RU75043U1 - FIBER OPTICAL SPEED METER - Google Patents

Abstract

1. Волоконно-оптический измеритель скорости течения, состоящий из источника излучения, оптически соединенного с одним из выходов оптического разветвителя Y-типа, вход которого оптически соединен с жестко закрепленным торцом измерительного оптического волокна, а другой выход разветвителя оптически соединен с системой регистрации и вычислительным блоком, отличающийся тем, что поверхность свободного торца измерительного волокна выполнена отражающей, а система регистрации представляет собой фотоприемник.2. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что измерительное волокно снабжено «парусом» с поперечным сечением на единицу длины много большим поперечного сечения на единицу длины измерительного волокна.3. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.2, отличающийся тем, что «парус» выполнен с возможностью передвижения по измерительному волокну.4. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.2, отличающийся тем, что «парус» выполнен в виде шарика.5. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что используют измерительное оптическое волокно без покрытия.6. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что в качестве измерительного оптического волокна используют кварцевое волокно7. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что в качестве измерительного оптического волокна используют полимерное волокно.1. Fiber-optic flow velocity meter, consisting of a radiation source optically connected to one of the outputs of the Y-type optical splitter, the input of which is optically connected to the rigidly fixed end of the measuring optical fiber, and the other output of the splitter is optically connected to the registration system and the computing unit characterized in that the surface of the free end of the measuring fiber is made reflective, and the registration system is a photodetector. 2. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that the measuring fiber is provided with a “sail” with a cross section per unit length much greater than the cross section per unit length of the measuring fiber. The fiber optic flow velocity meter according to claim 2, characterized in that the "sail" is made with the possibility of movement along the measuring fiber. The fiber optic flow velocity meter according to claim 2, characterized in that the "sail" is made in the form of a ball. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that they use a measuring optical fiber without coating. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that silica fiber is used as the measuring optical fiber7. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that a polymer fiber is used as the measuring optical fiber.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована, например, в океанологии и гидрофизике для измерения скорости течения воды.The utility model relates to measuring technique and can be used, for example, in oceanology and hydrophysics to measure the speed of water flow.

Известно устройство для измерения скорости течения воды - гидрометрическая вертушка, которое широко используются в океанологии. Вертушка состоит из корпуса с пропеллером и электронного блока, сигнал, на выходе которого пропорционален частоте вращения пропеллера, и, следовательно, скорости потока среды. Вертушки весьма громоздки, имеют подвижные части, обладают низкой разрешающей способностью измерений.A device for measuring the speed of water flow is a hydrometric pinwheel, which is widely used in oceanology. The pinwheel consists of a housing with a propeller and an electronic unit, the signal at the output of which is proportional to the frequency of rotation of the propeller, and, consequently, the flow rate of the medium. Turntables are very bulky, have moving parts, have low resolution measurements.

Известны устройства для измерения скорости течения, не имеющие механически подвижных частей, основанные на принципе магнитной индукции (www.automatization.ru). Данные устройства состоят из датчика, представляющего собой два электрода, находящихся внутри катушки, соединенной с источником напряжения, усилителя и измерительного устройства. Принцип работы устройства заключается в том, что при движении проводящей жидкости в наведенном катушкой датчика магнитном поле на электродах датчика наводится электродвижущая сила, пропорциональная скорости движения. Недостатком таких устройств является низкая разрешающая способность и относительно большие размеры датчика.Known devices for measuring the flow velocity, without mechanically moving parts, based on the principle of magnetic induction (www.automatization.ru). These devices consist of a sensor, which is two electrodes located inside a coil connected to a voltage source, an amplifier and a measuring device. The principle of the device is that when the conductive fluid moves in a magnetic field induced by the sensor coil, an electromotive force is induced on the sensor electrodes, which is proportional to the speed of movement. The disadvantage of such devices is the low resolution and the relatively large size of the sensor.

