Поляризационно-оптический измеритель

 

Изобретение относится к измери тельной технике н может быть исполь-; Ковано для измерения усилий, давлений И Других механических величин. Целью, изобретения является расширение диапй- Ьона и пЬвышекие точности измеренийi| пульсы светового пучка с дттой Boiiш 7k, , поляризованные поляризатором под углом 45 к направлению измеряв мого усилия Р, распадаются в последа- «м на две составляющие, в которых фазовый сдвиг, пропорциональ- |вай Р. Этот фазовый сдвиг суммируетс|| fc постоянным фазовым сдвигом, созда баемым фазосдвигающей пластинкой 8. В результате этого после обратного Ьрохождения поляризатора 7 HHTeHCHB-- ность светового пучка связана с I величиной измеряемого воздействия за|- Ьисимостью косинусоидального характег Ьа. Затем импульсы передаются через Ьветовод 15 на вход фотоприемника 16 iia выходе которого образуются элект Ьические импульсы, амплитуда которы с Ьвязана с величиной Р. То же происхо Ьнт и с импульсами светового пучка, ; |меющего длину волны Л проходящей ёрез фотоприемник 16. Селективный етектор 17, управляемый сигналами, Ьолуча ыми с выходов задающего гене ратора 1, направляет импульсы на вхойы регулирующих усилителей 18 и 19, , которые вводятся в вычислитель 20 с помощЫо калибратора 21. Вычислител4. 20 при фиксированных значениях К, Р etg вычисляет значение измеряемого воздействия Р. 3 з.п., 3 ил л

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИ4ЕСНИХ

PECflYS JlHH (51) 5 G 01 Ь 1/24

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

М ABTOPCHOIVlY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕ1

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

rlPH FIGHT СССР (46) 23.07. 91, Бюл. Р 27 (21) 4010694/10 (22) 28.11.85 (72) И.И.Ермохин, В.ГЛоктионов, В.А П1иряев и Г.И.Яцковский (53) 53!.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

11 1216683,,кл. G 01 L 1/24, 1984.

Автооское свидетельство СССР

9 1154564, кл. G О) L 1/24, 1983. (54) ЙОЛЯРИЗАЦКОЯНО-01ГТИЧКСЕЙЙ ИЗИК-

1ИТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измери- тельной технике и мохет быть исполь-:. зовано для измерения усилий, давлений других механических величин. Целью, Изобретения является расаирение диапавона н повышение точности измерений.

Импульсы светового пучка с длиной волф,, поляризованные поляризатором под углом 45 к.направлению измеря . мого усилия Р, распадаются s послед йем на две составляющие, s которых имеют Фазовый сдвиг, пропорциональный Р. Этот Фазовый сдвиг суммируетс

„.SU„„) 447055 А 1 с постоянным Фаэовым сдвигом, создаваемым Фазосдвигающей пластинкой 8.

В результате этого после обратного прояождения поляризатора 7 интенсив" йость светового пучка связана с

Нличиной измеряемого воздействий за"-

Ьисимостью косинусоидального характе . ра. Затеи импульсы передаются через цветовод 15 на вход фотоприемника 16

На выходе Которого образуются электрические импульсы, амплитуда который связана с величиной Р. То зе происхо", 4ит и с импульсами светового пучка, иеющего длину волны Ъ, проходящей через Фотоприемник 16. Селективный детектор 17, управляемый сигналами, получаемыми с выходов задающего гене ратора 1, направляет импульсы на вхо ды регулирующих усилителей 18 и 19, которые вводятся в вычислитель 20 с помощью калибратора 21. Вычислитель

20 при Фиксированных значениях К, Р е вычисляет значение измеряемого воздействия Р. 3 з.п., 3 ил.

1447055 .

Поляризационно-оптический измеритель относится к измерительной технике и может быть использован для измерения усилий, давлений и других механических величин.

Целью изобретения является расши" рение диапазона и повышение точности измереннй.

На чертеже представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 — статические характеристики дифференциальных измерительных каналов; на фиг.3 — вариант исполнения чувствительного элемента в двух проек-15 циях.

