[go: up one dir, main page]

RU2491511C2 - Method to measure parameters of physical fields - Google Patents

Method to measure parameters of physical fields Download PDF

Info

Publication number
RU2491511C2
RU2491511C2 RU2009139615/28A RU2009139615A RU2491511C2 RU 2491511 C2 RU2491511 C2 RU 2491511C2 RU 2009139615/28 A RU2009139615/28 A RU 2009139615/28A RU 2009139615 A RU2009139615 A RU 2009139615A RU 2491511 C2 RU2491511 C2 RU 2491511C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signals
optical sensor
pair
generated
optical
Prior art date
Application number
RU2009139615/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009139615A (en
Inventor
Олег Геннадьевич Морозов
Геннадий Александрович Морозов
Валерий Валерьевич Куревин
Виталий Павлович Просвирин
Алексей Сергеевич Смирнов
Светлана Геральдовна Алюшина
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ)
Priority to RU2009139615/28A priority Critical patent/RU2491511C2/en
Publication of RU2009139615A publication Critical patent/RU2009139615A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2491511C2 publication Critical patent/RU2491511C2/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Transform (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: pair of signals of close amplitude is generated with average frequency corresponding to the certain frequency of optical sensor pass band at the specified value of the physical field parameters, and a difference frequency, which is quite narrow so that both signals get into the specified pass band. The generated pair of signals is sent to the optical sensor along the first optical medium. Pairs of signals sent via an optical sensor and generated ones are received, being transmitted accordingly in the second and third optical media, and the physical field parameter is determined. The physical field parameter is determined, measuring difference of phases between the envelope of generated pair signal beats and the envelope of signal beats of the pair transmitted via the optical sensor.
EFFECT: higher accuracy of measurement due to elimination of sources of measurement errors.
2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к технике оптических измерений, в частности к способам для измерения параметров физических полей (температура, давление, натяжение и т.д.) с помощью оптических датчиков, включая датчики в интегральном и волоконно-оптическом исполнении (интерферометры Фабри-Перо, решетки Брэгга, датчики на тонкопленочных фильтрах и т.д.), у которых существует зависимость смещения по частоте их спектральной, как правило, полосовой резонансной характеристики, в зависимости от параметров приложенных физических полей.The invention relates to optical measurement techniques, in particular to methods for measuring parameters of physical fields (temperature, pressure, tension, etc.) using optical sensors, including sensors in integrated and fiber-optic design (Fabry-Perot interferometers, Bragg gratings , sensors on thin-film filters, etc.), in which there is a dependence of the frequency shift of their spectral, as a rule, band-resonance characteristics, depending on the parameters of the applied physical fields.

Известен способ измерения параметров физических полей (см. электронный ресурс www.forc-photonics.ru, «Волоконно-оптический зондовый термометр», файл termometr_final.pdf, ООО ИП «НЦВО-Фотоника», 14.10.2008), заключающийся в том, что генерируют широкополосное излучение, передают его к оптическому датчику по оптической среде, принимают излучение, преобразованное в датчике, и определяют параметры физического поля, прецизионно регистрируя спектральное смещение резонансной длины волны оптического датчика.A known method of measuring the parameters of physical fields (see electronic resource www.forc-photonics.ru, "Fiber Optic Probe Thermometer", file termometr_final.pdf, LLC IP NTsVO-Photonika, 10/14/2008), which consists in the fact that generate broadband radiation, transmit it to the optical sensor through the optical medium, receive the radiation converted in the sensor, and determine the parameters of the physical field by accurately recording the spectral shift of the resonant wavelength of the optical sensor.

Недостатком указанного способа является необходимость использования сложного дорогостоящего блока спектрального анализа принятого излучения и фотоприемного блока для регистрации спектрального смещения, как правило, это оптические анализаторы спектра. Оптоэлектронная раздельная обработка сигналов, также представляется сложной, и требует наличия либо перестраиваемых лазерных излучателей, либо сложных систем спектральной фильтрациии, либо нескольких фотоприемников, либо, как вариант, системы матричных ПЗС-приемников. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения параметров физических полей и снижению их точности в целом.The disadvantage of this method is the need to use a complex expensive unit for spectral analysis of received radiation and a photodetector for recording spectral bias, as a rule, these are optical spectrum analyzers. Separate optoelectronic signal processing also seems to be complex and requires either tunable laser emitters, or complex spectral filtering systems, or several photodetectors, or, as an option, a system of CCD array receivers. All this leads to the appearance of additional sources of errors in the measurement of the parameters of physical fields and a decrease in their accuracy in general.