Известны акустические устройства для измерения скорости течения, основанные на измерении времени прохождения акустического импульса в измеряемой среде. Такие устройства, как правило, состоят из вычислительного блока, двух идентичных измерительных каналов, каждый из которых включает генератор импульсов, излучатель и приемник ультразвука, и двух усилителей (Трохан А.М. Гидроаэрофизические измерения / 1981. М.: Издательство стандартов. 336 с.). В каждом канале импульс от генератора поступает на излучатель, излучается в измеряемую среду, принимается приемником, сигнал с выхода которого вновь запускает генератор. Сигналы в двух каналах распространяются в измеряемой среде в противоположных направлениях. Период повторения импульсов в одном канале определяется суммой скорости звука и скорости течения, а в другом - разностью. Вычислительное устройство определяет скорость течения.Known acoustic devices for measuring the flow velocity, based on measuring the transit time of an acoustic pulse in a medium. Such devices, as a rule, consist of a computing unit, two identical measuring channels, each of which includes a pulse generator, an emitter and an ultrasound receiver, and two amplifiers (Trokhan A.M., Hydroaerophysical measurements / 1981. M .: Publishing house of standards. 336 s .). In each channel, the pulse from the generator enters the emitter, is emitted into the measured medium, and is received by the receiver, the signal from the output of which again starts the generator. Signals in two channels propagate in the measured medium in opposite directions. The pulse repetition period in one channel is determined by the sum of the speed of sound and the speed of the current, and in the other by the difference. The computing device determines the flow rate.

Недостатком таких устройств является невысокая разрешающая способность, относительно большие размеры датчика.The disadvantage of such devices is the low resolution, the relatively large size of the sensor.

Известны измерители скорости течения - волоконные анемометры, основанные на регистрации отклонения оптического волокна, помещенного в измеряемую среду. Волоконный анемометр состоит из источника света, оптически соединенного с жестко закрепленным торцом измерительного волокна, объектива, оптического клина, фотоприемника и регистрирующего устройства. Измерительное волокно и его свободный торец находятся в измеряемой среде. Анемометр работает следующим образом. Свет от источника поступает на измерительное волокно. Свет, выходящий из свободного торца измерительного волокна проецируется объективом на оптический клин и далее поступает на фотоприемник. Наличие течения в измеряемой среде приводит к изгибу измерительного волокна и отклонению его свободного торца, что приводит к перемещению проекции торца на оптическом клине и, соответственно, к изменению сигнала на выходе фотоприемника. (Трохан А.М. Гидроаэрофизические измерения /1981. М.: Издательство стандартов. 336 с.).Known flow rate meters - fiber anemometers based on recording the deviation of an optical fiber placed in a measured medium. A fiber anemometer consists of a light source optically connected to a rigidly fixed end of the measuring fiber, a lens, an optical wedge, a photodetector, and a recording device. The measuring fiber and its free end are in the medium being measured. Anemometer works as follows. Light from the source enters the measuring fiber. The light emerging from the free end of the measuring fiber is projected by the lens onto the optical wedge and then transmitted to the photodetector. The presence of flow in the measured medium leads to the bending of the measuring fiber and the deviation of its free end, which leads to a displacement of the projection of the end on the optical wedge and, accordingly, to a change in the signal at the output of the photodetector. (Trokhan A.M. Hydroaerophysical measurements / 1981. M .: Publishing house of standards. 336 p.).

Недостатком подобного волоконного анемометра являются относительно большие размеры датчика, связанные с необходимостью размещения в нем объектива, оптического клина и фотоприемника, что приводит к сильному влиянию датчика на измеряемую среду.The disadvantage of such a fiber anemometer is the relatively large size of the sensor associated with the need to place a lens, an optical wedge and a photodetector in it, which leads to a strong influence of the sensor on the medium being measured.

Такого недостатка лишены волоконные измерители течения, в которых оптическое волокно помещено в измеряемую среду, а скорость течения измеряется по измерению различных характеристик оптического излучения в оптическом волокне при его изгибе под действием течения.Fiber flow meters, in which the optical fiber is placed in the medium being measured, and the flow rate are measured by measuring various characteristics of the optical radiation in the optical fiber when it is bent under the action of the flow, are deprived of this drawback.

