ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ УПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ Российский патент 1997 года по МПК H04R23/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной и испытательной технике и может быть использовано для контроля и измерения параметров вибраций и звуковых волн, например, в области гидроакустики.

Прототипом изобретения является волоконно-оптический преобразователь упругих колебаний, содержащий источник когерентного света, первое и второе одномодовые оптические волокна, первый и второй светоотражатели, сформированные соответственно на торцах первого и второго оптических волокон, оптический ответвитель и фотоприемник, оптически связанные в интерферометр Майкельсона, первое одномодовое оптическое волокно которого является предметным, а второе опорным его плечами, а также фазосдвигающее устройство, установленное во втором одномодовом оптическом волокне, усилитель, регистратор и блок обратной связи, выполненный в виде интегратора, компаратора и источника опорного сигнала, при этом выход фотоприемника через усилитель подключен параллельно к регистратору и интегратору, выход интегратора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к источнику опорного сигнала.

Недостатком прототипа является недостаточно высокая чувствительность гомодинного преобразователя.

Техническим результатом, который может быть получен при осуществлении изобретения, является повышение чувствительности преобразователя.

Технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическом преобразователе упругих колебаний источник когерентного света выполнен двухволновым, а на его выходе установлен оптический переключатель с блоком управления, при этом внутри первого одномодового оптического волокна сформирован полупрозрачный светоотражатель на две длины волны, первый светоотражатель выполнен на две, а второй на одну волны, причем выход усилителя через блок обратной связи дополнительно соединен с управляющим входом блока управления, выход которого подключен к двухволновому оптическому переключателю.

Кроме того, в первое одномодовое волокно может быть введено дополнительное фазосдвигающее устройство.

Регистратор может быть дополнительно соединен с выходом блока управления.

На фиг. 1 представлена общая схема преобразователя; на фиг. 2 схема соединений электронных блоков в преобразователе; на фиг. 3 временные диаграммы, поясняющие принцип работы преобразователя.

Волоконно-оптический преобразователь содержит (фиг. 1) источник 1 когерентного света, выполненный двухволновым на длины волн λ₁ и λ₂, на выходе которого установлен двухволновый переключатель 2, управляемый блоком 3 управления. Кроме того, имеется два одномодовых оптических волокна 4 и 5. На входе волокна 4 установлено оптическое вводное устройство 6, на входе волокна 5 оптическое выводное устройство 7.

Часть волокна 4 свернута в предметную волоконную катушку 8, а часть волокна 5 свернута в опорную волоконную катушку 9. Имеются также оптический ответвитель 10, полупрозрачный светоотражатель 11 на длины волн λ₁ и λ₂ и светоотражатели 12 и 13, выполненные соответственно на две длины волны λ₁ и λ₂ и на одну длину волны λ₁.

Оптические элементы 4, 6, 7, 8, 10, 11 и 12 оптически связаны в многолучевой интерферометр Фабри-Перо, работающий на длине волны λ₂. Оптические элементы 4, 6, 7, 8, 9, 10, 12 и 13 оптически связаны в двухлучевой интерферометр Майкельсона, работающий на длине волны λ₁.

Кроме того, имеется общий фотоприемник 14, подключенный выходом через усилитель 15 к регистратору 16, На вход регистратора 16 может подаваться сигнал в виде масштабного множителя с блока 3 управления.

В состав интерферометров могут также входить фазосдвигающие устройства 17 и 18.

Преобразователь также содержит блок 19 обратной связи (фиг. 2), выполненный в виде интегратора 20, компаратора 21, и источника 22 опорного сигнала. Блок 19 обратной связи устанавливается между блоком 3 управления и усилителем 15.

В качестве двухволнового оптического переключателя 2 можно использовать простейшее механическое устройство с двумя светофильтрами.

Переключатель 2 можно выполнить в виде электро-оптического модулятора, работающего на любом известном принципе. Функции переключателя 2 заключаются в том, чтобы по команде он пропускал нужную длину волны λ₁ и λ₂.

В качестве блока 3 управления в этом случае можно использовать любой управляемый генератор командных импульсов.

Преобразователь представляет собой по существу два спаренных волоконно-оптических гомодинных интерферометра, работающих на различных длинах волн. Причем датчиком является волоконная катушка 8. В зависимости от уровня входного сигнала работает интерферометр Майкельсона на длине волны λ₁ или интерферометр Фабри-Перо на длине волны λ₂. Если уровень входного сигнала известен заранее, выбор длины волны λ₁ или λ₂ осуществляют вручную. Если уровень входного сигнала неизвестен, то возможно автоматическое переключение рабочих длин волн и интерферометров.

