СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО СИГНАЛА ПРИ ИСПОЛЬЗОВАНИИ АМПЛИТУДНЫХ ОПТИЧЕСКИХ ДАТЧИКОВ Российский патент 1996 года по МПК G01N21/39 

Изобретение относится к области волоконной оптики и наиболее эффективно может быть использовано при работе с амплитудными оптическими датчиками, в которых состояние контролируемого параметра определяют по изменению амплитуды оптического сигнала, подаваемого на указанный датчик.

Известен способ [1] при котором амплитуду оптического сигнала, прошедшего через амплитудный оптический датчик, сравнивают с амплитудой исходного сигнала и по ее изменению определяют изменение контролируемого параметра. Недостатком данного способа является то, что изменение интенсивности оптического сигнала в результате нестабильности излучателя или изменения пропускания оптической линии приводит к ошибке, которая может быть весьма значительной.

Наиболее близким к предлагаемому является способ [2] при котором оптический сигнал пропускают через оптическую линию и амплитудный оптический датчик. При этом исходный сигнал состоит из излучения с длинами волн λ₁ и λ₂, полученными из одного источника, и выбранными таким образом, что изменение контролируемого параметра изменяет амплитуду излучения только на одной длине волны, например λ₁, а изменение пропускания оптической линии и нестабильность источника излучения в равной мере отражаются на излучении с длиной волны λ₁ и λ₂.
Таким образом, зная исходное отношение мощностей К излучения на длине волны λ₁ и λ₂;
,
где мощность излучения на длинах волн λ₁ и λ₂, можно определить относительное изменение сигнала при прохождении излучения на тестирующей длине волны через амплитудный оптический датчик с исключением ошибки, связанной с нестабильностью (дрейфом мощности) источника излучения и изменением пропускания оптической линии. В этом случае

Здесь Р коэффициент, отражающий изменение мощности излучения за счет нестабильности излучателя и изменения пропускания оптической линии;
S коэффициент, вызывающий изменение мощности излучения на длине волны λ₁ в датчике за счет изменения контролируемого параметра;
мощности излучения на выходе из оптической системы;
мощности излучения на входе на соответствующих длинах волн.

Недостатком данного способа является невозможность использования монохроматического источника излучения. Кроме того, применение данного способа возможно только в случае, когда изменение контролируемого параметра не влияет на изменение интенсивности излучения на длине волны λ₂, что сужает функциональные возможности способа.

Технический результат, заключающийся в получении достоверных показаний изменения мощности излучения проходящего через амплитудный оптический датчик при использовании монохроматического излучения, достигается заявляемым способом.

Сущность заявляемого способа состоит в том, что оптический сигнал пропускают через оптическую линию и амплитудный оптический датчик, при этом оптический сигнал подают в виде импульсов длительностью τ и периодом T = nτ, где n > 2, при этом перед амплитудным оптическим датчиком оптический сигнал разделяют на два сигнала, один из которых пропускают через амплитудный оптический датчик, а другой через линию задержки со временем задержки t_o, где (T-τ)>t_o>τ, а об изменении контролируемого параметра судят по отношению амплитуд импульсов, прошедших через амплитудный оптический датчик и линию задержки.

Указанная совокупность признаков позволяет использовать монохроматический источник излучения и в то же время исключить ошибку определения состояния контролируемого параметра, возникающую вследствие нестабильность источника излучения и изменения пропускания оптической линии.

Способ поясняется чертежами, где изображено: на фиг. 1 блок-схема устройства для осуществления способа; на фиг. 2а график импульсной подачи оптических сигналов; на фиг. 2б график оптических сигналов, направляемых на амплитудный оптический датчик и в линию задержки; на фиг. 2в график оптических сигналов, прошедших через амплитудный оптический датчик и через линию задержки; на фиг. 2г график оптических сигналов, прошедших через амплитудный оптический датчик и через линию задержки при условии изменения интенсивности света.

В соответствии с фиг. 1 устройство содержит источник излучения 1, оптическую линию 2, разветвители 3, 4, амплитудный оптический датчик 5, линию задержки 6, фотоприемник 7.

На фиг. 2 показаны:
I и t обозначения координат, где I мощность оптического сигнала, t - время.

