6.2. ФУНКЦИИ И СТРУКТУРЫ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИХ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Для работы волоконно-оптического чувствительного элемента датчика можно использовать изменение фазы распространяющейся по оптическому волокну волны, поляризации, угла вращения плоскости поляризации, изменение потерь, явление рассеяния света под воздействием внешних факторов.
Об основных функциях и характеристиках чувствительного элемента уже говорилось в гл. 2. Классификация систем чувствительных элементов на оптическом волокне приведена на рис. 6.1. На рис. 6.1, а представлена схема интерферометра с оптическим трактом, реализованным на одномодовом волокне либо на волокне с сохранением поляризации. Как уже отмечалось в гл. 2, в одномодовом оптическом волокне распространяется только мода НЕц, являющаяся основной. Эта мода приближенно может считаться линейно поляризованной, причем распределение интенсивности в поперечном сечении луча подчиняется закону Гаусса, что позволяет сравнительно просто добиться устойчивой интерференции. В действительности же в обычном многомодовом оптическом волокне возможно распространение двух мод НЕц с ортогональной поляризацией. При этом в силу неидеально круглой формы поперечного сечения оптического волокна между модами возникает разность фаз, в результате чего выходящий из оптического волокна свет обычно становится эллиптически поляризованным.
Температура Дадтие Дедюрмация
Напряженности магнитного пат Эдукодое давление
Электрический ток Напряженность магнитного поля (эфрект Фарадея)
Збукобое дабление(микроизгид) Концентрация газа Радиоактидное излучение
Распределение температуры, де(рормаи,ии, аномалий
Рис. 6.1. Обобщенные схемы и объекты измерений датчиков с волоконно-оптическим чувствительным элементом, работающим на основе изменения фазы (о), вращения плоскости поляризации (б), изменения потерь (в), рассеяния (г)
В интерферометре при таких условиях интерференционные полосы оказываются размытыми, поэтому необходим ввод поляризатора или использование оптического волокна с сохранением поляризации. Кроме того, в датчиках типа интерферометра, как правило, требуется принимать меры против дрейфа нуля, изменения масштабного коэффициента, ухудшения линейности. Интерференционное измерение - измерение расстояний в длинах световых волн или времени в периодах световой волны-обычно гарантирует высокую чувствительность. Использование оптического волокна в виде кольца со множеством витков увеличивает протяженность связи с измеряемым объектом и позволяет тем самым еще больше повысить чувствительность датчика. При измерении фазы достигнута чувствительность 10~ рад/ГГц. Имеются публикации о датчиках этой системы, чувствительность которых сравнима с чувствительностью датчиков других систем или превышает ее (табл. 6.1).
В датчиках типа интерферометра используются различные функциональные возможности оптического волокна (рис. 6.2). Наиболее типичными измеряемыми величинами являются температура, длина, давление. В соответствии с их колебаниями изменяется длина и коэффициент преломления оптического волокна, а в результате изменяется и фаза распространяющегося в нем света. Измеряемые величины, отмеченные в крайней правой части рис. 6.2, преобразуются в любую из указанных трех величин, например, с помощью нанесенного на оптическое волокно соответствующего покрытия. Предложены амперметры на оптическом волокне с алюминиевым покрытием, акселерометр со сжатием (или растяжением) оптического волокна от перемещения груза, измерители напряженности магнитного поля или электрического тока и напряженности электрического поля или
Теплота
Температура/
Длина
1 Деформация
\Коэффициент ( Ореломленин
Длина
Давление
Давление
Джоулево тепло Электрический ток
Груз
Ускорение
Колебания
Скорость потока
Деформация
Деформация
Расширение газа jipM поглощении света
Спектр поглощения
Магиитострикция
Напряженность магмитмого попя?\ электрический ток J
