SE522291C2 - Arrangement and method for sending a longitudinal displacement pulse along an optical fiber - Google Patents
Arrangement and method for sending a longitudinal displacement pulse along an optical fiberInfo
- Publication number
- SE522291C2 SE522291C2 SE0100868A SE0100868A SE522291C2 SE 522291 C2 SE522291 C2 SE 522291C2 SE 0100868 A SE0100868 A SE 0100868A SE 0100868 A SE0100868 A SE 0100868A SE 522291 C2 SE522291 C2 SE 522291C2
- Authority
- SE
- Sweden
- Prior art keywords
- actuator
- sensor
- fiber
- arrangement
- optical fiber
- Prior art date
Links
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 title claims abstract description 69
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 title claims abstract description 38
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 10
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims abstract description 79
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract 2
- 230000004044 response Effects 0.000 claims description 4
- 230000008859 change Effects 0.000 description 7
- 230000004913 activation Effects 0.000 description 5
- 239000000463 material Substances 0.000 description 5
- 230000006835 compression Effects 0.000 description 3
- 238000007906 compression Methods 0.000 description 3
- 230000001681 protective effect Effects 0.000 description 3
- IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N Atomic nitrogen Chemical compound N#N IJGRMHOSHXDMSA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 230000003213 activating effect Effects 0.000 description 2
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 2
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N lead zirconate titanate Chemical compound [O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[O-2].[Ti+4].[Zr+4].[Pb+2] HFGPZNIAWCZYJU-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 229910052451 lead zirconate titanate Inorganic materials 0.000 description 2
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 2
- 229910001369 Brass Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 description 1
- 239000010951 brass Substances 0.000 description 1
- 238000013461 design Methods 0.000 description 1
- 238000011161 development Methods 0.000 description 1
- 239000007789 gas Substances 0.000 description 1
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 1
- 238000003780 insertion Methods 0.000 description 1
- 230000037431 insertion Effects 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 229910052757 nitrogen Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000000284 resting effect Effects 0.000 description 1
- 230000035939 shock Effects 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/11—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves
- G02F1/125—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on acousto-optical elements, e.g. using variable diffraction by sound or like mechanical waves in an optical waveguide structure
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01D—MEASURING NOT SPECIALLY ADAPTED FOR A SPECIFIC VARIABLE; ARRANGEMENTS FOR MEASURING TWO OR MORE VARIABLES NOT COVERED IN A SINGLE OTHER SUBCLASS; TARIFF METERING APPARATUS; MEASURING OR TESTING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- G01D5/00—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable
- G01D5/26—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light
- G01D5/32—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light
- G01D5/34—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells
- G01D5/353—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre
- G01D5/35306—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement
- G01D5/35309—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer
- G01D5/35316—Mechanical means for transferring the output of a sensing member; Means for converting the output of a sensing member to another variable where the form or nature of the sensing member does not constrain the means for converting; Transducers not specially adapted for a specific variable characterised by optical transfer means, i.e. using infrared, visible, or ultraviolet light with attenuation or whole or partial obturation of beams of light the beams of light being detected by photocells influencing the transmission properties of an optical fibre using an interferometer arrangement using multiple waves interferometer using a Bragg gratings
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/011—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass
- G02F1/0115—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour in optical waveguides, not otherwise provided for in this subclass in optical fibres
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/02—Optical fibres with cladding with or without a coating
- G02B6/02057—Optical fibres with cladding with or without a coating comprising gratings
- G02B6/02076—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings
- G02B6/02195—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating
- G02B6/022—Refractive index modulation gratings, e.g. Bragg gratings characterised by means for tuning the grating using mechanical stress, e.g. tuning by compression or elongation, special geometrical shapes such as "dog-bone" or taper
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/36—Mechanical coupling means
- G02B6/3628—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers
- G02B6/3632—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means
- G02B6/3644—Mechanical coupling means for mounting fibres to supporting carriers characterised by the cross-sectional shape of the mechanical coupling means the coupling means being through-holes or wall apertures
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02B—OPTICAL ELEMENTS, SYSTEMS OR APPARATUS
- G02B6/00—Light guides; Structural details of arrangements comprising light guides and other optical elements, e.g. couplings
- G02B6/24—Coupling light guides
- G02B6/42—Coupling light guides with opto-electronic elements
- G02B6/4201—Packages, e.g. shape, construction, internal or external details
- G02B6/4219—Mechanical fixtures for holding or positioning the elements relative to each other in the couplings; Alignment methods for the elements, e.g. measuring or observing methods especially used therefor
- G02B6/422—Active alignment, i.e. moving the elements in response to the detected degree of coupling or position of the elements
- G02B6/4226—Positioning means for moving the elements into alignment, e.g. alignment screws, deformation of the mount
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
- G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour
- G02F1/0128—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects
- G02F1/0131—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence
- G02F1/0134—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour based on electro-mechanical, magneto-mechanical, elasto-optic effects based on photo-elastic effects, e.g. mechanically induced birefringence in optical waveguides
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/02—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 fibre
-
- G—PHYSICS
- G02—OPTICS
- G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
- G02F2201/00—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00
- G02F2201/30—Constructional arrangements not provided for in groups G02F1/00 - G02F7/00 grating
- G02F2201/307—Reflective grating, i.e. Bragg grating
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Nonlinear Science (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optics & Photonics (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
- External Artificial Organs (AREA)
Abstract
Description
l5 20 25 30 35 522 291 Den optiska fibern måste emellertid avslutas vid gi- varen. Följaktligen medger inte ovannämnda arrangemang att något ljus utbreder sig fràn en sida av givaren till den andra sidan. However, the optical fiber must terminate at the transducer. Accordingly, the above arrangement does not allow any light to propagate from one side of the sensor to the other side.
I många fall vill man skicka akustiska vågor in i en optisk fiber utan att ljusets utbredningsväg avbryts.In many cases, you want to send acoustic waves into an optical fiber without interrupting the light's propagation path.
Detta medges emellertid inte av det arrangemang som be- skrivs ovan. Det finns sålunda ett behov av nya och för- bättrade arrangemang för att skicka longitudinella, akus- tiska vågor, eller longitudinella förskjutningsvågor el- ler -pulser, in i en optisk fiber.However, this is not allowed by the arrangement described above. Thus, there is a need for new and improved arrangements for sending longitudinal, acoustic waves, or longitudinal displacement waves or pulses, into an optical fiber.
Sammanfattning av uppfinningen Ett syfte med föreliggande uppfinning är att åstad- komma ett nytt och förbättrat arrangemang för att skicka longitudinella förskjutningsvågor, eller -pulser, in i en optisk fiber eller liknande, med vilket arrangemang åt- minstone det ovan identifierade problemet hos den kända tekniken är undanröjt. Detta syfte uppnås genom ett ar- rangemang enligt de bifogade patentkraven.SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a new and improved arrangement for sending longitudinal displacement waves, or pulses, into an optical fiber or the like, with which arrangement at least the above-identified problem of the prior art is eliminated. This object is achieved by an arrangement according to the appended claims.
Föreliggande uppfinning har flera ytterligare för- delaktiga särdrag, vilka kommer att framgå ur den utför- liga beskrivningen av några föredragna utföringsformer nedan.The present invention has several further advantageous features, which will become apparent from the detailed description of some preferred embodiments below.
Det har överraskande visat sig att en longitudinell förskjutningspuls, eller -våg, kan exciteras i en optisk fiber genom att man snabbt förflyttar fibern vid en punkt, även när fibern inte är förbelastad. Trögheten hos själva fibern är tillräcklig för att en förskjutningspuls skall exciteras genom nämnda snabba förflyttning av fi- bern.It has surprisingly been found that a longitudinal displacement pulse, or wave, can be excited in an optical fiber by rapidly moving the fiber at a point, even when the fiber is not preloaded. The inertia of the fiber itself is sufficient for an displacement pulse to be excited by said rapid movement of the fibers.
Med longitudinell förskjutningsvåg avses en kompri- mering/töjning som utbreder sig längs fibern. Ibland be- nämns en sådan våg eller puls en longitudinell akustisk puls.By longitudinal displacement wave is meant a compression / elongation that propagates along the fiber. Sometimes such a wave or pulse is called a longitudinal acoustic pulse.
Sett ur en aspekt åstadkommer föreliggande uppfin- ning ett aktuatorarrangemang för excitering av en longi- 10 15 20 25 30 35 522 291 gg¿g:>"~ “once " v» a 3 tudinell förskjutningsvàg, eller -puls, i en optisk fi- ber. Arrangemanget innefattar ett brickelement, eller krage, med vilket den optiska fibern är i ingrepp. Arran- gemanget innefattar dessutom en piezodel, som svarar på en applicerad spänning genom att förskjuta nämnda brick- element i förhållande till en (förhållandevis tung) hål- lare. Tack vare att fibern är i ingrepp med nämnda brick- element, överförs nämnda förskjutning till det parti av fibern som är i ingrepp, och utbreder sig längs fibern.In one aspect, the present invention provides an actuator arrangement for exciting a longitudinal displacement wave, or pulse, in an optical fiber. - ber. The arrangement comprises a washer element, or collar, with which the optical fiber is engaged. The arrangement further comprises a piezo part, which responds to an applied voltage by displacing said tray element in relation to a (relatively heavy) holder. Due to the fact that the fiber is in engagement with said washer element, said displacement is transmitted to the portion of the fiber which is in engagement, and propagates along the fiber.
Sett ur en annan aspekt åstadkommer föreliggande uppfinning ett sensorarrangemang för avkänning av longi- tudinella förskjutningar i en optisk fiber.Seen from another aspect, the present invention provides a sensor arrangement for sensing longitudinal displacements in an optical fiber.
I några utföringsformer av ovannämnda aktuator- el- ler sensorarrangemang finns inte brickelementet med.In some embodiments of the above-mentioned actuator or sensor arrangement, the washer element is not included.
Istället för att utnyttja ett brickelement vilar fibern direkt mot piezodelen. I ett sådant fall är det föredra- get att man har fibern förspänd i riktning mot piezodelen genom en dragkraft.Instead of using a tray element, the fiber rests directly against the piezo part. In such a case, it is preferred to have the fiber prestressed in the direction of the piezo part by a tensile force.
Sett ur en annan aspekt åstadkommer föreliggande uppfinning ett arrangemang, eller uppställning, för att skicka en longitudinell förskjutningspuls igenom en sträcka av en optisk fiber. I nämnda sträcka av optisk fiber reflekteras den longitudinella förskjutningspulsen upprepade gånger fram och tillbaka mellan två reflek- tionspunkter. Arrangemanget innefattar ett aktuatorar- rangemang och ett sensorarrangemang. Aktuatorarrangemang- et är anordnat att aktivera och förstärka den longitudi- nella förskjutningspulsen, och sensorarrangemanget är an- ordnat att direkt eller indirekt mäta pulsens tidsin- ställning (synkronisering) med syfte att åstadkomma akti- vering av aktuatorarrangemanget på ett sätt som är reso- nant med pulsen som reflekteras fram och tillbaka mellan nämnda reflektionspunkter. En fördel med uppställningen enligt uppfinningen är att en longitudinell förskjut- ningspuls upprepade gånger kan skickas längs en sträcka av optisk fiber utan att ljusets utbredningsväg i fibern behöver avslutas. 10 15 20 25 30 35 522 291 n ' n Qxs! -, .- v v» n I | n ~ u v» 4 I ett föredraget arbetssätt hos ovannämnda uppställ- ning, är sensorarrangemanget anordnat att åstadkomma en utsignal som anger amplituden hos den förskjutningspuls som utbreder sig mellan de två reflektionspunkterna. Återkoppling ges från sensorarrangemanget till aktuato- rarrangemanget, och aktivering av nämnda aktuator juste- ras så att den longitudinella förskjutningspulsens ampli- tud, såsom den detekteras av sensorarrangemanget, maxime- ras. Maximal amplitud för förskjutningspulsen erhålles när aktuatorn verksamgörs resonant med förskjutningspul- sen, d.v.s. när aktuatorarrangemanget aktiveras vid samma tidpunkt som den longitudinella pulsen passerar nämnda aktuator. Maximering av pulsens amplitud är därför till- räckligt för att aktuatorn skall arbeta resonant med den longitudinella förskjutningspulsen.Seen from another aspect, the present invention provides an arrangement, or arrangement, for transmitting a longitudinal displacement pulse through a stretch of an optical fiber. In said stretch of optical fiber, the longitudinal displacement pulse is repeatedly reflected back and forth between two reflection points. The arrangement includes an actuator arrangement and a sensor arrangement. The actuator arrangement is arranged to activate and amplify the longitudinal displacement pulse, and the sensor arrangement is arranged to directly or indirectly measure the time setting (synchronization) of the pulse with the aim of effecting the actuator arrangement in a way that is resonant. with the pulse reflected back and forth between said reflection points. An advantage of the arrangement according to the invention is that a longitudinal displacement pulse can be repeatedly sent along a stretch of optical fiber without the need for the propagation path of the light in the fiber having to be terminated. 10 15 20 25 30 35 522 291 n A Qxs! -, .- v v »n I | n ~ u v »4 In a preferred mode of operation of the above arrangement, the sensor arrangement is arranged to provide an output signal indicating the amplitude of the displacement pulse extending between the two reflection points. Feedback is provided from the sensor arrangement to the actuator arrangement, and activation of said actuator is adjusted so that the amplitude of the longitudinal displacement pulse, as detected by the sensor arrangement, is maximized. Maximum amplitude for the displacement pulse is obtained when the actuator is actuated resonantly with the displacement pulse, i.e. when the actuator arrangement is activated at the same time as the longitudinal pulse passes said actuator. Maximizing the amplitude of the pulse is therefore sufficient for the actuator to resonate with the longitudinal displacement pulse.
