SE424773B - Optiskt fibermetdon med reflexundertryckning - Google Patents

Description

. :8008423-9 10 15 ao 25 30 55 Ljuskällan förses med en polarisator och eftersom polarisationsrikt- i ningen bevaras någon decimeter även i multimodfiber kommer reflexer i för- greningar och skarvar i närheten av polarisatorn att vara polariserade, och kan därför släckas ut med en annan polarisator framför detektorn. Lju- set som kommer från sensorn har hunnit att depolariseras och släppas därför delvis fram till detektorn. Denna uppbyggnad av optiksystemet gör att skar- var och dåliga förgreningar kan användas i fiberoptiska mätsystem för absorp- tionsmätning. ' uppfinningen är exemplmeraa 1 bifogaae fewer; av vilka sig 1a innehåller ett exempel på. en koppling enligt uppfinningen och fig 2 (2a-2d) visar olika spektra, aktuella vid apparatur-en i fråga. Fig 1b visar använd- ning av en polarieator för minskning av reflexer i fiberskarvar. Fig 3 vi- sar en alternativ koppling enligt uppfinningen. I ' Ett stort problem vid användning av fiberoptik för mätning av analoga store heter är icke kontrollerbara reflexer i skarvar och förgreningar. En anord- ning, med vilken man kringgår dessa problem, år exemplifierad i fig 1. Ljuset från en lysdiod 9, som drivs av förstärkaren 10, ledes via ljusledaren 5, färg-reningen 4, skarven 5 och ljusleaaren 2 #111 givaren o (1). rå denna vag kommer ljus att reflekteras av förgreningar: 4 och skarven 5 in i fibern 6, varigenom en icke önskad ljussignal erhålles till fotodetektorer-na 14 och 15 (vid anordningar' enligt teknikens ståndpunkt). Ljuset som når sensorn 1, vars transmissionsspektrum påverkas av aktuell mätstorhet, utsättas för våg- längsberoende dämpning i sin väg genom sensomaterialet. Efter reflexion mot en speglande yta på. seneorns 1 baksida leds ljuset tillbaka i ljusleda- ' ren 2 och når detektorerna 14 *och 15 via kontakten 5, ljusledaren 6 och ljusledarna. 11 och 12. Detektom 15 käzmer av en del av ljusspelctmm genom filtret 1311, medan detektorn 14, som är försedd med filtret 13a, känner av en annan del av ljusspektnnn. Efter förstärkning av detektorsigzxalerxxa i i 16 och 17 görs kvotbildning i 18, vars utgång utgör en för varierande dämp- ning hos fibern 2 okänslig mätsignal, som kopplas till registreringsdonet 19.

Ett exempel på. den spektrala. funktionen hos systemet visas i fig 2. fFig 2a. 7 visar emissionsspek-trzm från ljuskällan 9, som lämpligen utgöres av en lys- diod. Sensorn 1 har ett transmissionsspektruam enligt fig 2b, där den hel- dragaa kurvan med transmissionskantvåglängden A1 motsvarar ett värde :<1 hos mätstorheten och den streckade kurvan med kantvåglängden Ä 2 motsvarar värdet X2. vid värdet 11 komer spektrum hos ljuset från sensorn att ha 'w 10 15 20 25 '50 55 8008423-9 fördelningen enligt den heldragna kurvan i fig 2c och vid värdet 1:2 fördel- ningen enligt den streckade kurvan i samma figur. Detektorn 14 känner av den vänstra delen av spektrat i fig 2c och påverkas kraftigare av mätsigzm- len än detektorn 15, som känner av den högra delen av spektrat. För att åstadkomma denna. uppdelning av spektrat har det optiska filtret 13a. trans- miesionemvan m1 och filtret 1st m2 enligt fig ad.

