройство для измерения давления содержит:Fiber optic device for measuring pressure contains:

- Источники излучения 1, каждый из которых выполнен в виде широкополосного полупроводникового светодиода;- Sources of radiation 1, each of which is made in the form of a broadband semiconductor LED;

- Y-образные волоконно-оптические разветвители 2, 3, входы которых соединены с источниками излучения 1; один из выходов каждого разветвителя оптически связан с резонатором Фабри-Перо.- Y-shaped fiber optic splitters 2, 3, the inputs of which are connected to radiation sources 1; one of the outputs of each splitter is optically coupled to a Fabry-Perot resonator.

Один из резонаторов Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей отраженных от поверхности мембраны 4 и торца световода 5 при воздействии давления и температуры контролируемой среды на базовое расстояние «L» между ними. Второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды.One of the Fabry-Perot resonators is designed to interfere with the light rays reflected from the surface of the membrane 4 and the end of the optical fiber 5 when the pressure and temperature of the controlled medium are applied to the base distance “L” between them. The second Fabry-Perot resonator is designed to receive the interference of reflected light rays when exposed to the temperature of a medium.

Вторые оптоволоконные выходы разветвителей 2 и 3 сопряжены с блоком регистрации 6 светового излучения, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) связана с процессором 7 обработки цифровых сигналов. Управляющие выходы процессора 7 связаны с источниками излучения 1.The second fiber-optic outputs of the splitters 2 and 3 are coupled to the light emission registration unit 6, the photodetector line of which is connected through an analog-to-digital converter (ADC) to the digital signal processing processor 7. The control outputs of the processor 7 are connected to the radiation sources 1.

Предпочтительно, в качестве регистрирующего блока 6 используют спектрометр с дифракционной решеткой, обеспечивающий детектирование спектрального распределения излучения.Preferably, as a recording unit 6, a spectrometer with a diffraction grating is used to detect the spectral distribution of radiation.

Световод 5 первого резонатора Фабри-Перо и световод 8 второго резонатора Фабри-Перо расположены в корпусе 9, имеющем две полости, между которыми расположена мембрана 4. Одна из полостей 10 корпуса 9 сообщается с технологической средой и обращена к центральной части мембраны 4 со стороны противолежащей ее отражающей поверхности. В другой полости корпуса 9 размещены изолированные друг от друга световоды 5 и 8 резонаторов Фабри-Перо. Световод 5 первого резонатора Фабри-Перо соосен с вертикальной осью симметрии центральной части мембраны 4. Световод 8 второго резонатора радиально смещен относительно световода 5 первого резонатора и торец его обращен к отражающей поверхности мембраны 4, выполненной на ее периферийном кольцевом участке. Периферийный кольцевой участок изолирован от полости 10 корпуса посредством прокладки 11, расположенной между корпусом и периферийным кольцевым участком мембраны 4 со стороны ее противолежащей отражающей поверхности.The optical fiber 5 of the first Fabry-Perot resonator and the optical fiber 8 of the second Fabry-Perot resonator are located in the housing 9 having two cavities between which the membrane 4 is located. One of the cavities 10 of the housing 9 communicates with the process medium and faces the opposite part of the membrane 4 from the opposite side its reflective surface. In another cavity of the housing 9 are placed isolated from each other by the optical fibers 5 and 8 of the Fabry-Perot resonators. The optical fiber 5 of the first Fabry-Perot resonator is aligned with the vertical axis of symmetry of the central part of the membrane 4. The optical fiber 8 of the second resonator is radially offset from the optical fiber 5 of the first resonator and its end faces the reflective surface of the membrane 4 made on its peripheral annular portion. The peripheral annular portion is isolated from the cavity 10 of the housing by means of a gasket 11 located between the housing and the peripheral annular portion of the membrane 4 from the side of its opposite reflective surface.

Оптическое волокно каждого световода выполнено одномодовым.The optical fiber of each fiber is single-mode.

