Винахід відноситься до вимірювальної техніки, зокрема до створення волоконно-оптічекскіх датчиків різних фізичних величин. Завданням винаходу є зменшення втрат потужності випромінювання в оптичному тракті, спрощення конструкції індикатора і підвищення його надійності. Це досягається тим, що випромінювання широкосмугового джерела 1 вводиться в волоконний світловод (ВС) 2 з двулучепреломленіем, на який здійснюється два впливу: перше - зовнішнє вимірюється, друге - скануючий калібрований. При геометричному рівність шляхів від першого впливу до другого і від другого до вихідного торця ВС на виході ВС спостерігається межмодовая інтерференція. На виході ВС встановлено поляризатор 3 оптичного випромінювання з віссю поляризації, розташованої під кутом 45 ° до осей двулучепреломления ВС, який перетворять зміни інтерференційної картини в зміни інтенсивності на вході фотоприймача 4, електричний сигнал з якого реєструється блоком 5 обробки. На ВС 2 встановлений скануючий деформатори 6, керований блоком 7 управління, сигнали з якого, так само як і з блоку 5 обробки, подаються в блок 8 відображення інформації. При цьому мале число оптичних елементів в оптичному тракті зменшує втрати оптичної потужності, спрощує конструкцію і, як наслідок, підвищує надійність роботи індикатора. 4 мул.
Винахід відноситься до оптики, зокрема до створення волоконно-оптичних датчиків різних фізичних величин.
Відомий волоконно-оптичний індикатор (ВОІ) зовнішнього впливу, що дозволяє реєструвати місце впливу на багатомодовий волоконний світловод (ВС) і містить багатомодовий ВС, два джерела когерентного випромінювання, два фотоприймача, два оптичних ответітеля, спарені торці яких оптично пов'язані з відповідними торцями ВС, перші неспарені торці оптично пов'язані з джерелами випромінювання, а другі неспарені торці оптично пов'язані з фотоприймачами, дві діафрагми, розташовані між кожним фотоприймачем і соотв етствующім йому торцем ответвителя, два блоки обробки, підключені відповідно до кожного фотоприймача, коррелятор, до якого підключені блоки обробки і обчислювальний блок [1] Реєстрація місця впливу заснована на вимірі тимчасового інтервалу між зміною спекл-картин на протилежних торцях ВС при введенні в нього когерентного випромінювання з протилежних сторін. Однак такий ВОІ зовнішнього впливу через наявність постійного дрейфу спекл-картини має низьку чутливість. Нелінійна характеристика відгуку системи не дозволяє проводити вимірювання величини зовнішнього впливу. Крім того, неможливо одночасно реєструвати кілька зовнішніх впливів.
Відомий волоконно-оптичний інтерферометр, що містить лінійно поляризований широкосмуговий джерело випромінювання, елементи колімації, поляризаційний роздільник випромінювання, блок оптичної затримки, поляризаційний об'єднувач випромінювання, одномодовий ВС з двулучепреломленіем (зі збереженням поляризації), поляризатор, фотоприймач, блоки обробки і відображення інформації [2] ця конструкція є модифікацією класичного інтерферометра Маха-Цендера і дозволяє реєструвати величину і місце зовнішнього впливу н волокно. Світло від широкосмугового лінійно поляризованого джерела випромінювання поділяється на дві ортогональні поляризації випромінювання, одна з яких може бути затримана на регульовану оптичну різницю ходу щодо іншої поляризації, після чого кожна збуджує одну поляризаційну моду одномодового ВС зі збереженням поляризації. У місці дії на волокно відбувається взаємодія мод, в результаті чого на виході ВС за однакової кількості повних оптичних шляхів для обох поляризацій до місця впливу на волокно, спостерігається інтерференція в кожній з поляризаций. Поляризатор, встановлений на виході ВС, перетворює зміни інтерференційної картини в зміни інтенсивності на вході фотоприймача, вихід якого з'єднаний з блоком обробки, пов'язаних з блоком відображення інформації.
Однак наявність блоку оптичної затримки, елементів поділу та об'єднання двох ортогональних поляризацій, а також елементів колімації випромінювання обумовлює складність конструкції і втрати оптичної потужності при введенні випромінювання в ВС.
