RU2489679C1 - Fibre-optic displacement sensor - Google Patents
Fibre-optic displacement sensor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2489679C1 RU2489679C1 RU2012110092/28A RU2012110092A RU2489679C1 RU 2489679 C1 RU2489679 C1 RU 2489679C1 RU 2012110092/28 A RU2012110092/28 A RU 2012110092/28A RU 2012110092 A RU2012110092 A RU 2012110092A RU 2489679 C1 RU2489679 C1 RU 2489679C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- output
- optical
- optic
- inputs
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 37
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 12
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 29
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 27
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 claims description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N Silver Chemical compound [Ag] BQCADISMDOOEFD-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
- 229910052709 silver Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000004332 silver Substances 0.000 description 1
Images
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим преобразователям перемещений, и может быть использовано при измерении ускорения, вибрации и давления.The invention relates to measuring equipment, namely to fiber-optic displacement transducers, and can be used to measure acceleration, vibration and pressure.
Известен датчик перемещений [1], содержащий источник света, светопровод, выполненный в виде пакетов подводящих и отводящих гибких светопроводов, фотоэлектронный умножитель и регистрирующий прибор.A known displacement sensor [1], containing a light source, a light guide made in the form of packets of input and output flexible light guides, a photoelectronic multiplier and a recording device.
Недостатком известного устройства является низкая точность преобразования перемещения объекта в модуляцию оптического сигнала, обусловленная зависимостью коэффициента преобразования от оптической мощности, излучаемой источником света, и коэффициента отражения поверхности объекта.A disadvantage of the known device is the low accuracy of the conversion of the movement of the object to the modulation of the optical signal due to the dependence of the conversion coefficient on the optical power emitted by the light source and the reflection coefficient of the surface of the object.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптический датчик перемещений [2] (прототип), содержащий источник света, светопровод, выполненный в виде пакетов подводящих и отводящего гибких светопроводов, фотоэлектронный умножитель и регистрирующий прибор, снабжен блоком регулировки света, выполненным в виде оптически связанных светопровода, фотоприемника и подключенного к последнему регулятора источника света, а второй конец светопровода объединен в один пакет с первыми двумя светопроводами. Выход пакета светопроводов смотрит на отражающий элемент, которым является сам перемещающейся объект.The closest technical solution to the proposed one is an optical displacement sensor [2] (prototype), containing a light source, a light guide made in the form of packets of input and output flexible light guides, a photomultiplier and a recording device, equipped with a light control unit made in the form of optically coupled light guides , a photodetector and a light source connected to the latter, and the second end of the light guide is combined in one package with the first two light guides. The output of the packet of optical fibers looks at the reflective element, which is the moving object itself.
В данном устройстве осуществлено повышение точности измерения перемещения объекта путем уменьшения зависимости результата измерения перемещения объекта от мощности источника излучения за счет регулировки мощности источника излучения электрическим сигналом, пропорциональным оптической мощности, отраженной от перемещаемого объекта.In this device, the accuracy of measuring the movement of an object is improved by reducing the dependence of the result of measuring the movement of an object on the power of the radiation source by adjusting the power of the radiation source by an electric signal proportional to the optical power reflected from the moving object.
Недостатком предложенного оптического датчика перемещений является недостаточная точность измерения перемещения объекта, обусловленная тем, что мощность источника света регулируется внешним электрическим сигналом, которая не является однозначной из-за тепловых флуктуации.The disadvantage of the proposed optical displacement sensor is the insufficient accuracy of measuring the displacement of the object, due to the fact that the power of the light source is regulated by an external electrical signal, which is not unique due to thermal fluctuations.
Техническим результатом является повышение точности измерения перемещения объекта.The technical result is to increase the accuracy of measuring the movement of an object.
Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический датчик перемещений, содержащий источник оптического излучения, выход которого подключен к входу подводящего волоконно-оптического световода, первый и второй отводящие волоконно-оптические световоды, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фотоприемников, содержит отражающий элемент, прикрепленный к перемещающемуся объекту, на который направлены входы первого и второго волоконных световодов оптической связи, оптический разветвитель, электронный блок обработки сигналов, выполненный с возможностью вычисления перемещения Δs по формуле:The technical result is achieved in that the fiber-optic displacement sensor containing an optical radiation source, the output of which is connected to the input of the input fiber-optic optical fiber, the first and second output fiber-optic optical fibers, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second photodetectors respectively, contains a reflective an element attached to a moving object, to which the inputs of the first and second fiber optical fibers are directed, an optical splitter, an electric nny signal processing unit configured to calculate displacement using the formula Δs:
где k - коэффициент преобразования; U1, U2 - сигналы с первого и второго фотоприемников соответственно, причем выходы первого и второго волоконных световодов связи подключены через оптический разветвитель к выходу подводящего волоконного световода и к входам соответствующих первого и второго отводящих волоконных световодов, выходы первого и второго фотоприемников подключены к соответствующим входам электронного блока обработки сигналов, выход которого является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.where k is the conversion coefficient; U 1 , U 2 - signals from the first and second photodetectors, respectively, and the outputs of the first and second fiber communication optical fibers are connected through an optical splitter to the output of the fiber supply optical fiber and to the inputs of the corresponding first and second output fiber optical fibers, the outputs of the first and second photodetectors are connected to the corresponding the inputs of the electronic signal processing unit, the output of which is the output of the entire fiber-optic displacement sensor.
Технический результат также достигается тем, что отражающий элемент выполнен в виде прямоугольника из отражающего свет материала, расположенного на неотражающей поверхности таким образом, чтобы проекции световых пятен из входов первого и второго световодов оптической связи при отсутствии перемещений объекта делятся пополам.The technical result is also achieved in that the reflective element is made in the form of a rectangle of light-reflecting material located on a non-reflective surface so that the projections of the light spots from the inputs of the first and second optical communication optical fibers in the absence of object movements are divided in half.
Технический результат также достигается тем, что отражающий элемент выполнен в виде двух примыкающих друг к другу прямоугольных полос, каждая из которых разделена на отражающую и неотражающую области, причем отражающая область первой полосы примыкает к неотражающей области второй полосы, а неотражающая область первой полосы примыкает к отражающей области второй полосы таким образом, чтобы границы отражающих областей обеих полос делят пополам проекции световых пятен из входов первого и второго световодов оптической связи при отсутствии перемещений объекта.The technical result is also achieved by the fact that the reflective element is made in the form of two rectangular strips adjacent to each other, each of which is divided into reflective and non-reflective regions, the reflective region of the first strip adjacent to the non-reflective region of the second strip, and the non-reflective region of the first strip adjacent to the reflective areas of the second strip so that the boundaries of the reflecting regions of both bands are divided in half the projections of the light spots from the inputs of the first and second optical communication optical fibers and object movements.
На Фиг.1 приведена схема устройства.Figure 1 shows a diagram of a device.
На Фиг.2 приведен отражающий элемент в виде прямоугольника из материала, отражающего свет, помещенного на неотражающей поверхности, с указанием проекций входов первого и второго световодов связи на отражающий элемент.Figure 2 shows a reflective element in the form of a rectangle of material reflecting light placed on a non-reflective surface, indicating the projections of the inputs of the first and second communication fibers onto the reflective element.
На Фиг.3 приведен отражающий элемент в виде двух примыкающих друг к другу прямоугольных областей с указанием проекций входов первого и второго световодов связи на отражающий элемент.Figure 3 shows the reflective element in the form of two adjacent to each other rectangular regions indicating the projections of the inputs of the first and second communication fibers on the reflective element.
Принятые обозначения:Accepted designations:
1 - отражающий элемент;1 - reflective element;
21,2 - первый и второй волоконные световоды оптической связи;2 1,2 - the first and second fiber optical fibers of optical communication;
3 - оптический разветвитель;3 - optical splitter;
41,2 - первый и второй отводящие волоконные световоды,4 1,2 - the first and second output fiber optic fibers,
5 - подводящий световод,5 - lead fiber
6 - источник оптического излучения,6 - source of optical radiation,
71,2 - первый и второй фотоприемники,7 1,2 - the first and second photodetectors,
8 - электронный блок обработки сигналов.8 - electronic signal processing unit.
