專利名稱：超小光損失的測量方法
本測量方法涉及光度學(xué)、光譜光度學(xué)和纖維光學(xué)，且此方法可用于測量有關(guān)吸收和散射的光損失以及測量激光光學(xué)元件、光纖的撥絲坯料和纖維光導(dǎo)的總光損失。
已知的測量光學(xué)物件的特性的方法是建立在以下的基礎(chǔ)上的，即按周期性的規(guī)律預(yù)先對(duì)探測光學(xué)物件的輻射進(jìn)行調(diào)制，將經(jīng)過物件的調(diào)制探測輻射變換為電信號(hào)，對(duì)電信號(hào)作有選擇的放大，對(duì)其進(jìn)行同步檢波，對(duì)電信號(hào)進(jìn)行低頻濾波(積分)，測量積分信號(hào)值，并按此確定光學(xué)物件的特性(雜志“實(shí)驗(yàn)儀表和技術(shù)”1986年第1期168頁)。
但此方法并不適用于超小光損失的測量。
連續(xù)同步測量超小光損失的已知方法是建立在以下基礎(chǔ)上的，即按周期性的規(guī)律對(duì)探測光學(xué)物件的輻射預(yù)先進(jìn)行調(diào)制，在調(diào)制后的探測輻射中形成支持通道和測量通道，將光學(xué)物件放到測量通道中，在支持通道及測量通道中將探測輻射能量變換為電信號(hào)，以同步方式對(duì)他們進(jìn)行放大，并包含對(duì)已調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行有選擇放大，對(duì)信號(hào)進(jìn)行同步檢波及積分，連續(xù)測量積分信號(hào)值，并按測量通道和支持通道的連續(xù)測量的信號(hào)值計(jì)算光學(xué)物件的特性(ГРлгорьянцВ.В.，АоэЮкВ.С.，О
еǔнцковА.я.，Тцxомлцров H.А.，ЧаморовскцǔН.А“在纖維光導(dǎo)中的光譜總損失的精確測量”一文，參見“無線電工學(xué)和電子學(xué)”1979年24卷2期p.209-212，

圖1)。按解決任務(wù)的技術(shù)實(shí)質(zhì)來說，此方法是最接近本發(fā)明建議的方法，故被當(dāng)作原型。
已知方法的缺點(diǎn)在于有較大的測量誤差，引起誤差的相互有聯(lián)系的原因如下在具有同步放大的兩通道的參數(shù)之間缺乏相互單值的一致性;
在各通道的低頻濾波器中信號(hào)積分時(shí)間的不穩(wěn)定性及其相互之間的差別;及在支持通道和測量通道中相繼在時(shí)間上對(duì)信號(hào)進(jìn)行測量的情況。
為了獲得測量的最小相對(duì)誤差δ～10-6，在按原型的方法進(jìn)行調(diào)制的頻率為180赫的情況下在低頻濾波器中的積分時(shí)間τN應(yīng)是不小于某一個(gè)量即τN≥1/2(4 πf0δ0)≌221秒但這實(shí)際上不可能實(shí)現(xiàn)，并應(yīng)指出在同步放大的各參數(shù)和得到的測量的最大相對(duì)誤差之間存在相互連系。在實(shí)際值τN＝1秒時(shí)可獲得的值δ。為2.21×10-4(當(dāng)f0＝180赫時(shí))。
積分時(shí)間的不穩(wěn)定性及不一致性引起的誤差為δT≌2△T/T這說明在兩個(gè)通道上穩(wěn)定時(shí)間τN的必要性。當(dāng)在兩通道上進(jìn)行正確測量時(shí)誤差的出現(xiàn)是不可避免的，此誤差是由各通道中的信號(hào)的連續(xù)換向(Коммумаця)、被測量的信號(hào)的頻帶的終值△Fc及在兩次連續(xù)測量之間的時(shí)間間隔上探測輻射的能量的不穩(wěn)定性δ3N引起的。
這樣，對(duì)能引起測量精度減小的原因的分析指出，在實(shí)現(xiàn)被分析的測量方法時(shí)，對(duì)于物件的光學(xué)性質(zhì)的小變化要得到高靈敏度(～10-6)是不可能的。
因此本發(fā)明的目的在于對(duì)于被研究的物件的特性的弱變化可以提高測量方法的靈敏度，從而有助于提高測量超小光損失時(shí)的精度。
