CS244494B1

CS244494B1 - Apparatus for modulating luminous flux in an optical fiber transducer

Info

Publication number: CS244494B1
Application number: CS848868A
Authority: CS
Inventors: Lubomir Smutny
Original assignee: Lubomir Smutny
Priority date: 1984-11-20
Filing date: 1984-11-20
Publication date: 1986-07-17
Also published as: CS886884A1

Abstract

Účelem vynálezu je vytvořit zařízení pro modulaci bez mechanických částí, kde tato zařízení vykazují velký vložený základní optický útlum. Tohoto cíle se dosáhne zařízením, tvořeným optickým vysílačem (1) spojeným jednou částí skleněného světlovodu (2) přes modulační člen (3) a druhou část skleněného světlovodu (4) s fotoelektrickým přijímačem (5), kde modulační člen (3) je tvořen akustícko-optickým materiálem (6), na jehož protilehlých stranách je umístěn ultrazvukový měnič (9) a útlumový akustický obvod (7). Na ultrazvukový měnič (9) je připojen výstup převodníku (8) měřené veličiny na elektrické napětí. Zařízení podle vynálezu je použitelné pro měření a přenos údajů o fyzikální veličině, např. teplotě, tlaku apod. z místa získaní informace do místa vyhodnocení.The purpose of the invention is to create a device for modulation without mechanical parts, where these devices exhibit a large embedded basic optical attenuation. This goal is achieved by a device formed by an optical transmitter (1) connected by one part of a glass light guide (2) via a modulating member (3) and the other part of the glass light guide (4) with a photoelectric receiver (5), where the modulating member (3) is formed by an acoustic-optical material (6), on the opposite sides of which an ultrasonic transducer (9) and an attenuating acoustic circuit (7) are located. The output of the measured quantity to electrical voltage converter (8) is connected to the ultrasonic transducer (9). The device according to the invention is applicable for measuring and transmitting data on a physical quantity, e.g. temperature, pressure, etc. from the place of obtaining information to the place of evaluation.

Description

Vynález se týká zařízení pro modulaci světelného toku v optickém vláknovém snímači mezi vysílačem a přijímačem záření a to bez nutnosti užití mechanických pohyblivých částí.The invention relates to a device for modulating luminous flux in an optical fiber sensor between a transmitter and a receiver without the need for mechanical moving parts.

Optické vláknové snímače pracují na principu změny vlastností dielektrických světlovodů působením vlivu vnějších veličin jako je teplota, mechanické pnutí apod. na procházející světelný svazek, který je vysílán z vysílače záření na jednom konci optického vlákna do fotoelektrického přijímače na druhém konci vlákna.Optical fiber sensors operate on the principle of changing the properties of dielectric light guides by the influence of external variables such as temperature, mechanical stress and the like on the transmitted light beam that is transmitted from a radiation emitter at one end of the optical fiber to a photoelectric receiver at the other.

Optický vláknový snímač transmisního typu provádí tedy modulaci procházejícího světelného svazku bu3 působením přímo na optický vláknovod nebo vložením vhodného modulačního členu.The optical fiber sensor of the transmission type thus modulates the transmitted light beam either by acting directly on the optical fiber conduit or by inserting a suitable modulating member.

Dosud známé typy modulačních zařízení mají modulační člen pracující na principu mechanického přeruěování světelného svazku, vystupujícího z jednoho konce světlovodu př₄ed vstupem do druhé části světlovodu zakončeného fotodetektorem.Previously known types of modulation devices have a modulating actuator operating on the principle of mechanical přeruěování light beam exiting from one end of the light guide ₄ BC, before entering the second light guide portion terminated by a photodetector.

Tato zařízení vSak vykazují velký vložený základní optický útlum při nepřerušeném světelném svazku mezi oběma částmi optického světlovodu. Navíc zde existuje možnost ovlivně ní funkce znečištěním a je nutné pečlivě seřídit souosost části světlovodu. Nevýhodou je též výskyt mechanického třetí a nutnost použití mechanických pohyblivých částí.However, these devices exhibit a large interposed basic optical attenuation with an uninterrupted light beam between the two parts of the optical light guide. In addition, there is the possibility of influencing the function by pollution and it is necessary to carefully adjust the alignment of part of the light guide. Another disadvantage is the occurrence of a mechanical third and the necessity of using mechanical moving parts.

VýSe uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro modulaci světelného toku v optickém vláknovém snímači podle vynálezu, tvořeném optickým vysílačem spojeným skleněným světlovodem, mezi jehož první a druhou částí je zařazen modulační člen, s fotoelektrickým přijímačem, umístěném na konci druhé části světlovodu.The above-mentioned drawbacks overcome the luminous flux modulation device in the optical fiber sensor of the present invention, consisting of an optical transmitter connected by a glass fiber optic, between whose first and second portions there is a modulating member, with a photoelectric receiver located at the end of the second fiber optic.

Podstatou zařízení je, že modulační člen je akusticko-optický a je tvořen akusticko-optickým materiálem. Na jeho protilehlých stranách je ultrazvukový měnič a útlumový akustický obvod. Na ultrazvukový měnič je připojen převodník měřené veličiny na elektrické napětí.The essence of the device is that the modulating member is acoustic-optical and consists of acoustic-optical material. On its opposite sides there is an ultrasonic transducer and attenuation acoustic circuit. The ultrasonic transducer is connected to the converter of the measured value to the voltage.

