Оптико-волоконный коммутатор Советский патент 1992 года по МПК G02F1/09 

Изобретение относится к оптико-волоконным устройствам, предназначеннным для измерения параметров контролируемых объектов и может быть использовано в технических средствах автоматизированных систем управления.

Известен оптико-волоконный матричный переключатель, содержащий матрицу в полости которой расположены оптические волокна, эластичную перемычку, выполненную в теле матрицы, пуансон взаимодействующий с перемычкой.

Однако известное устройство имеет недостаточную надежность из-за необходимости значительной пластической деформации перемычки пуансоном при этом возникают большие контактные напряжения в местах соприкосновения материала матрицы с оптическим волокном, что приводит к быстрому старению пластика из которого выполнена мембрана и преждевременной потере работоспособности

Известен позициейно-чувствительный датчик с магнитооптической модуляцией

монохроматического излучения который по технической сущности и достигаемому положительному эффекту, является наиболее близким к предлагаемому изобретению и принят авторами за прототип, содержащий поляризатор, анализатор. Ось главного пропускания анализатора ориентирована под углом 45° к оси главного пропускания поляризатора, однородный магнитоактивный элемент, подмагничивающий катушку и фазовую полуволновую пластину, оптическая ось которой совмещена с осью главного пропускания поляризатора, при этом разделение светового потока обеспечивается фазовой полуволновой пластиной.

Недостатком данного устройства является низкая надежность и чувствительность из-за того, что оно может работать только с монохроматическим излучением, а так как монохроматическое излучение должно быть линейно поляризованным и плоскость поляризации излучения должна поворачиваться на определенный угол, и после прохождения излучения через пластину.

00

с

VI О

ю ю чэ

CJ

плоскость поляризации также повернется на определенный угол относительно оптической оси, в результате происходит сложное преобразование, что приводит к уменьшению надежности и чувствительности прибора.

Целью изобретения является повышение надежности, быстродействия и снижение оптических потерь.

Поставленная цель достигается оптиковолоконным коммутатором, включающим световоды, пару оптически связанных концов, которые закреплены на общем основании и бимагнитострикционную пружину с управляемым источником магнитного поля, дополнительно содержит непрозрачный для коммутирующего излучения экран, укрепленный на бимагнитострикционной пружине с возможностью перемещения, торцы оптически связанных световодов закреплены на расстоянии, превышающем толщину экрана, а экран размещен в промежутке между торцами световодов, при этом торцы световодов и бимагнитострикционная пружина с экраном размещены внутри герметичного корпуса, заполненного иммерсионной жидкостью с образованием остаточного пузырька при рабочей температуре коммутатора.

Совместное использование магнито- стрикционного эффекта и силы электромагнитного притяжения при управлении положением бимагнитострикционной плоской пружиной с экраном, значительно повысит чувствительность и надежность оптико-волоконного коммутатора, так как эквивалентная составляющая результирующей силы, приходящейся на долю магнито- стрикционного эффекта, составляет более шестидесяти процентов. Дополнительное управление положением бимагнитострикционной плоской пружиной с экраном может быть выполнено путем создания внешнего магнитного поля, например, постоянным магнитом, связанным с объектом. На обмотку подмагничивания подается сигнал обратной положительной связи с блока преобразования, как функция от мощности светоприемника.

Наличие иммерсионной жидкости в полости корпуса снижает потери светового потока при его переходе из светоизлучателя в светоприемник и улучшает динамику перемещения бимагнитострикционной плоской пружины при ее срабатывании, что также повышает чувствительность устройства.

Полость корпуса устройства заполнена иммерсионной жидкостью так, что имеется остаточный пузырек воздуха, который обеспечивает способность устройства работать

в различных климатических условиях, так как при повышении температуры происходит расширение жидкости, заполняющей полость корпуса устройства, а при отсутствии пузырька воздуха или дополнительного компенсатора, произойдет разрыв корпуса и устройство выйдет из строя. Выполнение бимагнитострикционной плоской пружины из двух слоев в одинаковыми коэффициен0 тами линейного расширения, исключает ложные срабатывания при колебаниях температуры окружающей среды, что повышает надежность устройства.

На фиг. 1 и 2 представлен оптико-воло5 конный коммутатор в разрезе (вид сбоку и спереди).

