Волоконно-оптическая система измерения давления Советский патент 1991 года по МПК G01L11/00 G01L1/24 G01L11/02 

. -Г.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для дистанционного контроля параметров объектов, в частности для измерения давления или силы.

Целью изобретения является повышение точности измерений за счет расширения полосы пропускания и повыше- ния устойчивости к внешним воздействиям.

На фиг.1 представлена Функциональная схема системы; на фиг.2 - временные диаграммы, иллюстрирующие процесс преобразования в устройстве.

Система содержит источник питания 1, излучатель ,2, передающий световод 3, основной и дополнительный коллиматоры 4 и 5 соответственно, поляризаторы 6 и 7, чувствительные элементы 8 и 9, отражатели 10 и 11, первичный преобразователь

12давления в силу, преобразователь

13электрического сигнала в силу, приемный световод 14, фотодетектор

с усилителем 15, дополнительньй приемный световод 16, дифференцирующее устройство 17, компаратор 18, первый и второй измерители временных интервалов 19 и 20, первое, второе и третье вычитающие устройства 21, 22 и . 23, первый и второй сумматоры 24 и 25, первое и второе устройства деления двух сигналов 26 и 27, первый и второй масштабирующие преобразователи электрических сигналов 28 и 29, . генератор пилообразного напряжения 30, источник опорного напряжения 31, коммутатор 32, селектор 33 электрических сигналов и устройство управления 34,

Основной и дополнительный поляризаторы 6 и 7, чувствительные эле- 8 и 9 и отражатели 10 и 11 установлены последовательно, соответственно, за основным и дополнительным коллиматорами 4 и 5, а дополнительный приемный световод 16 - между дополнительным коллиматором 5 и фотодетектором с усилителем 15. Кроме того, последовательно соединены: источник питания 1, излучатель 2, передающий световод 3, основной коллиматор 4 и приемный световод 14, дополнительный коллиматор 5, дополнительный приемный световод 16, фотодетектор с усилителем 15, дифференцирующее устройство 17, компаратор 18. Выход компаратора 18 соединен с входами первого и второго измерителей временных интервалов 19 и 20, выходы которых соединены с входами первого вычитающего устройства 21 и первого сумматора 24. Выходы первого вычитающего устройства 21 и первого сумматора 24 соединены с входами пер врго устройства деления двух сигнало 26, выход которого соединен с входом

селектора 33 электрических сигналов, gg который деформирует дополнительный

Первый выход селектора 33 соединен с вторыми входами, а второй и третий выходы соответственно с первыми входами второго и третьего вычитающих

чувствительный элемент 9, изменяя за счет пьезооптического эффекта егб коэффициент преломления. Аналогично измеряемое давление преобразу

5

0

устройств 22 и 23, выходы которых соединены с входами второго устройства деления двух сигналов/27,. выход которого соединен с входом первого масштабирующего преобразователя электрических сигналов 28, выход которого является выходом всей системы. Генератор пилообразного напряжения 30 соединен с первыми входами коммутатора 32 и второго сумматора 25, а также с входом второго масштабирующего преобразователя электрических сигналов 29 и с управляющими входами первого и второго измерителей вре- ,. манных интервалов 19 и 20. Источник опорного напряжения 31 соединен с вторым входом второго сумматора 25, которого соединен с вторым входом коммутатора 32. Выход второго / масштабирующего преобразователя элек- сигналов 29 соединен с третьим входом коммутатора 32, выход которого соединен с входом преобра- 5 зователя 13 .электрического сигнала в силу, выход которого соединен с дополнительным чувствительным элементом 9. Выход первичного преобразователя 12 давления в силу соединен с ocHOBHbw чувствительным элементом

8.Выход устройства управления 34 соединен с управлякяцими входами коммутатора. 32 и селектора 33.электри- . ческих сигналов.

Волоконно-оптическая система измерения давления работает следующим образом. Излучатель 2 генерирует излучение, которое проходит последовательно по передающему световоду

0 3 j в прямом и обратном направлении через основные коллиматор 4, поляризатор 6, чувствительный элемент 8, по основному приемному световоду 14, в прямом и обратном направлении че5 рез дополнительные -коллиматор 5, поляризатор 7, чувствительный элемент

9,по дополнительному приемному световоду 16 и подается на фотодетвктор с усилителем 15. Цикл измерения сосQ тоит из трех тактов. В первом такте сигнал треугольной формы с выхода генератора пилообразного напряжения 30 проходит через управляемый коммутатор 32 на преобразователь 13,

0

5

который деформирует дополнительный

чувствительный элемент 9, изменяя за счет пьезооптического эффекта егб коэффициент преломления. Аналогично измеряемое давление преобразуМ

