Волоконно-оптический преобразователь давления Советский патент 1989 года по МПК G01L11/02 

4Ь

00

со

со

О5

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления во вчрыво- опасных средах, при повышенных температурах, в условиях сильных электромагнитных полей.

Целью изобретения является повышение помехоустойчивости преобразователя давления.

На фиг. 1 приведена блок-схема предлагаемого преобразователя давления; на фиг. 2 - структура коаксиального световода; на фиг. 3 и 4 - графики изменений чувствительности J5 световода соответственно к температуре и деформации в зависимости параметров световода

Волоконно-оптический преобразователь давления содержит источник 1 20 излучения, соединенный через фокуси- . рующую систему 2 с первым торцом ко-1 аксиального световода 3, намотанного на катушку 4, второй торец световода 3 через делитель 5, например полупро- 25 зрачное зеркало, диафрагму 6 и первый фотоприемник 7 соединен с входом первого усилителя 8, выход которого соединен с индикатором 9. Второй выход делителя 5 через второй фотопри- 30 емник 10 соединен с первым входом второго усилителя 11, второй вход которого соединен с выходом источника 12 опорного напряжения, а выход усилителя 11 подключен к источнику 1 из- ,с лучения.

Устройство (фиг. 1) работает следующим обр аз ом о

Энергия от источника 1 излучения уерез фокусирующую систему 2 вводит- 40 ся в коаксиальный световод 3. На выходе из световода 3 излучение разделяется на два потока. Один поток че- рез диафрагму 6 (излучение стержневого световода) поступает на фотоприем- 45 ник 7, сигнал которого усиливается с помощью усилителя 8 и подается на индикатор 9.

Второй поток (излучение стержневого и трубчатого световодов) посту- сп пает на фотоприемник 10, сигнал которого подается на усилитель 11. В усилителе 11 сравниваются два сигнала, и по их разности регулируется ток в источнике 1 излучения.ее

Под действием давления коаксиальный световод деформируется и происходит перераспределение энергии светового излучения между стержневым и

грубчптым световодами, что фиксируется индикатором 9, проградуированным в единицах давления.

Чувствительность коаксиального световода к деформации и температуре можно определить из условий связи стержневого и трубчатого световодов. Изменение мощности по длине стержневого световода описывается зависимостью

PR(z)P0sin cz,(1)

где с - коэффициент связи световодов;

Р0 - вводимая в световод мощность.

Чувствительность коаксиального световода к температуре можно определить через чувствительность фазы, сигнала Ч cz:

2К

3 «- -Ј «« 1.Ј.

+ Ь Н F aw

21Г где с- - 2un .F (V, , V5 , kc) ;

(2)

V, Q с-ЬУ

„„ b-a

КС - относительное расстоа

кие между световодами;

оС - коэффициент линейного расширения материала волокна;

1 - термооптический коэффициент материала волокна;

h - длина чувствительного элемента,,

Чувствительность коаксиального световода к деформации определяется выражением Ы - 21 „. и „ Г, . Дп, . 2п

da, Я

2un-h.F 1+

п,

п -пЪ

Дгц

-)+с 11 + 144 )

F 9Vf F 9V,

п

, an, ч Ј. гТ ( - п } Ь п

(3)

где Дп, - - (Р„ -2PU (Р, ))

б - коэффициент Пуассона; РЯ , 44 -коэффициенты фотоупругостн; ёг деформация в световоде.

Результаты расчета приведены на фиг. 3 и 4.

Приведенные формулы получены при допущении, что световоды являются . слабонаправляющими, т.е. и одномоцовыми.

Чувствительность световода можно варьировать в широких пределах за

514

счет изменения длины световода и его параметров.

Использование коаксиального световода позволяет добиться чувствительности к температуре, близкой к нулю.

Предлагаемый преобразователь давления обеспечивает стабилизацию оптического сигнала, что позволяет скомпенсировать потери излучения, выз- ванные изгибом световода, изменением эффективности ввода излучения в световод .

Благодаря применению коаксиального световода и отрицательной обратной связи по мощности излучения повышается помехоустойчивость волоконно-оптического преобразователя давления. Формула изобретения

Волоконно-оптический преобразователь давления, содержащий источник излучения, фокусирующую систему, све

Q

5

0

29Ь6

товод с клтушкои, делитель оптического излучения, фотоприемник и инди- катор, отличающийся тем, что, с целью повышения помехоустойчивости, он снабжен диафрагмой, вторым фотоприемником, двумя усилителями и источником опорного напряжения, а световод выполнен коаксиальным, причем источник излучения через фокусирующую систему соединен с первым торцом коаксиального световода, второй торец которого соединен с делителем оптического излучения, первый выход которого через диафрагму, первый фотоприемник и первый усилитель соединен с индикатором, а второй выход через второй фотоприемник соединен с первым входом второго усили теля, второй вход которого соединен с выходом источника опорного напряжения, а. выход второго усилителя соединен с входом источника излучения.

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить помехоустойчивость при измерении давления при повышенных температурах и в условиях сильных электромагнитных полей. Для этого, наряду с источником 1 излучения, фокусирующей системой 2, световодом 3 с катушкой 4, делителем 5 оптического излучения, фотоприемником 7 и индикатором 9 волоконно- оптический преобразователь давления содержит диафрагму 6, второй фотоприемник 10, усилители 8 и 11 и источник 12 опорного напряжения, а световод 3 выполнен коаксиальным. Выбором параметров коаксиального световода достигается термостабильность, а использование отрицательной обратной связи по мощности излучения позволяет компенсировать влияние изгиба световода, изменение эффективности ввода излучения в световод. 4 ил.

Фиг.З A 2 r rfV .. x,

7i2 b/MUKpofoP

0,7

0,6 0,5 W 0.3 0,2 0,1

КС 0,2

KC 2

V1