RU67723U1

RU67723U1 - FIBER OPTICAL INFORMATION MEASURING DEVICE

Info

Publication number: RU67723U1
Application number: RU2007122139/22U
Authority: RU
Inventors: Марат Абдуллович Ураксеев; Ольга Александровна Михина; Дмитрий Геннадьевич Хамета
Priority date: 2007-06-13
Filing date: 2007-06-13
Publication date: 2007-10-27

Abstract

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения электрического напряжения и напряженности электрического поля. Задача, на решение которой направлена полезная модель, заключается в расширении функциональных возможностей и повышении точности измерений.The utility model relates to measuring technique and can be used to measure electric voltage and electric field strength. The problem, which the utility model is aimed at, is to expand the functionality and increase the accuracy of measurements.

Свет с двумя различными длинами волн λ₁ и λ₂ по волоконному световоду достигает первой оптической системы с микрообъективом, который формирует параллельный пучок, падающий на интерференционный светофильтр системы. Излучение с длиной волны λ₁ поступает на первое измерительное плечо, а излучение с длиной волны λ₂ поступает на второе измерительное плечо, идентичное первому. Затем оба пучка проходят через электрооптическую ячейку Поккельса, причем изменения показателя преломления в соседних доменах имеют разные знаки. В результате модулирующий элемент представляет для проходящего через него света дифракционную решетку. Диафрагма пропускает только ту часть излучения, которая попадает в первый дифракционный максимум. Линза формирует световой поток, возвращаемый призмой через градиентную стержневую линзу, формирующую параллельный пучок на модулирующий элемент, где происходит повторная дифракция, первый максимум которой пропускается диафрагмой и вводится градиентной стержневой линзой в объединитель, который объединяет световые потоки с длинами волн λ₁ и λ₂, прошедшие по двум идентичным плечам измерителя, и вводит их в фотоприемник. Сигналы с фотоприемника поступают последовательно на усилитель, аналого-цифровой преобразователь, запоминающее устройство и микроконтроллер, управляющий запоминающим устройством, жидкокристаллическим индикатором и печатающим устройством.Light with two different wavelengths λ ₁ and λ ₂ through the optical fiber reaches the first optical system with a micro lens, which forms a parallel beam incident on the interference filter of the system. Radiation with a wavelength of λ ₁ enters the first measuring arm, and radiation with a wavelength of λ ₂ enters the second measuring arm, identical to the first. Then both beams pass through the Pockels electro-optical cell, and the changes in the refractive index in neighboring domains have different signs. As a result, the modulating element represents a diffraction grating for the light passing through it. The diaphragm transmits only that part of the radiation that falls into the first diffraction maximum. The lens forms the light flux returned by the prism through the gradient rod lens, forming a parallel beam to the modulating element, where re diffraction occurs, the first maximum of which is transmitted by the diaphragm and introduced by the gradient rod lens into the combiner, which combines the light fluxes with wavelengths λ ₁ and λ ₂ , passed along two identical shoulders of the meter, and enters them into the photodetector. The signals from the photodetector are fed sequentially to an amplifier, an analog-to-digital converter, a storage device and a microcontroller controlling a storage device, a liquid crystal display and a printing device.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, энергетике и приборостроению и может быть использована для измерения электрического напряжения и напряженности электрического поля.The utility model relates to measuring equipment, energy and instrumentation and can be used to measure electric voltage and electric field strength.

Известно устройство для измерения напряженности электрического поля и напряжения (СССР, авторское свидетельство №1327014, Кл. G01R 13/40, 1985), которое содержит источник монохроматического света, модулирующий элемент, выполненный из электрооптического монокристалла со сформированной на нем регулярной доменной структурой, на противоположные грани модулирующего элемента нанесены плоские электроды, после модулирующего элемента размещена диафрагма, центр которой совпадает с осью светового пучка. Через диафрагму проходит только первый дифракционный максимум. Интенсивность света, прошедшего через диафрагму, регистрируется фотоприемником.A device is known for measuring electric field strength and voltage (USSR, copyright certificate No. 1327014, class. G01R 13/40, 1985), which contains a monochromatic light source, a modulating element made of an electro-optical single crystal with a regular domain structure formed on it, to the opposite flat electrodes are applied to the face of the modulating element, after the modulating element there is a diaphragm whose center coincides with the axis of the light beam. Only the first diffraction maximum passes through the diaphragm. The intensity of the light transmitted through the diaphragm is detected by a photodetector.