Оптико-волоконный коммутатор состоит из герметизированного корпуса 1, в полости которого с его торцов введены

0 навстречу друг другу светоизлучатель 2 и светоприемник 3, торцевые грани которых с зазором расположены друг против друга. Светоизлучатель 2 и светоприемник 3 выведены из герметизированного корпуса 1

5 через втулки 4 и 5. которые герметично вмонтированы в корпус 1. Посредством оптических разъемов 6 и 7, через волоконно-оптические линии связи 8 и 9, светоизлучатель 2 подключен к поляризатору 10, а

0 светоприемник 3 к анализатору 11, которые подключены к блоку преобразования электрического сигнала в световой 12, электрический вход которого посредством электрических линий связи 13 и 14 гэльва5 нически, через втулки 4 и 5 подключены к бимагнитострикционной плоской пружине 15, которая расположена параллельно све- тоизлучателю 2 и светоприемнику 3, При этом бимагнитострикционная плоская пру0 жина 15 выполнена из двух слоев 16 и 17 из магнитомягкого материала, причем верхний слой 16 выполнен из магнитострикционного материала.

Бимагнитострикционная плоская пру5 жина 15 одним концом закреплена к втулке 4, а на другом конце ее имеется экран 18, закрепленный на ней перпендикулярно и попадающий в зазор между торцами светоизлучателя 2 и светоприемника 3, так, что

0 перекрывает световой поток, проходящий по ним полностью. Параллельно бимагнитострикционной плоской пружине 15 установлен магнитопровод 19, охваченный катушкой подмагничивания 20, концы кото5 рой гальванически соединены через втулки 4 и 5 по электрическим линиям связи 13 и 14 с электрическим входом блока преобразования электрического сигнала в световой 12. Внутренняя полость герметизированного корпуса 1 заполнена иммерсионной жидкостью 21, например, глицерином, так чтобы имелся остаточный пузырек воздуха 22.

Оптико-волоконный коммутатор работает следующим образом.

При выполнении логико-функциональных операций блоком преобразования электрического сигнала в световой 12, катушка подмагничивания 20 посредством электрических линий связи 13 и 14 подключена к блоку преобразования электрического сигнала в световой 12. В результате этого в магнитопроводе 19 создается магнитное поле, под действием которого к бимагнито- стрикционной плоской пружине 15 будет приложено результирующее усилие, направленное в сторону магнитопровода 19 и бимагнитострикционной плоской пружине 15, и силы возникающей за счет магнито- стрикционного эффекта верхнего слоя 16. То есть поддействием магнитного поля происходит удлинение верхнего слоя 16 бимагнитострикционной плоской пружины 15, в то время как длина нижнего слоя 17 остается неизменной. В результате чего бимагни- тострикционная плоская пружина 15 будет изгибаться и отодвигать экран 18. освобождая путь световому потоку.

Применение оптико-волоконного, коммутатора позволит повысить технико-экономический эффект по сравнению с прототипом при создании комплексных и оптико-волоконных средств автоматики, повышенной надежности, способных функционировать на взрывоопасных объектах. При этом не требуется применения традиционных громоздких и дорогостоящих средств оборудования и приборов во взрывоопасном исполнении. Так, например, контроль

положения запорного органа с помощью лишь одного оптико-волоконного переключателя, с передачей на расстояние во взрывоопасную зону, информации по

оптико-волоконной линии связи длиной 150 м, позволит высвободить 150 м дефицитных металлических труб. При изготовлении данного устройства, в отличие от прототипа, будет расходоваться меньше материала

Потребление электроэнергии в предлагаемом изобретении также сократится, так как для управления бимагнитострикционной плоской пружиной с экраном используются малый токи благодаря применению в устройстве магнитострикционного эффекта. Формула изобретения Оптико-волоконный коммутатор, включающий световоды, пара оптически связанных концов которых закреплена на общем

основании, и бимагнитострикционную пружину с управляемым источником магнитного поля, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, быстродействия и снижения оптических потерь, он дополнительно содержит непрозрачный для коммутируемого излучения экран, укрепленный на бимагнитострикционной пружине с возможностью перемещения, торцы оптически связанных световодов закреплены на расстоянии превышающем толщину экрана, а экран размещен в промежутке между торцами световодов, при этом торцы световодов и бимагнитострикционная пружина с экраном размещены внутри

герметичного корпуса, заполненного иммерсионной жидкостью с образованием остаточного пузырька при рабочей температуре коммутатора.

ю

/2

//

Использование: волоконная оптика, может найти применение при создании оптических сетей связи и волоконно-оптических датчиков. Сущность: коммутация достигается перекрытием потока излучения между торцами световодов легким экраном закрепленным на конце бимагнитострикци- онной пружины. Объем корпуса коммутатора заполнен иммерсионной жидкостью 2 ил.

8 6 Ц /

Фиг. 2

Z 22

5 S

Фиг-1