Прототипом изобретения является способ (см. Патент США №7463832 В2 «Метод и система компенсации тепловых смещений для оптических сетей», 398/196 МПК8 H04J 13/02, 09.08.2005), заключающийся в том, что генерируют пары сигналов заранее установленной близкой амплитуды со средней частотой, соответствующей определенной частоте полосы пропускания оптического датчика при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, достаточно узкой, для того чтобы оба сигнала попали в указанную полосу пропускания, передают сгенерированную пару сигналов к оптическому датчику по первой оптической среде, принимают пропущенную через него пару сигналов, передаваемую по второй оптической среде, и определяют параметр физического поля, сравнивая разности амплитуд между сигналами пары, принятой после прохождения через оптический датчик, или сравнивая их амплитуды с амплитудами сигналов в сгенерированной паре, переданной к приемному устройству по третьей оптической среде.The prototype of the invention is a method (see US Patent No. 7463832 B2 "Method and system for compensating thermal displacement for optical networks", 398/196 MPK8 H04J 13/02, 08/09/2005), which generate pairs of signals of a predetermined close amplitude with an average frequency corresponding to a certain frequency bandwidth of the optical sensor for a given value of the physical field parameter, and a difference frequency narrow enough for both signals to fall into the specified bandwidth, transmit the generated pair of signals to the optical sensor via the first optical medium, a pair of signals passed through it is transmitted through the second optical medium and the physical field parameter is determined by comparing the amplitude differences between the signals of the pair received after passing through the optical sensor or comparing their amplitudes with the amplitudes of the signals in the generated a pair transmitted to the receiver via a third optical medium.

Недостатком прототипа способа является необходимость использования сложной оптической системы для раздельного спектрального приема отдельных компонент пар сигналов, требующей, как правило, наличия узкополосных интерференционных фильтров, в свою очередь, обладающих температурной зависимостью спектральных характеристик. Оптоэлектронная раздельная обработка компонент, также представляется сложной и представляет собой обработку абсолютных амплитудных значений принятых сигналов, подверженную воздействию шумов и помех различной природы. Все это приводит к появлению дополнительных источников погрешностей измерения параметров физических полей и снижению их точности в целом.The disadvantage of the prototype method is the need to use a complex optical system for separate spectral reception of the individual components of the signal pairs, requiring, as a rule, the presence of narrow-band interference filters, in turn, having a temperature dependence of spectral characteristics. Separate optoelectronic processing of the components is also complex and represents the processing of the absolute amplitude values of the received signals, subject to the effects of noise and interference of various nature. All this leads to the appearance of additional sources of errors in the measurement of the parameters of physical fields and a decrease in their accuracy in general.

Решаемая техническая задача заключается в повышении точности измерений, упрощении и удешевлении устройств для практической реализации способа измерения параметров физических полей.The technical problem to be solved is to increase the accuracy of measurements, simplify and reduce the cost of devices for the practical implementation of the method of measuring the parameters of physical fields.

Решаемая техническая задача в способе измерения параметров физических полей, заключающегося в том, что генерируют пару сигналов близкой амплитуды со средней частотой, соответствующей определенной частоте полосы пропускания оптического датчика при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, достаточно узкой, для того чтобы оба сигнала попали в указанную полосу пропускания, передают сгенерированную пару сигналов к оптическому датчику по первой оптической среде, принимают пропущенную через оптический датчик и сгенерированную пары сигналов, передаваемые соответственно по второй и третьей оптическим средам, и определяют параметр физического поля, достигается тем, что определение параметра физического поля производят, измеряя разность фаз между огибающей биений сигналов сгенерированной пары и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик.The technical problem to be solved is in a method for measuring the parameters of physical fields, which consists in generating a pair of signals of close amplitude with an average frequency corresponding to a certain frequency of the passband of the optical sensor at a given value of the physical field parameter, and a difference frequency narrow enough so that both signals hit the specified bandwidth, transmit the generated pair of signals to the optical sensor through the first optical medium, take the passed through the optical sensor and the generated pair of signals transmitted respectively through the second and third optical media, and determine the parameter of the physical field, it is achieved by determining the parameter of the physical field by measuring the phase difference between the envelope of the beat of the signals of the generated pair and the envelope of the beat of the signals of the pair passed through the optical sensor.