Известен интерференционный волоконный измеритель течения. Он состоит из источника излучения, оптического разветвителя Y-типа, измерительного волокна с жестко закрепленным торцом, отражателя, приемника оптического излучения и измерительного устройства. Измерительное волокно находится в измеряемой среде, а его свободный торец расположен на близком расстоянии от отражателя. Измеритель работает следующим образом. Излучение от источника поступает на первый выход разветвителя и с его входа поступает на измерительное оптическое волокно. Сигналы, отраженные от свободного торца измерительного волокна и отражателя поступают на вход разветвителя и с его второго выхода на приемник оптического излучения. Величина сигнала на выходе приемника зависит от параметров интерференции отраженных сигналов, и, следовательно, от расстояния между свободным торцом оптического волокна и отражателем. Наличие течения в измеряемой среде приводит к изгибу волокна и отклонению его свободного торца, что ведет к изменению параметров Known interference fiber flow meter. It consists of a radiation source, a Y-type optical splitter, a measuring fiber with a fixed end, a reflector, an optical radiation receiver, and a measuring device. The measuring fiber is located in the measured medium, and its free end is located at a close distance from the reflector. The meter works as follows. The radiation from the source goes to the first output of the splitter and from its input goes to the measuring optical fiber. The signals reflected from the free end of the measuring fiber and the reflector are fed to the input of the splitter and from its second output to the optical radiation receiver. The magnitude of the signal at the output of the receiver depends on the interference parameters of the reflected signals, and therefore on the distance between the free end of the optical fiber and the reflector. The presence of a flow in the measured medium leads to fiber bending and deviation of its free end, which leads to a change in parameters

интерференции и, как следствие, изменению сигнала на выходе приемника (Szustakowski K.M., Gorka M., Palka A., Zyczkowski N., Niznik M. Modal interference fiber optic sensor // Proceedings- SPIE the International Society For Optical Engineering. 2004. V. 5611. P. 225-232).interference and, as a consequence, a change in the signal at the output of the receiver (Szustakowski KM, Gorka M., Palka A., Zyczkowski N., Niznik M. Modal interference fiber optic sensor // Proceedings - SPIE the International Society For Optical Engineering. 2004. V 5611. P. 225-232).

Недостатком подобных волоконных измерителей течения являются их высокая чувствительность к загрязнению свободного торца оптического волокна и отражателя, а также относительно большие размеры датчика, связанные с необходимостью размещения отражателя в измеряемой среде, что приводит к относительно сильному влиянию датчика на измеряемую среду.The disadvantage of such fiber flow meters is their high sensitivity to contamination of the free end of the optical fiber and the reflector, as well as the relatively large size of the sensor associated with the need to place the reflector in the measured medium, which leads to a relatively strong influence of the sensor on the measured medium.

Известен оптико-волоконный термоанемометр (п.РФ №2060504, опубл. 1996.05.20), который может быть использован для измерений скоростей в океанах и морях. Он состоит из волоконного интерферометра, составлено из опорного волокна и рабочего с термочувствительным элементом, который нагревается радиационным нагревателем и, одновременно, охлаждается набегающим потоком, при этом на выходе измерителя появляется сигнал, несущий информацию о скорости потока. Для устранения помех пульсационного характера рабочее и опорное волокна свертываются в одну катушку. Недостатком оптико-волоконного термоанемометра является большой размер датчика, что приводит к низкой разрешающей способности измерений.Known fiber-optic hot-wire anemometer (p. RF No. 2060504, publ. 1996.05.20), which can be used to measure speeds in the oceans and seas. It consists of a fiber interferometer, composed of a reference fiber and a worker with a thermosensitive element, which is heated by a radiation heater and, at the same time, is cooled by the incident flow, while a signal appears on the meter output that carries information about the flow rate. To eliminate pulsation-type interference, the working and supporting fibers are coiled into a single coil. The disadvantage of the fiber-optic hot-wire anemometer is the large size of the sensor, which leads to a low resolution of measurements.