Výhodou zařízení pro modulaci světelného toku podle vynálezu je, že může pracovat i v prostředí β nebezpečím výbuchu, neobsahuje žádné mechanicky pohyblivé části a dovoluje vytvářet modulovaný optický signál s velkou rychlostí změn intenzity záření.The advantage of the luminous flux modulation device according to the invention is that it can also operate in an β-hazardous environment, does not contain any mechanically movable parts and allows the generation of a modulated optical signal with a high rate of variation in radiation intensity.

Jeden příklad uspořádání zařízení podle vynálezu je uveden schematicky na přiloženém .výkrese.One example of the arrangement of the device according to the invention is shown schematically in the attached drawing.

Optický vysílač χ je spojen první částí skleněného světlovodu £ se vstupem modulačního členu £, v tomto případě akusticko-optickým. Výstup modulačního členu £ je spojen pomoci druhé části skleněného světlovodu X s fotoelektrickým přijímačem £.The optical transmitter χ is connected by the first part of the glass light guide 6 to the input of the modulating member 6, in this case acoustic-optical. The output of the modulating member 6 is connected to the photoelectric receiver 6 by means of the second part of the glass fiber guide X.

Modulační člen £ se skládá z akusticko-optického materiálu £, např. z taveného křemene, z ultrazvukového měniče £ a z útlumového akustického obvodu £. Ultrazvukový měnič £ a útlumový obvod £ jsou umístěny na protilehlých stranách akusticko-optického materiálu £ a umožňují tak realizovat stojaté ultrazvukové vlnění. Na ultrazvukový měnič £ je připojen výstup převodníku £, který zajiStuje výkonové buzeni ultrazvukového měniče £.The modulating member 6 consists of an acoustic-optical material 6, for example fused quartz, an ultrasonic transducer 6 and an attenuation acoustic circuit 6. The ultrasonic transducer 6 and the attenuation circuit 6 are located on opposite sides of the acoustic-optical material 6, thus making it possible to realize standing ultrasonic waves. A transducer output 6 is connected to the ultrasonic transducer 6, which provides power excitation of the ultrasonic transducer 6.

Popsané zařízení pracuje tak, že vlivem měřené veličiny přiváděné na vstup XL převodníku £ dochází k modulaci výstupního napětí tohoto převodníku £.The described device operates in such a way that the output voltage of the converter 6 is modulated by the influence of the measured value supplied to the input XL of the converter 6.

Převodník £ napájí svým výstupním napětím ultrazvukový měrič £. Vznikající akustická Vlna vyvolává periodickou změnu hustoty optického.prostředí modulačního členu £ a tím i změnu indexu lomu akusticko-optického materiálu £.The converter 6 supplies an ultrasonic meter 6 with its output voltage. The resulting acoustic wave induces a periodic change in the density of the optical environment of the modulating member 6 and hence a change in the refractive index of the acoustic-optical material 6.

Tato periodické změna indexu lomu vytváří v akusticko-optickém materiálu 6 prostorovou fázovou mřížku a ta je příčinou difrakce dopadajícího světelného svazku vysílaného optickým vysílačem i přes první část skleněného světlovodu 2, připojeného k povrchu akusticko-optiekého materiálu 6.This periodic change in refractive index creates a spatial phase grid in the acousto-optic material 6, and this causes diffraction of the incident light beam emitted by the optical emitter despite the first portion of the glass light guide 2 attached to the surface of the acousto-optic material 6.

Vychýlením světelného svazku se pak moduluje výstupní optický výkon, přenáSený druhou částí skleněného světlovodu £ do fotoelektrického přijímače X, např. do fotodetektoru. Útlumový akustický obvod 2 vytváří stojaté akustické vlny, v jejichž uzlech a kmitnách se vytváří prostorová fázová mřížka vlivem změn indexu lomu akusticko-optického materiálu £.The deflection of the light beam then modulates the output optical power transmitted by the second part of the glass light guide 6 to the photoelectric receiver X, e.g. to the photodetector. The attenuation acoustic circuit 2 generates standing acoustic waves, in whose nodes and frequencies a spatial phase grid is formed due to changes in the refractive index of the acoustic-optical material 6.

Navržené zařízení je použitelné pro měření a přenos údajů o teplotě, tlaku, poloze nebo jiné fyzikální veličině z místa získání informace, např. v porubu hlubinného dolu do místa vyhodnocení, např. koncentrátor dat na patře dolu.The proposed device is useful for measuring and transmitting data on temperature, pressure, location or other physical magnitude from the point of obtaining information, eg in a deep mine face to an evaluation site, eg a data level concentrator on a mine floor.

Druh měřené veličiny je určen převodníkem 8, který zajiSÍuje převod příslušné veličiny na elektrické napětí dostatečné pro vybuzení ultrazvukového měniče 2·The type of measured quantity is determined by the converter 8, which ensures the conversion of the relevant quantity to the electrical voltage sufficient to excite the ultrasonic transducer 2 ·

Daláími aplikacemi je např. přenos údaje o poloze vypínačů v měnírnách vysokého napětí, měření a přenos informací v hutnických provozech,s velkou úrovní vnějšího ruSení atd.Other applications include transmission of circuit breaker position data in medium voltage substations, metering and transmission of information in metallurgical plants, with a high level of external interference, etc.

Claims

SUBJECT OF THE INVENTION

Apparatus for modulating luminous flux in an optical fiber sensor, comprising an optical transmitter connected by a glass fiber optic, between which a modulating member is arranged between the first and second portions, with a photoelectric receiver at the end of the second fiber optic. optical and consists of acoustic-optical material (6), on whose opposite sides there is an ultrasonic transducer (9) and attenuation acoustic circuit (7), and on the ultrasonic transducer (9) is connected the output of transducer (8) for conversion of measured value / 11 / to electric voltage.