В некоторых случаях генерируют пару сигналов одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте полосы пропускания оптического датчика при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, равной полуширине полосы пропускания оптического датчика.In some cases, a pair of signals of the same amplitude is generated with an average frequency corresponding to the center frequency of the optical sensor passband at a given value of the physical field parameter and a difference frequency equal to half the width of the optical sensor passband.

На фиг.1 изображена структурная схема устройства для реализации способа измерения параметров физических полей.Figure 1 shows a structural diagram of a device for implementing the method of measuring the parameters of physical fields.

На фиг.2 изображена зависимость разности фаз между огибающей биений сигналов сгенерированной пары и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик, от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика для случая подачи на него пары сигналов одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте его полосы пропускания при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, равной полуширине указанной полосы пропускания.Figure 2 shows the dependence of the phase difference between the envelope of the beats of the signals of the generated pair and the envelope of the beats of the signals of the pair that passed through the optical sensor on the generalized detuning of the passband of the optical sensor for the case of applying to it a pair of signals of the same amplitude with an average frequency corresponding to the center frequency of its strip transmission at a given value of the parameter of the physical field, and a difference frequency equal to the half-width of the specified bandwidth.

Устройство для реализации способа измерения параметров физических полей (фиг.1, 2) содержит последовательно соединенные двухчастотный лазерный излучатель 1, оптический разветвитель 2, первый волоконно-оптический кабель 3, оптический датчик 4, второй волоконно-оптический кабель 5 и первый фотоприемник 6, второй фотоприемник 7, соединенный через третий волоконно-оптический кабель 8 со вторым выходом оптического разветвителя 2, а также контроллер 9 определения параметра физического поля. В него введен фазометр 10, при этом выходы первого 6 и второго 7 фотоприемников подключены соответственно к первому и второму входам фазометра 10, а выход фазометра 10 к входу контроллера 9 определения параметра физического поля. В различных случаях устройство может быть выполнено с использованием оптического датчика 4 на основе волоконной решетки Брэгга, или интерферометра Фабри-Перо, или тонкопленочного фильтра. Как правило, длина третьего волоконно-оптического кабеля 8 равна сумме длин первого 3 и второго 5 волоконно-оптических кабелей.A device for implementing the method of measuring the parameters of physical fields (FIGS. 1, 2) contains a serially connected dual-frequency laser emitter 1, an optical splitter 2, a first fiber optic cable 3, an optical sensor 4, a second fiber-optic cable 5 and a first photodetector 6, the second a photodetector 7 connected through a third fiber optic cable 8 to the second output of the optical splitter 2, and also a controller 9 for determining the parameter of the physical field. A phase meter 10 is introduced into it, while the outputs of the first 6 and second 7 photodetectors are connected respectively to the first and second inputs of the phase meter 10, and the output of the phase meter 10 to the input of the controller 9 for determining the parameter of the physical field. In various cases, the device can be performed using an optical sensor 4 based on a Bragg fiber grating, or a Fabry-Perot interferometer, or a thin-film filter. Typically, the length of the third fiber optic cable 8 is equal to the sum of the lengths of the first 3 and second 5 fiber optic cables.

На фиг.2 изображена зависимость разности фаз между огибающей биений сигналов пары, сгенерированной двухчастотным лазерным излучателем 1, и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик 4, от обобщенной расстроки полосы пропускания оптического датчика 4 для случая подачи на него пары сигналов одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте его полосы пропускания при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, равной полуширине указанной полосы пропускания.Figure 2 shows the dependence of the phase difference between the envelope of the beats of the signals of the pair generated by the two-frequency laser emitter 1, and the envelope of the beats of the signals of the pair that passed through the optical sensor 4, on the generalized row bandwidth of the optical sensor 4 for the case when a pair of signals of the same amplitude the average frequency corresponding to the center frequency of its passband at a given value of the physical field parameter, and the difference frequency equal to the half width of the specified passband.

Рассмотрим осуществление способа.Consider the implementation of the method.