Устройство состоит из отражающего элемента 1, первого и второго волоконных световодов оптической связи 21, 2, оптического разветвителя 3, первого и второго отводящих волоконных световодов 41,2, подводящего световода 5, источника оптического излучения 6, первого и второго фотоприемников 71,2, электронного блока обработки сигналов 8.The device consists of a reflecting
Отражающий элемент 1 прикреплен к перемещающемуся объекту. Он оптически связан с первым и вторым волоконными световодами оптической связи 21,2 таким образом, что проекции световых пятен из входов световотов 21,2 при отсутствии перемещений объекта делятся пополам, как показано на Фиг.2 или Фиг.3. Выходы световодов 21,2 через оптический разветвитель 3 подключены к выходу подводящего световода 5 и входам отводящих световодов 41,2. Вход подводящего световода 5 подключен к источнику оптического излучения 6. Выходы световодов 41,2 через соответствующие фотоприемники 71,2 подключены к входам электронного блока обработки сигналов 8. Выход электронного блока обработки сигналов 8 является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.The reflecting
Волоконно-оптический датчик перемещения работает следующим образом.Fiber optic displacement sensor operates as follows.
После включения датчика источник оптического излучения 6 излучает световой пучок постоянной мощности Р0, который по подводящему световоду 5 передается на оптический разветвитель 3, на котором разделяется на два пучка половинной мощности P1, P2 в первый и второй световоды 21,2 соответственно:After turning on the sensor, the optical radiation source 6 emits a constant-power light beam P 0 , which is transmitted through an input fiber 5 to an optical splitter 3, in which it is divided into two half-beam beams P 1 , P 2 into the first and second optical fibers 2 1,2, respectively:
P1=kaP0/2, P2=kaP0/2,P 1 = k a P 0/2 , P 2 = k a P 0/2 ,
где ka - потери мощности в подводящем световоде 5 и в оптическом разветвителе 3.where k a - power loss in the input fiber 5 and in the optical splitter 3.
Эти два пучка P1, P2 по световодам оптической связи 21,2 передаются на отражающий элемент 1, от которого отражаются в виде
, ,
, ,
где kR - коэффициент отражения отражающего элемента 1;where k R is the reflection coefficient of the reflecting
R, S - радиус и площадь проекции торца каждого из световодов 21,2 на плоскость отражающего элемента 1;R, S is the radius and projection area of the end face of each of the optical fibers 2 1,2 on the plane of the reflecting
Δs - искомое перемещение.Δs is the desired displacement.
По световодам 21,2 через оптический разветвитель 3 световые сигналы
, ,
, ,
где Sph - коэффициент преобразования фотоприемников 71,2 оптической мощности в электрический сигнал.where S ph is the conversion factor of the photodetectors 7 1.2 optical power into an electrical signal.
Эти аналоги поступают на электронный блок обработки сигналов 8, где проводится вычисление выходного сигнала датчика Δs по формуле:These analogues go to the electronic signal processing unit 8, where the output of the sensor Δs is calculated by the formula:
где k - коэффициент преобразования электронного блока обработки сигналовwhere k is the conversion coefficient of the electronic signal processing unit
Отражающий элемент 1 может быть выполнен путем нанесения алюминиевого или серебряного покрытия на поверхность перемещаемого объекта.The reflecting
В качестве световодов 21,2, 41,2, 5 и оптического разветвителя 3 могут быть использованы волоконно-оптические компоненты, применяемые в волоконно-оптических линиях связи.As the optical fibers 2 1,2 , 4 1,2 , 5 and the optical splitter 3 can be used fiber-optic components used in fiber-optic communication lines.
В качестве источника оптического излучения 6 можно использовать светодиод L10762 фирмы HAMAMATSU PHOTONICS.As the source of optical radiation 6, you can use the LED L10762 company HAMAMATSU PHOTONICS.
