PL190762B1 - Miernik do pomiaru wielkości fizycznych - Google Patents

Abstract

Miernik do pomiaru wielkości fizycznych zawierający źródło światła, który stanowi laser wyposażony w element elektrooptyczny osadzony osiowo wraz z ośrodkiem aktywnym lasera pomiędzy dwoma zwierciadłami oraz w fotodetektor, z którego sygnał elektryczny jest przesyłany przez wzmacniacz do układu wskaźnikowego, znamienny tym, że promień światła laserowego z pierwszego lasera (1) poprzez filtr optyczny (7) i pierwszy światłowód (8) pada na fotodetektor (9), z którego sygnał elektryczny jest przesyłany przez wzmacniacz (10), do układu wskaźnikowego (11).

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest miernik do pomiaru wielkości fizycznych, przeznaczony zwłaszcza do stosowania w szerokopasmowych pomiarach wielkości szybkozmiennych, gdzie korzystne jest rozdzielenie czujnika pomiarowego i układu wskaźnikowego, w szczególności do pomiaru pola elektromagnetycznego.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 175 667 miernik do pomiaru pola elektromagnetycznego ma dwa źródła światła, które stanowią pierwszy laser i drugi laser. Pierwszy laser ma osadzony pierwszy element elektrooptyczny zintegrowany z anteną dipolową pomiędzy ośrodkiem aktywnym pierwszego lasera a pierwszym zwierciadłem półprzepuszczalnym. Wiązka światła z pierwszego lasera jest kierowana pierwszym światłowodem do układu mieszania i detekcji. Drugi laser ma osadzony drugi element elektrooptyczny pomiędzy ośrodkiem aktywnym drugiego lasera a drugim zwierciadłem półprzepuszczalnym. Wiązka światła z drugiego lasera jest kierowana drugim światłowodem również do układu mieszania i detekcji. Z układu mieszania i detekcji sygnał elektryczny jest przesyłany przez wzmacniacz do układu wskaźnikowego. Znany miernik może być stosowany do pomiaru dowolnej wielkości fizycznej, którą można przetworzyć na napięcie zmienne doprowadzone do pierwszego elementu elektrooptycznego i powodujące modulację częstotliwości generacji pierwszej wiązki światła lasera.

Niedogodnością znanego miernika jest ograniczone pasmo pracy związane z ograniczeniami szerokopasmowej detekcji sygnału zmodulowanego częstotliwościowo oraz trudności stabilizacji temperaturowej układu.

Przedmiotem wynalazku jest miernik do pomiaru wielkości fizycznych zawierający źródło światła, który stanowi laser wyposażony w element elektrooptyczny osadzony osiowo wraz z ośrodkiem aktywnym lasera pomiędzy dwoma zwierciadłami oraz w fotodetektor, z którego sygnał elektryczny jest przesyłany przez wzmacniacz do układu wskaźnikowego.

Istota miernika według wynalazku polega na tym, że promień światła laserowego z pierwszego lasera poprzez filtr optyczny i pierwszy światłowód pada na fotodetektor, z którego sygnał elektryczny jest przesyłany przez wzmacniacz do układu wskaźnikowego.

Zaletą miernika według wynalazku jest znaczne poszerzenie pasma pracy przy zachowaniu wysokiej czułości charakterystycznej dla modulacji wewnętrznej lasera, jak również poprawa stabilności termicznej.

Przedmiot wynalazku jest objaśniony w przykładzie realizacji na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia miernik do pomiaru napięcia zmiennego, a fig. 2 - schemat miernika natężenia pola elektromagnetycznego wyposażonego w laser światłowodowy.

P r z y k ł a d I.

Miernik do pomiaru wielkości fizycznych, który stanowi miernik napięcia zmiennego wyposażony jest w pierwszy laser 1, który tworzy osiowo umieszczony ośrodek aktywny pierwszego lasera 2 i element elektrooptyczny 3 osadzone pomiędzy zwierciadłem 5 i pierwszym zwierciadłem półprzepuszczalnym 6. Element elektrooptyczny 3 jest wyposażony w parę elektrod modulacyjnych 4. Ośrodek aktywny pierwszego lasera 2 jest połączony przewodem zasilającym 12 ze źródłem zasilania. Promień światła laserowego z wyjścia pierwszego lasera 1 jest skierowana na wejście filtra optycznego 7, którego wyjście jest połączone pierwszym światłowodem 8 z fotodetektorem 9. Wyjście fotodetektora 9 poprzez wzmacniacz 10 jest połączone z układem wskaźnikowym 11.