Для измерения параметров физических полей с помощью двухчастотного лазерного излучателя 1 генерируют пару сигналов близкой амплитуды со средней частотой, соответствующей определенной частоте полосы пропускания оптического датчика 4 при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, достаточно узкой, для того чтобы оба сигнала попали в указанную полосу пропускания. Затем передают сгенерированную пару сигналов к оптическому датчику 4 через оптический разветвитель 2 по первой оптической среде, в качестве которой выбран первый волоконно-оптический кабель 3.To measure the parameters of physical fields using a two-frequency laser emitter 1, a pair of signals of close amplitude is generated with an average frequency corresponding to a certain frequency bandwidth of the optical sensor 4 at a given value of the physical field parameter, and a difference frequency narrow enough so that both signals fall into the specified bandwidth. Then, the generated pair of signals is transmitted to the optical sensor 4 through the optical splitter 2 through the first optical medium, for which the first fiber-optic cable 3 is selected.

В сгенерированной паре сигналов, проходящей через оптический датчик 4, происходит изменение амплитуд отдельных составляющих в зависимости от направления и величины частотного смещения его полосы пропускания, вызванного приложенным физическим полем и однозначно определяемого параметром данного поля.In the generated pair of signals passing through the optical sensor 4, the amplitudes of the individual components change, depending on the direction and magnitude of the frequency shift of its passband, caused by the applied physical field and uniquely determined by the parameter of this field.

Далее с помощью первого фотоприемника 6 принимают пропущенную через оптический датчик 4 пару сигналов, передаваемую от него по второй оптической среде, в качестве которой выбран второй волоконно-оптический кабель 5. С помощью второго фотоприемника 7 принимают исходную сгенерированную пару сигналов, поступающую на его вход через второй выход оптического разветвителя 2 и третью оптическую среду, в качестве которой выбран третий волоконно-оптический кабель 8. На выходе фотоприемников 7 и 6 образуются сигналы, соответствующие огибающей биений сигналов пары, сгенерированной двухчастотным лазерным излучением 1, и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик 4. Измерение разности фаз огибающей биений между сигналами пары, прошедшей через оптический датчик 4, и огибающей биений между сигналами пары, сгенерированной двухчастотным лазерным излучателем 1, производят в фазометре 10.Next, with the help of the first photodetector 6, a pair of signals passed through the optical sensor 4 is received, transmitted from it through the second optical medium, which is selected as the second fiber-optic cable 5. Using the second photodetector 7, the initial generated pair of signals is received, which is input to it through the second output of the optical splitter 2 and the third optical medium, which is selected as the third fiber optic cable 8. At the output of the photodetectors 7 and 6, signals corresponding to the envelope of the beats are generated the signals of the pair generated by the double-frequency laser radiation 1 and the envelope of the beats of the signals of the couple passed through the optical sensor 4. The difference between the phases of the phases of the envelope of the beats between the signals of the couple passed through the optical sensor 4 and the envelope of the beats between the signals of the couple generated by the two-frequency laser emitter 1 is produced in the phase meter 10.

По полученному значению и заложенным в контроллере 9 определения параметра физического поля зависимостям разности фаз между огибающей биений сигналов пары, сгенерированной двухчастотным лазерным излучателем 1, и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик 4, от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика 4 (фиг.2) и зависимости направления и величины частотного смещения полосы пропускания оптического датчика 4 от параметров физического поля однозначно определяют измеряемый параметр физического поля.According to the obtained value and the phase difference dependencies in the controller 9 for determining the physical field dependence of the phase difference between the beat envelope of the pair signals generated by the two-frequency laser emitter 1 and the beat envelope of the pair signals transmitted through the optical sensor 4 from the generalized mismatch of the passband of the optical sensor 4 (Fig. 2) and the dependence of the direction and magnitude of the frequency shift of the passband of the optical sensor 4 on the parameters of the physical field uniquely determine the measured parameter of the physical Olya.

