Оптический тензодатчик

 

Изобретение относится к измерению деформаций конструкций оптическими методами. Цель изобретения - повьшение точности измерения деформаций посредством выполнения чувствительного элемента в виде волноводного модулятора. Оптический тензодатчик содержит источник 1 света, расположенные вдоль пучка света чувствительньй элемент, выполненный в виде планарного интерференционного модулятора Маха-Цандера, расположенного на подложке 2 из электрооптического материала и содержащего полосковые оптические волноводы 3 и электроды 4, фотоприемник 5, блок 6 обработки и регистрации, соединенный с фотоприемником 5, а управляющие электроды 4 соединены с блоком 6. При изгибной деформации подложки 2 в плоскости YZ изменяется оптическая длина пути излучения в каждом плече интерференционного модулятора, что приводит к изменению сигнала на фотоприемнике 5, по которому определяют деформацию, 2 ил. У1 i (Л С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А "( (19) (11) (Ю 4 С 01 В 11/16 gpss Peg/ .;д,,".

Ы7Л =

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР по делАм изОБРетений и ОтнРытий

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4086273/25-28 (22) 14.07.86 (46) 15.04.88. Бюл. Р 14 (72) И.В.Брыскина, Н.В.Зинченко, А.В.Корчагин, Л.Е.Марасин, Ю.В.Попов, Д.В.Свистунов и Л.10.Харбергер (53) 631.781.2(088,8) (56) .Груздев С.В., Прошин Е.М. Импульсная тензоматрия. M. Энергия, 1976.

Авторское свидетельство СССР

Р 905635, кл. С 01 В 11/18, 1984. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ТЕНЗОДАТЧИК (57) Изобретение относится к измерению деформаций конструкций оптическими методами. Цель изобретения — повышение точности измерения деформаций посредством выполнения чувствиI тельного элемента в виде волноводного модулятора. Оптический тенэодатчик содержит источник 1 света, расположенные вдоль пучка света чувствительный элемент, выполненный в виде планарного интерференционного модулятора Маха-Цандера, расположенного на

-подложке 2 из электрооптического материала и содержащего полосковые оптические волноводы 3 и электроды 4, фотоприемник 5, блок 6 обработки и регистрации, соединенный с фотоприемником 5, а управляющие - электроды

4 соединены с блоком 6. При изгибной деформации подложки 2 в плоскости

YZ изменяется оптическая длина пути. излучения в каждом плече интерференцнонного модулятора, что приводит к изменению сигнала на фотоприемнике 5, по которому определяют деформацию.

2 ил.

1388711

Изобретение относится к измерению деформаций конструкций оптическими методами.

Цель изобретения — повышение точности измерения деформаций посредст5 вом выполнения чувствительного элемента в виде волноводного модулятора.

На фиг. 1 изображена схема оптического тензодатчика1 на фиг. 2 — за- 10 висимости интенсивности Т (кривая I) и разности фаз д ч(кривая 2) от величины деформации Я чувствительногб элемента.

Оптический тензодатчик содержит источник 1 света, расположенные вдоль пучка света чувствительный элемент, выполненный в виде планарного интер" ференционного модулятора Маха-Цандера,. расположенного на подложке 2 из 20 электрооптического материала (например, ниобата лития Х-среза) и содержащего полосковые оптические волноводы :3 и электроды 4, и фотонриемник 5, соединенный с фотоприемником 5 25 блок 6 обработки и регистрации, а управляющие электроды 4 соединены с блоком 6.

Для измерения деформаций подложку

2 с чувствительным элементом прикреп- 30 ляют (приклеивают) к контролируемому элементу конструкции так, чтобы направление деформации изгиба было в плоскости YZ подложки, т.е. чтобы деформации лежали в плоскости планарного модулятора Маха-Цандера (фиг.1).

При деформации подложки 2 в указанной плоскости результат интерференции, а следовательно., и сигнал с фотоприемника 5 изменяются в зависимос- 40 ти от величины деформации. Это происходит потому, что при изгибе подложки 2 в плоскости YZ изменяется оптическая длина пути излучения в каждом иэ плеч интерференционного мо- 45 дулятора в результате растяжения одного плеча и сжатия другого. Возникающие при этом механические напряжения вследствие фотоупругого эффекта вызывают изменения показателя преломления в каждом плече интерфе"

50 ренционного модулятора Маха-Цандера противоположного знака, что также вызывает появление разности фаэ интерферирующих пучков. Таким образом, по сигналу с фотоприемника 5, регист55 рирующего результат интерференции, можно судить о величине деформации, которую испытывает подложка 2.

Оптический тензодатчик работает следующим образом.

Фаза q, излучения, распространяющегося в одном иэ плеч интерференционного модулятора, определяется выражением

2Р

Ч,= — (1 + дl)(n + лп), где Л вЂ” длина волны распространяющегося излучения;

1 — длина плеча интерференционного модулятора, определяющаяся длиной полоскового волновода 3; п - показатель преломления полоскового волновода 3 модулятора;

al и п — соответственно изменение длины полоскового волновода 3 и показателя преломления в нем при изгибе подложки 2, на которой сформирован модулятор.

В свою очередь, й1 = Е 1, где Я— соответствующая деформация рассматриваемого плеча интерференционного мог. дулятора а an = — — Р n> E опреде1 ЗЗ ляется упругооптическим эффектом, 1 описываемым выражением

P „„Z„э п где Р „ — тензор упругооптических коэффициентов.

Тогда

Разность же фаз излучений в обоих плечах интерференционного модулятора с учетом знака действующих эффектов равна

2Н ц = — (1 + Е1)(п—

1 Я л

Рзз пЗЕ) (1 — E 1) (n +

2 Л

+-Р п Е) = — (1 — — Р и )Е.

1 47nl 1 зз Л 2 ЗЗ

Интенсивность I излучения на выходе интерференционного модулятора равна

1388711

2(2нп1 1

1- cos

1 л (1 — — P n )Å ä .

Х-срезе .кристалла ниобата лития термодиффузией титана по ооычной технологии. Полосковые волноводы расположены вдоль оси Z подложки, их длина 1 --- 2 ° 10 и, показатель преломления и = 2,2. формула изобретения

7,отнИ

? 3 фиа2 б

Составитель Б.Евстратов

Техред И.Верес Корректор Н.Король

Редактор А.Ревин

Тираж 680

Заказ 1570/42

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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

Из графиков (фиг. 2) следует,что для изменения разности фаз ц на 7 (это соответствует изменению интенсивно..ти излучения на выходе интерференционн<:го модулятора от максимума до минимума) необходима относительная деформация подложки, равная

5 4,21-10 . Фотоэлектрические ме-4 тоды измерения фазового р=..ссогласования на выходе модулятора обеспечивают погрешность измсрения, равную по крайней мере 3 .10 ti, при этом чувствительность оптического тензодатчика составляет величину, .;. менее 10

Расчеты велись дл . интерфе". нцчонного модуляор, изготовленного н;.

Оптический тензодатчик, содержащий источник света, расположен .ые вдоль пучка света чувствительный элемент и фотоприемник и соединенный с фотоприемником блок обработки н регистрации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, чувствительный элемент выполнен в виде планарного интерференционного модулятора Иаха-Цандера, à его управляющие электроды соединены с блоком обработки и регистрации.