Działanie miernika według wynalazku przebiega następująco. Mierzone napięcie zmienne doprowadza się do elektrod modulacyjnych 4 elementu elektrooptycznego 3. Wytworzone pole elektryczne w obszarze elementu elektrooptycznego 3, powoduje zmiany prędkości propagacji promienia światła laserowego, a zatem i długości elektrycznej ośrodka aktywnego pierwszego lasera 2. Zmiana długości elektrycznej ośrodka aktywnego pierwszego lasera 2 powoduje zmianę częstotliwości wiązki świetlnej generowanej przez pierwszy laser 1. Następnie wiązkę światła laserowego zmodulowaną częstotliwościowo przekształca się w filtrze optycznym 7 w wiązkę światła laserowego zmodulowaną amplitudowo, przy czym filtr optyczny 7 jest tak dobrany, że częstotliwość generacji wiązki światła lasera 1 znajduje się na zboczu charakterystyki przenoszenia tego filtru 7. Wiązka światła laserowego zmodulowana częstotliwościowo z lasera 1 po przejściu przez filtr optyczny 7 przekształca się w wiązkę światła laserowego zmodulowaną amplitudowo, spowodowane jest to dyskryminacją częstotliwości na filtrze 7. Wiązkę światła laserowego zmodulowaną amplitudowo doprowadza się światłowodem 8 do detektora 9, zaś sygnał elektryczny z detektora 9 wzmacnia się we wzmacniaczu 10 i odczytuje się

PL 190 762 B1 za pomocą układu wskaźnikowego 11, którym jest analizator widma 11. Do zasilania lasera 1 stosuje się stabilizowany zasilacz napięcia stałego.

Przykład II.

Miernik do pomiaru wielkości fizycznych, który stanowi miernik natężenia pola elektromagnetycznego, wyposażony jest w drugi laser 12, zaś różnica między pierwszym laserem 1 a drugim laserem 12 polega na tym, że w miejsce ośrodka aktywnego pierwszego lasera 2 stosuje się laser światłowodowy 13, natomiast pierwsze zwierciadło 5 zostało zastąpione drugim zwierciadłem półprzepuszczalnym 14. Różnica polega również na tym, że drugi laser 12 jest zasilany laserem pompującym 16 przez drugi światłowód 15, zaś do elektrod modulacyjnych 4 elementu elektrooptycznego 3 są dołączone ramiona anteny dipolowej 17. Dla poprawnej pracy drugiego lasera 12, przy pobudzeniu optycznym konieczna była zamiana zwierciadła 5 na drugie zwierciadło półprzepuszczalne 14. Drugie zwierciadło półprzepuszczalne 14 cechuje przepuszczalność dla promieniowania lasera pompującego 16 i nieprzepuszczalność dla częstotliwości generowanej przez drugi laser 12.

Działanie tego miernika przebiega następująco. Siła elektromotoryczna wyidukowana przez składową elektryczną mierzonego pola elektromagnetycznego w ramionach anteny dipolowej 17 jest doprowadzana do elektrod modulacyjnych 4 elementu elektrooptycznego 3. Dalej działanie miernika przebiega identycznie jak działanie miernika napięcia zmiennego przedstawionego w przykładzie pierwszym, przy czym układ wskaźnikowy 11 jest wyskalowany w jednostkach natężenia pola elektromagnetycznego. Wskutek zastosowania generacji laserowej w pierwszym laserze światłowodowym 13 i pobudzania go laserem pompującym 16 poprzez drugi światłowód 15 jest możliwym galwaniczne oddzielenie czujnika pomiarowego utworzonego przez drugi laser 12 od układu zasilającego lasera pompującego 16 i układu pomiarowego utworzonego przez fotodetektor 9, wzmacniacz 10 i układ wskaźnikowy 11. Miernik ten charakteryzuje się dużą czułością i minimalnie zaburza mierzone pole elektromagnetyczne poprzez zastosowanie zasilania światłowodem 15, który jest przezroczysty dla mierzonego pola elektromagnetycznego.

Claims (1)

1. Miernik do pomiaru wielkości fizycznych zawierający źródło światła, który stanowi laser wyposażony w element elektrooptyczny osadzony osiowo wraz z ośrodkiem aktywnym lasera pomiędzy dwoma zwierciadłami oraz w fotodetektor, z którego sygnał elektryczny jest przesyłany przez wzmacniacz do układu wskaźnikowego, znamienny tym, że promień światła laserowego z pierwszego lasera (1) poprzez filtr optyczny (7) i pierwszy światłowód (8) pada na fotodetektor (9), z którego sygnał elektryczny jest przesyłany przez wzmacniacz (10), do układu wskaźnikowego (11).