На фиг.2 изображена зависимость разности фаз между огибающей биений сигналов пары, сгенерированной двухчастотным лазерным излучателем 1, и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик 4, от обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика 4. Зависимость построена для случая подачи на оптический датчик 4 сгенерированной двухчастотным лазерным излучателем 1 пары сигналов одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте его полосы пропускания при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, равной полуширине указанной полосы пропускания. В этом случае обеспечиваются оптимальные по чувствительности и крутизне измерительного преобразования параметры устройства.Figure 2 shows the dependence of the phase difference between the envelope of the beats of the signals of the pair generated by the two-frequency laser emitter 1, and the envelope of the beats of the signals of the pair that passed through the optical sensor 4, on the generalized detuning of the passband of the optical sensor 4. The dependence is constructed for the case of applying to the optical sensor 4 generated by a two-frequency laser emitter 1 pair of signals of the same amplitude with an average frequency corresponding to the center frequency of its passband for a given value of the parameter f field, and a difference frequency equal to half the width of the specified bandwidth. In this case, the device parameters that are optimal in sensitivity and steepness of the measurement conversion are provided.

В соответствии с фиг.2 средняя обобщенная расстройка полосы пропускания оптического датчика 4 равна «0» и соответствует его центральной частоте и средней частоте сгенерированной двухчастотным лазерным излучателе 1 пары сигналов. Расстройка между составляющими сгенерированной пары сигналов равна «2» и соответствует полуширине полосы пропускания оптического датчика 4. При других значения расстройки между составляющими сгенерированной пары сигналов меняются значения разности фаз огибающих биений, но не меняется характер зависимости.In accordance with figure 2, the average generalized detuning of the passband of the optical sensor 4 is equal to "0" and corresponds to its center frequency and the average frequency generated by the dual-frequency laser emitter 1 pair of signals. The detuning between the components of the generated signal pair is equal to “2” and corresponds to the half-width of the passband of the optical sensor 4. For other values of the detuning between the components of the generated signal pair, the phase difference values of the beat envelopes change, but the nature of the dependence does not change.

При заданном (калибровочном) параметре физического поля средняя частота сгенерированной пары сигналов будет соответствовать расстройке «0», а компоненты пары будут расположены одна с расстройкой «-1», другая с расстройкой «1». Их амплитуды будут равны, а разность фаз огибающих биений между сгенерированной и прошедшей через оптический датчик 4 парами сигналов будет равна нулю (фиг.2). При частотном смещении полосы пропускания оптического датчика 4 в зависимости от изменений параметра физического поля положение компонент сгенерированной пары сигналов относительно полосы пропускания будет меняться и будет меняться разность фаз огибающих биений между сгенерированной и прошедшей через оптический датчик 4 парами сигналов в соответствии с представленной зависимостью.For a given (calibration) parameter of the physical field, the average frequency of the generated signal pair will correspond to the detuning “0”, and the components of the pair will be located one with the detuning “-1”, the other with the detuning “1”. Their amplitudes will be equal, and the phase difference of the beat envelopes between the pairs of signals generated and transmitted through the optical sensor by 4 will be equal to zero (Fig. 2). With the frequency shift of the passband of the optical sensor 4 depending on changes in the physical field parameter, the position of the components of the generated signal pair relative to the passband will change and the phase difference of the beat envelope between the generated and transmitted through the optical sensor 4 signal pairs will change in accordance with the presented dependence.

При известной зависимости величины расстройки полосы пропускания оптического датчика от значения параметра приложенного физического поля (например, для волоконно-оптической решетки Брэгга - типичные значения расстройки в зависимости от температуры ~0.01 нм/К и от относительного удлинения световода ~103ΔL/L, (нм) (С.А. Васильев, О.И. Медведков, И.Г. Королев, Е.М. Дианов, Фотоиндуцированные волоконные решетки показателя преломления и их применения, Фотон-Экспресс-Наука, 6, стр.163-183, 2004) определяют значение параметра приложенного физического поля.With the known dependence of the detuning of the optical sensor passband on the value of the parameter of the applied physical field (for example, for the Bragg fiber optic array, typical detuning values depending on the temperature are ~ 0.01 nm / K and on the relative fiber elongation ~ 10 3 ΔL / L, ( nm) (S.A. Vasiliev, O.I. Medvedkov, I.G. Korolev, E.M. Dianov, Photoinduced fiber gratings of the refractive index and their applications, Photon Express-Nauka, 6, pp. 163-183, 2004) determine the value of the parameter of the applied physical field.