Перечисленных недостатков лишен выбранный в качестве прототипа волоконно-оптический измеритель скорости течения (http://otrc.tamu.edu/Pages/Fiber%200ptics%20Strain%20Gages.pdf). Данный измеритель скорости течения состоит из источника оптического излучения, оптически соединенного с разветвителем Y-типа, измерительного оптического волокна, снабженного нанесенной на него брэгговской решеткой, и системы регистрации и обработки отраженного сигнала, в качестве которой применены последовательно соединенные оптический анализатор спектра и вычислительный блок, при этом один торец измерительного оптического волокна жестко закреплен, а другой - свободен. Крепление измерительного волокна осуществляют на корпусе измерителя с помощью специальных водонепроницаемых муфт.The above disadvantages are deprived of the selected fiber optic current velocity meter as a prototype (http://otrc.tamu.edu/Pages/Fiber%200ptics%20Strain%20Gages.pdf). This flow velocity meter consists of an optical radiation source optically connected to a Y-type splitter, a measuring optical fiber equipped with a Bragg grating deposited on it, and a system for recording and processing the reflected signal, which is used as a series-connected optical spectrum analyzer and a computing unit, however, one end of the measuring optical fiber is rigidly fixed, and the other is free. The measuring fiber is mounted on the meter body using special waterproof couplings.

Измеритель работает следующим образом. Оптическое излучение из источника попадает на первый выход разветвителя и с его входа поступает на жестко закрепленный торец измерительного оптического волокна. При распространении в измерительном волокне излучение отражается от участков с нанесенными брэгговскими решетками. Отраженное излучение поступает на вход разветвителя Y-типа The meter works as follows. Optical radiation from the source enters the first output of the splitter and from its input enters the rigidly fixed end of the measuring optical fiber. When propagating in the measuring fiber, the radiation is reflected from the areas with the applied Bragg gratings. The reflected radiation goes to the input of a Y-type splitter

и с его второго выхода на оптический анализатор спектра и далее на вычислительный блок. Спектр рассеянного в обратном направлении излучения определяется параметрами брэгговской решетки - расстоянием между отдельными штрихами. При наличии течения измерительное волокно изгибается, расстояние между отдельными штрихами в брэгговской решетке изменяется, что приводит к изменению спектра отраженного сигнала. Это изменение фиксирует оптический анализатор спектра, который представляет собой сложный электронно-оптический прибор, включающий высокоточную оптическую призму для разложения излучения на спектральные компоненты, линейку фоточувствительных датчиков, устройство считывания и обработки сигналов. По полученному спектру вычислительный блок определяет скорость течения. Диаметр измерительного оптического волокна и его длина определяются конкретными характеристиками измеряемой среды и заданными диапазоном измерения скоростей и чувствительностью измерителя.and from its second output to the optical spectrum analyzer and then to the computing unit. The spectrum of radiation scattered in the opposite direction is determined by the Bragg grating parameters — the distance between the individual strokes. In the presence of flow, the measuring fiber bends, the distance between the individual strokes in the Bragg grating changes, which leads to a change in the spectrum of the reflected signal. This change is captured by an optical spectrum analyzer, which is a complex electron-optical device that includes a high-precision optical prism for decomposing radiation into spectral components, a line of photosensitive sensors, a signal reading and processing device. According to the spectrum obtained, the computing unit determines the flow velocity. The diameter of the measuring optical fiber and its length are determined by the specific characteristics of the medium being measured and the specified range of velocity measurements and the sensitivity of the meter.

Данный измеритель вносит небольшие искажения в измеряемую среду и позволяет измерить скорость течения с высокой разрешающей способностью. Основным недостатком известного измерителя являются трудоемкость изготовления измерительного волокна и сложность системы регистрации и обработки.This meter introduces small distortions into the measured medium and allows you to measure the flow velocity with high resolution. The main disadvantage of the known meter is the complexity of manufacturing the measuring fiber and the complexity of the registration and processing system.

