Фазовый волоконно-оптический датчик

(55 6 01 К 11 В Е льно-измериь: в датчике, оконно-оптитраторов раздэвления и ыполнены иэ ри световода аторов 5 и 10, оединены высумматоров 5 но со входами6 и 11 выход н с первыми ния 12 и тем - со вторыми ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ПИСАНИЕ ИЗОБРЕ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) Авторское свидетельство СССМ 1365012, кл. 0 02 В 6/00, 1986.Авторское свидетельство СССйг 1642263, кл. 6 01 3 5/00, 1989,Изобретение относится к измерительной технике, в частности к фазовым (интерферометрическим) волоконно-оптическим датчикам (ВОД) физических величин, и может быть использовано для измерения температуры и давления.Цель изобретения - упрощение технологии изготовления датчика за счет использования в его конструкции меньшего числа разных типов оптических волокон.На чертеже показана схема предлагаемого датчика, который состоит из источника 1 когерентного оптического излучения, первого 2 и второго 9 разветвителей излучения, первого канала 4 с модулятором 7, второго 3 и третьего 8 измерительных каналов, первого 5 и второго 10 сумматоров оптического излучения, первого 6 и второго 11 регистраторов разности фаз, регистраторов давления 12 и температуры 13. Выход источника 1 соединен со входом разветвителя 2, выходы разветвителя 2 - со входами измерительных каналов 3, 4 и 8, выход канала 4 - со входом разветвителя 9, а выходы каналов 3(57) Использование: контро тельная аппаратура. Сущност состоящем из лазера, трех вол ческих световодов, двух регис ности фаз и регистраторов температуры, два световода в однотипных волокон, а все т имеют различную длину, 2 ил. и 8 - с первыми входами сумм со вторыми входами которых ходы разветвителя 9. Выходы и 10 соединены соответствен регистраторов разности фаэ первого из которых соедин входами регистраторов давле пературы 13, а выход второго входами регистраторов 12 и 1 Предлагаемый датчик работает следующим образом,Излучение источника 1 поступает через разветвитель 2 в каналы 3, 4 и 8, проходя в канале 4 через модулятор 7 (модуляция необходима для обработки сигналов в регистраторах 6 и 11), Изменения Л Р и ЛТ давления Р и температуры Т вызывают изменение д( разности фаз сигналов на выходах каналов 3 и 4, а также изменение д 2 разности фаз сигналов на выходах каналов 8 и 4. В соответствии с общепринятыми определениями параметров фаэовой чувствительности ОВ к изменениям давления и(а 6 - (%) К 1 Л Т+ (а Р 2 - Р 1)К 1 Л Р = д 1, (1) (Ь 82 - 91)К 1 Л Т + (Ь Р 2 - Р 1) К 1 Л Р = д 2, (2) 2 лгде К 1 =и - постоянный коэффициент. Изменение д 1 измеряется регистратором разности фаз 6, а изменение д 2 - регистратором разности фаз 11, Сигнал д 1 поступает на первые входы регистратора давления 12 и регистратора температуры 13, а сигнал д 2 - на вторые входы регистраторов 12 и 13. Выполнение взаимосвязи, а также взаимосвязей обеспечивает однозначное и точное измерение изменений Л Р и Ь Т, которые .связаны с д 1 и д 2 соотношениями 10 15 20 ь: -"1 2 а 1. о 81 ж, (з 1 У Улт: ЬР 2-Р 1 д 1+ Р 1-эр 2 д 2 (4) 25 уу любых значениях параметров а и Ь). ОтноПоложительный эффект (упрощениетехнологии изготовления и уменьшение сто. имости датчика) достигается за счет того,что второй и третий измерительные каналыдатчика выполнены на однотипных оптических волокнах, имеющих одинаковые характеристики, причем параметры а, Ь, 01, 6,Р 1, Р 2, Е 1, 72 и О 1, О 2 датчика определяютсяновыми, не известными ранее, взаимосвязями параметров - физических величинпредложенного датчика,Примером предлагаемого изобретенияможет служить датчик (чертеж), волокно ОВ 1канала 4 которого имеет следующие пара- "метры: диаметр сердцевины равен 4,5 мкм,материал сердцевины - Я 02+ 0,1 оОе 02;внешний диаметр оболочки (950 Я 02+ 5 о В 205) - 30 мкм; внешний диаметр технической оболочки (яОр) - 85 мкм. Волокно.