PL200608B1 - Układ czujnika fotonicznego - Google Patents

Abstract

Układ czujnika fotonicznego zawierający pompowany źródłem światła modulowany laser pomiarowy, z którego sygnał optyczny jest kierowany przez filtr optyczny do fotodetektora, natomiast sygnał elektryczny z wyjścia fotodetektora jest kierowany na wyjście sygnału pomiarowego i jednocześnie poprzez układ stabilizacji filtru optycznego do elektrod sterujących filtru optycznego, znamienny tym, że układ stabilizacji filtru optycznego ma na wejściu pierwszy wzmacniacz prądu stałego (6), którego wyjście jest połączone z pierwszym wejściem komparatora (7), natomiast wyjście komparatora połączone jest poprzez drugi wzmacniacz prądu stałego (10) z elektrodami sterującymi filtru optycznego (4), przy czym drugie wejście komparatora (7) jest połączone poprzez potencjometr (8) ze źródłem napięcia odniesienia (9).

Description

Przedmiotem wynalazku jest układ czujnika fotonicznego, przeznaczony zwłaszcza do pomiarów pola elektromagnetycznego, który pracuje w układzie z wewnętrzną modulacją częstotliwości lasera oraz z dyskryminatorem częstotliwości o filtrze optycznym.

Znany z polskiego opisu patentowego nr 192 569 fotoniczny miernik pola elektromagnetycznego wyposażony jest w laser, który tworzą osadzone osiowo element elektrooptyczny z parą elektrod modulacyjnych, ośrodek czynny lasera oraz dwa zwierciadła: całkowicie odbijające i transmisyjne. Promień światła z lasera kierowany jest na optyczne wejście przestrajanego filtru optycznego, z wyjścia którego promień świetlny światłowodem jest kierowany do wejścia fotodetektora. Natomiast z wyjścia fotodetektora sygnał elektryczny poprzez wzmacniacz jest kierowany do układu wskaźnikowego i jednocześnie do układu stabilizacji filtru optycznego, i dalej z wyjścia układu stabilizacji filtru optycznego do elektrycznego wejścia filtru optycznego.

Istota układu polega na tym, że układ stabilizacji filtru optycznego ma na wejściu pierwszy wzmacniacz prądu stałego, którego wyjście jest połączone z pierwszym wejściem komparatora. Wyjście komparatora połączone jest poprzez drugi wzmacniacz prądu stałego z elektrodami sterującymi filtru optycznego, przy czym drugie wejście komparatora jest połączone poprzez potencjometr ze źródłem napięcia odniesienia.

Zaletą układu czujnika według wynalazku jest prowadzenie stabilizacji częstotliwości pracy układu, w postaci stabilizacji średniej wartości napięcia wyjściowego detektora optycznego, przy czym układ odniesienia, umożliwiający regulację częstotliwości pracy lasera, wykonany jest w postaci komparatora napięcia. W tym celu dobiera się częstotliwość generacji lasera oraz charakterystyki częstotliwościowe filtru optycznego tak, aby częstotliwość pracy lasera wypadała w przybliżeniu na połowie zbocza charakterystyki filtru. Jest to szczególnie istotne przy stosowaniu filtrów wąskopasmowych w celu uzyskania maksymalnej czułości układu. Dodatkowo nowy układ charakteryzuje się małą wrażliwością układu na fluktuacje częstotliwości lasera, które to zjawisko jest szczególnie niepożądane przy stosowaniu filtrów wąskopasmowych o dużym nachyleniu zboczy w celu uzyskania możliwie dużej czułości układu.

Przedmiot wynalazku w przykładzie wykonania jest uwidoczniony na rysunku, który przedstawia schemat blokowy układu czujnika fotonicznego z przestrajanym filtrem optycznym.

Układ czujnika fotonicznego ma modulowany laser pomiarowy 1 pobudzany sygnałem optycznym doprowadzonym światłowodem z lasera pompującego 2. Laser pompujący 2 połączony jest z zasilaczem 3. Sygnał optyczny z modulowanego lasera pomiarowego 1 jest kierowany przez filtr optyczny 4 na wejście fotodetektora 5. Wyjście fotodetektora 5 stanowi wyjście sygnału pomiarowego wy i jest połączone poprzez pierwszy wzmacniacz prądu stałego 6 z pierwszym wejściem komparatora 7, zaś z drugim wejściem komparatora 7 podłączone jest poprzez potencjometr 8 źródło napięcia odniesienia 9, w postaci stabilizowanego napięcia stałego. Natomiast wyjście komparatora 7 połączone jest poprzez drugi wzmacniacz prądu stałego 10, z elektrodami sterującymi filtru optycznego 4.

Działanie układu polega na tym, że laser pomiarowy 1 moduluje się częstotliwościowo z wykorzystaniem efektu elektrooptycznego poprzez mierzone pole elektromagnetyczne albo inny dowolny czynnik mierzony, za pomocą przetwornika umieszczonego we wnęce rezonansowej lasera. Sygnał o modulowanej częstotliwości ulega dyskryminacji, tj. zamianie modulacji częstotliwości na modulację amplitudy, na zboczu krzywej rezonansu filtru optycznego 4. Po detekcji sygnału optycznego za pomocą fotodetektora 5 uzyskuje się wyjściowy sygnał pomiarowy, którego napięcie jest proporcjonalne do wartości wielkości mierzonej. Uzyskanie maksymalnej czułości i zakresu pomiarowego układu wymaga takiego doboru średniej częstotliwości generacji modulowanego lasera pomiarowego 1 w stosunku do charakterystyki przenoszenia filtru optycznego 4, aby średnia częstotliwość generacji wypadała w przybliżeniu w połowie zbocza charakterystyki filtru 4. Warunek ten odpowiada określonej składowej wartości stałej na wyjściu fotodetektora 5, którą stabilizuje się i reguluje poprzez wzmocnienie za pomocą pierwszego wzmacniacza prądu stałego 6, a następnie porównuje w komparatorze 7 ze wzorcowym napięciem ze źródła napięcia odniesienia 9, przy czym wzorcowe napięcie ustawia się i reguluje za pomocą potencjometru 8. Napięcie wyjściowe z komparatora 7, dodatkowo wzmacnia się w drugim wzmacniaczu prądu stałego 10 a następnie steruje się nim elektrody filtru optycznego 4. Układ ten zapewnia możliwość dostrojenia filtru 4 do częstotliwości pracy modulowanego lasera pomiarowego 1, stabilizowanie oraz zmianę punktu pracy układu oraz takie dostrojenie filtru 4, które zapewnia maksymalną czułość i zakres pomiarowy układu pomiarowego.

Claims (1)

1. Układ czujnika fotonicznego zawierający pompowany źródłem światła modulowany laser pomiarowy, z którego sygnał optyczny jest kierowany przez filtr optyczny do fotodetektora, natomiast sygnał elektryczny z wyjścia fotodetektora jest kierowany na wyjście sygnału pomiarowego i jednocześnie poprzez układ stabilizacji filtru optycznego do elektrod sterujących filtru optycznego, znamienny tym, że układ stabilizacji filtru optycznego ma na wejściu pierwszy wzmacniacz prądu stałego (6), którego wyjście jest połączone z pierwszym wejściem komparatora (7), natomiast wyjście komparatora połączone jest poprzez drugi wzmacniacz prądu stałego (10) z elektrodami sterującymi filtru optycznego (4), przy czym drugie wejście komparatora (7) jest połączone poprzez potencjometr (8) ze źródłem napięcia odniesienia (9).