上述目的的實(shí)現(xiàn)是以下列方式保證的，即在已知方法中包括按周期性規(guī)律以頻率f0對(duì)探測被研究的物件的輻射預(yù)先進(jìn)行調(diào)制，在經(jīng)調(diào)制的探測輻射上形成支持通道和測量通道，其中布置有被研究的物件，將支持通道和測量通道中的探測輻射的能量轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，將其放大，進(jìn)行同步檢波，在時(shí)間過程τN上進(jìn)行積分，測量積分信號(hào)值，按此值從測量通道和支持通道的信號(hào)值之比來判斷有關(guān)超小光損失，并建議以允許的失調(diào)時(shí)間△t對(duì)同時(shí)發(fā)生的積分信號(hào)值進(jìn)行測量，△t可從下列條件中確定，即△t≤ (π)/2.44 · (τN)/(δ3N) (δ)1/2式中δ3N為探測輻射的能量不穩(wěn)定性的相對(duì)值，δ為測量的最大相對(duì)誤差預(yù)先調(diào)制的頻率由下列條件求出，即f0＝0.1△Fc δ-3/2式中△Fc為電信號(hào)的頻帶，又各通道的信號(hào)的積分是在對(duì)于測量通道和支持通道都是同樣的時(shí)間過程中同時(shí)進(jìn)行的，此時(shí)間可從下列不等式中求出，即((δ)-1)/(4πf0) ≤τN≤ 2.44/(π) · ((δ)1/2)/(△Fc)請(qǐng)求保護(hù)的技術(shù)解決方案的實(shí)質(zhì)性特征可保證獲得新的結(jié)果，即測量精度更高。
這些特征以前任何地方都未被采用和利用過，這點(diǎn)可允許作出結(jié)論，即本發(fā)明符合世界新穎性的標(biāo)準(zhǔn)。
此方法包括下面的一系列相互連系的動(dòng)作1，從條件f0≥0.1 △Fc(δ)-3/2得出預(yù)先調(diào)制頻率f0(△Fc為電信號(hào)的頻帶，δ為測量的最大相對(duì)誤差);
2，以頻率f0調(diào)制探測輻射;
3，形成支持通道和測量通道。將被測量的物件放到測量通道中。
4，藉助于光電變換器將探測的輻射的能量變換為支持通道和測量通道的電信號(hào);
5，實(shí)現(xiàn)選擇放大、同步檢波及同時(shí)在嚴(yán)格規(guī)定的一段時(shí)間τN的過程中在各通道中對(duì)信號(hào)進(jìn)行積分，τN根據(jù)下列公式求得，即((δ)-1)/(4πf0) ≤τN≤ 2.44/(π) · ((δ)1/2)/(△Fc)6，在被測量的物件不在場和在場時(shí)以允許的失調(diào)時(shí)間△t≤ (π)/2.44 · (τN)/(δ3N) (δ)1/2同時(shí)在各通道中對(duì)信號(hào)進(jìn)行測量(δ3N為探測的輻射的能量的不穩(wěn)定性的相對(duì)值);
7，按被測物件性能的信號(hào)同步比值進(jìn)行計(jì)算。
下面，用附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行說明。
圖1 為圖示實(shí)現(xiàn)本測量方法的裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。
本裝置包含激光器1，形成測量通道和支持通道的部件2，支持通道的光電變換器3和測量通道的光電變換器4，各通道的選擇放大器5和6，同步檢波器7和8，可控積分器9和10，數(shù)字測量裝置11和12，接口13，微電子計(jì)算機(jī)14，同步發(fā)生器15，同步頻率發(fā)送器16，斷續(xù)器(機(jī)械調(diào)制器)17，被測量的物件18，支持通道和測量通道的同步放大器19和20。
