Устройство для измерения длины волоконного световода Советский патент 1992 года по МПК G01B21/00 

Чп-1 л

п ДЦ

KB

()

А 1-опт.экв П A Цкв

(10)

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является повышение надежности за счет исключения оптических и оптико-механических элементов с высоким значением интенсивности отказов. Измерительное устройство содержит волоконно-оптические элементы 7, 10, 11, 12, устройство позволяет реализовать компенсацию фазового сдвига, вносимого измеряемым волоконным световодом 9. Изменение компенсирующего фазового сдвига осуществляется изменением частоты синтезатора 4 частоты.2 ил.

AL--7 TFTi

(6)

А эквивалентная оптическая разность длин каналов устройства равна

А мэпт.экв - П

(7)

После описанной выше предварительной установки устройства производится измерение длины исследуемого отрезка световода следующим образом. Разъединяются световодные соединители 10 и 8. и (как это показано на фиг. 1) между ними включается через свои соединители исследуемый отрезок световода 9. Т.е. разность длин оптических каналов устройства увеличивается на длину измеряемого световода.

В этом положении изменением (например увеличением) частоты fen синтезатора частоты 4 находится какое-то новое значение частоты fa, которое соответствует какому-то нулевому показанию компаратора фазы 2. Т.е. из (1) имеем следующее соотношение

ДК -рГ -рй 2лт п(ДЦкВ+и- 8)

2 я-

-ев

f3

где m 0, 1, 2, 3,4 ... (целые числа),

LCD - искомая измеряемая длина световода.

Отметим при этом, что в общем случае fa т f 1 и возможны случаи, когда fs f i, или fs fi. В частности может быть fa fi.

Продолжая плавно изменять в этом же направлении частоту fen синтезатора 4, находится следующее (соседнее) значение частоты fen f4, соответствующее нулевому отсчету компаратора фазы 2

A0z П 2 п( т + 1 ) 2лгт+2я 2яп(Лико+иа)4

С

(9)

Совершенно аналогично сказанному выше, эквивалентная оптическая разность длин

А из выражений (7) и (10) искомая оптическая 10 длина измеряемого световода Цв.опт равна

1-св.опт - А l-опт.экв Д1-опт.экв

1

1

- С ( f - т-ТГ )

(11)

20

А геометрическая длина измеряемого световода равна

LcB rT (fl fiFT) 12)

Выражения (11) и (12) являются расчетными для определения искомых значений геометрической и оптической длин исследуемого световода.

Несколько слов о технической реализуемости устройства.

В качестве синтезатора частот может быть применен серийный генератор типа ГЗ-119, обеспечивающий в диапазоне частот 20 Гц - 20 МГц воспроизведение гармонических сигналов с шагом дискретности 1

Гц и нестабильностью частоты , а в качестве компаратора фазы может быть применен, например, разработанный в НПО ВНИИМ им. Д.И.Менделеева компаратор фазы КФ-1 на 1 МГц с погрешностью по фазе не превышающей 0,001°.

Учитывая возможность фиксации нулевых значений фазы с погрешностью 0,001° и значений частот fi, f2, fa, fy с погрешностью порядка , и кроме того, учитывая,

что фундаментальная константа с (скорость Света) в настоящее время известна с относительной погрешностью лучше чем 108, анализ реализуемой выражением (11) точности дает значение абсолютной погрешности

измерения оптической длины рассмотренным устройством, не превышающего .

При этом введение новых логических связей и элементов позволяет получить искомый положительный эффект - повысить надежность устройства за счет исключения оптических и прецизионных оптико-механических элементов с высоким значением интенсивности отказов.

Формула изобретения Устройство для измерения длины волоконного световода, содержащее генератор гармонических электрических колебаний, преобразователь электрического напряжения в световой поток и компаратор фазы, отличающееся тем, что, с целью повышения надежности устройства за счет исключения оптических и оптико-механических элементов с высоким значением интен- сивности отказов, оно снабжено синтезатором частоты, вход которого соединен с выходом генератора, а выход - с входом преобразователя, последовательно соединенными формирователем суммарной частоты, формирователем разностной частоты и узкополосным фильтром, выход кото0

5

рого соединен с одним из входов компаратора фазы, другой вход которого объединен с одним из входов формирователя суммарной частоты и соединен с выходом генератора, световодным ответвителем, вход которого оптически сопряжен с выходом преобразователя, двумя световодными соединителями для подключения измеряемого световода, вход первого из которых оптически сопряжен с первым выходом ответвителя, и первым и вторым фотоприемниками, входы которых оптически сопряжены, соответственно, с вторым выходом ответвителя и с выходом второго соединителя, а выходы соединены соответственно, с другими входами формирователя суммарной частоту и формирователя разностной частоты.