I ett annat arbetssätt mäts tidfördelningen av för- skjutningspulserna, och tiden för passage mellan de två reflektionspunkterna bestäms. Återkoppling ges sedan till aktuatorarrangemanget med syfte att aktivera nämnda aktu- atorarrangemang vid den tidpunkt då förskjutningspulsen passerar nämnda aktuator.In another working method, the time distribution of the displacement pulses is measured, and the time for passage between the two reflection points is determined. Feedback is then given to the actuator arrangement for the purpose of activating said actuator arrangement at the time when the displacement pulse passes said actuator.
Föreliggande uppfinning åstadkommer dessutom ett förfarande för att upprepat skicka longitudinella för- skjutningsvågor, eller -pulser, längs en sträcka av op- tisk fiber mellan en första reflektionspunkt och en andra reflektionspunkt.The present invention further provides a method of repeatedly transmitting longitudinal displacement waves, or pulses, along a stretch of optical fiber between a first reflection point and a second reflection point.
Föreliggande uppfinning förutses ha sitt primära an- vändningsområde vid system i vilka reflektionsegenskaper- na hos fibergitter ändras med hjälp av longitudinella förskjutningsvågor, eller -pulser. Ett sådant system be- skrivs i den svenska patentansökan med nummer 0002415-8, vilken införlivas häri genom hänvisning.The present invention is intended to have its primary field of application in systems in which the reflection properties of fiber gratings are altered by means of longitudinal displacement waves, or pulses. Such a system is described in the Swedish patent application with number 0002415-8, which is incorporated herein by reference.
Kortfattad beskrivning av ritningarna I den utförliga beskrivningen nedan av några före- dragna utföringsformer av föreliggande uppfinning hänvi- sas till de bifogade ritningarna, på vilka: 10 15 20 25 30 35 o o un' I va» ß; .ng 592 91 :v:M~~~W W“.v~#H 2 . ., _ :en nNP-vj-nz» J.. n, 'nz " . .. h..... u . .I o.. ...en {,'. '“'. . 5 Fig. 1 schematiskt visar en första utföringsform av föreliggande uppfinning, Fig. 2 schematiskt visar en piezodel som utgörs av två halvcirkulära delar, Fig. 3 schematiskt visar en andra utföringsform av föreliggande uppfinning, Fig. 4 schematiskt visar en tredje utföringsform av föreliggande uppfinning, och Fig. 5 schematiskt visar en uppställning för att skicka in longitudinella förskjutningspulser, eller - vågor, i en sträcka av optisk fiber.Brief Description of the Drawings In the detailed description below of some preferred embodiments of the present invention, reference is made to the accompanying drawings, in which: 10 15 20 25 30 35 o o un 'I va »ß; .ng 592 91: v: M ~~~ W W “.v ~ # H 2. ., _: en nNP-vj-nz »J .. n, 'nz". .. h ..... u. .I o .. ... en {,'. '“'.. 5 Fig Fig. 1 schematically shows a first embodiment of the present invention, Fig. 2 schematically shows a piezo part consisting of two semicircular parts, Fig. 3 schematically shows a second embodiment of the present invention, Fig. 4 schematically shows a third embodiment of the present invention, and Fig. 5 schematically shows an arrangement for sending longitudinal displacement pulses, or waves, in a stretch of optical fiber.
På ritningarna anges motsvarande delar med samma hänvisningssiffror.The drawings show the corresponding parts with the same reference numerals.
Utförlig beskrivning av föredragna utföringsformer En första föredragen utföringsform av ett aktuato- rarrangemang i enlighet med föreliggande uppfinning visas schematiskt i figur 1.Detailed Description of Preferred Embodiments A first preferred embodiment of an actuator arrangement in accordance with the present invention is shown schematically in Figure 1.
I figur 1 visas ett tvärsnitt av ett aktuatorarrang- emang 10. Såsom kommer att förklaras nedan, kan samma konstruktionsmässiga arrangemang också arbeta som en sen- sor. Arrangemanget innefattar en hållare 11, eller stöd, som är förhållandevis tung jämfört med andra delar av ar- rangemanget. Arrangemanget innefattar vidare ett brick- element 12 och en piezodel 13. Piezodelen 13 är anordnad mellan hàllaren 11 och brickelementet 12 och är som gen- svar på en applicerad spänning anordnad att förskjuta nämnda brickelement 12 i förhållande till hàllaren 11, d.v.s. att ändra avståndet mellan brickan och hàllaren.Figure 1 shows a cross section of an actuator arrangement 10. As will be explained below, the same structural arrangement can also act as a sensor. The arrangement comprises a holder 11, or support, which is relatively heavy compared to other parts of the arrangement. The arrangement further comprises a tray element 12 and a piezo portion 13. The piezo portion 13 is arranged between the holder 11 and the tray element 12 and is in response to an applied voltage arranged to displace said tray element 12 relative to the holder 11, i.e. to change the distance between the tray and the holder.
Ett i förväg definierat parti av en optisk fiber 14 är i ingrepp med brickelementet 12 på ett sådant sätt att nämnda parti av den optiska fibern följer eventuella rö- relser hos brickelementet. I den utföringsform som visas i figur 1 är fibern 14 anordnad i ingrepp med brickele- mentet 12 medelst en gördel 15, eller bulb, på fibern, varvid nämnda gördel är fastklämd i en passage i brick- elementet. Det skall emellertid inses att fibern kan vara l0 15 20 25 30 35 . . 5 2 2 1 5': i' zf; =I-:-=.--f---= ...f.;-,...I'..' '.§l -vN l"' 0 n S _ vn =...: .¿:;~ -:-s"::~- *v=f*n.=. I|,n..'..;a4n o u . nu. . , 6 fäst vid eller anordnad i ingrepp med brickan pà vilket lämpligt sätt som helst, under förutsättning att det fastsatta partiet av fibern följer brickan.A predefined portion of an optical fiber 14 engages the washer member 12 in such a manner that said portion of the optical fiber follows any movements of the washer member. In the embodiment shown in Figure 1, the fiber 14 is arranged in engagement with the washer element 12 by means of a belt 15, or bulb, on the fiber, said belt being clamped in a passage in the washer element. It should be understood, however, that the fiber may be 10 15 20 25 30 35. . 5 2 2 1 5 ': i' zf; = I -: - = .-- f --- = ... f.; -, ... I '..' '.§l -vN l "' 0 n S _ vn = ...:. ¿:; ~ -: - s ":: ~ - * v = f * n. =. I |, n .. '..; a4n o u. now. . , 6 attached to or arranged in engagement with the washer in any suitable manner, provided that the fixed portion of the fiber follows the washer.
