Фотоупругий преобразователь

Авторы патента:

G01L1/24 - путем измерения изменения оптических свойств напряженных материалов, например путем фотоупругого анализа напряжений

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советскнк

Социалнстнческик

Республик (иу1 000795 г

C с (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28. 05.81 (21) 3296535/18-10 (31jМ.Кл.з с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет

G 01 Ь 1/24

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий

Опубликовано 280283. Бюллетень ¹ 8 (53) УДК 531. 781 (088.8) Дата опубликования описания 28.0283 (72) Автор.. изобретения

Омский политехнический институт

"" „,а -э. Н. Кликушин (71) Заявитель (54) ФОТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения усилий и других физических величин, функционально связанных с силой.

Известные пьезооптические измерительные преобразователи содержат источник света, поляризационно-оптическую систему и два дифференциально включенных фотоприемника (1).

Однако эти устройства обладают недостаточной точностью, Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фотоупругий преобразователь, содержащий последовательно размещенные источник света, поляризационно-оптическую систему и два дифференциально включенных фотоприемника, соединенных с блоками суммирования и вычитания их сигналов, а выход блока суммирования соединен через блок сравнения с управляемым блоком питания источника света, причем второй вход блока сравнения соединен с источником опорного напряжения (2).

Однако, вследствие нелинейности функции преобразования поляризационно-оптической системы точность и рабочий диапазон устройства оказывается малым.

Цель изобретения вЂ” расширение диапазона измерения.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены светофильтр с регулируемой длиной волны пропускания, делитель напряжения и второй блок сравнения, один вход которого соединен с выходом блока вычитания, второй вход через делитель напряжения вЂ” с источником опорного напряжения, а выход второго блока сравнения соединен с управляющим входом светофильтра, расположенного между источником света и поляризационно-оптической системой.

На чертеже представлено устройство.

Устройство содержит источник 1 света, светофильтр 2, длина волны пропускания которого может изменяться под воздействием управляющего сигнала, поляризатор 3, фотоупругий элемент 4, бианализатор 5, два фотоприемника 6 и 7, суммирующий блок 8, вычитающий блок 9, источник 10 опорного напряжения, первый блок ll сравнения, второй блок 12 сравнения и делитель 13 напряжения.

1000795

Ф1 = 0, 1 Ф0 1+ cos 2 Jl

5xi

Ф =.0,5ф 1-соэ 27 вЂ” )

2. о )

35 где Ф вЂ” максимальная интенсивность пучка света с длиной волны й;

S вЂ” чувствительность фотоупругого элемента 4.

В фотоприемниках б и 7 пучки Ф и Ф2 света преобразуются в электрйческие напряжения U1 и 02соответственно так, что:

U =0,5Кф 1+cos 2rF j

1 0 !

5к (X) 0 =0,5ô (1-со52Л,(,вЂ” „), 45 где K вЂ” чувствительность фотоприемников б и 7. 50

Суммирующий 8 и вычитающий 9 блоки преобразуют сигналы U1 и U2 в напряжения U u U, соответственно равные:

5„(3t

И =u„-u,==КФ, Л ".

Напряжение П - с выхода суммирующего блока 8 подается на один из вхо"оО дов первого блока ll сравнения, на другой вход которого подается опорное напряжение Uo с выхода источни" ка 10 опорного напряжения. Поскольку выход первого блока 11 сравнения под-65

Свет от источника 1 проходит последовательно элементы 2- 5 и восприни- мается фотоприемниками 6 и 7. Выход фотоприемника б соединен с первыми входами суммирующего блока 8 и вычитающего блока 9. Выход фотоприемни- 5 ка 7 соединен с вторыми входами суммирующего блока 8 и вычитающего блока 9. Выход суммирующего блока 8 подключен к одному из входов первого бло.ка 11 сравнения, к другому входу бло- 1О ка 11 сравнения подключен выход источника 10 опорного напряжения. Выход вычитающего блока 9 подключен к одному из входов второго блока 12 сравнения, второй вход которого сое- 15 динен с выходом источника 10 опорно"

ro напряжения через делитель 13 напряжения. Выход второго блока 12 сравнения соединен с управляющим входом светофильтра 2 и с выходом фото" р() упругого преобразователя.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Источник 1 формирует пучок света, который проходит последовательно светофильтр 2, поляризатор 3, фотоупругий элемент 4 и бианализатор 5. На выходе бианализатора 5 образуются, два пучка Ф1 и Ф2, зависящне от дли" ны волны А светофильтра по закону: ключен к источнику 1 света, то тем самым обеспечивается постоянство уровня Б„независимо от внешних влия ющих фак горов, так как U =)(ф =U =const. (4)

0 0

Йапряжение U с выхода вычитающе1" го блока 9 подается на один из входов второго блока 12 сравнения, на другой вход которого подается стабильное напряжение U т с выхода делителя

13 напряжения., вход которого соединен. с выходом источника 10 опорного напряжения Uo. Если обозначить коэффициент передачи делителя 13 через

К, то напряжение U 0> будет равно

Ост = К900. (5)

Под воздействиеМ сигналов 00-ги Uo на своих входах второй блок 12 сравнения вырабатывает сигнал U управ" ляющий длиной Л волны пропускания светофильтра 2 таким образному чтобы обеспечить выполнение равенства

1)С1- = ()Д (6).

