Фазовый волоконно-оптический датчик

Фазовый волоконно-оптический датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазовым интерферометрическим датчикам, и может быть использовано для измерения давления и температуры. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения давления и температуры и повышение точности измерений . Цель достигается тем, что в датчик, содержащий источник когерентного оптического излучения, разветвитель излучения, два измерительных волоконно-оптических канала, сумматор излучения и регистратор разности фаз, введены третий измерительный волоконно-оптический канал, вторые разветвитель, сумматор и регистратор разности фаз, а также вычислительное устройство . При этом три измерительных канала имеют одинаковую длину и различные фазовые чувствительности к изменению давления и температуры 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (я)5 G 01 J 5/00, G 91 К 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ.

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4645030/25 . (22) 01.02.89 (46) 15.04,91, Бюл. N 14 (72) Л.П.Прокофьева, А.В.Францессон и Ф.А,Шаталов (53) 536,51 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР йг 1428948, кл. G 01 К 11/12, 1986.

Авторское свидетельство СССР

N. 1365012, кл. G 02 B 6/00, 1986. (54) ФАЗОВЫЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазовым интерферометрическим датчикам, и может быть использовано для измерения давления

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазовым (интерферометрическим) волоконно-оптическим . датчикам физических величин, и может быть использовано для измерения температуры и давления.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей датчика за счет обеспечения одновременного измерения давления и температуры и повышение точностей их измерения, На чертеже показана схема предлагаемого датчика.

Датчик состоит из источника 1 когерентного оптического излучения, первого 2 и второго 3 разветвителей излучения, первого

4, второго 5.с модулятором 6 и третьего 7 измерительных волоконно-оптических каналов, первого 8 и второго 9 сумматоров оптического излучения, первого 10 и второ-

„„5lJ ÄÄ 1642263 А1 и температуры. Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения давления и температуры и повышение точности измерений, Цель достигается тем, что в датчик, содержащий источник когерентного оптического излучения, разветвитель излучения, два измерительных волоконно-оптических канала, сумматор излучения и регистратор разности фаз, введены третий измерительный волоконно-оптический канал, вторые разветвитель, сумматор и регистратор разности фаз, а также вычислительное устройство. При этом три измерительных канала имеют одинаковую длину и различные фаэовые чувствительности к изменению давления и температуры, 1 ил. го 11 регистраторов разности фаэ, регистратора 12 давления и регистратора 13 температуры. Выход источника 1 соединен с входом разветвителя 2, выходы которого соединены с входами измерительных каналов 4-7. Выход канала 5 соединен с входом разветвителя 3. а выходы каналов 4 и 7 с первыми входами сумматоров 8 и 9, с вторыми входами которых соединены выходы разветвителя 3. Выходы сумматоров 8 и 9 соединены соответственно с входами регистраторов 10 и 11 разности фаз, выход первого из которых соединен с первыми входами регистраторов давления 12 и температуры 13, а выход второго — с вторыми входами регистраторов 12 и 13.

Датчик работает следующим образом.

Излучение из источника 1 поступает через разветвитель 2 в каналы 4,5 и 7, проходя . в канале 5 через модулятор 6, модуляция

1642263 необходима для обработки сигналов в регистраторах 10 и 11. Изменения AP u AT давления P и температуры Т вызывают изменение Л 1 разности фаз на выходах каналов 4 и 5, а также изменение Az разности фаз на выходах каналов 7 и 5. В соответствии с общепринятыми определениями параметров фазовой чувствительности световода к изменениям давления и температуры А1и Лг связаны с AP u AT соотношениями (02 01) КЛТ+ (P2 Р1) KAP Й (1) (Оз — Ог) KAT+(Рз — Р2) KAP = й, (2) где 01,02,0з — температурные фазовые чувствительности каналов 4.5,7;

P1,Ð2,Ð3 — фэзовые чувствительности этих каналов к изменению давления;

2л

К = — — и I — постоянный коэффициент;

А — длина волны когерентного оптического излучения источника 1; — длина световодов каналов 4,5 и 7, которая находится во взаимодействии с измеряемыми давлением и температурой; п — показатель преломления сердцевины световодов, Изменение А1 измеряется регистратором 10 разности фаз, а изменение h,z — регистратором 11 разности фаз. Сигнал и поступает на первые входы регистратора 12 давления и регистратора 13 температуры, а сигнал h,z поступает на их вторые входы.