Задачей предлагаемой полезной модели является расширение ассортимента волоконно-оптических измерителей скорости течений путем значительного упрощения конструкции данных измерителей.The objective of the proposed utility model is to expand the range of fiber-optic current velocity meters by significantly simplifying the design of these meters.

Поставленная задача решается волоконно-оптическим измерителем скорости течения, состоящим из источника излучения, оптически соединенного с одним из выходов оптического разветвителя Y-типа, вход которого оптически соединен с жестко закрепленным торцом измерительного волокна, а другой выход разветвителя оптически соединен с фотоприемником, выход которого присоединен к вычислительному блоку, при этом поверхность свободного торца измерительного волокна выполнена отражающей.The problem is solved by a fiber-optic flow velocity meter, consisting of a radiation source optically connected to one of the outputs of a Y-type optical splitter, the input of which is optically connected to the fixed end of the measuring fiber, and the other output of the splitter is optically connected to a photodetector, the output of which is connected to the computing unit, while the surface of the free end of the measuring fiber is made reflective.

Технический результат заявляемого устройства, а именно, упрощение конструкции волоконно-оптического измерителя скорости течений, достигается за счет использования в качестве измеряемой величины не спектра отраженного сигнала, а его интенсивности, что позволило отказаться от использования измерительного волокна с нанесенной брэгговской решеткой и значительно упростить систему регистрации и обработки отраженного сигнала.The technical result of the claimed device, namely, the simplification of the design of the fiber-optic current velocity meter, is achieved by using not the spectrum of the reflected signal as the measured value, but its intensity, which made it possible to refuse to use the measuring fiber with the applied Bragg grating and significantly simplify the registration system and processing the reflected signal.

Технически это реализуется тем, что поверхность свободного торца измерительной части оптического волокна датчика выполнена отражающей, а сложная система регистрации и обработки отраженного сигнала прототипа заменена на систему, состоящую из фотоприемника и вычислительного блока.Technically, this is realized by the fact that the surface of the free end of the measuring part of the optical fiber of the sensor is made reflective, and the complex system for recording and processing the reflected signal of the prototype is replaced by a system consisting of a photodetector and a computing unit.

На фиг.1 представлена блок схема заявляемого устройства, где (1) - источник оптического излучения, (2) - оптический разветвитель Y-типа, (3) - измерительное волокно, (4) - отражающее покрытие; (5) - фотоприемник; (6) - вычислительный блок.Figure 1 shows a block diagram of the inventive device, where (1) is a source of optical radiation, (2) is a Y-type optical splitter, (3) is a measuring fiber, (4) is a reflective coating; (5) - photodetector; (6) - computing unit.

Заявляемый измеритель скорости течения работает следующим образом. Излучение от источника (1) попадает на один из выходов разветвителя Y-типа (2) и через измерительное волокно (3) на его свободный торец с нанесенным отражающим покрытием (4). Отраженный от свободного торца измерительного волокна (3) сигнал возвращается на вход разветвителя (2) и через другой выход разветвителя (2) попадает на фотоприемник (5), сигнал с выхода которого попадает на вычислительный блок (6). Величина отраженного от покрытия (4) сигнала на входе разветвителя (2) чувствительна к величине изгиба измерительного волокна (3), то есть к скорости течения, что и фиксирует вычислительный блок (6).The inventive flow velocity meter works as follows. The radiation from the source (1) falls on one of the outputs of the Y-type splitter (2) and through the measuring fiber (3) to its free end face with a reflective coating (4). The signal reflected from the free end of the measuring fiber (3) is returned to the input of the splitter (2) and through the other output of the splitter (2) it enters the photodetector (5), the signal from the output of which goes to the computing unit (6). The value of the signal reflected from the coating (4) at the input of the splitter (2) is sensitive to the value of the bending of the measuring fiber (3), i.e., to the flow velocity, which is fixed by the computing unit (6).