Завданням запропонованого винаходу є зменшення втрат потужності випромінювання в оптичному тракті, спрощення конструкції індикатора зовнішнього впливу на ВС і підвищення його надійності.
Для цього в волоконно-оптичний індикатор зовнішнього впливу, що містить оптично пов'язані джерело випромінювання, одномодовий волоконний світловод з двулучепреломленіем, поляризатор оптичного випромінювання, фотоприймач, блок обробки і блок відображення інформації, при цьому вихід фотоприймача електрично пов'язаний з входом блоку обробки, вихід якого підключений до входу блоку відображення інформації, введені скануючий деформатори і блок управління, а блок відображення інформації виконаний двухвходових, його другий вхід електрично з'єднаний з першим виходом блоку управління, другий вихід якого електрично з'єднаний з входом скануючого деформатора, сполученого з ділянкою волоконного світловода, при цьому положення скануючого деформатора вибрано таким чином, що ділянка волоконного світловода, з яким він пов'язаний, не перетинається з ділянкою, на який здійснюється зовнішній вплив, і початок і кінець одного з цих ділянок розташовані на відстанях, рівних половині відстаней від вихідного торця волоконного світловода до початку і кінця іншого участк а відповідно, а поляризатор оптичного випромінювання встановлений таким чином, що його вісь поляризації розташована під кутом 45 о к осях двулучепреломления волоконного світловода.
У пропонованому ОТІ здійснюється два впливу на ВС: перше зовнішнє вимірюється, друге скануючий калібрований, що дозволяє отримати інформацію на виході ВС між двома променями, що виникають при першому впливі на ВС в кожній з мод ВС і переходять з моди в моду при другому впливі, при геометричному рівність шляхів від першого впливу до другого і від другого до вихідного торця ВС і при встановленні поляризатора на виході ВС з віссю поляризації, розташованої під кутом 45 о к осях двулучепреломления ВС. На відміну від прототипу, де спостерігається інтерференція між променем, введеним в одній з мод ВС, який перейшов при зовнішньому впливі в іншу моду, і де можливо довільне розташування осі поляризації поляризатора, встановленого на виході ВС, в пропонованому індикаторі неполяризована випромінювання вводиться безпосередньо в ВС, що дозволяє значно збільшити ефективність введення оптичної потужності в ЗС і відмовитися від використання елементів поляризационного поділу та об'єднання, колімації випромінювання і блоку регульованою про тичної затримки, спростивши таким чином конструкцію і підвищивши надійність індикатора.
На фіг. 1 приведена структурна схема пропонованого індикатора зовнішнього впливу; на фіг. 2 і 3 структурні схеми блоків обробки і управління; на фіг. 4 тимчасові діаграми, що ілюструють роботу пропонованого індикатора, при цьому діаграма 4 г приведена для випадку використання чотирьох точок впливу на волокно деформатори.
Пропонований індикатор містить широкосмуговий джерело 7 випромінювання, з'єднаний з одномодовим ВС 2 з двулучепреломленіем (зі збереженням поляризації), вихід якого з'єднаний через поляризатор 3 оптичного випромінювання, вісь поляризації якого розташована під кутом 45 о к осях двулучепреломления ВС 2, з входом фотоприймача 4, вихід якого з'єднаний з входом блоку 5 обробки. Скануючий деформатори 6 закріплений на частини ВС 2 і управляється блоком 7 управління. Блок 5 обробки і блок 7 управління з'єднані з блоком 8 відображення інформації.
Пристрій працює наступним чином.