實(shí)施的方法如下激光器1的探測輻射的光通量由機(jī)械斷續(xù)器17進(jìn)行調(diào)制，此斷續(xù)器為裝在高速電動(dòng)機(jī)的軸上的光柵盤;并藉助于分光器將光通量分為支持通道和測量通道。光電變換器3將支持通道上的探測輻射變換為電信號(hào)，此信號(hào)接連地有選擇地在選擇放大器5中進(jìn)行放大，并在同步檢波器7中進(jìn)行同步檢波。接著在可控積分器9中對(duì)電信號(hào)進(jìn)行積分。在測量通道中探測輻射經(jīng)過被測量的物件18后與在支持通道所實(shí)現(xiàn)者相似進(jìn)行變換、放大、同步檢波及積分。信號(hào)的同步測量是經(jīng)接口13并藉助于其工作由微電子計(jì)算機(jī)14控制的數(shù)字測量裝置11和12實(shí)現(xiàn)的。藉助于同步頻率發(fā)送器16，可得到加到同步發(fā)生器15的輸入端上的支持頻率為f0的指定信號(hào)，控制信號(hào)從同步發(fā)生器15的輸出端加到同步檢波器7和8，可控積分器9和10，數(shù)字測量裝置11和12上，并因而實(shí)現(xiàn)整個(gè)裝置的工作同步。
在支持通道上的信號(hào)值可由下式確定
式中ρoncl為在支持通道中的光通量傳輸系數(shù)。
φon為探測輻射的光通量;
K
為支持通道的光電變換系數(shù);
KcuHon為支持通道的同步放大器的傳輸系數(shù)。
在測量通道上的信號(hào)以下式確定
式中ρU3cl，K
，KCUHu3為測量通道的相應(yīng)的系數(shù)，ρx為測出的物件特性。光特性的計(jì)算以下列方式實(shí)現(xiàn)。起初在要研究的物件不在場的情況下從n次測量中得到一系列測量結(jié)果，并計(jì)算比值的均值Nu3/Non，接著，在放入要測量的物件18的情況下，重復(fù)多次測量，再計(jì)算均值N′Nu3′/N′on]]>，并算出下列比值Nu3′/NOn′Nu3/Non|t=Δt=ρx|t=Δt]]>計(jì)算是按存在微電子計(jì)算機(jī)中的程序進(jìn)行的。
權(quán)利要求
1.一種測量超小光損失的方法，主要用信號(hào)同步檢波，此方法包括按周期性的規(guī)律以頻率f0對(duì)探測被研究物件的輻射進(jìn)行預(yù)先調(diào)制；在經(jīng)過調(diào)制的探測輻射中形成支持通道和測量通道，并將探測輻射的能量變換為電信號(hào)；放大這些信號(hào)；對(duì)他們進(jìn)行同步檢波；在時(shí)間過程τμ中進(jìn)行積分；測量積分信號(hào)值及用測量通道和支持通道的信號(hào)值之比來確定光損失；其特征在于以允許的失調(diào)時(shí)間△t來同時(shí)進(jìn)行積分信號(hào)值的測量，△t由下列條件確定，即△t≤ (π)/2.44 · (τN)/(δ3N) (δ)1/2式中δ3μ為探測輻射的能量的不穩(wěn)定性的相對(duì)值δ為測量的最大相對(duì)誤差并從下列條件即f0≥0.1△Fc δ-3/2中求出預(yù)先調(diào)制的頻率f0，其中△Fc為電信號(hào)的頻帶，再在各通道中在對(duì)測量通道和支持通道都是同樣的時(shí)間過程τμ中同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的積分，從下列條件即((δ)-1)/(4πf0) ≤τN≤ 2.44/(π) · ((δ)1/2)/(△Fc)中求得。
全文摘要
測量超小光損失的方法。涉及光度學(xué)，纖維光學(xué)且涉及其他光學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中對(duì)超小光損失的測量。其目的即提高測量精度是以下列方法保證的，即以頻率f
文檔編號(hào)G01J1/18GK1053955SQ9010064
公開日1991年8月21日 申請(qǐng)日期1990年2月7日 優(yōu)先權(quán)日1990年2月7日
發(fā)明者伏拉迪斯拉夫·尼科拉艾維奇·考洛摩, 斯里任科, 米哈依爾·亞歷山德洛維奇·布克赫西他夫, 安德列·尤列艾維奇·吉雷洛夫, 安拉托里·米哈衣洛維奇·帕特洛夫, 安德列·亞歷山德洛維奇·奧夫斯亞聶考夫 申請(qǐng)人:中央通訊科學(xué)研究所列寧格勒分所