Волоконно-оптический датчик микроперемещений Советский патент 1990 года по МПК G01B11/02 

v

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в волоконно-оптических системах сбора, обработки и передачи информации. Целью изобретения является повышение чувствительности за счет снижения оптических потерь путем согласования модовой структуры отраженного излучения с приемным световодом. Пучок излучения,формируемый световодом 1, преобразуется отражающим элементом 4 и возбуждает излучение в световоде 2, торец которого размещен в плоскости торца световода 1. Внешние воздействия, приводящие к перемещению отражателя 4, обусловливают модуляцию интенсивности направляемых мод световода 2. Благодаря выполнению отражателя 4 в виде плоского рельефного элемента с заданным рельефом обеспечивается согласование световодов 1 и 2. 1 ил.

О

о

о

00 СП

со

Изобретение относится к измерительной технике с использованием оптиче зких средств измерения и может быть использовано в волоконно-оптических системах сбора, обработки и передачи информации.

Цель изобретения - повышение чувствительности за счет снижения собственных потерь путем согласования модовой структуры Отраженного излучения с приемным световодом.

На чертеже представлена схема ьоло- конно-оптичеокОго датчика микроперемещений.

Датчик содержит два параллельных световода 1 и 2 с торцами, лежащими в одной плоскости, диаметром сердцевины 2а, расположенные на расстоянии 2Н один от другого. Радиус основной моды в каждом световоде равен оь (по уровню 1 /1 интенсивности). В плоскости 3, перпендикулярной осям световодов 1,2, на расстоянии 1 от выходных торцов световодов 1,2 расположен плоский отражающий элемент 4, выпол- ненный с возможностью перемещения. Световоды 1,2 оптически связаны отражающим элементом 4.

Датчик работает следующим образом.

Пучок излучения, формируемый световодом 1, преобразуется отражающим элементом 4 и возбуждает излучение в световоде 2.. Внешние воздействия, приводящие к любым смещениям отражающего элемента 4, обуславливают модуляцию интенсивности направляемых мод световода 2, чем и обеспечивается использование этой схемы в качестве амплитудного датчика микроперемещений.

При выполнении отражающего элемента 4 в виде плоского рельефного элемента с высотой рельефа h(x, у), определяемой из соотношения

h(x,y)A ±-fcS

47Г

mod2;7r ( + .f(x + + L

+ У(х-Н)2+у2+1Д

-2/Т12Т1Л)2

2 4

где L 1 (1 +

2а

KNA

дов;

г I

К 2/Л/А - волновое число; А- рабочая длина волны излучения; X, у - координаты в плоскости элемента; 2Н - расстояние между осями световоI - расстояние от торцов световодов до тражателя;

оь - радиус основной моды световодов по уровню 1/1 интенсивнрсти; ро константа (может быть выбрана

равной нулю);

mod2jr(t). - наименьший положительный остаток от деления t ни 2п, при этом поперечный размер самой тонкой оны Френеля элемента А равен

Д A/2-NA,

где NA - числовая апертура световодов при общем размере элемента d, определяемом из условия

2a

Т

1 -Ь41

2

где 2а - диаметр сердцевины световода, обеспечивается полное согласование световодов, т.е. модовый , выходящий из световода 1 (т.е. имеющий перетяжку на торце световода), отображается в модовый пучок, входящий в световод 2,о перетяжкой на торце.

Ф о р м у л а и 3 о б р ет е н и я Волоконно-оптический датчик микроперемещений, содержащий передающий и приемный световоды, расположенные так, что их оси параллельны друг другу, а торцы размещены в одной плоскости, и отражающий элемент, оптически связанный со световодами, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности за счет снижения оптических потерь, отражающий элемент в виде плоского рельефного элемента с высотой h(x, у) рельефа, определяемой соотношением

h(x,v)A 5zs2:,

mod 2я (- + К V(x + H)-t-y2

+ V(x-Hf-f-y2+L2 -2VH2+L2 ).

2 4

где L l(l4---),cro

41

2а KNA

55

Т

А- рабочая длина волны излучения; X, у - координаты в плоскости элемента;

5 16068536

(pG - постоянная (допускается равнойoti - радиус основной моды световодов

нулю);по уровню 1/1 интенсивности;

2Н - расстояние между осями светово-modmW- наименьший положительный

дов;остаток от деления t на 2jr;

I - расстояние от торцов световодов до5 NA - числовая апертура световодов;

отражателя;2а - диаметр сердцевины световодов.