I_o исходная мощность оптического излучения, попадающего в оптическую линию 2 из источника излучения 1.

I₁ и I₂ мощности разделенных разветвителем 3 оптических сигналов, направляемых в датчик (I₁) и в линию задержки 6 (I₂).

I₃ мощность оптического сигнала, прошедшего через датчик.

I₄ мощность оптического сигнала, прошедшего через датчик при условии изменения интенсивности света источника излучения и пропускания оптической линии.

I₅ мощность оптического сигнала, прошедшего через линию задержки при условии изменения интенсивности света источника излучения и пропускания оптической линии.

t_o время задержки.

Т период следования импульсов.

τ длительность импульса.

Способ реализуется блок-схемой следующим образом.

Оптический сигнал I_o (фиг. 2а), излучаемый источником 1, попадает в оптическую линию 2 и разделяется на сигналы I₁ и I₂ разветвителем 3. Сигнал I₁, подается на амплитудный оптический датчик 5. Сигнал I₂ подается в линию задержки 6. Сигнал I₁, пройдя через датчик 5, превращается в сигнал I₃, сигнал I₂, проходя через линию задержки 6, не изменяется по мощности, но появляется с задержкой t_o. В случае дрейфа интенсивности источника излучения 1 или изменения степени пропускания оптической линии связи 2 сигнал I₃ превращается в сигнал I₁, а сигнал I₂ в сигнал I₅.

Импульсная подача позволяет разделить исходный сигнал I_o на два I₁ и I₂, пропустить их по разным каналам, а именно через датчик 5 и через линию задержки 6. Очевидно, что сигнал, прошедший через линию задержки 6, не изменяет своей мощности, в то время как мощность сигнала I₁, прошедшего через датчик 5, меняется с I₁ до I₃ при этом I₃ SI₁ где
S определяется значением контролируемого параметра.

Дрейф мощности источника излучения 1 и изменение пропускания оптической линии 2 в равной степени сказываются на изменении величины сигналов I₃ и I₂, которые принимают значение соответственно I₄ и I₅ т.е.

I₄ rI₃
I₅ rI₂,
где r коэффициент, определяющийся дрейфом интенсивности источника излучения 1 и изменением пропускания оптической линии 2.

Сигналы I₄ и I₅ подаются на фотоприемник 7 через разветвитель 3. Периодичность Т подачи импульсов I_o выбирается из соотношения T = nτ,, где n > 2, а t_o выбирается из соотношения (T-τ)>t_o>τ..

Таким образом регистрируют два сигнала I₄ и I₅. Состояние контролируемого параметра определяют из отношения:

где К коэффициент, являющийся характеристикой разветвителя 3.

Таким образом, способ позволяет исключить ошибку определения состояния контролируемого параметра, возникающую в результате дрейфа мощности источника излучения и изменения пропускания оптической линии, поскольку отношение I₄/I₅ от этих параметров не зависит.

Кроме того, способ позволяет использовать монохроматический источник излучения, например лазерный генератор. В итоге он становится пригодным для работы с амплитудными оптическими датчиками, в которых изменение контролируемого параметра влияет на изменение мощности оптического излучения во всем спектральном диапазоне.

Использование: изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано в области разработки измерительных устройств. Сущность заключается в том, что с целью повышения достоверности измерения оптический сигнал подают импульсно. Перед датчиком его разделяют на два сигнала. Один из сигналов пропускают через датчик, где он претерпевает изменение от изменения контролируемого параметра, а другой - через линию задержки. По отношению величин сигналов судят об изменении параметра. 2 ил.

Способ измерения оптического сигнала при использовании амплитудных оптических датчиков, включающий последовательную подачу оптического сигнала в оптическую линию и амплитудный оптический датчик и проведение измерений по значению контролируемого параметра, отличающийся тем, что оптический сигнал подают в оптическую линию в виде импульсов, длительностью τ с периодом T = nτ где n > 2, при этом перед амплитудным оптическим датчиком оптический сигнал разделяют на два сигнала, один из которых пропускают через амплитудный оптический датчик, а другой через линию задержки с временем задержки t₀, где (T-τ) > t_o> τ, и определяют значение контролируемого параметра по отношению амплитуд импульсов, прошедших через амплитудный оптический датчик и линию задержки.