RU2804679C1 - Fibre-optic displacement sensor - Google Patents

Fibre-optic displacement sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2804679C1
RU2804679C1 RU2023106942A RU2023106942A RU2804679C1 RU 2804679 C1 RU2804679 C1 RU 2804679C1 RU 2023106942 A RU2023106942 A RU 2023106942A RU 2023106942 A RU2023106942 A RU 2023106942A RU 2804679 C1 RU2804679 C1 RU 2804679C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
output
fibre
photodetector
optic
light guide
Prior art date
Application number
RU2023106942A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Георгиевич Штек
Максим Александрович Жеглов
Виталий Владимирович Беляков
Станислав Олегович Васецкий
Дарья Борисовна Жмурова
Владимир Игоревич Бусурин
Александр Викторович Казарьян
Original Assignee
Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт приборостроения"
Filing date
Publication date
Application filed by Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт приборостроения" filed Critical Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт приборостроения"
Application granted granted Critical
Publication of RU2804679C1 publication Critical patent/RU2804679C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: fibre-optic displacement transducers.
SUBSTANCE: device comprises a source of optical radiation, a fibre optic light guide, a photodetector, an electronic information processing unit. The output of the source of optical radiation is fixed at the first end of the fibre-optic light guide, at the second end there is a perceiving zone made in the form of a bevel, which forms a prism of total internal reflection. The output of the fibre-optic light guide is connected to the input of the photodetector. The output of the photodetector is connected to an electronic information processing unit capable of calculating displacements. The output of the electronic information processing unit is the output of the entire fibre-optic displacement sensor.
EFFECT: increase in the accuracy of measuring the movement of optically transparent moving objects in the submicrometer range.
1 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим измерительным преобразователям перемещений, и может быть использовано при измерении перемещений в субмикрометровом диапазоне.The invention relates to measuring technology, in particular to fiber-optic displacement transducers, and can be used to measure displacement in the submicrometer range.

Известен волоконно-оптический датчик перемещений (заявка на изобретение РФ 2272985, G01B 1/00, 27.03.2006), содержащий излучатель поляризованного света, волоконный световод, регистратор, излучатель.A fiber-optic displacement sensor is known (RF application for invention 2272985, G01B 1/00, 03/27/2006), containing a polarized light emitter, a fiber light guide, a recorder, and an emitter.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства является крепление рефлектора, излучателя поляризованного света и приемника с вертикальным держателем линз на контролируемом объекте, что приводит к невозможности его применения для контролируемых объектов, которые не должны подвергаться дополнительным механическим воздействиям.The reasons preventing the achievement of the technical result indicated below when using a known device is the mounting of a reflector, a polarized light emitter and a receiver with a vertical lens holder on the controlled object, which makes it impossible to use it for controlled objects that should not be subjected to additional mechanical stress.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является волоконно-оптический датчик перемещений (заявка на изобретение РФ 2489679, G01B 11/02, G01D 5/26, 10/08/2013) (прототип), содержащий источник оптического излучения, выход которого подключен к входу подводящего волоконно-оптического световода, первый и второй отводящие волоконно-оптические световоды, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фотоприемников, электронный блок обработки сигналов.The closest device for the same purpose to the claimed device in terms of the set of characteristics is a fiber-optic displacement sensor (RF application for invention 2489679, G01B 11/02, G01D 5/26, 10/08/2013) (prototype) containing a source of optical radiation, the output of which is connected to the input of the incoming fiber-optic light guide, the first and second outlet fiber-optic light guides, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second photodetectors, respectively, an electronic signal processing unit.

В данном устройстве осуществлено повышение точности измерения перемещения объекта путем получения сигнала, пропорционального перемещению перемещающегося объекта, который не зависит от колебаний мощности источника излучения.This device improves the accuracy of measuring the movement of an object by receiving a signal proportional to the movement of the moving object, which does not depend on fluctuations in the power of the radiation source.

Недостатком предложенного волоконно-оптического датчика перемещений является необходимость крепления отражающего элемента к перемещающемуся объекту, что приводит к изменению состояния поверхности, создает дополнительную массу, и как следствие, ухудшает точность измерения в субмикрометровом диапазоне перемещений.The disadvantage of the proposed fiber-optic displacement sensor is the need to attach a reflective element to a moving object, which leads to a change in the state of the surface, creates additional mass, and, as a result, deteriorates the measurement accuracy in the submicrometer range of movements.

Целью данного патента является устранение указанного недостатка. Технический результат - повышение точности измерения перемещения оптически прозрачных подвижных объектов в субмикрометровом диапазоне.The purpose of this patent is to eliminate this drawback. The technical result is an increase in the accuracy of measuring the movement of optically transparent moving objects in the submicrometer range.

Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический датчик перемещений, состоящий из источника оптического излучения, выход которого закреплен на первом конце волоконно-оптического световода, выход которого подключен к входу фотоприемника, выход которого подключен к электронному блоку обработки информации, имеет воспринимающую зону, расположенную на втором конце и выполненную в виде скоса, который образует призму полного внутреннего отражения, а фотоприемник закреплен на волоконно-оптическом световоде таким образом, что оптический луч (оптическая связь), отражаясь от воспринимающей зоны, падает на фоточувствительную зону. Угол скоса волоконно-оптического световода рассчитывается по формуле:The technical result is achieved in that the fiber-optic displacement sensor, consisting of an optical radiation source, the output of which is fixed at the first end of the fiber-optic light guide, the output of which is connected to the input of the photodetector, the output of which is connected to the electronic information processing unit, has a receptive zone located at the second end and made in the form of a bevel, which forms a prism of total internal reflection, and the photodetector is mounted on a fiber-optic light guide in such a way that the optical beam (optical communication), reflected from the receptive zone, falls on the photosensitive zone. The bevel angle of the fiber optic light guide is calculated by the formula:

где n1 - показатель преломления сердцевины волоконно-оптического световода; n2 - показатель преломления среды, разделяющей подвижный объект и воспринимающую зону (вакуум или газовая среда).where n 1 is the refractive index of the fiber optic light guide core; n 2 is the refractive index of the medium separating the moving object and the receiving zone (vacuum or gaseous environment).

На Фиг. 1 приведена схема устройства.In FIG. 1 shows a diagram of the device.

Принятые обозначения:Accepted designations:

1 - источник оптического излучения;1 - source of optical radiation;

2 - волоконно-оптический световод;2 - fiber-optic light guide;

3 - фотоприемник;3 - photodetector;

4 - электронный блок обработки сигналов;4 - electronic signal processing unit;

5 - воспринимающая зона;5 - receptive zone;

6 - среда, разделяющая подвижный объект и воспринимающую зону;6 - medium separating the moving object and the receiving zone;

7 - подвижный объект.7 - moving object.

Устройство состоит из источника оптического излучения 1, волоконно-оптического световода 2, фотоприемника 3, электронного блока обработки информации 4, воспринимающей зоны 5.The device consists of an optical radiation source 1, a fiber-optic light guide 2, a photodetector 3, an electronic information processing unit 4, and a receiving zone 5.

Источник оптического излучения 1 прикреплен к первому концу волоконно-оптического световода 2, на втором конце расположена воспринимающая зона 5, выполненная в виде скоса, который образует призму полного внутреннего отражения, фотоприемник 3 закреплен на выходе волнового-оптического световода, выход которого подключен к электронному блоку обработки сигналов 4. Выход электронного блока обработки сигналов 4 является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.The optical radiation source 1 is attached to the first end of the fiber-optic light guide 2, at the second end there is a receiving zone 5, made in the form of a bevel, which forms a prism of total internal reflection, a photodetector 3 is attached to the output of the wave-optic light guide, the output of which is connected to the electronic unit signal processing 4. The output of the electronic signal processing unit 4 is the output of the entire fiber-optic displacement sensor.

Заявленное устройство работает следующим образом: после включения волоконно-оптического датчика перемещений источник оптического излучения 1 с длиной волны X излучает световой пучок постоянной мощности. Оптическое излучение поступает в волоконно-оптический световод 2 и отражается от воспринимающей зоны 5. Изменение расстояния между подвижным объектом 7 и воспринимающей зоны 5 приводит к изменению отражательной способности структуры «воспринимающая зона 5 - среда 6, разделяющая подвижный объект 7 и воспринимающую зону 5 - подвижный объект 7», что приводит к изменению мощности оптического излучения, падающего на фотоприемник 3. Отраженная от воспринимающей зоны 5 оптическая мощность излучения регистрируется фотоприемником 3, подключенного к электронному блоку сигналов 4. По зависимости мощности оптического излучения от ширины зазора между воспринимающей зоной 5 и подвижным объектом 6 определяется перемещение подвижного объекта 7.The claimed device operates as follows: after turning on the fiber-optic displacement sensor, the optical radiation source 1 with wavelength X emits a light beam of constant power. Optical radiation enters the fiber-optic light guide 2 and is reflected from the receiving zone 5. A change in the distance between the moving object 7 and the receiving zone 5 leads to a change in the reflectivity of the structure “perceiving zone 5 - medium 6, separating the moving object 7 and the receiving zone 5 - moving object 7", which leads to a change in the power of optical radiation incident on the photodetector 3. The optical radiation power reflected from the receiving zone 5 is recorded by the photodetector 3 connected to the electronic signal unit 4. According to the dependence of the optical radiation power on the width of the gap between the receiving zone 5 and the moving object 6 determines the movement of the moving object 7.

