NO850865L - Fiberoptisk sensor - Google Patents

Description

Foreliggende oppfinnelse angår sensorer for detektering og måling av flere parametere, slik som f.eks. temperatur, trykk osv. I.disse arrangementer er sensoren som utsettes for de parametere som skal avføles og måles, et optisk fiber basert Fabry-Perot interferometer. Et slikt interferometer består av en lengde av en optisk fiber med optisk plane ender som er semi-forsølvet, og som dermed virker som speil for interferometeret. Påvirkningen av parameteren som blir avfølt og som kan undersøkes på ulike måter, f.eks. v.hj.a. magneto-strictive komponenter, piezo-elektriske komponenter, termiske påvirkninger, akustiske påvirkninger, osv., varierer lengden til fiberen. Derved avhenger detekteringen av måling av forandringer i det overførte signal som funksjoner av forandringer i lengden til fiberen som inngår i Fabry-Perot interferometeret. Et slikt Fabry-Perot interferometer kan benytte relativt lange optiske fibre, f.eks. 4 0 cm eller mer og gjerne ca. lm.

Et formål med foreliggende oppfinnelse er å tilveiebringe et bedret sensorarrangement av typen som er beskrevet ovenfor.

Dette oppnås ved å utforme interferometeret i overens"stemmelse med de nedenfor fremsatte patentkrav.

Overføringsfunksjonen til et singelmodus Fabry-Perot interferometer basert bare på fibre, består av en serie identiske og jevnt fordelte topper. Modulering av lengden til fiberen når den benyttes i en sensor, forårsaker fluktuasjoner i lysintensiteten. Disse kan ses ved en detektor ved den ene enden av fiberen. Dette lyset skriver seg fra den andre enden av interferometeret, f.eks. fra en laser som styres på den måten som er beskrevet i US patent-søknad 8401143. Da overføringsfunksjonen til fiberen i sensoren er symmetrisk, foreligger ingen informasjon med hensyn til fortegnet til perturbasjonen til fiberen på grunn av påvirkningen til den avfølte parameter.

I det foreliggende arrangement er fiberen som blir benyttet, av et slag som oppviser mer enn én transversen modus for strå-lingen som benyttes. Således vil en enkeltmodus fiber som ar-beider sammen med en lyskilde med bølgelengde på 1,3 mikrometer oppvise fire transverselle modi når den opplyses av en kilde med bølgelengde 0,633 mikrometer. Tre av disse modi er veilengde degenererte, slik at det finnes to distinkte, veilengde-avhengige modi, som understøttes av fibre. Energien i hver av disse distinkte modi avhenger av lyskilden (vanligvis en laser), og fiberens utstrålingsbetingelser. Her vil to serier av topper opptre i overføringsfunksjonen, og disse topper vil ikke falle sammen. Vanligvis har de to seriene forskjellig amplitude, noe som resulterer i at transmisjonsfunksjonen blir asymmetrisk.

Ved et slikt arrangement vil fortegnet til perturbasjonen til fiberen på grunn av parametere.som blir avfølt, detekteres ved å observere rekkefølgen og avstanden mellom toppene i trans-mis jonskretsen med bruk av en diskriminerende krets som mates fra interferometerets detektor. Intensiteten til disse toppene registreres ved å benytte en fotodetektor, og logiske kretser, som kan være relativt enkle i utførelse, benyttes for å fastslå antall topper og deres ordensrekkefølge ved fremkomst til detek-toren. Med to modi opprettholdt i fiberen, blir modus 1 ved en slik logisk krets representert ved logisk 1, mens modus 2 blir representert ved logisk 0.

Et interferometer av den typen som er forklart ovenfor, blir fremstilt ved å belegge de optisk plane endepartier til en optisk fiber med reflekterende materiale, slik at fiberen blir et Fabry-Perot interferometer. Når et slikt interferometer eller etalon benyttes som en sensor, vil innfallende lys komme inn i fiberen ved den ene ende og eventuelt forlate den ved den motsatte ende, og transmisjonsfunksjonen påvirkes av parameteren som skal bli overvåket. Som allerede forklart, består overføringsfunksjonen til et slikt system av en.rekke skarpe transmisjonstopper, og i en fiber som understøtter to transverselle modi, vil det være to serier av disse transmisjonstopper. Variasjoner i den optiske lengde av fiberen eller bølgelengden til lyskilden forårsaker variasjoner i den overførte intensitet gjennom fiberen. En slik fiber kan benyttes for avføling hvis forandringer i temperatur eller trykk fører til (radikale) endringer i den optiske veilengde langs fiberen. Detekteringsteknikken omfatter telling av pulser i de to serier med topper etter at diskrimineringskretser har skilt dem fra hverandre, for å fastlegge antall topper i hver rekke. Dette gir en indikasjon av størrelsen til parameteren som avføles, og på grunn av forskjellige amplituder til toppene og posisjonen til toppene i de to serier i forhold til hverandre, vil man også få indikasjoner som gir fortegnet til parameteren.

Claims (2)

1. En optisk fiber basert sensor som omfatter et optisk fiber Fabry-Perot interferometer (etalon) som gjør bruk av enkeltmodus fiber, og som kan opprettholde to eller flere transverselle strålingsmodi som er veilengde-spesifike, karakterisert ved at hver modus oppviser sin egen sekvens av topper i sensorens transmisjonskrakteristikk, og hvor toppene i hver sekvens har ulik amplitude slik at overføringsfunksjonen er asymmetrisk, at parameteren som overvåkes blir ført til interferometeret på en slik måte at fiberens veilengde varieres når parameteren endres, hvorved også antall topper som frembringes i hver sekvens av topper varieres, og hvor utlesningsutstyr til-forordnet sensoren overvåker antall topper som frembringes ved hver sekvens og derved også verdien og fortegnet til forand-rianger i parameteren som sensoren overvåker.

2. Optisk fiber basert sensor ifølge krav 1, karakterisert ved at lyskilden som tilfører lys til interferometeret er en halvlederlaser som sender ut lys ved en bølge-lengde på 0,85 mikrometer eller 1,3 mikrometer.