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить точность измерения давления при дистанционном контроле параметров объектов за счет расширения полосы пропускания и повышения устойчивости к внешним воздействиям. Для этого, наряду с источником питания 1, излучателем 2, передающим световодом 3, коллиматором 4, чувствительным элементом 8, приемным световодом 14, фотодетектором с усилителем 15 и устройством деления двух сигналов 26, волоконно-оптическая система измерения давления содержит основной 6 и дополнительный 7 поляризаторы, отражатели 10 и 11, дополнительные коллиматор 5, приемный световод 16 и чувствительный элемент 9, а также первичный преобразователь 12, дополнительный преобразователь 13, дифференцирующее устройство 17, компаратор 18, измерители временных интервалов 19 и 20, вычитающие устройства 21,22, 23, сумматоры 24 и 25, второе устройство деления 27, масштабирующие преобразователи 28, 29, генератор 30, источник опорного напряжения 31, коммутатор 32, селектор 33 и устройство управления 34. Основные и дополнительные элементы 6-11 образуют интерференционно-поляризационные спектральные светофильтры, установленные последовательно по отношению к проходящему излучению, что позволяет преобразовать измеряемую величину в смещение спектра, и далее - в широтно-модулированный сигнал, не зависящий от затухания в оптических элементах, аппаратных нелинейностей и влияния помех на результат измерения.

Редактор А.Кондрахина

Составитель И.Сумцов

Техред Н.Дидьос Корректор Л,Пата;й

Заказ 2666. 359 Подписное.

ВНЯИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ПСНТ СССР

113035, Носква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственногиэдатальскяй комбинат Патент, г. Ужгород, ул. Гагарине,101

eiCfl в преобразователе 12 в силу и изменяет коэффициент преломления ос новного чувствительного элемента 8. Основные и дополнительные поляризаторы 6, 7, чувствительные элементы 8, 9 и отражатели 10, 11 представляют собой интерференционно- поляризационные спектральные светофильтры По отношению к проходящему излучению основной и дополнительный интерференционно-поляризационные светофильтры ,установлены последовательно Характер зависимости сигнала на выходе фотодетектора с усилителем.15 от изменения показателя преломления представлен на фиг.2. Показатель преломления дополнительного чувствительного элемента 9 изменяется по пилообразному закону. Управляемые от генератора пилообразного напряжения 30 измерители 19 и 20 измеряют соответственно временные интервалы между моментами времени первого Т - и второго Т, третьего Tj и четвертого. по счету изменения знака сигнала за период колебания генератора 30.

Во втором такте сигнал генератора 30 суммируется с напряжением источника 31 и результирующее напряжение проходит на выход коммутатора 32. В третьем такте на выход коммутатора 32 проходит сигнал генератора 30, измененный во втором масштабирующем преобразователе в К раз.

Сигналы с выходов селектора 33 обрабатываются в блоках 22, 23 и 27, а на выход системы результирующий сигнал подается через масштабирукндий преобразователь 28 с коэффициентом передачи, устанавливаемым при калибровке.

Последовательная схема соединения интерференционно-поляризационных фильтров позволяет преобразовать измеряемую величину в смещение спектра и, далее, в широтно-модулирован- ный сигнал, чт.о обеспечивает независимость результата измерения от затухания в оптических элементах и „высокую помехоустойчивость. Благодаря использованию трех тактов преобразования, компенсируются аппаратные нелинейности, что позволяет повысить точность измерений.

Форм у.л аизобретения

Волоконно-оптическая система измерения давления, содержащая после

довательно соединенные источник пи- Та«ия, излучатель, передающий световод, коллиматор, чувствительный элемент, приемный световод, фотодетектор с усилителем, а также содержащая устройство деления двух сиг10

15

25

30

что, с Делью повышения точности измерения за счет расширения полосы пропускания и повышения устойчивости к внешним воздействиям, она снабжена основным и дополнительным поляризаторами, двумя отражателями, дополнительными коллиматором, приемным световодом и чувствительным элементом, а также первичным преобразователем давления в силу, преобразователем электрического сигнала в силу, 20 дифференцирующим устройством, koMtta ратором, первым и вторьм измерителями временных интервалов, первым, вторым и третьим вычитапщими устройствами, первым и вторым сумматорами. Вторым устройством деления двух сигналов, пepвы и вторым мас- .штабирующими преобразователями электрических сигналов, генератором пилообразного напряжения, источником опорного напряжения, коммутатором, селектором электрических сигналов и устройством управления, причем основные и дополнительные поляризаторы, чувствительные элементы и отражатели установлены последовательно, соответственно, за основным и дополнительным коллиматорами, дополнитель - ный приемньй.световод установлен между дополнительным коллиматором и 0 фотодетектором с усилителем, первич- .ный преобразователь давления в силу соединен с основным чувствительным элементом, последовательно соединены фотодетектор с усилителем, дифферен- 5 Цирующее устройство и компаратор, выход к-оторогр соединен с входами первого и второго измерителей временных интервалов, соответствующие выходы которых соединены с входами первого вычитающего устройства и с входами первого сумматора, выходы первого вычитающего устройства и первого сумматора соединены с входа- ми первого устройства деления двух g сигналов, выход которого соединен с входом селектора электрических сигналов, .первый выход которого соеди- нен с вторыми входами, а второй и третий выход соответственно с первы35

O