Световоды 5 и 8 резонаторов Фабри-Перо, расположенные в корпусе 9, изолированы друг от друга путем размещения их в соосных, сопряженных между собой втулках 12 и 13. Внутренняя втулка 12 предназначена для размещения соосного с центральной частью мембраны 4 световода 5 первого резонатора Фабри-Перо. Наружная втулка 13 охватывает втулку 12 и предназначена для размещения в ней световода 8 второго резонатора Фабри-Перо. Расположение световодов 5 и 8 во втулках 12 и 13 повышает точность их юстировки, что обеспечивает надежность приема отраженного излучения при работе каждого резонатора.The optical fibers 5 and 8 of the Fabry-Perot resonators, located in the housing 9, are isolated from each other by placing them in coaxial, interconnected bushings 12 and 13. The inner sleeve 12 is designed to accommodate coaxial with the Central part of the membrane 4 of the optical fiber 5 of the first Fabry resonator Pen. The outer sleeve 13 covers the sleeve 12 and is designed to accommodate the optical fiber 8 of the second Fabry-Perot resonator. The location of the optical fibers 5 and 8 in the bushings 12 and 13 increases the accuracy of their alignment, which ensures the reliability of the reception of reflected radiation during operation of each resonator.

Втулка 12 имеет фланец 14, взаимодействующий через прокладку 15 с наружным торцом втулки 13 и с наружной стороны с прижимной гайкой 16, устанавливаемой на наружной поверхности корпуса 9. При данном конструктивном исполнении соосных, сопряженных между собой втулок 12 и 13 обеспечивается возможность регулирования посредством прокладки 15 (в том числе, сменной) и прижимной гайки 16 базовых расстояний «L» и «1», где «L» - заданное базовое расстояние между торцом световода 5 и отражающей поверхностью центральной части мембраны 4 первого резонатора Фабри-Перо, «1» - заданное базовое расстояние между торцом световода 8 и отражающей поверхностью периферийного кольцевого участка мембраны второго резонатора Фабри-Перо.The sleeve 12 has a flange 14, interacting through the gasket 15 with the outer end of the sleeve 13 and from the outside with a clamping nut 16 mounted on the outer surface of the housing 9. With this design, the coaxial, mating bushings 12 and 13 are provided with the possibility of regulation by means of the gasket 15 (including interchangeable) and clamping nut 16 base distances “L” and “1”, where “L” is the specified base distance between the end of the fiber 5 and the reflecting surface of the central part of the membrane 4 of the first Fabry-P resonator eryo, “1” is the specified base distance between the end of the optical fiber 8 and the reflecting surface of the peripheral annular portion of the membrane of the second Fabry-Perot resonator.

Базовые расстояния «L» и «1» определяются посредством математической обработки всего спектрального распределения излучения, отраженного от соответствующего резонатора Фабри-Перо. Предпочтительно, при длине волны излучения 0,8 мкм и при спектре излучения светодиода, имеющего ширину не менее 35 нм, база интерферометра находится в диапазоне 40 мкм - 150 мкм. Для измерения давления или температуры необходимо провести калибровку заявляемого устройства с помощью датчика-эталона. При этом строится зависимость базы калибруемого устройства от давления или температуры, измеряемых датчиком-эталоном. Далее полученная зависимость запоминается компьютером и в дальнейшем используется при измерении давления или температуры уже откалиброванным устройством.The base distances “L” and “1” are determined by mathematical processing of the entire spectral distribution of radiation reflected from the corresponding Fabry-Perot resonator. Preferably, with a radiation wavelength of 0.8 μm and a radiation spectrum of an LED having a width of at least 35 nm, the base of the interferometer is in the range of 40 μm to 150 μm. To measure pressure or temperature, it is necessary to calibrate the inventive device using a reference sensor. In this case, the dependence of the base of the device being calibrated on the pressure or temperature measured by the standard sensor is built. Further, the obtained dependence is stored by a computer and is subsequently used to measure pressure or temperature by an already calibrated device.

Используемое в процессоре 7 программное обеспечение обеспечивает анализ, обработку спектров отраженного светового излучения с целью определения давления среды в соответствующей зоне измерения вне зависимости от температуры среды в данной зоне измерения.The software used in the processor 7 provides analysis, processing of the spectra of reflected light radiation in order to determine the pressure of the medium in the corresponding measurement zone, regardless of the temperature of the medium in this measurement zone.

В устройстве используют широкополосной полупроводниковый светодиод, например, SLD-34-MP, стандартные одномодовые волоконно-оптические ответвители, например, F-CPL-S22855 компании Newport, стандартные одномодовые волокна, например, HI780 компании Corning. Микропроцессорное устройство может быть выполнено на основе сигнального процессора, например, компании Analog Device.The device uses a wideband semiconductor LED, for example, SLD-34-MP, standard single-mode fiber optic couplers, for example, Newport F-CPL-S22855, standard single-mode fibers, for example, Corning's HI780. The microprocessor device may be based on a signal processor, for example, an Analog Device company.

Широкополосное излучение при поочередном включении светодиодов 1 через оптоволоконный выход в Y-образный разветвитель 2 или 3 попадает в световод 5 или 8 соответствующего резонатора Фабри-Перо, при отражении световое излучение приобретает периодическую модуляцию спектра за счет интерференции волны, отраженной от торца световода, и волны, отраженной от отражающей поверхности соответствующей части мембраны - центральной или ее периферийного кольцевого участка. Период этой модуляции определяется базой «L» или «1» резонатора. Отраженное излучение через волокно световода 5 или 8 проходит через разветвитель 2 или 3 в обратном направлении и через выходные волокна разветвителей проходит в коллиматор спектрометра, дифракционная решетка которого осуществляет спектральное разложение входного светового излучения и через фотоприемную линейку, преобразующую световые сигналы в электрические, последние поступают в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и далее цифровой сигнал поступает в процессор 7, где обеспечивается анализ, обработка спектра отраженного от соответствующего резонатора светового сигнала.When the LEDs 1 are switched on alternately through a fiber-optic output into a Y-shaped splitter 2 or 3, it enters the optical fiber 5 or 8 of the corresponding Fabry-Perot resonator; when reflected, the light radiation acquires periodic spectrum modulation due to interference from the wave reflected from the end of the fiber and the wave reflected from the reflecting surface of the corresponding part of the membrane - the Central or its peripheral annular portion. The period of this modulation is determined by the base “L” or “1” of the resonator. The reflected radiation through the fiber of the optical fiber 5 or 8 passes through the splitter 2 or 3 in the opposite direction and through the output fibers of the splitters passes into the collimator of the spectrometer, the diffraction grating of which carries out spectral decomposition of the input light radiation and through the photodetector, which converts the light signals into electrical signals, the latter enter an analog-to-digital converter (ADC) and then a digital signal is fed to a processor 7, where analysis, processing of the spectrum reflected from light resonator.

Работа устройства в целом основана на прямом спектральном детектировании и обработке оптического спектра излучения, отраженного от соответствующего резонатора с целью построения зависимости разности фаз интерферирующих волн от оптической частоты, что решается с помощью Фурье-преобразований и соответствующей фильтрации информационного сигнала для определения искомого давления технологической среды вне зависимости от ее температуры в контролируемой зоне.The operation of the device as a whole is based on direct spectral detection and processing of the optical spectrum of radiation reflected from the corresponding resonator in order to construct the dependence of the phase difference of the interfering waves on the optical frequency, which is solved using Fourier transforms and appropriate filtering of the information signal to determine the desired pressure of the process medium outside depending on its temperature in the controlled area.

Claims (5)