Ett problem vid uppmätning av spektralfördelningen hos ljuset från sensorn 1 är att reflexer från förgreningar: 4 och skarven 5 gör, att några procent av ljuset i fibern 5 med spektrat enligt fig 2a adderas-till spektrat enligt fig 2o, varvid kalibreringsloirvan för mätapparaten påverkas. För att undvika detta. har en polarisator 7 (se fig 1) monterats mellan ljuskällan 9 och för- greningen 4, och en annan polarisator 8 monterats mellan förgreningen 4 och detektorerrxa 14 och 15. Genom att vrida polarisatorerna 7 och 8 relativt varandra kan reflexerna från 4 och 3 mer eller mindre släckas ut. På grund. av depolarisation i fibern 2 ooh/eller sensorn 1 kommer ljuset från sensorn att vara opolariserat då det när 8, varför en del av detta ljus släppas igenom av polarisatorn 8.

Om polarisationsriktningen konserveras i fibern 2 kan sensorn 1 innehålla en Icvartsvågsplatta, en dubbelbrytande kristall eller något annat optiskt arrangemang, som vrider polarisationsriktningen, ger cirkulärpolariserat, elliptiskt polariserat eller opolariserat ljus, varigenom ljuset från sen- sorn 1 till en del kan passera polarisatorn 8. I ett sådant fall, t ex vid användning av monomodfiber, kan skarvar tillåtas var som helst på. fibern 2, och inte enbart närmast förgreningen 4.

För att minska reflexerna från en skarv på fibern så långt från polarisatorn 7, att ljuset depolariserats (vid användning av en fiber 2, i vilken poleri- sationsrilctningen ej konserveras över större avståndflkan en speoiaiskarv 20 enligt fig “Ib användas. Ljuset i fibern 2 får passera polarisatorn 21 och det polarisatíonsriktningsvridende elementet 22 inraan det når luiüspal- ten 25 i kontakten. Det polarisationsriktningsvridande elementet 22 gör cirka 90° total vridning av ljuset som passerat 22, reflekterats i 25 och åter passerat 22, varför reflexerna från skarven släokes ut. Genom att lju- set hirmer depolariseras på. sin väg från kontakten 20 och till sensorn 1 och tillbaka till kontakten 20 igen, eller genom att sensorn innehåller en optisk komponent, som ger cirkulär- eller elliptiskt polariserat ljus till- baka från sensorn, kommer alltid sensorljuset till en viss del att kunna passera polarisatorn 21. För att reflexerna i Övergångarna mellan fibern 2 och polarisatorn 21, och polarisatorn 21 och det optiska elementet 22 skall

Claims (8)