Hàllaren 11, piezodelen 13 och brickelementet 12 har vardera en genomgående passage som medger införsel av en fiber 14 däri. Fibern 14 är i ingrepp med brickelementet 12 och sträcker sig, i sin längdriktning, igenom nämnda passage. Följaktligen kommer varje rörelse hos brickan 12 att orsaka en longitudinell förskjutning av det parti av fibern som är fäst vid densamma.The holder 11, the piezo part 13 and the tray element 12 each have a continuous passage which allows the insertion of a fiber 14 therein. The fiber 14 is in engagement with the washer element 12 and extends, in its longitudinal direction, through said passage. Consequently, each movement of the washer 12 will cause a longitudinal displacement of the portion of the fiber attached thereto.
I den visade utföringsformen utgörs piezodelen av tvà separata delar 13a, 13b, som var och en har en huvud- sakligen halvcirkulär form. Det har visat sig att genom att piezodelen utgörs av tvâ delar, inre spänningar och andra försvarande omständigheter kan undvikas, varigenom excitering av ”rena” och väldefinierade, longitudinella förskjutningspulser i fibern underlättas. En sektion ge- nom piezodelen som utgörs av tvâ delar 13a och 13b, med fibern 14 där emellan, visas schematiskt i figur 2.In the embodiment shown, the piezo part consists of two separate parts 13a, 13b, each of which has a substantially semicircular shape. It has been found that because the piezo part consists of two parts, internal stresses and other defensive circumstances can be avoided, whereby excitation of "pure" and well-defined, longitudinal displacement pulses in the fiber is facilitated. A section through the piezo part which consists of two parts 13a and 13b, with the fiber 14 in between, is shown schematically in Figure 2.
I den föredragna utföringsformen är både hàllaren 11 (eller stödet) och brickelementet 12 gjorda av mässing.In the preferred embodiment, both the holder 11 (or the support) and the washer element 12 are made of brass.
Piezodelen 13 är företrädesvis gjord av PZT (bly- zirkonat-titanat), som är ett kommersiellt tillgängligt piezoelektriskt material. Den optiska fibern 14 som är fäst vid brickelementet 12 har en typisk yttre diameter på 125 pm och bulben 15 som är bildad pà densamma har en typisk yttre diameter pà omkring 160 pm. Den yttre diame- tern hos brickelementet 12 och hos piezodelen 13 vinkel- rätt mot fiberns 14 längdriktning är omkring 1 mm. Brick- elementet 12 har en tjocklek, i den optiska fiberns 14 längdriktning, på omkring 0,3 mm, och piezodelen 13 (var 13b) tjocklek i samma riktning pà omkring 0,51 mm. och en av de halvcirkulära skivorna 13a, har en Med syfte att ytterligare ge stabilitet ät aktuato- rarrangemanget 10, skulle en hylsa 16 kunna monteras mel- lan hàllaren 11 och piezodelen 13, såsom schematiskt vi- sas i figur 3. 10 15 20 25 30 35 :o u; 10:15. .o un.) Ü: san:- l .- 522 291 a--*šš._ï'-f:.-ë.š't-°ía-š.-='="-* , ;:', 1 z luv.- I::n J... '.. f « n | o nu Q ...g u. u-nv-n ~ n .n u oc 7 Även om det är föredraget att man har ett brickele- ment pà piezodelen, och att man har fibern i ingrepp med brickelementet, kan man tänka sig att fibern själv vilar direkt pà piezodelen. I fallet då brickelementet är ute- lämnat, är det föredraget att fibern är förspänd i rikt- ning mot piezodelen, sàsom kommer att förklaras ytterli- gare med hänvisning till figur 4.The piezo part 13 is preferably made of PZT (lead zirconate titanate), which is a commercially available piezoelectric material. The optical fiber 14 attached to the washer member 12 has a typical outer diameter of 125 microns and the bulb 15 formed thereon has a typical outer diameter of about 160 microns. The outer diameter of the washer element 12 and of the piezo part 13 perpendicular to the longitudinal direction of the fiber 14 is about 1 mm. The washer element 12 has a thickness, in the longitudinal direction of the optical fiber 14, of about 0.3 mm, and the piezo part 13 (each 13b) thickness in the same direction of about 0.51 mm. and one of the semicircular discs 13a, has a In order to further provide stability to the actuator arrangement 10, a sleeve 16 could be mounted between the holder 11 and the piezo part 13, as schematically shown in Figure 3. 30 35: ou; 10:15. .o un.) Ü: san: - l .- 522 291 a - * šš._ï'-f: .- ë.š't- ° ía-š .- = '= "- *,;:' , 1 z luv.- I :: n J ... '.. f «n | o nu Q ... g u. U-nv-n ~ n .nu oc 7 Although it is preferable to have a tray element on the piezo part, and that the fiber is in engagement with the tray element, it is conceivable that the fiber itself rests directly on the piezo part. , which will be further explained with reference to Figure 4.
När nu de grundläggande konstruktionsmässiga särdra- gen hos aktuatorarrangemanget enligt föreliggande uppfin- ning har beskrivits, kommer dess funktion att beskrivas mer utförligt.Having now described the basic structural features of the actuator arrangement of the present invention, its function will be described in more detail.
Det är välkänt för fackmannen att ett piezoelekt- riskt material kan ändra sina dimensioner som svar pä en applicerad spänning. Pà liknande sätt är det välkänt att en förändring av dimensionen hos ett piezoelektriskt ma- terial kan skapa en utspänning om elektriska anslutningar är anordnade på lämpligt sätt. Piezodelen i aktuatorar- rangemanget är således elektriskt ansluten till ett ex- ternt spänningsaggregat. Genom att spänning appliceras pà piezodelen kan dess longitudinella dimension parallell med fibern ändras. Följaktligen kan avståndet mellan hàl- laren och brickelementet ändras. Det inses att, pà grund av hàllarens 11 relativt stora tröghet, en plötslig änd- ring av avståndet mellan hàllaren ll och brickelementet 12 orsakad av piezodelen 13, endast orsakar en förskjut- ning av brickelementet 12 samt av den del av fibern som är i ingrepp därmed. Hàllaren 11 kan dessutom vara sta- digt fäst vid ett yttre hölje.It is well known to those skilled in the art that a piezoelectric material can change its dimensions in response to an applied voltage. Similarly, it is well known that a change in the dimension of a piezoelectric material can create an output voltage if electrical connections are arranged in a suitable manner. The piezo part in the actuator arrangement is thus electrically connected to an external voltage unit. By applying voltage to the piezo part, its longitudinal dimension parallel to the fiber can be changed. Consequently, the distance between the holder and the washer element can be changed. It will be appreciated that, due to the relatively large inertia of the holder 11, a sudden change in the distance between the holder 11 and the washer element 12 caused by the piezo part 13, only causes a displacement of the washer element 12 and of the part of the fiber which is engaged hence. The holder 11 can also be permanently attached to an outer casing.