1. Волоконно-оптическое устройство измерения давления, содержащее источники излучения в виде широкополосных полупроводниковых светодиодов, каждый из которых соединен с Y-образным волоконно-оптическим разветвителем, резонаторы Фабри-Перо, световоды которых соединены с выходом соответствующего волоконно-оптического разветвителя, первый резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей, отраженных от поверхности мембраны и торца световода, при воздействии давления и температуры контролируемой среды на базовое расстояние между отражающими поверхностями, второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды, вторые оптоволоконные выходы разветвителей сопряжены с блоком регистрации, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь связана с процессором обработки цифровых сигналов, управляющие выходы процессора связаны с источниками излучения, отличающееся тем, что световоды обоих резонаторов Фабри-Перо расположены в корпусе, имеющем две полости, между которыми расположена мембрана, одна из полостей корпуса сообщается с контролируемой средой и обращена к центральной части мембраны со стороны противолежащей ее отражающей поверхности, а в другой полости корпуса размещены изолированные друг от друга световоды резонаторов Фабри-Перо, световод первого резонатора соосен с вертикальной осью симметрии центральной части мембраны, световод второго резонатора радиально смещен относительно световода первого резонатора и торец его обращен к отражающей поверхности мембраны, выполненной на ее периферийном кольцевом участке, который изолирован от полости корпуса, сообщающейся с контролируемой средой.1. Fiber-optic pressure measuring device containing radiation sources in the form of broadband semiconductor LEDs, each of which is connected to a Y-shaped fiber optic splitter, Fabry-Perot resonators, the optical fibers of which are connected to the output of the corresponding fiber-optic splitter, the first Fabry resonator - The pen is designed to receive the interference of light rays reflected from the surface of the membrane and the end of the fiber under the influence of pressure and temperature of the controlled medium on the base the distance between the reflecting surfaces, the second Fabry-Perot resonator is designed to interfere with the reflected light rays when exposed to the temperature of the medium, the second fiber-optic outputs of the couplers are coupled to a recording unit, the photodetector of which is connected via an analog-to-digital converter to the digital signal processing processor, the control outputs connected with radiation sources, characterized in that the fibers of both Fabry-Perot resonators are located in a housing having two The cavities between which the membrane is located, one of the body cavities communicates with the controlled medium and faces the central part of the membrane from the side of the opposite reflecting surface, and the Fabry-Perot resonators, isolated from each other, are placed in the other cavity of the membrane, the fiber of the first resonator is aligned with the vertical the axis of symmetry of the central part of the membrane, the fiber of the second resonator is radially offset relative to the fiber of the first resonator and its end faces the reflective surface of the membrane, flax on its peripheral annular portion, which is isolated from the cavity of the housing, communicating with the controlled environment. 2. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что световоды резонаторов Фабри-Перо размещены в соосных, сопряженных между собой втулках, одна из которых, внутренняя, предназначена для размещения световода резонатора Фабри-Перо, соосного с центральной частью мембраны, а другая втулка охватывает первую и предназначена для размещения в ней световода второго резонатора Фабри-Перо, при этом торец первой втулки имеет фланец, взаимодействующий с одной стороны с наружным торцом второй втулки, а с другой стороны с прижимной гайкой, взаимодействующей с наружной поверхностью корпуса.2. The fiber-optic device for measuring pressure according to claim 1, characterized in that the fibers of the Fabry-Perot resonators are placed in coaxial, interconnected bushings, one of which, internal, is designed to accommodate the fiber of the Fabry-Perot resonator, coaxial with the central part of the membrane, and the other sleeve covers the first and is designed to accommodate the fiber of the second Fabry-Perot resonator in it, while the end of the first sleeve has a flange that interacts on the one hand with the outer end of the second sleeve, and on the other side s with a clamping nut interacting with the outer surface of the housing. 3. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что оптическое волокно световода каждого резонатора выполнено одномодовым.3. The fiber optic device for measuring pressure according to claim 1, characterized in that the optical fiber of the fiber of each resonator is made single-mode. 4. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что между корпусом и периферийным кольцевым участком мембраны со стороны ее противолежащей отражающей поверхности расположена прокладка, изолирующая данный участок мембраны от полости, сообщающейся с измеряемой средой.4. The fiber optic pressure measuring device according to claim 1, characterized in that between the body and the peripheral annular portion of the membrane on the side of its opposite reflective surface there is a spacer that isolates this portion of the membrane from the cavity in communication with the medium to be measured. 5. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что фоторегистрирующий блок выполнен в виде дифракционного спектрометра с линейкой фотоприемников. 5. The fiber optic pressure measuring device according to claim 1, characterized in that the photo-recording unit is made in the form of a diffraction spectrometer with a line of photodetectors.
RU2012130071/28A 2012-07-17 2012-07-17 Fibre-optic device of pressure measurement RU2509994C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130071/28A RU2509994C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Fibre-optic device of pressure measurement