1. 0 15 20 8 0 0 8 4 2 3 - 9 i 4 hållas vid en låg och (konstant nivå, har indexmatchande medium 24 införts. I fig 3 visas ett något annorlunda. mätdon med polarisatorer för undvikande av reflexer i optiksystemet. lysdioden 9, som matas av 10, sänder ett kon- stant ljus genom polarisatorn 7, stråldelaren 27, kontakten 5 ooh fibern 2 fram till sensorn, som består av en vihrerande massa 25, kopplad mekaniskt I till en spegel 26. En. del av ljuset reflekteras av spegeln 26, leds i fi- bern 2 via kontakten 5 till stråldelaren 27, reflekteras i denna genom pola- risatom 8 och når slutligen fotodetektorn 14. 'Strâldelaren 27 kan också konstrueras så att den har polariserande egenskaper oohpolarisatorerlla 7 och 8 kan då. uteslutas. Detektorsigrmlen kommer att innehålla en DG-kompo- nent, som är ett mått på. medelläget hos spegeln 26, och en AC-komponent, som V' utgör vibrationssigzialen. I högpassfiltret 28 plockas AC-komponenten ut och i låg-passfiltret 29 IDC-komponenten. Genom kvotbildning mellan AC- och DC- 2 -komponentelna 18 erhålles en AG-signal, som är kompenserad för variationer hos fibsroptikens dämpning och ljuskällans emission. I stället för att an- 'vända en fiberoptisk förgrening utnyttjas i fig 3 en stråldelare. Ljusref- lexerna. från stråldelaren själv, ändytorna på fiberdelen 2a och fiberns 2 ändyta i kontakten 3 elimineras av polarisatorn 8, som är så. inställd att det av polarisatom 7 polariserade ljuset mer eller mindre utsläckes. Ljuset, som härrör från refelxer i spegeln 26, har depolariserats i fibern 2 och kommer därför inte att helt blockeras av polarisatorn 8. Anordning-arna. enligt ovan kan varieras på mångahanda sätt inom ramen för nedanstående patentkrav. I PATENTICRAV 1, Fiberoptiskt mätdon för mätning av fysikaliska storheter, bestående av en givare (G) ooh en lltvärderingselektronikdel (U), förbundna med varandra med minst en ljusledande fiber (2) och innehållande medel för att koppla in (4, 5, 27) ljus från en eller flera ljuskällor (9) till names fiber, och för att koppla ut (6, _11, 12, 27) ljus från nämnda. fiber till en eller flera fotodetektorer (14, 15), k ä n n e t e c k n a t därav, att nämnda mätdon innehåller medel (7, 8) dels för att polarisera ljuset från ljuskällan/ljus- källorna och dels för att polarisera ljuset till fotodetektorn/fotodetekto- relma, varvid skillnaden i polarisationsriktningarrm mellan de båda. polarise- 'rande elementen (7, 8) är så. vald, att ljusreflexer från optiken, 0011 åå i och i närheten av utvtïrderingselektroniken (U), mer eller mindre blockeras av det polariserande elementet (8) framför fotodetektorn/fotodeteäorelma. 8008423-9

2. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att ytterligare polarísatorer (21) monteras i nämnda ljusledarfibers (2) skarvar tillsammans med polarisationsriktningsvridande element (22) på ett sådant sätt, att ljuset från utvärderingselektroniken (U) i skarvanla först är anordnade att passera polarisatorn (21) och därefter det polarisa- tionsrilctnizlgsvridande elementet, som vrider polarisationsriktningen cirka 45°, så att reflexerna från själva fiberskarven totalt vrides cirka 90° och därmed åtminstone i viss utsträckning utsläckes av polarisatom (21

5. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 2, k ä. n n 'e t e c k n a. t därav, att indexmatohande medium (24) anbringas mellan ljusledarfiber (2) och polarisator (21) och emellan polarisationsvridende element (22) och polarisator och/eller ljusledande fiber. i

4. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkz-av 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att nämnda medel för in- och urkoppling av' ljus till enkelfibern (2) utgöres av en fiheroptisk Y-förgrening (4, 5 och 6).

5. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a. t därav, att nämnaa medel för in- om urkoppling av ljus till enkelfibem (2) utgöres av en strålningsdelare (27).

6. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att givarens (G) absorptions-q reflexions-, transmissions- och/eller luminiscensspektrulm pâverkas av-mätstorheten och att ljuskällan (9) emitte- rar ljus i ett våglängdsområde, där nämnda abeorptions-, reflexionfl- ooh/ /eller transmissionsspektnm har en .kant, och att ljwet, som återvänder från sensormaterialet till utvärderingselektroniken (U), detekteras i två. ej identiska våglängdsintervall av fotodetektorerna (14, 15).

7. Fiberoptiskt mätdon enligt patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att mätstorheten påverkar reflexionsfömågen hos givaren (G) och att medelvärdet av reflexionsfömågan utgör en referenssigzwl. och varia- tionerna hos reflexionsfömågan utgör mätsigïxal, samt att signalen från fotodetektorn (14) påföres elektroniska filter (28, 29) för extrahering av referens- och mätsignal.

8. Fiberoptiskt mätdon enligt» patentkrav 1, k ä. n n e t e c k n a t därav, att givaren innehåller optiska filter för generering av en referens- signal i ett våglängdsintervall, och en mätsignal i ett annat icke iden- tiskt våglängdsintervall.