Волоконно-оптический преобразователь перемещений

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (ll) (5) )4 G 01 В 21/00

«

gQPw k j."l

1 у с (l

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

>c

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21 ) 3814945/24-28 (22) 19,11.84 (46) 07.08,88. Бюл, У 29 (71) Куйбышевский авиационный институт им. акад. С.П.Королева (72) М.А.Федоров, С.А.Макитрин, A.Â.ÄàHèëoâ и С.П.Мерзляков (53) 531.7 (088.8) (56) Cook R.Î., Hamm С.W., Feler opt с lereer displacement traneducer.

1979, 18, И Р9, с.3230"3341. (54)(57 ) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ, содержащий источник излучения с световодной системой и приемник излучения с световодной системой, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона изме" рений, он снабжен мультивибратором, соединенным последовательно каскадом с управляемой инверсией, вход управления которого соединен с прямым выходом мультивибратора, и фильтром нижних частот, источник излучения с световодной системой выполнен в виде двух групп, содержащих n"öåïo÷eê, состоящих из управляемого источника тока, светодиода, подключенного к нему, и световода, управляемые источники тока первой группы подключены к прямому выходу мультивибратора, а второй группы - к инверсному, приемник излучения с световодной системой выполнен в виде приемного световода н фотодиода, установленного на его выходном конце, фотодиод соединен с информационным выходом каскада с управляемой инверсией, излучающие све" товоды групп и приемный световод расположен в виде линейки, 1415063

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для создания преобразователей линейных перемещений с заданным ди5 намическим диапазоном и погрешностью измерения.

Целью изобретения является повышение точности и расширение диапа.зона измерений за счет синтеза задан- 10 ной характеристики преобразователя.

На фиг. 1 представлена структурная схема волоконно-оптического преобразователя перемещений; на фиг. 2— структурная оптическая схема преоб,разователя; на фиг. 3 " зависимости ! функции преобразователя составляющих, 1 полученных при использовании одного приемного световода и световодов,подающих оптическое излучение, располо-20 женных на различных расстояниях от

,приемного, а также зависимости функции преобразователя для весовой суммы всех подающих и одного приемного световода; на фиг. 4 - зависимость 25 относительных значений токов свето,диодов, оптически сопряженных с све.товодами,расположенными на различных

:расстояниях от приемного световода.

Волоконно-оптический преобразова- 30 тель перемещений; содержащий мультивибратор 1, источник излучения световодной системой, состоящей из первой группы 2, включающей и-цепочек из управляемых источников 3 тока, светодиодов 4 и световодов 5, второй группы 6, включающей и-цепочек из управляемых источников 7 тока, светодиодов 8 и световодов 5. Преобразователь содержит также приемник излуче- 40 ния с световодной системой, выполненной в виде приемного световода 9 и фотодиода 10, и соединенные последо-. вательно усилитель 11, каскад 12 с управляемой инверсией и фильтр 13 ниж-15 них частот (ФНЧ), Вход управления каскада 12 соединен с прямым выходом мультивибратора 1 и с входами источников 3 первой группы 2, а инверсный выход мультивибратора 1. соединен с источниками 7 второй группы 6. Световоды 5 групп 2 и 6 и приемный световод 9 расположены в виде линейки над исследуемым объектом 14. При этом каждый иэ светодиодов 4 или 8 в совокупности с фотодиодом 10 представляет элементарный преобразователь.

Преобразователь работает следующим образом.

Иультивибратор 1 генерирует сигналы прямоугольной формы. С прямого и инверсного выходов мультивибратора

1 сигналы поступают на управляющие входы управляемых источников 3 и 7 тока, первой и второй группы 2 и 6, что вызывает периодическое. включение определенных значений тока соответствующих светодиодов 4 и 8. Светодиоды 4 и 8 первой и второй группы

2 и 6 оптически сопряжены с световодами 5 и на выходе их формируется световой поток в виде импульсного сигнала, который, отразившись от поверхности объекта 14, попадает на фотодиод 10, который оптический сигнал преобразует в электрический и затем после усилителя 11 сигнал подается на каскад 12 с управляемой инверсией, с которого сигнал поступает на ФНЧ 13, Поскольку частота среза

ФНЧ 13 значительно ниже частоты переключения мультивибратора 1, то функция преобразования определяется средним суммарным током всех светодиодов 4 и 8 (первой и второй группы

2 и 6 управляемых источников тока).

Поэтому среднее значение напряжения на выходе ФНЧ 13 пропорционально линейной зависимости от измеряемого перемещения h т,е, U = p h.

Выходное напряжение U, пропорциональное среднему значению суммарной мощности, реализуемой синтеэируемой композиционной структуры, волоконно-оптического преобразователя равно где Р- " суммарная мощность оптичесЕ, кого излучения, принимая фотодиодом;

С„ " весовые коэффициенты;

P . .— оптическая мощность отдель"

oi ных составляющих композиции светодиодов 5;

nL - коэффициент пропорциональности.

Весовые коэффициенты С, оптической мощности отдельных составляющих композиции светодиодов 5 выбираются в зависимости от расстояний от соответствующего подающего световода

9 до выбранного световода 5 по среднему значению тока светодиода Х

На фиг. 4 представлена зависимость Ос Г(п) (2) 5063 мость 11 = r(m), полученная путем весового суммирования (I ) элементарных зависимостей U; = Г (mn) в результате реализации синтезированной композиции.

В двухканальном преобразователе перемещений наибольшей линейностью обладает участок зависимости 15 "

10 U = f, (m) для n — О от а до при.

m, и ш . Несмотря на то, что погрешность нелинейности не превышает 5Е, динамический диапазон рабочего участка от ш, до m недостаточный и

15 не позволяет эффективно использовать естественную характеристику элементарного двухканального преобразователя.

141 где относительные значения токов свето" диодов 4 и 5; среднее значение тока светодиода 4 или 8; максимальное значение тока светоХ ма1 полнены одного диаметра.

На фиг. 3 представлены зависимости U; = f(nm) для различных значений и, где m = h/d - относительное значение, расстояния до,контролируе" мой поверхности объекта 14, и зависидиода;

nl/d — относительное рас" стояние от каждого световода 5 до приемного световода 9; Й вЂ” диаметр световода, причем все светово" ды как подающие излучение каскада 12, так и приемный вы20 Предлагаемый преобразователь имеет суммарное относительное напряже110б U„« rye 1.1 б суммарное выходное напряжение; U „„ максимальное суммарное выходное нап25 ряжение. На рабочем участке ОЯ (зависимость 1б) динамический диапазон увеличен, а погрешность уменьшается.

1415063

1 г J

Техред М.Ходанич

Корректор А.Обручар

Редактор Н.Рогулич

Заказ 3862/37

Тираж 680

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

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