Недостатками такого устройства являются низкая чувствительность, определяемая длиной пути луча в кристалле модулирующего элемента, недостаточная достоверность измерения, определяемая характеристиками среды распространения светового излучения от передатчика до приемника, непригодность устройства для измерений при значительном удалении модулирующего элемента от источника и приемника излучения.The disadvantages of this device are low sensitivity, determined by the path length of the beam in the crystal of the modulating element, insufficient measurement reliability, determined by the characteristics of the propagation medium of light radiation from the transmitter to the receiver, the unsuitability of the device for measurements with a significant distance of the modulating element from the radiation source and receiver.

За прототип принято устройство для измерения напряженности электрического поля и напряжения (Российская Федерация, патент №2032181, Кл. 6 G01R 13/40, 1991), содержащее двухволновый источник излучения и фотоприемник, оптически связанные посредством световодов с датчиком, включающим в себя модулирующий элемент из электрооптического кристалла, в котором сформирована регулярная The prototype is a device for measuring electric field strength and voltage (Patent No. 2032181, Cl. 6 G01R 13/40, 1991), containing a two-wave radiation source and a photodetector, optically coupled through optical fibers with a sensor including a modulating element from an electro-optical crystal in which a regular

доменная структура с осями доменов, перпендикулярными плоскостям электродов, нанесенных на две противоположные грани этого элемента.domain structure with domain axes perpendicular to the planes of electrodes deposited on two opposite faces of this element.

Недостатками данного устройства являются пониженная точность и ограниченные функциональные возможности.The disadvantages of this device are reduced accuracy and limited functionality.

Задачей, на решение которой направлена полезная модель, является расширение функциональных возможностей и повышение точности измерений.The task to which the utility model is directed is to expand the functionality and increase the accuracy of measurements.

Поставленная задача достигается за счет того, что в волоконно-оптическом информационно-измерительном устройстве, содержащем последовательно оптически соединенные первую оптическую систему с микрообъективом, электрооптическую ячейку, вторую оптическую систему с линзами и фотоприемник, в отличие от прототипа, последовательно с фотоприемником электрически соединены усилитель, аналого-цифровой преобразователь, регистр памяти и контроллер, выходы которого связаны с жидкокристаллическим индикатором, печатающим устройством, аналого-цифровым преобразователем и регистром памяти.The task is achieved due to the fact that in a fiber-optic information-measuring device containing a series of optically connected first optical system with a micro lens, an electro-optical cell, a second optical system with lenses and a photodetector, in contrast to the prototype, an amplifier is electrically connected in series with a photodetector, analog-to-digital converter, memory register and controller, the outputs of which are connected to a liquid crystal display, a printing device, analog-to-digital level converter and memory register.

На фиг.1 показана структурная схема волоконно-оптического информационно-измерительного устройства.Figure 1 shows a structural diagram of a fiber optic information-measuring device.

Устройство содержит источник излучения 1, первую оптическую систему с микрообъективом 2, электрооптическую ячейку Поккельса 3, вторую оптическую систему с линзами 4, фотоприемник 5, усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, регистр памяти 8 и контроллер 9, выходы которого связаны с жидкокристаллическим индикатором 10, печатающим устройством 11, аналого-цифровым преобразователем 7 и регистром памяти 8.The device comprises a radiation source 1, a first optical system with a micro lens 2, an electro-optical Pockels cell 3, a second optical system with lenses 4, a photodetector 5, an amplifier 6, an analog-to-digital converter 7, a memory register 8 and a controller 9, the outputs of which are connected to a liquid crystal indicator 10, by a printing device 11, an analog-to-digital converter 7, and a memory register 8.

Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.

Генерируемый излучателем 1 свет с двумя различными длинами волн λ₁ и λ₂ по волоконному световоду достигает первой оптической системы с микрообъективом 2. Микрообъектив формирует параллельный пучок, падающий на интерференционный светофильтр системы. Излучение с The light generated by the emitter 1 with two different wavelengths λ ₁ and λ ₂ reaches the first optical system with a micro lens ₂ through a fiber waveguide 2. The micro lens forms a parallel beam incident on the interference filter of the system. Radiation with

длиной волны λ₁ поступает на первое измерительное плечо, а излучение с длиной волны λ₂ поступает на второе измерительное плечо, идентичное первому. Затем оба пучка проходят через электрооптическую ячейку Поккельса 3. Так, как оси соседних доменов направлены навстречу одна другой, то изменения показателя преломления в соседних доменах имеют разные знаки. В результате модулирующий элемент представляет для проходящего через него света дифракционную решетку с периодом, равным периоду доменной структуры, и амплитудой изменения показателя преломления соседних доменов 2Δn. Диафрагма пропускает только ту часть излучения, которая попадает в первый дифракционный максимум. Линза формирует световой поток, возвращаемый призмой через градиентную стержневую линзу, формирующую параллельный пучок на модулирующий элемент, где происходит повторная дифракция, первый максимум которой пропускается диафрагмой и вводится градиентной стержневой линзой в объединитель, который объединяет световые потоки с длинами волн λ₁ и λ₂, прошедшие по двум идентичным плечам измерителя, и вводит их в фотоприемник 5. Сигналы с фотоприемника поступают последовательно на усилитель 6, аналого-цифровой преобразователь 7, запоминающее устройство 8 и микроконтроллер 9, управляющий запоминающим устройством 8, жидкокристаллическим индикатором 10 и печатающим устройством 11.wavelength λ ₁ enters the first measuring arm, and radiation with wavelength λ ₂ enters the second measuring arm, identical to the first. Then both beams pass through the Pokels 3 electro-optical cell. Since the axes of the neighboring domains are directed towards each other, the changes in the refractive index in the neighboring domains have different signs. As a result, the modulating element represents for the light passing through it a diffraction grating with a period equal to the period of the domain structure and the amplitude of the change in the refractive index of neighboring domains 2Δn. The diaphragm transmits only that part of the radiation that falls into the first diffraction maximum. The lens forms the light flux returned by the prism through the gradient rod lens, forming a parallel beam to the modulating element, where re diffraction occurs, the first maximum of which is transmitted by the diaphragm and introduced by the gradient rod lens into the combiner, which combines the light fluxes with wavelengths λ ₁ and λ ₂ , passed along two identical arms of the meter, and enters them into the photodetector 5. The signals from the photodetector are fed sequentially to the amplifier 6, analog-to-digital Converter 7, which stores troystvo 8 and microcontroller 9, a control memory unit 8, liquid crystal display 10 and printing apparatus 11.

Таким образом, последовательное соединение усилителя, аналого-цифрового преобразователя, регистра памяти и контроллера позволяет повысить точность устройства, а жидкокристаллический индикатор и печатающее устройство позволяют расширить функциональные возможности устройства.Thus, the serial connection of the amplifier, analog-to-digital converter, memory register and controller allows to increase the accuracy of the device, and the liquid crystal display and printing device can expand the functionality of the device.

Claims

Fiber-optic information-measuring device, containing in series optically connected the first optical system with a micro lens, an electro-optical cell, a second optical system with lenses and a photodetector, characterized in that an amplifier, an analog-to-digital converter, a memory register and a controller are electrically connected in series the outputs of which are connected with a liquid crystal display, a printing device, an analog-to-digital converter and a memory register.