В отличие от прототипа, в данном случае, излучение отражается не от брэгговской решетки измерительного волокна, а от отражающего покрытия его свободного торца.Unlike the prototype, in this case, the radiation is not reflected from the Bragg grating of the measuring fiber, but from the reflective coating of its free end.

О величине скорости течения судят по величине сигнала на выходе вычислительного блока (6): при увеличении скорости течения амплитуда зарегистрированного сигнала уменьшается. Уменьшение амплитуды сигнала на выходе вычислительного блока (6) при наличии течения происходит из-за того, что под действием течения измерительное волокно изгибается. При его изгибе увеличиваются потери при распространении излучения по волокну, которые зависят от радиусов кривизны г и сердцевины а, от материала и конкретной конструкции волокна. Например, потери при распространении света при изгибе одномодового волокна составляютThe magnitude of the flow velocity is judged by the magnitude of the signal at the output of the computing unit (6): with an increase in the flow velocity, the amplitude of the recorded signal decreases. The decrease in the amplitude of the signal at the output of the computing unit (6) in the presence of a flow occurs due to the fact that under the action of the flow, the measuring fiber bends. When it is bent, losses during the propagation of radiation along the fiber increase, which depend on the radii of curvature g and core a, on the material and the specific structure of the fiber. For example, the propagation loss due to bending of a single-mode fiber is

где К₁ и К₂ - коэффициенты пропорциональности (Marcuse D. Curvature loss formula for optical fibers // J. Opt. Soc. Amer. 1976. V. 66, N. 3. Р. 216-220; Tomita S., Tachino H., Kasahara N. Water sensor with optical fiber // J. Lightwave Technol. 1990. V. 8, N. 12. Р. 1829-1832).where K ₁ and K ₂ are the proportionality coefficients (Marcuse D. Curvature loss formula for optical fibers // J. Opt. Soc. Amer. 1976. V. 66, N. 3. P. 216-220; Tomita S., Tachino H., Kasahara N. Water sensor with optical fiber // J. Lightwave Technol. 1990. V. 8, N. 12. R. 1829-1832).

Конкретное аппаратурное оформление заявляемого устройства, а именно, источник излучения, разветвитель Y-типа, фотоприемник, а также вычислительный блок и используемые оптические волокна, в том числе и измерительное волокно, являются стандартными и выбор их характеристик зависит от поставленной задачи измерения, требуемой точности, разрешающей способности, быстродействия, физических характеристик измеряемой среды.The specific hardware design of the claimed device, namely, a radiation source, a Y-type splitter, a photodetector, as well as a computing unit and used optical fibers, including a measuring fiber, are standard and the choice of their characteristics depends on the measurement task, the required accuracy, resolution, speed, physical characteristics of the measured medium.

Оптическое соединение элементов устройства может быть осуществлено как с использованием оптических волокон, в качестве которых используют стандартные кварцевые или пластиковые волокна, так и без них.Optical connection of the elements of the device can be carried out using optical fibers, which use standard quartz or plastic fibers, or without them.

Под действием течения измерительное волокно, которое можно рассматривать как консольную балку, изгибается. Радиус кривизны зависит от длины и диаметра измерительного волокна, его модуля упругости, кинематической вязкости и плотности измеряемой среды и скорости течения. То есть, изменяя эти параметры, можно варьировать чувствительностью заявляемого измерителя.Under the action of the flow, the measuring fiber, which can be considered as a cantilever beam, bends. The radius of curvature depends on the length and diameter of the measuring fiber, its elastic modulus, kinematic viscosity and density of the measured medium and flow velocity. That is, by changing these parameters, you can vary the sensitivity of the inventive meter.