Om ändringen i avstånd mellan hàllaren och brickan är tillräckligt snabb kommer trögheten hos den optiska fibern, åtminstone i någon utsträckning, motverka för- skjutningen. Detta leder till att en longitudinell för- skjutningspuls exciteras i fibern.If the change in distance between the holder and the washer is fast enough, the inertia of the optical fiber will, at least to some extent, counteract the displacement. This leads to an excitation of a longitudinal displacement pulse in the fiber.
Det konstruktionsmässiga arrangemanget som har be- skrivits ovan kan även arbeta som en sensor för avkänning av longitudinella förskjutningar i den optiska fibern. En longitudinell förskjutning, som utbreder sig längs fibern 10 15 20 25 30 35 522 291 ~ | o ø a nu och sedan når brickelementet, kommer att inducera en för- ändring av piezodelens dimension i riktningen parallellt med fiberns längdriktning. Tack vare detta skapas en spänning av piezodelen. Denna spänning anger storleken på sammanpressningen eller uttöjningen av piezodelen, och kan tjäna som en sensorutsignal som motsvarar den longi- tudinella förskjutningspulsens, eller -vägens, amplitud i fibern.The structural arrangement described above can also act as a sensor for sensing longitudinal displacements in the optical fiber. A longitudinal displacement extending along the fiber 10 15 20 25 30 35 522 291 ~ | o ø a now and then reaches the washer element, will induce a change in the dimension of the piezo part in the direction parallel to the longitudinal direction of the fiber. Thanks to this, a tension is created by the piezo part. This voltage indicates the magnitude of the compression or elongation of the piezo moiety, and can serve as a sensor output signal corresponding to the amplitude of the longitudinal displacement pulse, or path, in the fiber.
Det konstruktionsmässiga arrangemanget som har be- skrivits ovan åstadkommer alltså inte bara en aktuator för excitering av en longitudinell förskjutningspuls, utan även en sensor för avkänning av longitudinella för- skjutningspulser i en fiber. Arrangemanget är i själva verket en sändare/mottagare som kan drivas i endera av nämnda driftslägen.The structural arrangement described above thus provides not only an actuator for exciting a longitudinal displacement pulse, but also a sensor for sensing longitudinal displacement pulses in a fiber. The arrangement is in fact a transmitter / receiver that can be operated in either of the mentioned operating modes.
I figur 4 visas schematiskt en annan utföringsform av föreliggande uppfinning. I detta fall är den optiska fiberns 14 gördel 15 (eller bulb) i ingrepp med brickele- mentet 12 genom att vila mot detsamma. Med syfte att åstadkomma god överföring av förskjutningar mellan den optiska fibern 14 och brickelementet 12, är fibern före- trädesvis förspänd medelst en dragkraft F, som drar fi- bern 14 i riktning mot brickelementet 12. I övrigt funge- rar den i figur 4 visade utföringsformen på samma sätt som den utföringsform som visas i figurerna 1 och 3. När fibern är förspänd som i figur 4, kan man även utelämna brickelementet och låta fibern vila direkt på piezodelen.Figure 4 schematically shows another embodiment of the present invention. In this case, the belt 15 (or bulb) of the optical fiber 14 engages the washer member 12 by resting against the same. In order to achieve good transmission of displacements between the optical fiber 14 and the washer element 12, the fiber is preferably biased by means of a pulling force F, which pulls the fibers 14 in the direction of the washer element 12. Otherwise, the one shown in figure 4 works. the embodiment in the same way as the embodiment shown in Figures 1 and 3. When the fiber is prestressed as in Figure 4, one can also omit the tray element and let the fiber rest directly on the piezo part.
Ibland kan ett sådant arrangemang vara föredraget tack vare sitt enkla utförande.Sometimes such an arrangement may be preferred due to its simple design.
I det följande beskrivs ett arrangemang (en upp- ställning) i vilket både aktuatorarrangemanget och sen- sorarrangemanget som har beskrivits ovan utnyttjas. Upp- ställningen visas schematiskt i figur 5. En typisk situa- tion där en uppställning enligt figur 5 utnyttjas är när longitudinella förskjutningsvågor, eller -pulser, används i syfte att ändra reflektionsförmågan hos ett Bragg- gitter i en fiber. Ett Bragg-gitter i en fiber, vilket 10 15 20 25 30 35 . _ . .In the following, an arrangement (an arrangement) is described in which both the actuator arrangement and the sensor arrangement described above are used. The arrangement is shown schematically in Figure 5. A typical situation where an arrangement according to Figure 5 is used is when longitudinal displacement waves, or pulses, are used in order to change the reflectivity of a Bragg grating in a fiber. A Bragg grating in a fiber, which 10 15 20 25 30 35. _. .
: -,;--, Q z ::'::. :. .:';:fff: _-.:...: _. .... . p IQ 0 °'Qv¥II|I,0-c 'u i U"0I' _~_ . . . . .. u» -~ .-.- __; t- f- -»--- . . -. .. . . -;-- ~ ;- , _ , ._ . .... _» _ _¶.._...: -,; -, Q z :: '::. :. .: ';: fff: _-.: ...: _. ..... p IQ 0 ° 'Qv ¥ II | I, 0-c' ui U "0I '_ ~ _.... .. u» - ~.-.- __; t- f- - »---.. -. .... -; - ~; -, _, ._. .... _ »_ _¶ .._...
- I o o o u. reflekterar ljus i ostört tillstånd, kan fås att släppa igenom ljus, temporärt och endast inom ett smalt våg- längdsintervall, när en lokaliserad och tillfällig sam- mantryckning och/eller töjning finns närvarande i gitt- ret.- I o o o u. Reflects light in an undisturbed state, can be made to let light through, temporarily and only within a narrow wavelength range, when a localized and temporary compression and / or elongation is present in the grating.
Den uppställning som visas i figur 5 innefattar en hållare ll, ett aktuatorarrangemang 50 och ett sensorar- rangemang 51, varvid hållaren ll fungerar som ett gemen- samt stöd för nämnda aktuator 50 och nämnda sensor 51.The arrangement shown in Figure 5 comprises a holder 11, an actuator arrangement 50 and a sensor arrangement 51, the holder 11 acting as a common support for said actuator 50 and said sensor 51.
