Фазовый волоконно-оптический датчик

(9 01 Л 5/00, 6 91 К 11/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ,ВИДЕТЕЛЬ АВТОРСК ССР86.ССР ОПТИЧЕизмерительазовым инм, и может ия давления измерительовым (интер- -оптическим может быть емпе ат ы ся расширетей датчика нного изме- и повышека 1 когеренпервого 2 и ния, первого и третьего 7 тических касумматоров о 10 и второГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство Сйг 1428948, кл, 6 01 К 11/12, 1Авторское свидетельство С3 Ф 1365012, кл. 6 02 В 6/00, 19(54) ФАЗОВЫЙ ВОЛОКОННСКИЙ ДАТЧИК(57) Изобретение относится кной технике, в частности к фтерферометрическим датчикабыть использовано для измерен Изобретение относится кной технике, в частности к фазферометрическим) волоконнодатчикам физических величин, ииспользовано для измерения т р ури давления.Целью изобретения являетние функциональных возможносза счет обеспечения одновремерения давления и температурыние точностей их измерения,На чертеже показана схема предлагаемого датчика.Датчик состоит из источнитного оптического излучения,второго 3 разветвителей излуче4, второго 5.с модулятором бизмерительных волоконно-опналов, первого 8 и второго 9оптического излучения, первог и температуры, Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет одновременного измерения давления и температуры и повышение точности измерений, Цель достигается тем, что в датчик, содержащий источник когерентного оптического излучения, разветвитель излучения, два измерительных волоконно-оптических канала, сумматор излучения и регистратор разности фаз, введены третий измерительный волоконно-оптический канал, вторые разветвитель, сумматор и регистратор разности фаз, а также вычислительное устройство, При этом три измерительных канала имеют одинаковую длину и различные фаэовые чувствительности к изменению давления и температуры, 1 ил,го 11 регистраторов разности фаэ, регистратора 12 давления и регистратора 13 температуры, Выход источника 1 соединен с а входом разветвителя 2, выходы которого Яс, соединены с входами измерительных каналов 4-7. Выход канала 5 соединен с входом разветвителя 3. а выходы каналов 4 и 7 с первыми входами сумматоров 8 и 9, с вторыми входами которых соединены выходы 0 разветвителя 3. Выходы сумматоров 8 и 9 Сд соединены соответственно с входами регистраторов 10 и 11 разности фаз, выход первого из которых соединен с первыми входами регистраторов давления 12 и тем- а пературы 13, а выход второго - с вторыми входами регистраторов 12 и 13.Датчик работает следующим образом.Излучение из источника 1 поступает через разветвитель 2 в каналы 4,5 и 7, проходя в канале 5 через модулятор б, модуляция+ (02 - ОЗ) (Р 2 - Р 1 Н- длина волны оптического излучения;- длина световодов каналов, которая находится во взаимодействии с10 измеряемыми давлением и температурой;п - показатель преломления сердцевинысветоводов; яр и ят - единицы измерениядавления и температуры,Очевидно, что в таком датчике измене 15 ние температуры не вызывает ухудшенияточности измерения им изменения давления, так же как и наоборот.Таким образом, использование предлагаемого датчика расширяет функциональ-ные возможности за счет обеспеченияодновременного измерения давления и температуры и повышает точность измеренияпоследних, Кроме того, предлагаемый датчик позволяет обеспечить меньшие габаритные размеры области измерениядавления и температуры за счет использования трех независимых световодов вместочетырех при измерении давления и температуры двумя датчиками,30 35 40 45 50 55 ЛР =Л 2(02 01) + Л 1(02 03) 1/необходима для обработки сигналов в регистраторах 10 и 11. Изменения ЛР и ЛТ давления Р и температуры Т вызывают изменение Л 1 разности фаз на выходах каналов 4 и 5, а также изменение Л 2 разности фаз на выходах каналов 7 и 5. В соответствии с общепринятыми определениями параметров фазовой