Для .определенности положим,что длина волны светофильтра меняется по закону.

Л=Л +К„О, (7) где Л о - постоянная составляющая

К - чувствительность светофильт» ра к воздействию управляющего сигнала.

В этом случае путем подстановки в формулу (б) выражений (3), (5) с учетом (4) и (7) получаем

Кр-coз 2Т(" . (8)

Во+ К2и

Решая уравнение . (8) относительно выходной величины, находим, что

-A

0 2#5

= К, К„о"созК0 ,Таким образом, из (9) следует, что фотоупругий. преобразователь имеет линейную статическую характеристику.

Это позволяет не только исключить погрешность от нелинейности, но и существенно расширить рабочий диапазон в сторону больших значений измеряемого усилия.

Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства обусловлена главным образом расширением технических и метрологических возмож. ностей вследствие расширения диапаэона измерений.

Формула изобретения

Фотоупругий преобразователь, содержащий последовательно размещенные источник света, поляризационно-оптическую систему и два дифференциально включенных фотоприемника, соединенных с блоками суммирования и вы1000795

Составитель A.Ñåâåðèí

Редактор Т.Портная Техред Л.Пекарь Корректор Е.Рошко

Заказ 1362/41 Тираж 871 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж" 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r.Óàãîðîä, ул.Проектная, 4 читания их сигналов, а выход блока суммирования соединен через блок сравнения с управляемым бло.ком питания источника света, при-. чем второй вход блока сравнения соединен с-источником опорного напряжения, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью расширения диапазона измерения, в него введены светофильтр с регулируемой длиной .волны пропускания, делитель напряжения и второй блок сравнения, один вход которого соединен с выходом блока вычитания, второй вход через делитель напряжения - с источником опорного напряжения, а выход второго блока сравнения соединен с управлякнцим входом светофильтра, расположенного между источником света и поляриэационно-оптической системой.

Источники информации, принятые во внимание при зкспертизе

1. авторское свидетельство СССР 9 479010, кл. G 01 ? 1/24, 1973.

2. Авторское свидетельство СССР

В 67964, кл. G 01 L 1/24, 20.09.72,. (прототип).

Устройство крепления и защиты от повреждений оптических силоизмерительных элементов // 954824

Устройство защиты оптических силоизмерительных элементов // 953474

Пьезооптический измерительный преобразователь // 939974

Способ определения контактных давлений // 928177

Способ линеаризации амплитудной характеристики параметрического измерительного преобразователя и устройство для его осуществления // 909596

Оптически активный материал для моделей конструкций // 896383

Модель для измерения контактных нормальных напряжений на рабочей поверхности штампа для обработки металлов давлением // 892206

Датчик контактного давления // 879335

Фотоупругий преобразователь // 872987

Пьезооптический измеритель механических величин // 2109258

Оптический способ измерения силы // 2115100

Изобретение относится к измерительной технике, а более конкретно к средствам измерения силы, вызывающей деформацию или перемещение чувствительного элемента, регистрируемые оптическими средствами

Лазерный интерферометрический преобразователь силы (варианты) // 2142122

Волоконно-оптические датчики давления и система измерения давления, их включающая // 2205374

Волоконно-оптический датчик температуры и деформации // 2248540

Изобретение относится к области измерительной техники, телеметрии и оптоэлектроники и может быть использовано для контроля деформаций крупных сооружений, в электротехнической промышленности при измерении температурных режимов трансформаторов, в геологической разведке при измерении распределения температуры вдоль скважин, в авиационной промышленности при контроле деформаций конструкций летательных аппаратов и т.д

Оптический тактильный датчик // 2263885

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к тактильным датчикам оптического типа

Средство определения напряжений // 2319941

Материал, чувствительный к давлению // 2335511

Изобретение относится к полимерному материалу, обладающему оптически детектируемым откликом на изменение нагрузки (давления), включающему полиуретановый эластомер, адаптированный для детектирования изменения нагрузки, содержащий алифатический диизоцианат, полиол с концевым гидроксилом и фотохимическую систему, включающую флуоресцентные молекулы для зондирования расстояния, модифицированные с превращением в удлиняющие цепь диолы, в котором мольное соотношение диолов и полиолов находится в диапазоне от приблизительно 10:1 до около 1:2, а фотохимическая система выбрана из группы, состоящей из системы эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET)

Способ контроля механических напряжений в кремниевой структуре пленка sio2 - подложка si // 2345337

Изобретение относится к электронной технике, в частности к микроэлектронике, и может быть использовано при изготовлении кристаллов ИС и дискретных полупроводниковых приборов

Оптический тактильный датчик и способ восстановления распределения вектора силы с использованием указанного датчика // 2358247

Изобретение относится к устройству и способу определения вектора силы и может быть использовано в тактильном датчике для руки робота