Крепление торца измерительного волокна осуществляют в той точке, относительно которой необходимо измерить скорость течения: для океанографических измерений крепление выполняют на корпусе измерителя с помощью специальных водонепроницаемых муфт; для проведения лабораторных испытаний крепление может быть выполнено на измерительной платформе или штанге.The fastening of the end of the measuring fiber is carried out at the point relative to which it is necessary to measure the flow velocity: for oceanographic measurements, fastening is performed on the meter body using special waterproof couplings; for laboratory testing, the mount can be performed on a measuring platform or rod.

Для увеличения чувствительности измерителя необходимо увеличить потери излучения при распространении в измерительном волокне при его изгибе под действием течения.To increase the sensitivity of the meter, it is necessary to increase the radiation loss during propagation in the measuring fiber when it is bent under the action of the flow.

Это можно достичь, увеличив силу сопротивления течению измерительного волокна, например, с помощью увеличения его «парусности», поместив на измерительное волокно «парус» с поперечным сечением на единицу длины много большим поперечного сечения на единицу длины используемого волокна. Для изменения чувствительности парус можно установить с возможностью его перемещения вдоль измерительного волокна. В качестве такого паруса можно использовать шарик или любой другой подходящий предмет.This can be achieved by increasing the resistance to flow of the measuring fiber, for example, by increasing its “windage” by placing a “sail” on the measuring fiber with a cross section per unit length much larger than the cross section per unit length of the fiber used. To change the sensitivity, the sail can be set with the possibility of its movement along the measuring fiber. As such a sail, you can use a ball or any other suitable object.

Чувствительность измерителя повысится и в случае, если использовать измерительное волокно без покрытия.The sensitivity of the meter will increase if you use a measuring fiber without coating.

Чувствительность устройства можно повысить, применив в качестве измерительного волокна оптическое волокно с меньшим модулем упругости, что приведет к увеличению потерь из-за уменьшения радиуса изгиба под действием течения. Например, путем использования в устройстве измерительного волокна не из The sensitivity of the device can be increased by using an optical fiber with a smaller modulus of elasticity as a measuring fiber, which will lead to an increase in losses due to a decrease in the bending radius under the action of the flow. For example, by using non-

кварца, а из полимеров (полистирол, поликарбонат, полиметилметакрилат и др.), модуль упругости которых значительно меньше, чем у кварца. Так, модуль упругости при изгибе для кварца составляет 90000 МПа, а для полиамида всего 7000-9000 МПа (http://planetadisser.com/see/dis_256225.html; http://www.css-rzd.ru/zdm/07-2003/03085-l.htm).quartz, and from polymers (polystyrene, polycarbonate, polymethylmethacrylate, etc.), the elastic modulus of which is much less than that of quartz. Thus, the bending elastic modulus for quartz is 90,000 MPa, and for polyamide only 7,000-9,000 MPa (http://planetadisser.com/see/dis_256225.html; http://www.css-rzd.ru/zdm/07 -2003 / 03085-l.htm).

Для проведения океанологических исследований в качестве источника излучения может быть применен любой светодиод, например, IDL5S-1300 с длиной волны излучения 1,3 мкм, в качестве фотоприемника - любой стандартный фотоприемник, работающий в используемом диапазоне длин волн, например выполненный на основе InGaAs, а вычислительный блок может быть выполнен на базе персонального компьютера или микропроцессора.For oceanological research, any LED can be used as a radiation source, for example, IDL5S-1300 with a radiation wavelength of 1.3 μm, as a photodetector, any standard photodetector operating in the used wavelength range, for example, based on InGaAs, and the computing unit can be performed on the basis of a personal computer or microprocessor.