В качестве фотоприемников 712 можно использовать фотодиоды с предусилителем S8745-01 фирмы HAMAMATSU PHOTONICS.As the photodetectors 712, you can use photodiodes with a preamplifier S8745-01 company HAMAMATSU PHOTONICS.
В качестве электронного блока обработки сигналов 8 можно использовать микроконвертер ADuC841 фирмы Analog Devices, включающий в себя аналого-цифровые преобразователи входных сигналов от фотоприемников 71,2, микропроцессор для выполнения вычислений по формуле (1) и цифроаналоговый преобразователь выходного сигнала.As the electronic signal processing unit 8, you can use the ADuC841 micro-converter from Analog Devices, which includes analog-to-digital converters of the input signals from photodetectors 7 1,2 , a microprocessor to perform calculations according to formula (1), and a digital-to-analog converter of the output signal.
Таким образом, на выходе датчика получается сигнал, пропорциональный перемещению перемещающегося объекта, который не зависит от колебаний мощности источника излучения 6, как в прототипе.Thus, at the output of the sensor, a signal is obtained proportional to the movement of the moving object, which does not depend on fluctuations in the power of the radiation source 6, as in the prototype.
Источники информацииInformation sources
1. Авторское свидетельство СССР №225464, кл. G01B 11/02, 1968 г.1. USSR copyright certificate No. 225464, cl. G01B 11/02, 1968
2. Авторское свидетельство СССР №938029, кл. G01H 1/00, 1982 г.2. USSR author's certificate No. 938029, cl. G01H 1/00, 1982
Claims (3)
где k - коэффициент преобразования; U1, U2 - сигналы с первого и второго фотоприемников соответственно, причем выходы первого и второго волоконных световодов связи подключены через оптический разветвитель к выходу подводящего волоконного световода и к входам соответствующих первого и второго отводящих волоконных световодов, выходы первого и второго фотоприемников подключены к соответствующим входам электронного блока обработки сигналов, выход которого является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.1. Fiber-optic displacement sensor containing an optical radiation source, the output of which is connected to the input of the input fiber optic fiber, the first and second output fiber optic fibers, the outputs of which are connected to the inputs of the first and second photodetectors, characterized in that it contains reflective an element attached to a moving object, to which the inputs of the first and second fiber optic optical fibers are directed, an optical splitter, an electronic processing unit signals, configured to calculate the displacement Δs by the formula:
where k is the conversion coefficient; U 1 , U 2 - signals from the first and second photodetectors, respectively, and the outputs of the first and second fiber communication optical fibers are connected through an optical splitter to the output of the fiber supply optical fiber and to the inputs of the corresponding first and second output fiber optical fibers, the outputs of the first and second photodetectors are connected to the corresponding the inputs of the electronic signal processing unit, the output of which is the output of the entire fiber-optic displacement sensor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012110092/28A RU2489679C1 (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Fibre-optic displacement sensor |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012110092/28A RU2489679C1 (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Fibre-optic displacement sensor |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2489679C1 true RU2489679C1 (en) | 2013-08-10 |
Family
ID=49159588
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012110092/28A RU2489679C1 (en) | 2012-03-16 | 2012-03-16 | Fibre-optic displacement sensor |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2489679C1 (en) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU169584U1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-03-23 | Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") | OPTOELECTRONIC MOVEMENT SENSOR |
| RU174469U1 (en) * | 2017-02-27 | 2017-10-16 | Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") | OPTOELECTRONIC SENSOR WITH EXTERNAL OPTICAL COMMUNICATION |
