Волоконно-оптический тензодатчик

 

Изобретение относится к измерению деформаций в конструкциях оптическими методами. Цель изобретения -. повьшение чувствительности и точности измерений посредством вьшолнения дифракционных решеток с различающейся шириной щели. Волоконно-оптический тензодатчик содержит два оптических волокна 1,6, расположенные между ними две градиентные линзы 2, 5 и расположенные с возможностью взаимного перемещения между градиентными линзами 2,5 две дифракционные решетки 3,4. Причем первая дифракционная решетка выполнена с шириной щели а d/2 - 1 A/2d, а вторая - с шириной щели а d/2 и расположена на расстоянии 1 от первой, где d - период решеток; Л - длина волны излучения . 3 ил. ю

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (S1) 4 С 01 В 11/16

KF+ >H>3f> A%

„13

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Г;. „ .ИОТЕКЛ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4122762/25-28 (22) 24.09.86 (46) 07.03.88. Бюл. Р 9 (72) С.А.Дмитриев, А.И.Маймистов и А.В.Миронос (53) 531.781.2 (088,8) (56) Electron Letters, 1979, 15,749. Applied Optics, 1981, 20.3, 465. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ТЕНЗОДАТЧИК (57) Изобретение относится к измерению деформаций в конструкциях оптическими методами. Цель изобретения — . повьппение чувствительности и точноЛ0„„ 1379613 А 1

Сти измерений посредством выполнения дифракционнык решеток с различающейся шириной щели. Волоконно-оптический тензодатчик содержит два оптических волокна 1,6, расположенные между ними две градиентные линзы 2, 5 и расположенные с возможностью взаимного перемещения между градиентными линзами 2,5 две дифракционные решетки 3,4. Причем первая дифракционная решетка выполнена с шириной щели а "- d/2 — 1 h/2d, а вторая — с шириной щели а d/2 и расположена на расстоянии 1 от первой, где d —период решеток; Д вЂ” длина волны излучения. 3 ил.

1379613

Изобретение относится к измерению деформаций в конструкциях оптическими методами, Цель изобретения — повышение чув5 ствительности и точности измерений посредством повышения дифракционных решеток с различающейся шириной щели.

На фиг. 1 приведена схема воло- 10 конно-оптического тенэодатчика; на фиг. 2 — схема дифракционной решетки1 на фиг. 3 - зависимость интенсивности света I от взаимного смещения Ь решеток. 15

Волоконно-оптический тенэодатчик (фиг. 1) содержит расположенные вдоль хода излучения первое оптическое волокно 1, первую градиентную линзу 2, две амплитудные дифракционные решет- 20 ки 3 и 4, установленные с воэможностью взаимного перемещения, вторую градиентную линзу 5 и второе оптическое волокно 6.

Используя формулу Геймгольца-Кирх- 25 гофа, или формулу Рэлея- Зоммерфельда, можно записать поле U(XIz) одной дифракционной решетки в точке

Ро(х,z) (фиг.2)

" " * - l (. -" l 3 "" "

dv где dV — граница области, охватывающей точку Ро

G(e) функция для уравнения Гейм" гольца и условие Кирхгофа Ul та-! фракционной реково, что если бы ди шетки не было,то

ikr е

G(x z)

rÎ>

40 в теории Геймгольца-Кирхгофа или (О, е.

G(x z)

Г

01 в теории Рэлея - Зоммерфельда.

Если на решетку падает плоская волна, то согласно теории ГеймгольцаКирхгофа

° соз (й r„) dS (3)

-ik А,.) exptikt o.7

4 zO rе, .)((1+сов (n r „)) dS, (2) а Рэлея-Зоммерфельда

ЫсА е 1А 3 ое

4 и z=O r, В случае распределения поля в дальней зоне второй дифракционной решетки сов (n r „)=1;

1 х-х и „ я (1+ — (— — -)) . (4) z

Кроме того, z» D NA.

Тогда интеграл по плоскости z O распадается на сумму интегралов по каждой апертуре (щели) в дифракционной решетке. Пусть — координата точки в центре дифракционной решетки, тогда х х + (, где х „ - координата края щели. Тогда легко показать, что

«А ехр(ikz+ikx /2э7

1А 2

2а sin C(pa)hN(pA), . $5)

1-( где P kx/zi — hN(y)

1у т- -у ехр (- i/2(N-1)у)

sin(N /2) в п(у/2) представлением V(x);

ik1

АФ Fe (х), (6) где Fe (х) — функция, определяющая, как фронт плоской волны оказался промодулированным первой дифракционной .решеткой.

Вид функции (6) общий и не зависит от величины 1, но проще всего

Fe(x) определить в пределах 1 0 и

1 (или другими словами, 1 Я и

1 )) ) ). Рассмотрим дифракционные решетки, расположенные в ближней зоне друг друга, т.е. 1 <1 =2ab/Л, где Ь - — (Л -2а) .

2

В таком случае легко показать,что

1Л а ——

2а — ширина щели второй дифрак» решетки при условии равенпериода. а е деас ционной ства их

Рассмотрим дифракцию на двух решетках, когда вторая дифракционная решетка находится в ближней зоне первой дифракционной решетки (фиг.2).

Поле в точке Ро определяется вновь через интеграл (1) или (3), но задать

U на плоскости в=1можно, если знать

U в ближней зоне первой дифракционной (решетки, расположенной в плоскости

z=O. Иожно воспользоваться следующим

1379613

t(x z) sin (a z (л) Р, 1 13 гдеа а (О) — — — а- —-1 е 28 2а — — д

2 т.е. завИсимость I от смещения и имеет вид, представленный на фиг.З. Таким образом, диапазон регистрируемых устройством смещений есть в значительной мере функция расстояния между дифракционными решетками. Диапазон регистрируемых смещений можно расширить практически до величины Я второй решетки при условии правильно-15

ro выбора ее параметров. При этом ре" гистрация смещений будет безлюфтовой.

Использование изобретения позволяет получить безлюфтовый датчик 20 смещения, что особенно необходимо для работы датчика при регистрации малых начальных деформаций. Кроме того, предложенная конструкция увеличивает отношение сигнал/шум.

Формула изобретения

Волоконно-оптический тенэодатчик, содержащий расположенные вдоль хода излучения первое оптическое волокно, первую градиентную линзу, две амплитудные дифракционные решетки, установленные с возможностью взаимного перемещения, вторую градиентную линзу и второе оптическое волокно, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения деформаций, первая дифракционная решетка выполнена с шириной щели а а - 1 S /2а, а вторая с шириной щели а d/2 и расположена на расстоянии 1 от первой, где d - период решеток, — длина волны излучения.

1379613

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4

Редактор О.Юрковецкая

Заказ 969/41

1 ® ) Л

gl " ру

Составитель Б.Евстратов

Техред М.Дидык Корректор С.Шскмар

Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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