ОВ 1 45имеет 91 = 6,8 х 10 К, а Р 1 = -ЗТПа . Оптическое волокно ОВ 2 каналов 3 и 8 имеетматериалы и геометрию первых трех слоев(сердцевины, оболочки, технической оболочки), одинаковые с волокном ОВ 1, а четвертый слой (первичное покрытие) ОВ 2выполнен из силиконовой резины и имеетвнешний диаметр 220 мкм, ОВ 2 имеет 92 ==18 х 10 К,э Р 2=-9 ТПа (типы волокон ОВ 1и ОВ 2 выбираются, исходя из требования 55неравенства нулю хотя бы одного из параметров О= 6 - О или Р = Р 2- Р 1; при Р == О = 0 требование (4) не выполняется при шение а ==1(параметр а О). Отношение21зЬ = = 4,5 (выбирается из требования). Ко6эффициент К 1= 0,15 х 10 (определяется длинами 1 = 0,63 мкм, 11 = 0,01 м и показателемпреломления п =1,46), Коэффициенты 21 ==0,6; 72 = -0,09; О 1 = 0,3; О 2 = -0,05 (определяются требованиями е, = К,. ер = МПа).Элементы 1, 2, 5, 6, 7, 9, 10, 11, 12 и 13аналогичны элементам соответствующегофункционального назначения прототипа.Таким образом, предлагаемое изобретение имеет более простую технологию изготовления за счет использования в егоконструкции меньшего числа разных типовоптических волокон. Кроме того, оно имеетменьшую стоимость за счет уменьшения затрат на дополнительные технологическиеоперации по изготовлению оптических волокон датчика,Формула изобретенияФазовый волоконно-оптический датчик, содержащий источник когерентного оптического излучения, первый и второйразветвители излучения, первый с модулятором, второй и третий измерительные каналы, первый и второй сумматорыоптического излучения, первый, и второйрегистраторы разности фаэ, а также регистраторы давления и температуры, выполненные в виде аналоговых сумматоров,при этом выход источника излучения соединен с входом первого разветвителя, выходыпервого разветвителя - с входами измерительных каналов, выход первого измерительного канала - с входом второгоразветвителя, а выходы второго и третьего .измерительных каналов - с первыми входами первого и второго сумматоров излучения, с вторыми входами. которых соединенывыходы второго разветвителя, выходы первого и второго сумматоров излучения соединены соответственно с входами первого ивторого регистраторов разности фаз, выходпервого из которых соединен с первымивходами регистраторов давления и температуры, а выход второго - с вторыми входами последних, оптическое волокно первогоканала выполнено с температурной фазойчувствительностью 91 и фазовой чувствительностью Р 1 к изменению давления, а оптические волокна второго и третьегоканалов выполнены с параметрами, отличными от параметров волокна первого канала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюупрощения технологии изготовления, второй и третий измерительные каналы выполнены на однотипных волокнах, отношения а1805294 где Вг - температурная фэзовая чувствительность, а Р - фазовая чувствительностьк изменению давления волокон второго итрЕтьего измерительных каналов датчика,Составитель ф, ШаталовгРедактор Л, Народная Техред М. Моргентал Корректор . И. Мус аз 934 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изобрет 113035, Москва, Ж, РаушсПроизводствен н здательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 и Ь длин которых к длине волокна первогоканала определяются взаимосвязью(а 6 Ъ) (ЬР 2- Р 1) +(Ьйт) (аР 2- Р 1)2(а 6 - Й 1 КЬ 6 - Ща Р 2 - Р 1 ХЬР 2 - Р 1),Подписноеиям и открытиям при ГКНТ ССя наб 4/5