Таким образом, по полученной в фазометре 10 информации о разности фаз между огибающей биений сигналов пары, сгенерированной двухчастотным лазерным излучателем 1, и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик 4, определяют обобщенную расстройку полосы пропускания оптического датчика 4 и далее по зависимости обобщенной расстройки полосы пропускания оптического датчика 4 от параметра приложенного физического поля в контроллере 9 определяют параметр измеряемого физического поля.Thus, from the phasemeter 10 information obtained on the phase difference between the beat envelope of the pair signals generated by the two-frequency laser emitter 1 and the beat envelope of the pair signals transmitted through the optical sensor 4, the generalized detuning of the passband of the optical sensor 4 is determined and then the dependence of the generalized detuning the passband of the optical sensor 4 from the parameter of the applied physical field in the controller 9 determines the parameter of the measured physical field.

Устройство для реализации способа измерения параметров физических полей может быть реализовано с использованием различных типов оптических датчиков 4, конкретный вид которых определяется в зависимости от решаемых задач и характера приложенного физического поля. Это могут быть волоконная решетка Брэгга, интерферометр Фабри-Перо, тонкопленочный фильтр.A device for implementing the method of measuring the parameters of physical fields can be implemented using various types of optical sensors 4, the specific form of which is determined depending on the tasks to be solved and the nature of the applied physical field. It can be a Bragg fiber grating, a Fabry-Perot interferometer, or a thin-film filter.

Поскольку существенным для реализации способа является измерение фазовых соотношений, выравнивание фазовых задержек при распространении пар сигналов по волоконно-оптическим кабелям 3, 5, 8 может быть достигнуто использованием в устройстве третьего волоконно-оптического кабеля 8 с длиной, равной сумме длин первого 3 и второго 5 волоконно-оптических кабелей.Since it is essential for the implementation of the method to measure phase relations, equalization of phase delays during the propagation of signal pairs along fiber optic cables 3, 5, 8 can be achieved by using a third fiber optic cable 8 with a length equal to the sum of the lengths of the first 3 and second 5 fiber optic cables.

Устройство для реализации способа измерения параметров физических полей может быть создано на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1300 нм:A device for implementing the method of measuring the parameters of physical fields can be created on the following elements, designed to operate at a wavelength of 1300 nm:

- двухчастотный лазерный излучатель 1 - лазерный диод IDL10S-1300 НИИ «Полюс»;- two-frequency laser emitter 1 - laser diode IDL10S-1300 Research Institute "Polyus";

- оптический разветвитель 2 - оптический разветвитель ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ 1×2 фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ»;- optical splitter 2 - optical splitter TELECOM-TEST 1 × 2 manufactured by LLC Production and Trade Company SOKOL;

- волоконно-оптические кабели 3, 5, 8 - эталонные шнуры или кабели ТЕЛЕКОМ-ТЕСТ фирмы ООО «Производственно-торговая компания СОКОЛ»;- fiber-optic cables 3, 5, 8 - reference cords or cables TELECOM-TEST of the company "Production and Trade Company SOKOL";

- оптический датчик 4 - волоконная решетка Брэгга, интерферометр Фабри-Перо, тонкопленочные фильтры ООО ИП «НЦВО-Фотоника»;- optical sensor 4 - Bragg fiber grating, Fabry-Perot interferometer, thin-film filters of IP NTsVO-Photonika LLC;

- фотоприемник 6, 7 - высокоскоростные волоконно-оптические InGaAs/InP микроволновые широкополосные PIN фотоприемники (приемные модули) НПФ «ДиЛаз», например, ДФДМШ-40-16;- photodetector 6, 7 - high-speed fiber-optic InGaAs / InP microwave broadband PIN photodetectors (receiving modules) of NPF DiLaz, for example, DFDMSh-40-16;

- контроллер 9 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.;- controller 9 - microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc .;

- фазометр 10 - микроволновый фазометр в интегральном исполнении фирмы Booton, компании Вектор.- phase meter 10 - microwave phase meter in the integrated performance of Booton, Vector.

При реализации способа для построения датчика параметров физических полей все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле или в интегральном исполнении.When implementing the method for constructing a sensor of parameters of physical fields, all of the indicated blocks for generating, receiving and processing signals can be performed on a single chip or in an integrated version.