Выполнение требования неравенства нулю дискриминатора системы уравнения (1) и (2) обеспечивает однозначное определение величин AP и AT, которые связаны с Й и Аг соотношениями

ЛР =(Лг(02 01) + 61(О2 03)) /

/ (К (Ог -01 ) (Рз - Рг) + К {02 - 0 1) (P2 -Р1)); (3) AT = (Aг(P1 — P2)+ й(Рз — Рг)) /

/ (K(Qz — 01)(Рз — P2)+ K(Q2 01)(Р2-Р1)). (4)

Регистратор давления может быть выполнен в виде аналогового сумматора со значениями коэффициентов передачи С1 и Сг входных сигналов по первому и второму входам, удовлетворяющими требованиям

02 — Оз Сг 02 01 (5)

Г1 яр Г ер а регистратор температуры — в виде аналогового сумматора со значениями коэффициентов передачи $1 и Sz входных сигналов по соответствующим входам — требованиям

РЗ Р2 . Р1 Р2 (6)

Г ес Г ет где Г = — — и I ((02 -01) (Рз — Рг) +

2л

+ (02 ОЗ) (Р2 Р1)) > — длина волны оптического излучения; I — длина световодов каналов, которая находится во взаимодействии с

"0 измеряемыми давлением и температурой; п — показатель преломления сердцевины световодов; ер и ят — единицы измерения давления и температуры.

Очевидно, что в таком датчике изменение температуры не вызывает ухудшения точности измерения им изменения давления, так же как и наоборот.

Таким образом, использование предлагаемого датчика расширяет функциональ- ные возможности за счет обеспечения одновременного измерения давления и температуры и повышает точность измерения последних, Кроме того, предлагаемый датчик позволяет обеспечить меньшие габаритные размеры области измерения давления и температуры за счет использования трех независимых световодов вместо четырех при измерении давления и температуры двумя датчиками, 30

Формула изобретения

Фазовый волоконно-оптический датчик, содержащий источник когерентного оптического излучения, разветвитель излучения, первый измерительный волоконно-оптический канал, второй измерительный волоконно-оптический канал с модулятором излучения. сумматор оптического излучения и регистратор разности фаз, при этом выход источника излучения соединен с входом разветвителя, выходы разветвителя — с входами измерительных каналов, выходы измерительных каналов — с входами сумматора, выход которого соединен с входом регистратора разности фаз; причем измерительные каналы выполнены из волоконных световодов одинаковой длины с различными фазовыми чувствительностями. отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения одновременного измерения давления и температуры и повышения точностей измерения последних, в него введены третий измерительный волоконно-оптический канал, второй разветвитель излучения, второй сумматор оптического излучения, второй регистратор разности фаз, а также регистраторы давления и температуры, при этом вход третьего

1642263 (Q2 01) (Рз-Р2) +(Оз-02) (Р2-Р>) >

> 2 (02 01)(03 02) (Р2 Р1)(РЭ Р2), где индексы 1,2 и 3 соответствуют волоконным световодам первого, второго и третьего каналов.

Составитель А, Труханов

Редактор Ю. Середа Техред М.Моргентал Корректор М Пожо

Заказ 1139 Тираж 338 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. У кгород. ул.Гагарина. 101 измерительного канала соединен . с третьим выходом первого разветвителя, а его выход — с первым входом второго сумматора, выход второго сумматора — с входом второго регистратора разности фаз, 5 выход второго измерительного канала сое- . динен также с вторым входом второго сумматора через вход и первый выход второго разветвителя, а с входом первого сумматора — через вход и второй выход этого же 10 разветвителя, выход первого регистратора разности фаз соединен с первым входом регистратора давления и с первым входом регистратора температуры, а выход второго регистратора разности фаз — с вторым вхо- 15 дом регистратора давления и с вторым входом регистратора температуры, при этом волоконные световоды трех измерительных каналов выполнены с температурными фазовыми чувствительностями 0>,0г,0з и фазовыми чувствительностями Р1,Р2,Рз к изменению давления, удовлетворяющими требованию