Волоконно-оптический датчик давления

 

Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить чувствительность измерений давления. Для этого Болоконно-оптическкй датчик давления содержит одномодовый волоконный световод 1 с сердцевиной 2, закрепленный в пропиле основания 3. Световод 1 на части длины сошлифован до образования плоской фаски 4. Мембрана 5 прикреплена к основанию 3, и между поверхностью выступа 6 мембраны размещена жидкость 7. Высокая чувствительность достигается за счет того, что модуляция интенсивности выходного излучения обусловлена нарушением синхронизма мод световода и жидкости при перемещениях мзмбраны 5 в субмикронном диапазоне величин (порядка 0,01 мкм). 1 ил. с

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕаЪБЛИН (51) 4 G 01 L 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЦТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4293478/24-10 (22) 05.08.87 (46) 15.03.89. Бюл. Ыу 10 (72) В.T.Íîâèêîâ и В.Н.Сороковиков (53) 531. 787 (088. 8) (56) Бусурин В.И., Семенов А.С., Удалов Н.П. Оптические и волоконнооптические датчики. — Квантовая электроника, 1985, Р 5, с. 915.

Патент США Ф 4360247, кл. 350-96. 15, 1982. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к приборостроению и позволяет повысить чувствительность измерений давления. Для

„„SU„„1465728 А 1 этого волоконно-оптический датчик давления содержит одномодовый волоконный световод i с сердцевиной 2, закрепленный в пропиле основания 3.

Световод 1 на части длины сошлифован до образования плоской фаски 4. Мембрана 5 прикреплена к основанию 3 и между поверхностью выступа 6 мембраны размещена жидкость 7. Высокая чувствительность достигается за счет того„ что модуляция интенсивности выходного излучения обусловлена нарушением синхронизма мод световода и жидкости при перемещениях мембраны

5 в субмикронном диапазоне величин (порядка 0,01 мкм). 1 ил.

1465728

П1

К2

2 2ll

К =--п

1 Л 19

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления.

Цель изобретения — повьппение чув5 ствительности датчика.

На чертеже схематически представлен волоконно-оптический датчик дав,ления.

Волоконно-оптический датчик давления содержит одномодовый волоконный световод 1 с сердцевиной 2, зак1 репленный в пропиле основания 3. Световод 1 на части длины сошлифован ,до образования плоской фаски 4. МеМ6- 15 рана 5 прикреплена к основанию, и со.шлифованной поверхностью волоконного световода и между поверхностью выступа 6 мембраны размещена жидкость 7.

Датчик работает следук>щим образом. 20

В волоконный световод 1 вводят оптическое излучение. Измеряемое дав ление смещает мембрану иэмейяя расУ, стояние между поверхностью выступа 6, мембраны и фаской 4 на волоконном 25 световоде 1, что вызывает изменение постоянных распространения волноводных мод в жидкости 7. При равенстве постоянных распространения одной из мод жидкостного волновода и моды во- 30

IëîêîHíîãî световода в области связи возникает переток мощности излучения из волоконного световода в жидкостный ! волновод, что вызывает уменьшение мощности оптического излучения на выходе волоконного световода. Равен ство постоянных распространения (фа; зовый синхрониэм) волноводных мод достигается при толщине жидкостного волновода, определяемой следующим 40 соотношением при d P = 0 (p2 K2) — (arctg

+ (К -" > ) Ч @ (К - р2) t 2

+ arctg — — — — — + m 7tt (К2 p2)t/2 g Г (1) 45 где Р = Ро + >Р

p, — постоянная распространения одномодового волоконного световода;

-Гз ар = -- -К - К вЂ” коэффициент связи

2 между волоконным и жидкостным волноводами; — длина волны светового излучения; показатель преломления оболочки волоконного световода 1

2Я и

n — показатель преломления жидт кости

2п

К = — п 1

n — показатель преломления по3 лированной пластины (выступа мембраны);

m = О, 1, 2 ... — целое неотрицательное число.

Изменение постоянных распространения мод жидкостного волновода при перемещении выступа 6 мембраны приводит к нарушению условия фазового синхронизма мод волоконного световода и жидкостного волновода, что вызывает изменение величины ответвленного излучения из волоконного световода. Для достижения максимальной чувствительности начальная толщина жидкостного .волновода выбирается такой, чтобы в жидкостный волновод ответвлялось 507 мощности вводимого в световод 1 оптического излучения.

Предлагаемый датчик может быть выполнен на основе одномодового воIt локонного световода типа кварцкварц" (диаметр оболочки 125 мкм, диаметр сердцевины 5 мкм, показатели преломления сердцевины и оболочки, соответственно 1,462 и 1,456).

Основание может быть изготовлено из кварцевой пластины, в которой алмазной фреэой выполнен пропил шириной около 150 мкм и радиусом порядка

200 мм. В качестве жидкости 7 может быть использовано масло илн глицерин. При таком выполнении 50Х-ная модуляция проходящего через световод

1 излучения достигается при смещении мембраны на 0,01 мкм.

Таким образом, благодаря тому, что модуляция излучения основана на нарушении синхронизма мод, повьппается чувствительность датчика.

Формула и з о б р е т е н и я

Волоконно-оптический датчик давления, содержащий изогнутый одномодовый волоконный световод с сошлифованной на части длины оболочкой, закрепленный на основании, и мембрану с выступом, отличающийся тем, что, с целью повьппения чувствиСоставитель И.Сумцов

Техред Л.Сердюкова Корректор М.Максимишинец

Редактор А.Orap Заказ 936/42 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при.ГКНТ СССР

1!3035, Москва, Ж-35 ° Раушская наб., д. 4/5

Производственно-иэдательский комбинат "Патент", г.Ужгород, ул. Гагарина, 101

3 1465728 4 тельности датчика, выступ мембраны рованной поверхностью диэлектричесвыполнен из полированной диэлектри- кой пластины и сошлифованной поверхческой пластины с показателем прелом- ностью волоконного световода помещеления, не превышакщим показатель пре- на жидкость с показателем преломле- ломления оболочки волоконного свето- ния, большим показателя преломления

5 вода, а в пространстве между поли- оболочки волоконного световода.