По сравнению с существующими способами измерения параметров физических полей с помощью оптических датчиков, включая датчики в интегральном и волоконно-оптическом исполнении, у которых существует зависимость смещения по частоте их спектральной характеристики в зависимости от параметров приложенных физических полей, предложенный способ двухчастотного зондирования оптического датчика с измерением параметра по разности фаз огибающих биений опорного и измерительного сигналов не требует:Compared with existing methods for measuring the parameters of physical fields using optical sensors, including sensors in integrated and fiber-optic versions, in which there is a dependence of the frequency shift of their spectral characteristics depending on the parameters of the applied physical fields, the proposed method of dual-frequency sensing of an optical sensor with measurement the parameter for the phase difference of the envelopes of the beats of the reference and measuring signals does not require:

во-первых, применения сложных оптических систем определения спектрального смещения или выделения отдельных спектральных компонент для их дальнейшего сравнения, что значительно снижает стоимость устройств;firstly, the use of complex optical systems for determining the spectral displacement or separation of individual spectral components for their further comparison, which significantly reduces the cost of the devices;

во-вторых, применения для анализа оптических сигналов избирательных элементов, которые обладают собственной зависимостью от изменений измеряемых физических полей;secondly, applications for the analysis of optical signals of selective elements, which have their own dependence on changes in the measured physical fields;

в-третьих, использования амплитудного анализа измеряемых величин, который подвержен значительному влиянию шумов и помех различной природы.thirdly, the use of amplitude analysis of measured values, which is subject to a significant influence of noise and interference of various nature.

Испытания опытного устройства для реализации способа измерения параметров физических полей были проведены на оптических датчиках, выполненных на волоконных решетках Брэгга, изготовленных в НЦВО ИОФ РАН (Москва), откалиброваны на оптических анализаторах спектра ANDO там же, калибровка подтверждена на оптических анализаторах спектра ANDO в лаборатории Поволжского государственного университета телекоммуникаций и информатики (Самара), и показали, что использование способа двухчастотного зондирования оптического датчика с измерением параметра по разности фаз огибающих биений опорного и измерительного сигналов, позволило достичь погрешности измерения температуры 0,01°C в диапазоне ±60°C. При этом погрешность измерения определялась в основном погрешностью АЦП контроллера определения температуры.Tests of an experimental device for implementing the method of measuring the parameters of physical fields were carried out on optical sensors made on Bragg fiber gratings made at the National Center for Optical Physics, IOF RAS (Moscow), calibrated on ANDO optical spectrum analyzers in the same place, the calibration was confirmed on ANDO optical spectrum analyzers in the Povolzhsky laboratory State University of Telecommunications and Informatics (Samara), and showed that the use of a two-frequency sensing method of an optical sensor with measurement of pairs tra envelopes of the phase difference of the beats reference and measurement signals, allowed to reach a temperature measurement error 0,01 ° C in the range ± 60 ° C. In this case, the measurement error was determined mainly by the error of the ADC of the temperature determination controller.

Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи - повышении точности измерений, упрощении и удешевлении устройств для практической реализации способа измерения параметров физических полей.All this allows us to talk about achieving a solution to the technical problem - improving the accuracy of measurements, simplifying and cheapening devices for the practical implementation of the method of measuring the parameters of physical fields.

Claims (2)

1. Способ измерения параметров физических полей, заключающийся в том, что генерируют пару сигналов близкой амплитуды со средней частотой, соответствующей определенной частоте полосы пропускания оптического датчика при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, достаточно узкой, для того чтобы оба сигнала попали в указанную полосу пропускания, передают сгенерированную пару сигналов к оптическому датчику по первой оптической среде, принимают пропущенную через оптический датчик и сгенерированную пары сигналов, передаваемые соответственно по второй и третьей оптическим средам, и определяют параметр физического поля, отличающийся тем, что определение параметра физического поля производят, измеряя разность фаз между огибающей биений сигналов сгенерированной пары и огибающей биений сигналов пары, прошедшей через оптический датчик.1. A method of measuring the parameters of physical fields, which consists in generating a pair of signals of close amplitude with an average frequency corresponding to a certain frequency bandwidth of the optical sensor at a given value of the parameter of the physical field, and a difference frequency narrow enough for both signals to fall into the specified bandwidth, transmit the generated pair of signals to the optical sensor in the first optical medium, receive passed through the optical sensor and the generated pair of signals, transmitted respectively through the second and third optical media, and determine the parameter of the physical field, characterized in that the determination of the parameter of the physical field is made by measuring the phase difference between the envelope of the beat of the signals of the generated pair and the envelope of the beat of the signals of the pair passing through the optical sensor. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что генерируют пару сигналов одинаковой амплитуды со средней частотой, соответствующей центральной частоте полосы пропускания оптического датчика при заданном значении параметра физического поля, и разностной частотой, равной полуширине полосы пропускания оптического датчика. 2. The method according to claim 1, characterized in that a pair of signals of the same amplitude is generated with an average frequency corresponding to the center frequency of the passband of the optical sensor at a given value of the physical field parameter and a difference frequency equal to the half-width of the passband of the optical sensor.
RU2009139615/28A 2009-10-26 2009-10-26 Method to measure parameters of physical fields RU2491511C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139615/28A RU2491511C2 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Method to measure parameters of physical fields