В качестве источника оптического излучения 1 можно использовать источник оптического излучения LLS-LS-215 производства OPTIKON.As an optical radiation source 1, an optical radiation source LLS-LS-215 manufactured by OPTIKON can be used.

В качестве фотоприемника 3 можно использовать фотодиод IG17X250S4I производства Laser Components.Photodiode IG17X250S4I manufactured by Laser Components can be used as photodetector 3.

В качестве волоконно-оптического световода 2 можно использовать волокно с сохранением поляризации РМ1550-ХР производства THORLABS.As a fiber-optic light guide 2, you can use polarization-maintaining fiber PM1550-XP manufactured by THORLABS.

Таким образом, предлагаем волоконно-оптический датчик перемещений обладает повышенной точностью в субмикрометровом диапазоне без дополнительных приспособлений, которые механически воздействуют на подвижный объект.Thus, we offer a fiber-optic displacement sensor with increased accuracy in the submicrometer range without additional devices that mechanically act on a moving object.

Claims (1)

Волоконно-оптический датчик перемещений, содержащий источник оптического излучения, выход которого закреплен на первом конце волоконно-оптического световода, выход которого подключен к входу фотоприемника, выход которого подключен к электронному блоку обработки информации, отличающийся тем, что воспринимающая зона расположена на втором конце и выполнена в виде скоса, который образует призму полного внутреннего отражения, фотоприемник закреплен на волоконно-оптическом световоде таким образом, что оптический луч, отражаясь от воспринимающей зоны, падает на фоточувствительную зону фотоприемника.A fiber-optic displacement sensor containing a source of optical radiation, the output of which is fixed at the first end of the fiber-optic light guide, the output of which is connected to the input of a photodetector, the output of which is connected to an electronic information processing unit, characterized in that the receiving zone is located at the second end and is made in the form of a bevel, which forms a prism of total internal reflection, the photodetector is mounted on a fiber-optic light guide in such a way that the optical beam, reflected from the receiving zone, falls on the photosensitive zone of the photodetector.
RU2023106942A 2023-03-23 Fibre-optic displacement sensor RU2804679C1 (en)

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2804679C1 true RU2804679C1 (en) 2023-10-03

Family

ID=

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1276044A1 (en) * 1985-06-28 1991-05-30 Предприятие П/Я А-3390 Fibre-optics system for measuring physical values
RU2292525C1 (en) * 2005-05-14 2007-01-27 Тольяттинский государственный университет A fiber-optic sensor
WO2020025665A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 Trinamix Gmbh A detector for determining a position of at least one object
WO2020039084A1 (en) * 2018-08-24 2020-02-27 Trinamix Gmbh A measurement head for determining a position of at least one object

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SU1276044A1 (en) * 1985-06-28 1991-05-30 Предприятие П/Я А-3390 Fibre-optics system for measuring physical values
RU2292525C1 (en) * 2005-05-14 2007-01-27 Тольяттинский государственный университет A fiber-optic sensor
WO2020025665A1 (en) * 2018-07-31 2020-02-06 Trinamix Gmbh A detector for determining a position of at least one object
WO2020039084A1 (en) * 2018-08-24 2020-02-27 Trinamix Gmbh A measurement head for determining a position of at least one object

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4994682A (en) Fiber optic continuous liquid level sensor
CN108594257B (en) Speed measuring sensor based on Doppler effect and calibration method and measuring method thereof
JP6297064B2 (en) Non-contact pressure measurement optical sensor
KR20030095049A (en) A concave ended interferometric Optical Fiber Sensor for Displacement measurement of Cantilever Probe of Atomic Force Microscope
CN109342758B (en) Speed measuring sensor
US4380394A (en) Fiber optic interferometer
US4729654A (en) Laser interferometer
RU2804679C1 (en) Fibre-optic displacement sensor
US11293799B2 (en) Chromatic confocal sensor
JP2001183444A (en) Range finder
US5349181A (en) Fiber optic chemical sensor having specific channel connecting design
JPS6011103A (en) Remote measuring device
CN109084691B (en) Refractive displacement sensor and measuring method thereof
JPH068724B2 (en) Optical detector
SU1244489A1 (en) Level indicator
RU78947U1 (en) DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
JP2789414B2 (en) Small tilt angle detector
RU2744159C1 (en) Fiber-optical signaler of level and type of liquid
RU2184945C1 (en) Thermally stable fiber-optical pressure transducer
RU78946U1 (en) DEVICE FOR MEASURING LINEAR MOVEMENTS OF OBJECTS WITH A FLAT MIRROR-REFLECTING SURFACE
RU75043U1 (en) FIBER OPTICAL SPEED METER
KR100326170B1 (en) Measuring device for waveguides pitch of optical device
SU922539A1 (en) Device for measuring temperature
JPS61256204A (en) Optical fiber displacement sensor
RU1774233C (en) Method of determining linear displacement of objects with flat mirror-reflection surface