Авторами был создан и испытан в лабораторных условиях вариант заявляемого волоконно-оптического измерителя скорости течения, схема которого приведена на фиг.1. В качестве источника излучения использовался светодиод (IDL5S-1300) с длиной волны 1,3 мкм. Оптические соединения осуществляли с использованием кварцевых волокон с диаметром внутренней жилы 9 мкм. На свободный торец измерительного волокна отражающее покрытие наносилось вакуумным напылением алюминия. Вычислительный блок выполнен на базе персонального компьютера. В качестве измеряемой жидкости использовалась вода. Течение моделировалось перемещением измерительной платформы с закрепленным на ней измерительным световодом в направлении параллельном поверхности воды.The authors have created and tested in laboratory conditions a variant of the inventive fiber-optic flow velocity meter, a diagram of which is shown in figure 1. An LED (IDL5S-1300) with a wavelength of 1.3 μm was used as a radiation source. Optical compounds were made using silica fibers with a core diameter of 9 μm. A reflective coating was applied to the free end of the measuring fiber by vacuum deposition of aluminum. The computing unit is based on a personal computer. Water was used as the measured liquid. The flow was simulated by moving a measuring platform with a measuring fiber fixed to it in a direction parallel to the surface of the water.

Излучение от свето диода (1) заводилось в соединительное волокно и поступало на первый выход оптического разветвителя Y-типа (2). Излучение с выхода разветвителя (2) поступало на жестко закрепленный торец измерительного волокна (3), отражалось от поверхности (4) свободного торца и далее через разветвитель (2) поступало на фотоприемник (5) и затем на вычислительный блок (6).The radiation from the light emitting diode (1) was introduced into the connecting fiber and fed to the first output of the Y-type optical splitter (2). The radiation from the output of the splitter (2) was supplied to the rigidly fixed end of the measuring fiber (3), reflected from the surface (4) of the free end, and then through the splitter (2) it was transmitted to the photodetector (5) and then to the computing unit (6).

На фиг.2, где Y-амплитуда сигнала, милливольты, Х-скорость течения, см/с, представлен полученный график зависимости амплитуды сигнала на входе в вычислительный блок от скорости течения. Видно, что при увеличении скорости течения величина сигнала монотонно уменьшается.Figure 2, where the Y-amplitude of the signal, millivolts, X-speed of the current, cm / s, presents a graph of the dependence of the amplitude of the signal at the entrance to the computing unit from the current velocity. It is seen that with increasing flow velocity, the signal magnitude decreases monotonically.

Claims (7)

1. Волоконно-оптический измеритель скорости течения, состоящий из источника излучения, оптически соединенного с одним из выходов оптического разветвителя Y-типа, вход которого оптически соединен с жестко закрепленным торцом измерительного оптического волокна, а другой выход разветвителя оптически соединен с системой регистрации и вычислительным блоком, отличающийся тем, что поверхность свободного торца измерительного волокна выполнена отражающей, а система регистрации представляет собой фотоприемник.1. Fiber-optic flow velocity meter, consisting of a radiation source optically connected to one of the outputs of the Y-type optical splitter, the input of which is optically connected to the rigidly fixed end of the measuring optical fiber, and the other output of the splitter is optically connected to the registration system and the computing unit , characterized in that the surface of the free end of the measuring fiber is made reflective, and the registration system is a photodetector. 2. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что измерительное волокно снабжено «парусом» с поперечным сечением на единицу длины много большим поперечного сечения на единицу длины измерительного волокна.2. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that the measuring fiber is equipped with a “sail” with a cross section per unit length much greater than the cross section per unit length of the measuring fiber. 3. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.2, отличающийся тем, что «парус» выполнен с возможностью передвижения по измерительному волокну.3. The fiber optic flow velocity meter according to claim 2, characterized in that the "sail" is made with the possibility of movement along the measuring fiber. 4. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.2, отличающийся тем, что «парус» выполнен в виде шарика.4. The fiber optic flow velocity meter according to claim 2, characterized in that the "sail" is made in the form of a ball. 5. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что используют измерительное оптическое волокно без покрытия.5. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that use measuring optical fiber without coating. 6. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что в качестве измерительного оптического волокна используют кварцевое волокно6. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that silica fiber is used as the measuring optical fiber 7. Волоконно-оптический измеритель скорости течения по п.1, отличающийся тем, что в качестве измерительного оптического волокна используют полимерное волокно.

7. The fiber optic flow velocity meter according to claim 1, characterized in that a polymer fiber is used as the measuring optical fiber.