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009139615/28A RU2491511C2 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Method to measure parameters of physical fields

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009139615A RU2009139615A (en) 2011-05-10
RU2491511C2 true RU2491511C2 (en) 2013-08-27

Family

ID=44732117

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009139615/28A RU2491511C2 (en) 2009-10-26 2009-10-26 Method to measure parameters of physical fields

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2491511C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777526C1 (en) * 2021-09-03 2022-08-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» Method for measuring the distribution of the thermal field of heating by microwave radiation and a device for its implementation

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4655587A (en) * 1983-03-07 1987-04-07 Beckman Instruments, Inc. Mirror scan velocity control
US5141317A (en) * 1988-06-22 1992-08-25 Robert Bosch Gmbh Method of optoelectronically measuring distances and angles
WO2007009841A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-25 Robert Bosch Gmbh Method and system for determining the time differential of a physical parameter determined by means of phase signals
RU92180U1 (en) * 2009-10-12 2010-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4655587A (en) * 1983-03-07 1987-04-07 Beckman Instruments, Inc. Mirror scan velocity control
US5141317A (en) * 1988-06-22 1992-08-25 Robert Bosch Gmbh Method of optoelectronically measuring distances and angles
WO2007009841A1 (en) * 2005-07-18 2007-01-25 Robert Bosch Gmbh Method and system for determining the time differential of a physical parameter determined by means of phase signals
RU92180U1 (en) * 2009-10-12 2010-03-10 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Поволжский государственный университет телекоммуникаций и информатики" (ГОУВПО ПГУТИ) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2777526C1 (en) * 2021-09-03 2022-08-05 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Казанский государственный энергетический университет» Method for measuring the distribution of the thermal field of heating by microwave radiation and a device for its implementation

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009139615A (en) 2011-05-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU102256U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
CA2288746C (en) Distributed sensing system
CN100552520C (en) A method and device for multiplexing and demodulating long-period fiber grating arrays
US10731969B2 (en) In-line fiber sensing, noise cancellation and strain detection
US7109471B2 (en) Optical wavelength determination using multiple measurable features
US10184852B2 (en) Sensor system comprising multiplexed fiber-coupled fabry-perot sensors
CN103592261A (en) All-fiber temperature compensating gas sensor and compensating method thereof
KR20010074858A (en) Method and apparatus for optical performance monitoring in wavelength division multiplexed fiber optical systems
CN109186643B (en) An accurate sensing system and sensing method based on reflective resonant filter
RU2512616C2 (en) Method of measuring parameters of physical fields and device for realising said method
CN103644991B (en) Based on the method for measuring stress of the double optical fiber grating of Distributed Feedback Laser demodulation
RU2608394C1 (en) Device for measuring parameters of physical fields
RU92180U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
CN115307795A (en) Fiber F-P pressure sensor demodulation system based on tunable laser
RU2495380C2 (en) Measuring method of parameters of physical fields
US8160442B2 (en) Interferometric optical signal-to-noise ratio measurement using a calibration factor
RU161644U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
CN102419312A (en) Cascade optical waveguide sensor based on passive resonant cavity and grating demultiplexer
CN112697274A (en) Single-capture spectrum measurement method and device
RU2491511C2 (en) Method to measure parameters of physical fields
CN201251668Y (en) Reuse and demodulation long period optical fiber grating array device
CN113390441B (en) Device and measurement method for sensing changes in refractive index
RU122174U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PHYSICAL FIELD PARAMETERS
RU191082U1 (en) Self-calibrating fiber signal analyzer based on fiber Bragg gratings
CN114923507A (en) High-resolution spectrum demodulation system of double-array waveguide grating based on wavelength dislocation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20141027