чувствительности световода к изменениям давления и температуры Л 1 и Л 2 связаны с ЛР и ЛТ соотношениями(Оз - Ог) КЛТ+ (Рз - Р 2) КЛР = Й, (2) где 01,02,0 з - температурные фазовые чувствительности каналов 4,5,7;Р 1,Р 2,Рз - фазовые чувствительности этих каналов к изменению давления;2 лК = -- и- постоянный коэффициент; А - длина волны когерентного оптического излучения источника 1;- длина световодов каналов 4,5 и 7, которая находится во взаимодействии с измеряемыми давлением и температурой; п - показатель преломления сердцевины световодов, Изменение Л измеряется регистратором 10 разности фаз, а изменение Л 2 - регистратором 11 разности фаз, Сигнал Л 1 поступает на первые входы регистратора 12 давления и регистратора 13 температуры, а сигнал Л 2 поступает на их вторые входы. Выполнение требования неравенства нулю дискриминатора системы уравнения (1) и (2) обеспечивает однозначное одре- деление величин ЛР и ЛТ, которые связаныс Л 1 и Л 2 соотношениями ЛТ = Л 2(Р 1 - Р 2)+ Л 1(Рз - Р 2 // К(02 - 01)(РЗ - Р 2)+ К(02 01)(Р 2 Р 1). (4) Регистратор давления может быть выполнен в виде аналогового сумматора со значениями коэффициентов передачи С 1 и С 2 входных сигналов по первому и второму входам, удовлетворяющими требова- ниям С 1 02 - Оз Сг 02 О (5)Г ерГ ера регистратор температуры - в виде аналогового сумматора со значениями коэффициентов передачи 31 и 82 входных сигналов по соответствующим входам - требованиям Формула изобретения фазовый волоконно-оптический датчик, содержащий источник когерентного оптического излучения, разветвитель излучения, первый измерительный волоконно-оптический канал, второй измерительный волоконно-оптический канал с модулятором излучения, сумматор оптического излучения и регистратор разности фаз, при этом выход источника излучения соединен с входом разветвителя, выходы разветвителя - с входами измерительных каналов, выходы измерительных каналов - с входами сумматора, выход которого соединен с входом регистратора разности фаз; причем измерительные каналы выполнены из волоконных световодов одинаковой длины с различными фазовыми чувствительностями, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей за счет обеспечения одновременного измерения давления и температуры и повышения точностей измерения последних, в него введены третий измерительный волоконно-оптический канал, второй разветвитель излучения, второй сумматор оптического излучения, второй регистратор разности фаз, а также регистраторы давле-ния и температуры, при этом вход третьего(02-01) (Рз-Р 2) +(Оз) (Р 2-Р 1)2 (02 - 0 1 ХОз - 02) (Р 2 Р 1 НРэ Р 2) где индексы 1,2 и 3 соответствуют волоконным световодам первого, второго и третьегоканалов. Составитель А, ТрухановРедактор Ю. Середа Техред М.Моргентал Корректор М. Пожо Заказ 1139 Тираж 338 Подписное ВНИИПИ ГосударСтвенного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5 ПроиЗводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород. ул.Гагарина. 101 измерительного канала соединен . с третьим выходом первого разветвителя, а его выход - с первым входом второго сумматора, выход второго сумматора - с входом второго регистратора разности фаз, 5 выход второго измерительного канала сое- . динен также с вторым входом второго сумматора через вход и первый выход второго разветвителя, а с входом первого сумматора - через вход и второй выход этого же 10 разветвителя, выход первого регистратора разности фаз соединен с первым входом регистратора давления и с первым входом регистратора температуры, а выход второго регистратора разности фаз - с вторым вхо дом регистратора давления и с вторым входом регистратора температуры, при этом волоконные световоды трех измерительных каналов выполнены с температурными фазовыми чувствительностями 01,02,0 з и фазовыми чувствительностями Р 1,Р 2,Рз к изменению давления, удовлетворяющими требованию