Устройство для измерения виброперемещений Советский патент 1988 года по МПК G01H9/00 

1386854

Изобретение относится к измеритель- нрй технике и предназначено для оптического измерения вибрации, в част- фсти для дистанционного оптического съема вибраций в условиях загрязнения, радиации и сильных электромагнитных помех.

Цель изобретения - повышение КПД $а счет использования ортогональной 10 толяризации опорного и сигнального 1учей, применения оптического волокна

качестве единого закрытого тракта передачи

Немодулированный (опорный) луч направляется зеркалами 6 и 7 на второй поляризационный ответвитель 5, где опорный и сигнальный лучи совмещаются. Оба луча, поляризованных ортогонально, вводятся через согласующий элемент 9 в первое оптическое волокно 8 и через согласующий элемент 10 поступают на третий поляризационный ответвитель 11. На последнем лучи разделяются так, что сигнальный луч падает на отражатель 12, а опорный луч - на четвертый направленный

На чертеже представлена схема уст- 15 поляризационный ответвитель 1. Сиг- ройства для измерения вибрсперемеще- нальный луч, пройдя через призму, НИИ,получает фазовьй набег

Немодулированный (опорный) луч направляется зеркалами 6 и 7 на второй поляризационный ответвитель 5, где опорный и сигнальный лучи совмещаются. Оба луча, поляризованных ортогонально, вводятся через согласующий элемент 9 в первое оптическое волокно 8 и через согласующий элемент 10 поступают на третий поляризационный ответвитель 11. На последнем лучи разделяются так, что сигнальный луч падает на отражатель 12, а опорный луч - на четвертый направленный

Изобретение относится к измерительной технике. Цель изобретения - повьшение КПД за счет применения оптического волокна в качестве единого закрытого тракта передачи. Излучение квантового генератора 1 расщецляется на два ортогонально поляризованных луча, один из которых модулируется -по частоте модулятором.3. Немодулированный (опорный) луч направляется зеркалами 6 и 7 на второй поляризованньш ответвитель 5. Оба луча, полязированных ортогонально, вводятся через согласующий элемент 9 в первое оптическое волокно 8 и через согласующий элемент 10 поступают на третий лоляри- зационный ответвитель 11, где лучи разделяются так, что сигнальный луч падает на призму 12, а опорный - на четвертый направленный поляризационный ответвитель 13. Сигнальный и опорный лучи совмещаются направленным поляризационным.ответвителем 13 и падают на анализатор 14, после прохождения последнего, входного элемента 16 согласования, второго оптического волокна 15, выходного элемента 12 согласования цринимаются фотоприемником 18. Электрический сигнал с фотоприемника 18 поступает на усилитель 19, настроенный на частоту (0, а затем через ограничитель 20 в част тотный детектор 21. Напряжение на выходе частотного детектора несет в себе информацию об амплитуде механических колебаний. 1 ил. Xfi):ActK t Q & (Л со 00 а оо ел 4 /ifff/ojofff.f .Н выход

Устройство содержит оптический квантовый генератор 1, первый направ ленный поляризационньш ответвитель 2 модулятор 3, генератор 4 высоких частот, второй направленньй поляризационный ответвитель 5, зеркала 6 и 7, первое оптическое волокно В, :согла- сующие элементы 9 ввода и 10 вывода света для первого оптического волокн третий направленный поляризационный ответвитель 11, уголковый отражатель 12, четвертый направленный поляризационный ответвитель 13, анализатор 14, второе оптическое волокно 15, согласующие элементы 16 ввода и 17 вывода света для второго оптического волокна, фотоприемник 18, усилитель, 19, ограничитель 20 и частотный детектор 21.

В качестве оптического квантового генератора используют лазер, все поляризационные ответвители выполнены в виде склеек призм исландского шпата клеем (-бальзамом), волокно - од- номодовое в жесткой оплетке.

Устройство работает следуюпщм образом.

Излучение квантового генератора 1 падает на первый направленный поляризационный ответвитель 2 и расщепляется на два ортогонально поляризованных луча. Один из лучей модулируется по частоте модулятором 3, который подключен к генератору 4 высоких частот . Частота модулированного сигнального луча

с о +С0;л,

где 05о - частота лазерного излучения; - частота модулятора.

м 4 « x(t) /л 47Acos(Qt) /-х,

где А, О. - амплитуда и частота механических колебаний.

30

20 25

35

40

45

50

Сигнальный и опорный лучи совмещаются направленным поляризационным от- ветвителем 13. Электрические составляющие электромагнитного поля для ортогонально поляризованных лучей описываются выражениями

Е Е„со5 + U(47osinut) /-л. Е„ Е„соз(сд„О,

где Е(. - напряженность электрического

поля сигнального луча; EJ, - напряженность электрического

поля опорного луча; Eg - амплитуда поля. Совмещенные опорный и сигнальный лучи падают на анализатор 14. Напряженность электрического поля, прошедшего через анализатор 14 (фиг. 1), с учетом его пропускания описывается выражением

J V -|СЕ,-Е„)

)(4 irAasinQt))t 1- COSQjjt

55

Частота сигнала, несущего информацию о вибрации, после прохождения через анализатор 14, входной элемент 16 согласования, второе оптическое волокно 15, выходной элемент 17 согласования и принимаемого фотоприемником 18 равна

u(t)(4VAusinat)/ ;.

Электрический сигнал с фотоприемника 18 поступает на усилитель 19, настроенный на частоту iJ, а затем через ограничитель 20 - в частотный детектор 21. Напряжение на выходе последнего несет в себе информацию об амплитуде механических колебаний.

Uv,(t)S(4TAosinnt)/5(,

где - напряжение на выходе частотного детектора;.

S - крутизн а характеристики частотного детектора.

Формула изобретения Устройство для измерения виброперемещений, содержащее лазер, отражающее зеркало, модулятор с генератором высоких частот и последовательно электрически соединенные фотоприемник, усилитель, ограничитель и частотный детектор, отличающееся тем, что, с целью повьшения КПД, оно снабжено уголковым отражателем, предназначенным для закрепления на объекте., четырьмя направленными поляризаци- онными ответвителями, один из которых установлен между лазером и модулятором и оптически связан с зеркалом, вторым отражающим зеркалом, оптически связанным с первым зеркалом и вторым ответвителем, расположенным последо- вательно по ходу излучения за модуля

0

0

тором, анализатором п двумя оптическими волокнами с согласующими элементами, один из которых установлен между вторым и третьим ответвителями, другой - между фотоприемником и анализатором, последовательно размещен ным в ходе излучения от четвертого ответвителя, оптически связанного с третьим, уголковый отражатель ориентирован так, что его ортогональные отражающие поверхности образуют углы

/4 с оптическими осями, проходящими соответственно через первый и третий отвеТвители и фотоприемник и четвертый ответвитель, ответвители ориентированы так, что плоскость склейки третьего ответвителя ортогональна плоскости склейки четвертого ответвителя, второго ответвителя - плоскости склейки первого и параллельна плоскости склейки третьего, плоскость склейки первого ответвителя образует угол 35/4 с проходящей через нее оптической осью, второго ответвителя - угол Т/А с той же осью, анализатор ориентирован так, что его плоскость пропускания образует угол Т/4 с боковой гранью четвертого ответвителя, первые зеркало и ответвитель расположены так, что проходящая через них оптическая ось образует угол с нормалью к плоскости склейки, а второе зеркало и ответвитель расположены так, что проходящая через них оптическая ось образует угол ii /4 с плоскостью склейки второго ответвителя.