Преобразователь работает следующим образом.

Предварительно с помощью фазосдвигающих устройств 17 и 18 рабочую точку А на выходных кривых 23 и 24 (фиг. 3) интерферометров Майкельсона и Фабри-Перо совмещают и устанавливают в области максимальной кривизны и линейности выходных кривых. Затем на волоконную катушку направляют входной сигнал 25 (фиг. 1), который вызывает деформацию волокна катушки и сдвиг фаз световой волны в ней по сравнению со световой волной в опорной катушке 9 (допустим, что работает сначала интерферометр Майкельсона на длине волны λ₁.

На временной диаграмме входной сигнал изображен под позицией 26 (фиг. 3). На длине волны λ₂ выходной сигнал на выходе фотоприемника 14 изображен под позицией 27, на длине волны λ₁ под позицией 28.

Выходной сигнал с фотоприемника 14 усиливается усилителем 15 (фиг. 1 и 2) и затем подается на регистратор 16, на который одновременно подается сигнал с блока 3 управления для указания масштаба сигнала (различный на различных длинах волн). Одновременно сигнал с усилителя 15 подается на интегратор 20, после которого сравнивается с уровнем опорного сигнала источника 22 в компараторе 21. Если проинтегрированный выходной сигнал с двухлучевого интерферометра будет меньше уровня опорного сигнала источника 22, то на блок 3 управления с компаратора 21 поступает командный сигнал на переключение переключателем 2 режима работы преобразователя на длину волны λ₂. При этом включается в работу более чувствительный интерферометр Фабри-Перо и выключается двухлучевой интерферометр. Одновременно на регистратор 16 подается сигнал об изменении масштаба выходного сигнала.

Обратное переключение на длину волны λ₁ произойдет аналогичным путем в случае, если проинтегрированный выходной сигнал преобразователя превысит уровень опорного сигнала. В этом случае в работу вновь включается интерферометр Майкельсона, имеющий более широкий линейный диапазон гомодинного преобразования по сравнению с многолучевым интерферометром Фабри-Перо.

Таким образом, представленный преобразователь упругих колебаний наряду с широким динамическим диапазоном гомодинного преобразователя, присущей двухлучевому интерферометру Майкельсона, обладает повышенной чувствительностью многолучевого интерферометра Фабри-Перо.

Использование: измерение параметров звуковых волн. Сущность изобретения: преобразователь содержит двухволновый источник когерентного света, на выходе которого установлен двухволновый оптический переключатель с блоком управления, первое и второе одномодовые оптические волокна, первый светоотражатель на две длины волны, второй светоотражатель на одну длину волны, оптический ответвитель и фотоприемник, оптически связанные в интерферометр Майкельсона. Внутри первого одномодового волокна сформирован полупрозрачный отражатель и оно является предметным плечом интерферометра. На втором одномодовом волокне установлено фазосдвигающее устройство. Преобразователь содержит также электронную схему обработки. 2 з. п. ф-лы, 3 ил.

1. Волоконно-оптический преобразователь упругих колебаний, содержащий источник когерентного света, первое и второе одномодовые оптические волокна, первый и второй светоотражатели, сформированные соответственно на торцах первого и второго оптических волокон, оптический ответвитель и фотоприемник, оптически связанные в интерферометр Майкельсона, первое одномодовое оптическое волокно которого является предметным, а второе опорным его плечами, а также фазосдвигающее устройство, установленное во втором одномодовым оптическом волокне, усилитель, регистратор и блок обратной связи, выполненный в виде интегратора, компаратора и источника опорного сигнала, при этом выход фотоприемника через усилитель подключен параллельно к регистратору и интегратору, выход интегратора соединен с первым входом компаратора, второй вход которого подключен к источнику опорного сигнала, отличающийся тем, что источник когерентного света выполнен двухволновым, а на его выходе установлен двухволновый оптический переключатель с блоком управления, при этом внутри первого одномодового оптического волокна сформирован полупрозрачный светоотражатель на две длины волны, первый отражатель выполнен на две, а второй на одну длину волны, причем выход усилителя через блок обратной связи дополнительно соединен с управляющим входом блока управления, выход которого подключен к двухволновому оптическому переключателю. 2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что в первое одномодовое оптическое волокно введено дополнительное фазосдвигающее устройство. 3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что регистратор дополнительно соединен с выходом блока управления.