Випромінювання від широкосмугового джерела 1 світла збуджує дві ортогональні поляризаційні моди в ВС 2 з двулучепреломленіем, що поширюються з різними постійними поширення х і y відповідно. У місці зовнішнього впливу на ВС відбувається взаємодія мод, при якому частина енергії з кожної оптичної моди переходить в іншу з коефіцієнтом переходу h1 і далі поширюється в ВС 2 у відповідній моді на відстань L1 до місця другого каліброваного впливу сканирующим деформатори 6 на волокно, де також відбувається взаємодія мод з переходом частини енергії з кожної моди в іншу моду з коефіцієнтом переходу h2. Далі випромінювання поширюється на відстань L2 до вихідного кінця ВС 2. При цьому на вихідному кінці ВС 2 утворюється інтерференційний сигнал між проекціями двох ортогональних мод ВС, можливість спостерігати який забезпечує поляризатор 3 з віссю поляризації, розташованої під кутом 45 о к осях двулучепреломления ВС 2. нормована амплітуда інтерференційного сигналу для джерела випромінювання з гаусом формою лінії випромінювання S = h2 e. де f ширина спектра джерела випромінювання; = - = - різниця похідних постійних поширення двох мод ВС при f fo - центральній частоті лінії випромінювання, що має фізичний сенс різниці групових швидкостей поширення випромінювання в ВС.
Оптичний інтерферометричний сигнал перетвориться в електричний фотоприймачем 4 і подається в блок 5 обробки. Максимум интерференционного сигналу досягається при L2 L1.
Таким чином, розділяючи ВС 2 на дві частини, одна з яких піддається зовнішньому впливу, а на іншу виявляється калібрований скануючий вплив деформатори 6, можна, знаючи величини L2 і h2. вимірюючи максимум інтерферометричної сигналу So. визначити місце зовнішнього впливу від вихідного кінця ВС L2L2 і величину зовнішнього впливу, розраховуючи коефіцієнт переходу енергії з моди в моду за формулою h1 = 0,5 1.
Як приклади виконання блоку 5 обробки і блоку 7 управління можуть бути використані схеми, представлені на фіг. 2 і 3.
Електричний сигнал (фіг. 2) з виходу фотоприймача 4 (фіг. 4а) надходить на вхід блоку 5 обробки, що містить активний смуговий фільтр і випрямляч, сигнал з якого (фіг. 4б) подається на вхід Y блоку 8 відображення інформації, в якості якого , наприклад, може бути використаний планшетний плотер ПДП4-002. Блок 7 управління (фіг. 3) містить імпульсний генератор, сигнал з якого (фіг. 4в) подається на двійковий лічильник, а потім на регістр зсуву, з якого сигнали (фіг. 4г) подаються кожен на свій підсилювач напруги. Сигнали з виходів підсилювачів напруги, що є виходами блоку управління, подаються на скануючий деформатори 6, що містить, наприклад, набір пьезокорректоров, до яких притиснутий ВС 2. Сигнал з двійкового лічильника подається також на цифроаналоговий перетворювач, сигнал з якого (фіг. 4д) подається на вхід Х блоку 8 відображення інформації.
Замість планшетного графопостроителя можна подавати перетворені в цифрову форму сигнали на мікропроцесор і проводити більш складну обробку, що дозволяє розширити функціональні можливості індикатора.
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИНДИКАТОР ЗОВНІШНЬОГО ВПЛИВУ, що містить оптично пов'язані джерело випромінювання, одномодовий волоконний світловод з двулучепреломленіем, поляризатор оптичного випромінювання і фотоприймач, а також блок обробки і блок відображення інформації, при цьому вихід фотоприймача електрично пов'язаний з входом блоку обробки, вихід якого підключений до входу блоку відображення інформації, що відрізняється тим, що введені скануючий деформатори і блок управління, а блок відображення інформації виконаний двухвходових, при цьому е про другий вхід електрично з'єднаний з першим виходом блоку управління, другий вихід якого електрично з'єднаний з входом скануючого деформатора, сполученого з ділянкою волоконного світловода, причому положення скануючого деформатора вибрано так, що ділянка волоконного світловода, з яким він пов'язаний, не перетинається з ділянкою волоконного світловода , причому положення скануючого деформатора вибрано так, що ділянка волоконного світловода, з яким він пов'язаний, не перетинається з ділянкою, на який здійснюється зовнішнє віз дію, і початок і кінець одного з цих ділянок розташовані на відстанях, рівних половині відстаней від вихідного торця волоконного світловода до початку і кінця іншої ділянки відповідно, а поляризатор оптичного випромінювання встановлений так, що його вісь поляризації розташована під кутом 45 o до осей двулучепреломления волоконного світловода.