Dessutom omfattar uppställningen en bit optisk fiber 52 som har ett Bragg-gitter inskrivet i sin kärna. Bragg- gittret är vanligen ett chirpat gitter som i sitt ostörda tillstånd utgör en kontinuerlig, bredbandig reflektor.In addition, the array comprises a piece of optical fiber 52 having a Bragg grating inscribed in its core. The Bragg grating is usually a chirped grating which, in its undisturbed state, constitutes a continuous, broadband reflector.
Nämnda bit fiber 52 är i ingrepp med ett brickelement i aktuatorarrangemanget 50 och med ett brickelement i sen- sorarrangemanget 51, med syfte att excitera longitudinel- la förskjutningsvågor i fibern respektive att avkänna longitudinella förskjutningsvågor i fibern. Biten fiber 52 som innefattar Bragg-gittret är anordnad mellan nämnda aktuator 50 och nämnda sensor 51.Said piece of fiber 52 engages with a washer element in the actuator arrangement 50 and with a washer element in the sensor arrangement 51, for the purpose of exciting longitudinal displacement waves in the fiber and to sense longitudinal displacement waves in the fiber. The bit fiber 52 comprising the Bragg grating is arranged between said actuator 50 and said sensor 51.
En ingàngsände hos nämnda bit fiber är ansluten me- delst en första fiberanslutning 61 till en första bit standardfiber 53. Nämnda första bit standardfiber 53 är i sin tur försedd med en inkommande fiberanslutning 54 till vilken en extern ingàngsfiber skall anslutas. Pà liknande sätt är en utgångsände hos nämnda bit fiber ansluten me- delst en andra fiberanslutning 62 till en andra bit stan- dardfiber 55. Nämnda andra bit standardfiber är i sin tur försedd med en utgående fiberanslutning 56 till vilken en extern utgående fiber skall anslutas. Det skall påpekas att det finns en kontinuerlig ljusväg mellan nämnda ingà- ende fiberanslutning 54 och nämnda utgående fiberanslut- ning 56.An input end of said piece of fiber is connected by means of a first fiber connection 61 to a first piece of standard fiber 53. Said first piece of standard fiber 53 is in turn provided with an incoming fiber connection 54 to which an external input fiber is to be connected. Similarly, an output end of said piece of fiber is connected by a second fiber connection 62 to a second piece of standard fiber 55. Said second piece of standard fiber is in turn provided with an output fiber connection 56 to which an external output fiber is to be connected. It should be noted that there is a continuous light path between said input fiber connection 54 and said output fiber connection 56.
Hela uppställningen är innesluten i ett skyddande hölje, i vilket fibern är anordnad i urtagningar som är bildade i höljets material. Företrädesvis är höljet fyllt med en skyddande gas, t.ex. kväve. Med syfte att åstad- 10 15 20 25 30 35 u n u. 0 ~ sve-u 'l ' "' ' ' ' _' . ._ ' ' _. n .._'_ .glrnflv ...nu u t.. . , ........-.-..-.-,- '~ --;f -. ._ ... ... --- . . ~..- .- - 3,; g -- , - g- . . , I n g ii L< of. u' Q . ' 'Ü V i I I p . . » n . _." ¿ u -z-I- o ø c o v on 10 komma ytterligare skydd för fibern inuti höljet, speci- ellt vid transport eller i händelse av mekaniska stötar, kan kuddar 57 tillhandahållas som skyddar fibern. Ett fö- redraget material för sàdana kuddar är så kallat luftglas (”airglas”). Ett viktigt syfte med det skyddande höljet är att ge temperaturstabilitet, även om allmänt mekaniskt skydd definitivt är viktigt.The entire arrangement is enclosed in a protective casing, in which the fiber is arranged in recesses formed in the material of the casing. Preferably, the housing is filled with a protective gas, e.g. nitrogen. With the aim of achieving- 10 15 20 25 30 35 un u. 0 ~ sve-u 'l' "'' '' _ '. ._' '_. N .._'_ .glrn fl v ... nu u t ..., ........-.-..-.-, - '~ -; f -. ._ ... ... --- ---.. ~ ..- .- - 3 ,; g -, - g-.., I ng ii L <of. U 'Q.' 'Ü V i II p.. »N. _." ¿U -z-I- o ø c o v on 10 additional protection for the fiber inside the casing, especially during transport or in the event of mechanical shock, cushions 57 can be provided which protect the fiber. A preferred material for such cushions is so-called air glass (“airglas”). An important purpose of the protective cover is to provide temperature stability, although general mechanical protection is definitely important.
Inuti höljet är biten fiber 52 mellan aktuatorar- rangemanget 50 och sensorarrangemanget 51 företrädesvis böjd i en halvcirkel. Krökningsradien för nämnda böjning skall vara tillräckligt stor för att ljus i den optiska fibern inte skall läcka ut. En sådan böjning kan emeller- tid ha fördelaktiga effekter på den longitudinella för- skjutningsvåg som utbreder sig längs fibern, vilket kom- mer att belysas ytterligare nedan.Inside the housing, bit fiber 52 between the actuator arrangement 50 and the sensor arrangement 51 is preferably bent in a semicircle. The radius of curvature of said bend must be large enough so that light in the optical fiber does not leak out. Such a bend can, however, have beneficial effects on the longitudinal displacement wave which propagates along the fiber, which will be further elucidated below.
Ett föredraget arbetssätt för ovannämnda uppställ- ning kommer nu att beskrivas.A preferred working method for the above-mentioned arrangement will now be described.
Sensorarrangemanget 51 till vilket fibern är anslu- ten har inte bara funktionen att vara sensor, utan funge- rar dessutom som en reflektionspunkt för longitudinella förskjutningspulser i fibern. När en longitudinell för- skjutningspuls når sensorn 51 kommer nämnda puls sålunda, åtminstone i viss utsträckning, att reflekteras tillbaka genom fibern i riktning mot aktuatorarrangemanget 50. På liknande sätt fungerar aktuatorarrangemanget 50 som en annan reflektionspunkt. Följaktligen kommer en longitudi- nell förskjutningspuls (en akustisk puls), när den väl har exciterats i fibern, att reflekteras fram och tillba- ka mellan sensorn 51 och aktuatorn 50 genom biten fiber 52 innefattande Bragg-gittret. Multipla passager för för- skjutningspulsen genom Bragg-gittret kommer med andra ord att åstadkommas.The sensor arrangement 51 to which the fiber is connected not only has the function of being a sensor, but also functions as a reflection point for longitudinal displacement pulses in the fiber. Thus, when a longitudinal displacement pulse reaches the sensor 51, said pulse will, at least to some extent, be reflected back through the fiber in the direction of the actuator arrangement 50. Similarly, the actuator arrangement 50 acts as another reflection point. Consequently, a longitudinal displacement pulse (an acoustic pulse), once excited in the fiber, will be reflected back and forth between the sensor 51 and the actuator 50 through the bit of fiber 52 including the Bragg grating. In other words, multiple passages for the displacement pulse through the Bragg grating will be achieved.