| CN110542385A (en) * | 2019-10-10 | 2019-12-06 | 深圳市基础工程有限公司 | Symmetrical wide-range fiber grating displacement sensor |
| CN112393752A (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-23 | 合肥健天电子有限公司 | Optical fiber sensor difference compensation system and method |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1226060A1 (en) * | 1984-10-01 | 1986-04-23 | Предприятие П/Я А-1891 | Photoelectronic displacement transducer |
| SU1767327A1 (en) * | 1990-12-25 | 1992-10-07 | Центр Научно-Технического Творчества Молодежи "Минск" | Optical displacement transducer |
| RU2156435C1 (en) * | 1999-08-03 | 2000-09-20 | Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" | Contact-free displacement transducer |
| RU2292525C1 (en) * | 2005-05-14 | 2007-01-27 | Тольяттинский государственный университет | A fiber-optic sensor |
-
2012
- 2012-03-16 RU RU2012110092/28A patent/RU2489679C1/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1226060A1 (en) * | 1984-10-01 | 1986-04-23 | Предприятие П/Я А-1891 | Photoelectronic displacement transducer |
| SU1767327A1 (en) * | 1990-12-25 | 1992-10-07 | Центр Научно-Технического Творчества Молодежи "Минск" | Optical displacement transducer |
| RU2156435C1 (en) * | 1999-08-03 | 2000-09-20 | Московский государственный технологический университет "СТАНКИН" | Contact-free displacement transducer |
| RU2292525C1 (en) * | 2005-05-14 | 2007-01-27 | Тольяттинский государственный университет | A fiber-optic sensor |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU169584U1 (en) * | 2016-06-01 | 2017-03-23 | Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") | OPTOELECTRONIC MOVEMENT SENSOR |
| RU174469U1 (en) * | 2017-02-27 | 2017-10-16 | Акционерное общество "Протон" (АО "Протон") | OPTOELECTRONIC SENSOR WITH EXTERNAL OPTICAL COMMUNICATION |
| CN110542385A (en) * | 2019-10-10 | 2019-12-06 | 深圳市基础工程有限公司 | Symmetrical wide-range fiber grating displacement sensor |
| CN112393752A (en) * | 2020-10-26 | 2021-02-23 | 合肥健天电子有限公司 | Optical fiber sensor difference compensation system and method |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| RU2489679C1 (en) | Fibre-optic displacement sensor | |
| JPH0413642B2 (en) | ||
| CA2272033A1 (en) | Arrangement for determining the temperature and strain of an optical fiber | |
| JPS6147369B2 (en) | ||
| CN105865753A (en) | Measuring device and method for length difference between arms of optical fiber interferometer | |
| CN1193737A (en) | Fabry-perot pressure sensing system with ratioed quadrature pulse detection | |
| SE8501713D0 (en) | FIBEROPTIC INTERFEROMETER | |
| JP5478752B1 (en) | Strain measuring method and strain measuring apparatus | |
| CN102798457A (en) | System and method for sensing VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser) based ultrahigh-speed FBG (Fiber Bragg Grating) | |
| CN103969221A (en) | Optical fiber refractive index sensor based on single mode-fine core-multimode-single mode structure | |
| CN102221343B (en) | Quasi-distributed white light interference strain sensing system based on optical fiber full-spectrum reflectors with adjustable splitting ratios | |
| CN108332877A (en) | A kind of the fiber grating measuring device and method of light pulse and optical time domain reflection combination | |
| CN102494703A (en) | Fiber ring-down loop time division multiplexing sensing system | |
| CN2513077Y (en) | Interference type optic fibre length measurer | |
| RU2678708C1 (en) | Arms length difference determining method in the double-beam fiber-optical interferometer | |
| RU2544885C1 (en) | Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed | |
| CN104198435B (en) | Device and method for measuring group refractive index of photonic bandgap fibers based on frequency modulated continuous waves | |
| RU2527308C1 (en) | Fibre-optic thermometer | |
| RU81323U1 (en) | COMBINED FIBER OPTICAL PRESSURE AND TEMPERATURE SENSOR | |
| JP4862594B2 (en) | Optical fiber sensor | |
| RU106366U1 (en) | FIBER OPTICAL PRESSURE SENSOR | |
| JPH068724B2 (en) | Optical detector | |
| RU140216U1 (en) | OPTICAL PRESSURE INDICATOR | |
| RU2308772C2 (en) | Fiber-optic movement converter | |
| RU2515339C2 (en) | Method to measure linear movements |