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012130071/28A RU2509994C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Fibre-optic device of pressure measurement

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012130071A RU2012130071A (en) 2014-01-27
RU2509994C1 true RU2509994C1 (en) 2014-03-20

Family

ID=49956696

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012130071/28A RU2509994C1 (en) 2012-07-17 2012-07-17 Fibre-optic device of pressure measurement

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2509994C1 (en)

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105181191A (en) * 2015-09-08 2015-12-23 中国计量学院 Tunable optical fiber miniature Fabry-Perot pressure sensing device

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152601C1 (en) * 1998-06-16 2000-07-10 Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики РАН Fiber-optic pressure transducer (design versions) and its manufacturing process
US7224465B2 (en) * 2002-10-15 2007-05-29 University Of Maryland Fiber tip based sensor system for measurements of pressure gradient, air particle velocity and acoustic intensity
US7428054B2 (en) * 2002-10-15 2008-09-23 University Of Maryland Micro-optical sensor system for pressure, acceleration, and pressure gradient measurements
JP4769531B2 (en) * 2005-09-22 2011-09-07 株式会社山武 Differential pressure measurement system and differential pressure measurement method

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2152601C1 (en) * 1998-06-16 2000-07-10 Научный центр волоконной оптики при Институте общей физики РАН Fiber-optic pressure transducer (design versions) and its manufacturing process
US7224465B2 (en) * 2002-10-15 2007-05-29 University Of Maryland Fiber tip based sensor system for measurements of pressure gradient, air particle velocity and acoustic intensity
US7428054B2 (en) * 2002-10-15 2008-09-23 University Of Maryland Micro-optical sensor system for pressure, acceleration, and pressure gradient measurements
JP4769531B2 (en) * 2005-09-22 2011-09-07 株式会社山武 Differential pressure measurement system and differential pressure measurement method

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012130071A (en) 2014-01-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10495525B2 (en) Sapphire sensor apparatus including an optical fiber for measuring pressure and temperature
US10545035B2 (en) Optical sensor with one or more sensing interference elements
CN107024236B (en) F-P/FBG optical fiber sensor demodulation system
CN101825480B (en) Broadband light source and cascaded optical waveguide filter-based optical sensor
CA2509187C (en) Optical wavelength determination using multiple measurable features
US20170122828A1 (en) Optical pressure sensor
Wang et al. Fabry–Pérot fiber sensor for simultaneous measurement of refractive index and temperature based on an in-fiber ellipsoidal cavity
US7016047B2 (en) Active Q-point stabilization for linear interferometric sensors
Pinet Fabry-Pérot fiber-optic sensors for physical parameters measurement in challenging conditions
CN103278185B (en) Cavity ring-down fiber grating sensing demodulating device based on calibrated fiber grating
CN106940220B (en) A kind of laser wavelength real-time measurement device of Simple low-cost
RU102256U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
EP0260894A1 (en) Optical fibre measuring system
RU2509994C1 (en) Fibre-optic device of pressure measurement
RU2608394C1 (en) Device for measuring parameters of physical fields
RU2527308C1 (en) Fibre-optic thermometer
Xiao-qi et al. An optical fibre MEMS pressure sensor using dual-wavelength interrogation
Velluet et al. Fiber optic pressure sensor using white light interferometry
TW201144773A (en) Fiber sensing system
RU2495380C2 (en) Measuring method of parameters of physical fields
Ma et al. Intrinsic Fabry-Pérot interferometric (IFPI) fiber pressure sensor
Ushakov et al. Utilization of NI PXIe-4844 interrogator for high resolution fiber extrinsic Fabry-Perot interferometric sensing
Marzejon et al. Fibre-optic sensor for simultaneous measurement of thickness and refractive index of liquid layers
RU155334U1 (en) FIBER OPTICAL TEMPERATURE SENSOR
Bellmann et al. Compact and fast read-out for wavelength-encoded biosensors

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20140718