Vid varje reflektionspunkt (d.v.s. vid sensorn 51 och vid aktuatorn 50) går en del av amplituden hos nämnda puls förlorad. Pulsen kommer därför gradvis att blekna bort såvida den inte förstärks någonstans. För detta än- damål är det föredraget att den longitudinella förskjut- 10 15 20 25 30 35 a. nu lwlqw-.v , 0 n o: .n -u .,,.,-'.. . u. eu~u|uv.|'.f, nu n. :nu . . <.,. ,.. u . e :u z .-,. »', - - .nu u .HI , ll ningspulsen ges en del ytterligare energi, d.v.s. ökad amplitud, varje gång nämnda puls reflekteras vid aktua- torn 50. Genom avkänning av pulsen vid sensorn 51, kan återkoppling ges med syfte att driva aktuatorn 50 i reso- nans med den förskjutningspuls som utbreder sig.At each reflection point (i.e. at the sensor 51 and at the actuator 50) a part of the amplitude of said pulse is lost. The pulse will therefore gradually fade away unless it is amplified somewhere. For this purpose, it is preferred that the longitudinal displacement 10 15 20 25 30 35 a. Now lwlqw-.v, 0 n o: .n -u. ,,., - '... u. eu ~ u | uv. | '.f, nu n .: nu. . <.,. , .. u. e: u z .- ,. »', - - .nu u .HI, ll ningspulsen is given some additional energy, i.e. increased amplitude, each time said pulse is reflected at the actuator 50. By sensing the pulse at the sensor 51, feedback can be given for the purpose of driving the actuator 50 in resonance with the displacement pulse which propagates.
Alternativt kan sensorn bytas ut mot en passiv re- flektor. I det fallet slås driftsläget för aktuatorar- rangemanget om intermittent från ett aktiveringsläge till ett avkänningsläge. När aktuatorn befinner sig i avkän- ningsläge, mäts tidfördelningen för förskjutningspulser- na, varigenom återkoppling och kalibrering ges för det efterföljande arbetet i aktiveringsläget.Alternatively, the sensor can be replaced with a passive reflector. In this case, the operating mode of the actuator arrangement is switched intermittently from an activation mode to a sensing mode. When the actuator is in sensing mode, the time distribution of the displacement pulses is measured, whereby feedback and calibration are provided for the subsequent work in activation mode.
Två olika sätt att utnyttja utsignalen från sensor- arrangemanget kommer nu kortfattat att beskrivas.Two different ways of utilizing the output signal from the sensor arrangement will now be briefly described.
I ett första driftsläge ger sensorarrangemanget tidsinformation avseende förskjutningspulserna som utbre- der sig mellan de två reflektionspunkterna. Ur nämnda tidsinformation kan en passagetid mellan de tvà reflek- tionspunkterna bestämmas. Återkoppling ges sedan till ak- tuatorarrangemanget med syfte att aktivera aktuatorn vid den tidpunkt då den longitudinella förskjutningspulsen når aktuatorn efter reflektion.In a first operating mode, the sensor arrangement provides time information regarding the displacement pulses extending between the two reflection points. From the said time information, a passage time between the two reflection points can be determined. Feedback is then given to the actuator arrangement for the purpose of activating the actuator at the time when the longitudinal displacement pulse reaches the actuator after reflection.
I ett andra driftsläge, som betraktas som det för närvarande mest föredragna driftssättet, detekterar sen- sorarrangemanget amplituden för den longitudinella för- skjutningspulsen som utbreder sig mellan reflektionspunk- terna. Amplituden övervakas, och tidfördelningen för de pulser som skickas in i fibern från aktuatorarrangemanget justeras med små steg till dess den uppmätta amplituden är maximerad. När maximal amplitud erhålles, exciteras pulser av aktuatorn unisont med den förskjutningspuls som utbreder sig mellan reflektorerna. Vilken annan tidsin- ställning som helst för aktuatorn skulle ge förskjut- ningspulsen en lägre amplitud. Genom avstämning av akti- veringen av aktuatorarrangemanget så att pulsens ampli- tud, såsom den detekteras av sensorarrangemanget, blir maximerad, kommer nämnda aktivering att ske i resonans n sun.. 10 15 20 25 30 o o an. I n ao f., v f' ',"' ' ' ' ' n nu .u ø|»,;v.a-'.'l' j' '“;"" f* 'Qfv 0 o .ø- .~1-=|1~-,-,~,-I - --~;=~v n.. ........... ..-|-.--_g f- -~ ng. -.. . i »w-vw-f- .-- , ""' '3 .I ~ v . . ,.. v u nn u. .... .n . . u , n - “nun » . 12 med förskjutningspulsen. Företrädesvis övervakas den lon- gitudinella förskjutningspulsens amplitud kontinuerligt under drift, och utnyttjas utsignalen från övervakningen för justering av aktuatorn så att den aktiveras med en takt som ger maximal amplitud till den förskjutningspuls som utbreder sig i biten fiber, d.v.s. med en takt som är unison med rundtrippstiden för förskjutningspulsen mellan de två reflektorerna.In a second operating mode, which is considered to be the currently most preferred mode of operation, the sensor arrangement detects the amplitude of the longitudinal displacement pulse extending between the reflection points. The amplitude is monitored, and the time distribution of the pulses sent into the fiber from the actuator arrangement is adjusted in small steps until the measured amplitude is maximized. When maximum amplitude is obtained, pulses are excited by the actuator in unison with the displacement pulse propagating between the reflectors. Any other time setting for the actuator would give the displacement pulse a lower amplitude. By tuning the activation of the actuator arrangement so that the amplitude of the pulse, as detected by the sensor arrangement, is maximized, said activation will take place in resonance n sun .. 10 15 20 25 30 o o an. I n ao f., Vf '', "'' '' 'n nu .u ø |»,; va -'. 'L' j '' “;" "f * 'Qfv 0 o .ø-. ~ 1- = | 1 ~ -, -, ~, -I - - ~; = ~ v n .. ........... ..- | -. - _ g f- - ~ ng . - ... i »w-vw-f- .--," "'' 3 .I ~ v.., .. vu nn u. .... .n.. u, n -“ nun » Preferably, the amplitude of the longitudinal displacement pulse is continuously monitored during operation, and the output signal from the monitoring is used to adjust the actuator so that it is activated at a rate which gives maximum amplitude to the displacement pulse propagating in the bit fiber, i.e. with a rate that is in unison with the trip time of the offset pulse between the two reflectors.
