Мультиплексная волоконно-оптическая система контроля физических величин Советский патент 1991 года по МПК G01L1/24 

f

Изобретение относится к иэмери- тельной технике и может быть использовано для дистанционного измерения физических величин {сила, давление, температура, ускорение и т.д.) одновременно от многих волоконно-оптических датчиков указанных физических величин.

Целью изобретения является расширение динамического диапазона и уменьшение погрешности измерения путем компенсации влияния дестабилизирующих факторов на коэффициент передачи измерительного тракта,

На чертеже представлена блок-схема мультиплексной волоконно-оптической системы контроля физических величин.

Система содержит импульсный генератор 1, оптический источник 2 излучения, оптический соединитель 3, передающий волоконно-оптический тракт 4, оптический ответвитель 5, волоконно-оптический измерительный преобра зователь 6, содержащий подводящий волоконный световод 7 с оптическим соединителем 8, оптический делитель 9 мощности, опорный оптический канал 10, параллельно ему включенные оптическую линию 11 задержки и чувствительный элемент 12, сумматор 13 оптической мощности, отводящий волоконный световод 14 с оптическим соединителем 15, оптический ответвитель 16, приемный волоконно-оптический тракт 17 с оптическим соединителем 18, фотоприемный блок 19, выход которого ;)лектрн- чески подключен к электрической линии 20 задержки и первому управляемому ключу 21. Выход электрической линии 20 задержки подключен к селектору 22 опорного сигнала и через дру гую линию 23 задержки - к второ.1у управляемому ключу 24. Выход се.пек- тора опорного сигнала подключен к первому и второму управляемым клгочом 21 и 2, к входу riHKOBoro детектора 25 канала управления. Выходы управляемых ключей подключены к импульсному вь читающему блоку 26, Вь. ход пикового детектора 25 Kaii;iJia ленил подключен к вычитак шрму (Зпоку 27, к котором / подключен нсто шмк 28 onopHOj o напряж ння, выход . илчи- тающего блока 26 подключен к -прпл- ляемому усилителю , вьгкид которого подключен к. входу Д€мулг-,тиг|. 30, к iiTopi: MV входу KO i ojrr i и r.c-i v:(

5

336302

чен импульсный генератор 1. Выходные каналы.демультиплексора 30 подключены к пиковым усилительным детекторам 31 .

2 Работает система следующим образом. От импульсного генератора 1 короткий импульс ( 10 нсек) поступает на источник излучения 2 (лазерный диод), от которого оптический импульс вводится через оптический соединитель 3 в передаюпщй волоконно-оптический тракт 4, из которого с помощью оптических ответвителей 5 оптическая мощность разветвляется по волоконно- оптическим измерительным преобразователям 6 (датчикам). Оптический импульс после оптического ответвителя 5 проходит через оптический соединитель 8 по подводящему волоконному светово20 ду 7 к оптическому делителю мощности 9, из которого импульс, прошедший по опорному оптическому каналу 10, поступает на сумматор 13 оптической мощности по отводящему волоконному

25 световоду 14, в оптический соединитель 15, оптический ответвитель 16 и в приемный волоконно-оптический тракт 17 и далее через оптический соединитель 18 на фотоприемный блок 19. Другой оптический импульс от оптического делителя мощности 9 проходит через оптическую линию задержки 11, чувствительный элемент 12, в котором- импульс модулируется по амплитуде измеряемой физической величиной, поступает в сумматор 13 оптической мощности и далее по тому же пути, что и первый оптический импульс, поступает на фотоприемный блок 19. Амплитуда опорного импульса зависит от потерь в тракте,соединителях,ответви- телях,волоконных световодах.Такие потери испытывает измерительный импульс, но к этому добавляется воздействие чувствительного элемента 12 Поэтому,вычитая один сигнал из другого в вычитающем блоке, получают сигнал, величина которого зависит только от значения измеряемой величины и не зависит от указанных дестабилизирующих факторов в соединителях, волоконных трактах и световодах. Электрические сигналы с фотоприемного блока 19 в виде следующих один за другим импульсов (опорного сигнала и задержанного

5 оптической линией задержки измерительного сигнала) поступают на утграв- ляем1.е-ключи 21 и 24, закрытые перед приходом импульсов, причем первый

30

.35

40

45

импульс опорного сигнала не может пройти через закрытый управляемый ключ,21, а проходит через электричес кие линии 20, 23 задержки. После линии 20 задержки незначительная часть мощности опорного импульса ответвляется в селектор 22 опорного сигнала, выходной сигнал которого открывает :управляемые ключи 21 и 2А. К этому моменту к ключу 21 подходит измерительный импульс, а к ключу 24 опорный импульс. Время задержки оптической линии задержки 11 и суммарное время, задержки электрических линий задержки 20 и 23 одинаково. Время .задержки в линии 23 равно времени на прохождение сигнала в селекторе 22 опорного импульса и времени, необходимого для открывания ключей 21 и 24, После прохождения импульсами ключей 21 и 24 они закрываются до поступления новой пары импульсов (опорного и измерительного сигналов) от другого измерительного преобразователя. Прошедшие импульсы поступают к импульсному вычитающему блоку 26, выходной сигнал которого пропорционален измеряемой физической величине, воспринимаемой чувствительным элементом 12 измерительного преобразователя. При этом нестабильность оптических соединителей 3, 8, 15, 18 в передающих и приемньк трактах 4 и 17 в подводящем и отводящем воло- KOHHbijc световодах 7 и 14 компенсируется в вычитающем блоке. Таким образом устраняются погреипюсти измерения, связанные с влиянием различных дестабилизирующих факторов в оптических трактах и соединителях. Для поддерживания определенного нас10

15

23363U4

штабирования уровня измерительного сигнала от различных измерительных преобразователей, включенных в волоконно-оптическую систему контроля физических величин, служит управляемый усилитель 29, на вход которого поступает сигнал с выхода импульсного вычитающего блока 27. Управляющее напряжение на усилитель 29 поступает с выхода вычитающего блока 27, на один из входов которого подается напряжение сравнения от источника 28 опорного напряжения, а на даугой вход подается напряжение от выхода пикового детектора 25 канала управления, вход которого подключен к выходу селектора 22 опорного сигнала. При изменении уровня опорного сиг.- нала изменяется и напряжение на выходе пикового детектора 25. В результате сравнения напряжения от пикового детектора 25 с заданным напряжением источника 28 опорного напряжения сигнал рассогласования с выхода вычитающего блока 27 поступает на управляемый усилитель 29,поддерживая необходимый масштаб каждого из измег- рительных преобразователей. С выхода управляемого усилителя 29 измерительные импульсы поступают на демуль - типлексор 30, в котором каждый из импульсов измерительных преобразователей распределяется по соответствующим им каналам, которые подключены к пиковым усилительным детекторам

35 31. На выходе каждого из пиковых усилительных детекторов имеется напряжение, соответствующее измеряемой физической величине в каждом из волоконно-оптических измерительных

преобразователей.

20

25

30

,/fyV

f ж

G |Uf

lii

/Составитель H. Михалев

Редактор E. Кравцова Техред Л.Олейник

Заказ 2560 Тираж 358 , Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.

Производственно-полиграфическое .предприятие,г,Ужгород ул.Проектная, 4

Корректор С.Шекмар