Волоконно-оптический датчик скорости перемещения отражающего объекта Советский патент 1988 года по МПК G01P3/36 

ю to

01

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для дистанционного контроля и измере1шя параметров движения технологических объектов.

Целью изобретения является повы-г шение чувствительности датчика за счет амплитудного согласования фото- детектируемого излучения, а также конструктивное упрощение.

На чертеже изображена функциональная схема волоконно-оптического датчика скорости перемещения отражающе- го объекта,

Датчик содержит источник 1 излучения, сватоделительное устройство 2 волоконные световоды 3 и З , выход- тле торцы которых оптиг1ески согласо- ва.1ш посредством отраженного от по- вер хностя объекта 4 перемещения излу qQHHHj а входные оптически согласованы с источш хком излучения и фото- детектором 5 через светоделительное устройство. Торцы световодов снабже- тл оптическими элементами 6 ввода/вывода (фокусировки) излучения например микрообъективами. Роль микрообъ- ективов б могут выполнять также оп-. лавленнь е соответствующим образом торцы световодов 3 и З ,

Датчик работает следующим образом, . .

Излучение источника 1 расщепляется на два пучка светоделитепьным устройством 2 и вводится со стороны входьшх торцов в волоконные световоды 3 и 3 (ВС)..Фокусируемые со стороны вькоднык торцов ВС 3 и 3 на поверхности отражающего объекта переме щения световые пучки отражаются от дрижущегося объекта 4 с изменением частоты излучения вследствие эффекта

. . 2V sine Допгшера на величину ± г.,,

где V - линейная скорость перемеще- шш объекта в области пересечения фокусируемых световых пучков; 6 . arctg (d/R); R и расстояние между торцами ВС 2d показаны на чертеже Д длина волны излучения источника

Зондирующее излучение, выходящее из ВС 3 после отражения от объекта 4 попадает в ВС З со стороны его вы- заэдного торца, а излучение, выходя

щее из ВС 35 после отражения от образца 4 попадает в ВС 3 со стороны выходного торца. Таким образом, одноименные концы волоконных световодов

«

5

Q 5 0

Q

5

являются входными (выходными) для зондирующего излучения и одновременно выходными (входными) для отраженного.

В светоделительном устройстве отраженные световые .потоки рекомбиниру- ют и происходит когерентное сложение отраженных световых полей. Ток i на выходе фотодетектора 5 является фушс дней скорости V

, kP +Zk-/ .cos{4 -Sie t ji

где P - мощности световых волн, падающих на фоточувствительную поверхность детектора

k коэффициент токовой чувствительности фототедектора| ц - коэффициент эффективности

Фотосмещения.

При этом переменная составляющая фототока модулирована удвоенной доп- леровской частотой 2f (.р)-() , где а - частота зондиру1вщего излучения .

Повьпвение чувствительности датчика достигается повьшением степени амплитудного согласования смешиваемых в фотодетекторе отраженных световых потоков. Каждый из световых потоков проходит в ВС 3 и 3 одинаковый оптический путь (1 Ij) и имеет одинаковые потери на отражение.

Вследствие равенства оптических путей интерферирующих световых волн становится возможным использование слабокогерентнЪго ис гочника, например светодиода с широкой спектральной полосой ; Д А , порядка десятков нанометров При этом когерентное взаимодействие мод в волокне сохраняется на расстоянии Lg,

М-Л .

5

ез - лЛ-(пс - п,О где ti ,Пр5- - показатели преломления

сердцевины и оболочки волоконного световода; М - число модовых групп волоконного световода; / 1 Л - длина волны и ширина линии соответственно излучения источника. Поэтому для подавления когерентного межмодового взаимодействия длину ВС 3 и З следует выбирать из условия

Ц Ч - ЧзФормула изобретения

1. Волоконно-оптический датчик скорости перемещения отражающего объекта, содержащий историк излучения, светоделительное устройство, первый и второй волоконные световоды, фотодетектор, при этом входной торец первого волоконного световода оптически согласован .через светоделитель с источником оптического излучения и фотодетектором, а выходной торец первого волоконного световода оптически согласован с выходным торцом второго

волоконного световода, отличающий с я тем, что, с целью повышения чувствительности датчика за счет амплитудного согласования фотодетек- тируемого излучения, входной торец второго волоконного световода оптически согласован через светоделитель с источником излучения и фотодетектором .

2. Датчик поп.1 отличаю- щ и и с я тем, что, с целью конст- Р5ГКТИВНОГО упрощения, в качестве источника излучения использован свето- Диод.

Изобретение относится к измери- тельной технике и позволяет повысить чувствительность устр-ва за счет амплитудного согласования фотодетекти- руемого излучения. Излучение источника 1, расщепленное светоделитель- ным устр-вом 2 на два пучка, вводится в волоконные световодьг 3, 3 . Выходные торцы световодов 3 являются входными для отраженных от движущегося объекта 4 потоков, смешиваемых в фотодетекторе 5. Равенство оптических путей интерферирующих световых потоков- обуславливает использование слабокогерентного источника, например светодиода с широкой спектральной полосой, 1 з.п. ф-лы, 1 ип. (Л

Составитель А.Тимофеев Редактор И.Шулла Техред А.Кравчук Корректор А.Тяско,

Заказ 4425/45

Тираж 847

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное