Устройство для измерения обратного рассеяния в световодах Советский патент 1981 года по МПК G01M11/02 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ОБРАТНОГО РАССЕЯНИЯ В СВЕТОВОДАХ

Изобретение относится к волоконной оптике, а именно к ее разделу, связанному с исследованием оптических свойств световодов. Для измерения полных потерь в све7 товодах, а также обнаружения и иденти фикации различных рассеивающих неоднородностей в них неразрушающим методом наиболее приемлемым является способ измерения обратно рассеянного излучения. Способ основан на том, что в исследуемый световод вводят импульс излучения и регистрируют обратно рассеянный сигнал, по расположению во времени которого, а также по зависимости от времени его амплитуды судят о место расположении и характере неоднородностей и величине потерь мощности в свето воде. Устройства для измерения обратного рассеяния в световодах (рефлектометры), как правило, содержат источник излучения (это могут быть как твердотельные, так и полупроводниковые лазеры), направленный ответвитель. приемник излучения (фотодетектор с усилителем фототока) и систему регистрации Г/J. Известно также устройство для Измерения обратного рассеяния в световодах, содержащее импульсный генератор, импульсный источник оптического излучения, светоделитель, образующий два оптических канала, в одном из которых размещен фотоприемник с усилителем, а в другом - испытуемый световод, электронный тракт, состоящ1 й из последовательно соединенных схемы задержки, формирователя строб-импульсов, строб-преобразователя и регистратора, причем один выход импульсного генератора подключен к и fflyльcнoмy источнику оптического излучения, другой - к схеме задержки электронного тракта, а выход усилителя подключен к сигнальному входу строб-преобразователя 2. Недостатком известного устройства является необходимость его калибровки перед измерением каждого нового свето388вода. Связано это с тем, что уровень обратно рассеянного сигнала для различных световодов различен, так как он зависит от диаметра световода, профиля показателя преломления и других параметров измеряемого световода, В связи с этим изменяется начальная амплитуда измеряемого сигнала. Последняя зависит также от качества согласования измеряемого световода с оптическим каналом рефлектометра. Поэтому перед измерением каждого нового световода необходимо установить начальную амплитуду сигнала, которая для всех измерений должна быть постоянной и принимается равной 100%. Кроме того, нулевая линия отсчета, соответствующая значению выходного сигнала в промежутках между импульсами измеряемого сигнала, также зависит от уровня обратно рассеянного сигнала. Поэтому пе ред каждым измерением необходимо уста новить не только начальную амплитуду сигнала, но и нуль отсчета. Таким образом, процесс калибровки требует двух взаимозависимых регулировок - на чальной амплитуды сигнала и нуля отсчета. Этот процесс осуществляется ме тодом последовательных приближений и занимает длительное время. Нербходи- мость предварительной калибровки устройства не позволяет автоматизировать процесс измерения световодов и затруд няет использование его в автоматизированных системах контроля световодов в производственных условиях. Целью изобретения является устранение необходимости калибровки устройства при каждом измерении, Указанная цель достигается тем, что устройство для измерения обратного рассеяния в световодах дополнитель но снабжено двумя электронными тракта ми, состоящими из последовательно соединенных схем задержки, формирователей строб-импульсов, строб.-преобразователей, двумя дифференциальными схе мами и генератором развертки, один вы ход которого подключен к схеме задерж ки первого электронного тракта, а другой - к первому входу регистратора второй вход которого через первую диф ференциальную схему соединен с выходом строб-пр,еобразователей первого и второго электронных трактов, а второй выход строб-преобразователя второго электронного тракта и выход строб- пре образовате-пя третьего электронного тракта через вторую дифференциальную схему соединен с усилителем, выход которого подкл10чен к вторым входам строб-преобразователей второго и третьего электронных трактов, причем выход импульсного генератора соединен со схемами задержек второго и третьего электронных трактов. На фиг. 1 представлена блок-схема устройства для измерения обратного рассеяния в световодах; на фиг. 2 диаграммы, поясняющие его работу. Устройство содержит импульсный источник 1 оптического излучения, состоящий из полупроводникового лазера 2 и импульсного блока питания 3, светоделитель, выполненный в виде полупрозрачного зеркала 4 и двух линз 5 и 6, одна из которых 5 расположена в одном оптическом канапе с лазером 2, а вторая 6 - в другом оптическом канале, фотоприемный блок 7, состоящий из фотодиода 8, размещенного во втором из указанных оптических каналов ответвителя, и усилителя 9, первый 10, второй 11 и третий 12 электронные тракты, каждый из которых состоит, соответственно из последовательно соединенных схемы задержки 13, 1А и 15, схемы формирования строб-импульсов 16, 17 и 18, строб-преобразователя 19, 20 и 21, подключенного сигнальным входом к выходу усилителя 9 фотоприемника 7, импульсный генератор 22, выход которого соединен с входом блока питания 3 источника 1 излучения и с входами схем задержки 13, 14 и 15, генератор развертки 23, выход которого подключен к управляющему входу схемы задержки 13 первого электронного тракта 10, Устройство включает также дифференциальную схему 24, два входа которой соединены с выходами строб-преобразователей 19 и 20 первого 10 и второго 11 электронных трактов, дифференциальную схему 25, два входа которой соединены с выходами строб-преобразователей 20 и 21 второго 11 и третьего 12 электронных трактов, а выход ,с входом регулировки усиления усилителя 9 фотоприемника блока 7, и регистрирующее устройство 26, например двухкоординатный самописец, первый вход которого (канал У) подключен к выходу дифференциальной схемы 24, а второй (канал х) - к выходу генератора развертки 23. Светоделитель, используемый в устройстве, наряду с конструкцией, показанной на фиг. 1, мо5жет имет1) любуто нчвеспную конструкцию. Ом мижет быть выполнен, например, в виде отрезка световода с пере тяжкой, в виде отрезков световодов с полупрозрачным зеркалом между ними и т.д. Устройство работает следующим образом. Импульсы электрического напряжения от импульсного генератора 22 запускают блок питания 3 источника 1 излучения, который запитывает полупроводниковый лазер 2 импульсами тока. Возбуждаемое при этом оптическое излучение в виде импульсов поступает на полупрозрачное зеркало 4 и далее основная часть его, прошедшая через зер кало 4, направляется с помощью линзы 5 в измеряемый световод 27. В каждой точке световода по ходу импульсов оптического излучения возникает обратно рассеянное, излучение, которое распространяется по световоду 27 в на правлении, обратном направлению упомянутых импульсов, выходит из входно- го конца световода и с помощью линзы 5 направляется на полупрозрачное зеркало 4, где часть его отклоняется, поступает на линзу 6 и далее на фотодиод В. В фотодиоде 8 происходит пре-jo образование импульсов оптического излучения в пропорциональные им импульсы напряжения, которые после усиления в усилителе 9 фотоприемника блока 7 поступают в строб-преобразователи 19, 20 и 21. Форма сигнала на выходе фотоприем1 ика показана на фиг. 2,а, где по оси абсцисс отложено время, а по оси ординат - амплитуда сигнала. Участок к кривой соответствует сигналу, пропорциональному части оптического излучения лазера, попавшего на фотоприемник из направленного ответвите ля. Участок t кривой соответствует сигналу, пропорциональному обратно рассеянному излучению, образующемуся при прохождений импульса оптического излучения вдоль всего световода. Участок m кривой соответствует сигналу, пропорциональному излучению, которое отражается от торца световода 27, про тивоположного вхрдному. Участок П показывает уровень сигнала в промажутке между импульсами оптического излучения на входе фотоприемника. Одновременно с запуском источника оптического излучения импульсы от импульсного генератора 22 запускают схе мы задержки 13, 14 и 15. Величина за8держки в .первом электронном тракте 10 изменяется с помощью генератора развертки 23 от начального момента времени t, измерений (возбзщдение импуль- са оптического излучения) до времени tj, превышающего двойное время распространения импульса оптического излучения вдоль световода 27. Время задержки во втором электронном тракте 11 устанавливается равным t, . Время задержки в третьем электронном тракте 12 устанавливается так, чтобы оно совпадало с моментом t прихода на фотодиод 8 обратно рассеянного излучения от начального участка световода 27. Стробимпульсы, формируеЕЛ 1е в схеме 16 (фиг. 2,б), поступают на строб-преобразователь 19 первого измерительного канала 10, где производится выборка амплитуды сигнала в интервале времени t, - tj. Строб-импульсы, формируемые в схеме 17 (фиг. 2,в ) , поступают на строб-преобразователь 20 второго электронного тракта 11, где происходит выборка амплитуды сигнала в моменты времени tj , т.е. в промежутке между импульсами оптического излучения на входе фотоприемника. Строб-импульсы,, формируемые в схеме 18 (фиг. 2,г) , поступают на стробоскопический преобразователь 21 третьего измерительного канала 12, где происходит выбор,ка амплитуды сигнала в момент времени tj . Сигналы с выходов строб-преобразователей 20 и 21 поступают на дифференциальную схему 25, откуда разностный сигнал ( It - It2) j соответствукаций истинной начальной амплитуде сигнала,подается на вход регулировки усиления усилителя 9 фотоприемного блока 7. Тем самым на выходе фотоприемного блока 8 обеспечивается постоянство начальной амплитуды сигнала. Сигналы с выходов строб-преобразователей 19 и 20 поступают на дифференциальную схему 24, откуда разностный сигнал (It, It2) соответствующий истинной амплитуде измеряемого сигнала, поступает на регистрирующее устройство 26. Таким образом, предложенное устройство позволяет поддерживать начальную амплитуду сигнала постоянной, независимо от параметров исследуемого световода и от условий согласования. а также позволяет регистрировать форму и истинную.амплитуду обратно рассеянного сигнала автоматически без специальной регулировки нуля отсчета. Тем самьи отпадает необходимость ка либровки устройства при каждом измерении, благодаря чему ускоряется про цесс измерения в целом и обеспечивается его автоматизация, что позволит использовать предложенное устройство в автоматизированных системах кон роля световодов. Формула изобретения Устройство для измерения обратного рассеяния в световодах, содержащее импульсный генератор, импульсный источник оптического излучения, светоделитель, образующий два оптических канала, в одном из которых размещен фотоприемник с усилителем, в другом - испытуемый световод, элек pOHHbrii тракт, состоящий из последова тельно соединенных схемы задержки, формирователя строб-импульсов, строб преобразователя, и регистратор, причем один выход импульсного генератора подключен к импульсному источнику оптического излучения, другой - к сх ме задержки электронного тракта,«а выхрд усилителя подключен к сигнальному входу строб-преобразователя, отличающееся тем, что, с целью устранения необходимости ка8либровки устройства при каясдом измерении, оно дополнительно снабжено двумя электронными трактами, состоящими из последовательно соединенных схем задержки, формирователей строб-импульсов, строб-преобразователей, двумя дифференциальными схемами и генератором развертки, один выход которого подключен к схеме задержки первого электронного тракта, а другой - к первому входу регистратора, второй вход которого соединен с выходом стробпреобразователей первого и второго электронньк трактов, а второй выход строб-преобразователя второго электронного тракта и выход преобразователя третьего электронного тракта через вторую дифференциальную схему соединен с усилителем, выход которого подключен к вторым входам преобразователей второго и третьего электронных трактов, причем выход импульсного генератора соединен со схемами задержек второго и третьего электронных трактов . Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Applied Optics. 1977, IP 9, Vl6, p. 2375-2376. 2.Патент Франции № 2389883, л. Q 01 М 11/02, опублик. 1978 (прототип) ,