Såsom har nämnts ovan kan fördelaktiga effekter er- hàllas genom att fibern förses med en böjning mellan de (d.v.s. sensorn). Om fibern är rak mellan reflektionspunkterna tvà reflektionspunkterna mellan aktuatorn och finns det en risk att stående vågor utvecklas i densamma.As mentioned above, beneficial effects can be obtained by providing the fiber with a bend between them (i.e. the sensor). If the fiber is straight between the reflection points, the two reflection points between the actuator and there is a risk that standing waves will develop in it.
Genom att fibern förses med en böjning mellan reflek- tionspunkterna, minskas risken att stående vågor utveck- las. Utbredningen för en longitudinell förskjutningspuls längs biten fiber är emellertid huvudsakligen opàverkad av nämnda böjning. Följaktligen minskas brus orsakat av utveckling av stående vågor genom att biten optisk fiber mellan aktuatorn 50 och sensorn 51 förses med en böjning.By providing the fiber with a bend between the reflection points, the risk of standing waves developing is reduced. However, the propagation of a longitudinal displacement pulse along the bit of fiber is substantially unaffected by said bending. Consequently, noise caused by the development of standing waves is reduced by providing the bit of optical fiber between the actuator 50 and the sensor 51 with a bend.
Krökningsradien hos böjningen skall naturligtvis vara tillräckligt stor sä att ljus inte läcker ut från fiberns kärna.The radius of curvature of the bend must, of course, be large enough so that light does not leak from the core of the fiber.
Uppfinningen har beskrivits ovan genom några före- dragna utföringsformer, som schematiskt visas pà de bifo- gade ritningarna. Det skall emellertid inses att olika förändringar och modifikationer är tänkbara inom uppfin- ningens ram, såsom den definieras i de bifogade patent- kraven.The invention has been described above by some preferred embodiments, which are schematically shown in the accompanying drawings. It is to be understood, however, that various changes and modifications are conceivable within the scope of the invention as defined in the appended claims.
Claims (13)
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0100868A SE522291C2 (en) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Arrangement and method for sending a longitudinal displacement pulse along an optical fiber |
PCT/SE2002/000431 WO2002073271A1 (en) | 2001-03-14 | 2002-03-11 | Actuator device |
PCT/SE2002/000432 WO2002073272A1 (en) | 2001-03-14 | 2002-03-11 | Actuator system |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SE0100868A SE522291C2 (en) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Arrangement and method for sending a longitudinal displacement pulse along an optical fiber |
Publications (3)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SE0100868D0 SE0100868D0 (en) | 2001-03-14 |
SE0100868L SE0100868L (en) | 2002-09-15 |
SE522291C2 true SE522291C2 (en) | 2004-01-27 |
Family
ID=20283339
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SE0100868A SE522291C2 (en) | 2001-03-14 | 2001-03-14 | Arrangement and method for sending a longitudinal displacement pulse along an optical fiber |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
SE (1) | SE522291C2 (en) |
WO (2) | WO2002073271A1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104257363B (en) * | 2014-10-23 | 2017-01-11 | 山东省科学院激光研究所 | FBG (Fiber Bragg Grating) pulse-taking sensor probe and intensive array type optical fiber pulse-taking instrument |
Family Cites Families (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5007705A (en) * | 1989-12-26 | 1991-04-16 | United Technologies Corporation | Variable optical fiber Bragg filter arrangement |
US5744721A (en) * | 1995-10-25 | 1998-04-28 | Hinds Instruments, Inc. | Electronic control system for an optical assembly |
JPH10206753A (en) * | 1997-01-28 | 1998-08-07 | Nec Corp | Variable wavelength optical device |
US6052497A (en) * | 1998-05-22 | 2000-04-18 | Lucent Technologies Inc. | System comprising acousto-optic tunable filter |
-
2001
- 2001-03-14 SE SE0100868A patent/SE522291C2/en not_active IP Right Cessation
-
2002
- 2002-03-11 WO PCT/SE2002/000431 patent/WO2002073271A1/en not_active Application Discontinuation
- 2002-03-11 WO PCT/SE2002/000432 patent/WO2002073272A1/en not_active Application Discontinuation
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
WO2002073272A1 (en) | 2002-09-19 |
WO2002073271A1 (en) | 2002-09-19 |
SE0100868D0 (en) | 2001-03-14 |
SE0100868L (en) | 2002-09-15 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US6269686B1 (en) | Sensor, in particular for measuring the viscosity and density of a medium | |
US5118931A (en) | Fiber optic microbending sensor arrays including microbend sensors sensitive over different bands of wavelengths of light | |
US7345953B2 (en) | Flextensional vibration sensor | |
JP5453617B2 (en) | Acceleration sensor and force sensor calibration method and apparatus | |
DE69833461T2 (en) | Integrated resonant microstructure sensor for high temperatures | |
JP5196483B2 (en) | Vibration or elastic wave detector | |
EP1794561B1 (en) | Opto-acoustic pressure sensor | |
CN108139284B (en) | Optical fiber pressure sensor and method | |
CA2133217C (en) | Micromachined sensor device | |
Theriault et al. | High-g accelerometer based on an in-fiber Bragg grating sensor | |
SE434434B (en) | FIBEROPTIC LUMINISCENSORS WITH INTERFERENCE IN THIN LAYER STRUCTURES | |
SE522291C2 (en) | Arrangement and method for sending a longitudinal displacement pulse along an optical fiber | |
GB2386687A (en) | Accelerometer vibration sensor having a flexural casing and an attached mass | |
WO2019200986A1 (en) | Vibration wire type micro-vibration and sound emission sensing device with micro-nanofiber based fiber grating | |
KR100380639B1 (en) | Compsite material reinforcement structure including optical fiber grating sensor | |
EP0653052A1 (en) | Self-exciting optical strain gage. | |
White et al. | Sensors in adaptronics | |
US20050236559A1 (en) | Fiber grating strain sensors for civil structures | |
EP4086587A1 (en) | Coupled-core optical fiber with fiber bragg grating and sensing device | |
Robertson et al. | A fibre optic distributed sensor system for condition monitoring of synthetic ropes | |
JP3349272B2 (en) | AE wave measurement device | |
Lim et al. | Ultrasonic active fiber sensor based on pulse-echo method | |
Vickers et al. | A fiber optic sensor for combustion pressure measurement in a washer configuration | |
KR102032451B1 (en) | Impact trigger optical sensor module using fracto-mechanoluminescent crystals | |
Janocha et al. | Sensors in Adaptronics |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
NUG | Patent has lapsed |