Измеритель содержит задающий гене ратор 1, излучатели 2 и 3; смеситель

4, подводящий оптоволоконный световод 5, линзовый конденсор 6, поляризаЩ) тор 7, фазосдвигающие пластинки 8 и

9, светофильтры 10 и 11, чувствительный элемент, состоящий из двух вытяну- тых прямоугольных параллелепипедов

12 и 13, отражающее покрытие 14, на- 25 несенное на грани чувствительного элемента, отводящий оптоволоконный . световод 15, фотоприемник 16, селек". тивный детектор 17, регулирующие усилители 18 и 19, вычислитель 20, .30 калибратор 21, еилопередающий элемент

22.

Измеритель работает .следующим . образом. Задающий генератор l своими первым и вторым выходами попеременно 35 записывает импульсы напряжения, сдвио. нутые по фазе на 180, излучатели

2 и 3 испускают световые пучки с дли- . нами волн 3, и соответственно.

Световые пучки излучателей 2 и 3 с 40 помощью смесителя 4 вводятся s подводящий оптоволоконный световод 5.

Расходящиеся иэ противоположного тор, ца оптоволоконного световода 5 свето.вые пучки с. помощью линзового конден 45 сора Ь преобразуются в параллельные потоки н направляются далее через поляризатор 7, файосдвнгающие плас тинки 8 и 9 фильтры 10 и 11 в чувствительный элемент. Последний состоит из двух частей в виде вытянутых прямоугольных параллелепипедов 12 и 13, 1кестко соединенных таким образом, что обе части расположены симметрично относительно оптической оси линзо-55 ного конденсора 6, а также либо последовательно, либо параллельно направлению воздействия измеряемого усилия. При параллельном расположении торцы обеих частей чувствительного элемента соединены силопередлющим элементом 22. Материалы частей чувствительногo элемента пераллелепипедов 12 и 13 имеют разные величины фотоупругих постоянных — h и Б .соответственно. Плоскость раздела параллелепипедов 12 и 13 совпадает с плоскостью раздела фильтров .10 и 11 и фазосдвигающих пластинок 8 и 9.

Плоскость поляризации поляризатора

7 расположена под углом 45 к направлению измеряемого воздействия Р, Фазосдвигающие пластинки 8 и 9 создают фазовый сдвиг oL„, равный 1/4Ф.

Благодаря различию областей пропускания фильтров 10 и 11 импульсы светового пучка с длиной волны A„ проходят только через фильтр !О и параллелепипед 12, импульсы светового пучка с длиной волны h — только через фильтр 11 и параллелепипед 13.

Пройдя параллелепипеды 12 и 13 чувствительного элемента, световые пучки попадают на отражающее покрытие 14 и, отразившись от него, проходят в обратной последовательности соответствующие им элементы !2 и 13, !О н 11, 8 и 9, 7,6 и попадают на торец отводящего оптоволоконного световода

15. Это обеспечивается симметричным разнесением подводящего и отводящего оптоволоконных световодов относительно оптической оси линзового кондейсора 6.

По отводящему оптоволоконному световоду 15 световые пучки подводят« ся к фотоприемнику 16. Электрические сигналы с выхода фотоприемника 16 по« ступают на первый вход селективного детектора 17, ко второму и третьему входу которого подсоединены первый и второй выходы задающего генератора

l. Сигналы с первого и второго выходов селективного детектора 17, создаваемые импульсами световых пучков с длинами волн Я, и, поступают соответственно на входы регулирующих усилителей 18 и 19, а с выходов последних — на первый и второй входы вычислителя 20, к третьему входу которого подключен выход калибратора

21 °

Импульсы светового пучка с длиной волны 3,, поляризованные поляризатором 7, расположенных под углом 45 к направлению измеряемого усилия P„ распадаются в последнем на две сос14470 l тавляищие, светония колебанич в которых имеют взаимный фазовый сдвиг«|. пропорциональный Р. Указанный фазовый сдвиг суммируется с постоянным фаэо5 вым сдвигом g,, создаваемым фаэо" сдвигающей пластинкой 8. В результате этоГо интенсивность импульсов светового пучка с длиной волны Я, после обратного прохождения поляризатора 7 10 оказывается.свяэаиной с величиной измеряемого воздействия зависимостью косинусоидального характера.

Переданные с помощью отводящего оптоволоконного световода 15 на вход

15 фотоприемника 16 указанные импульсы светового пучка создают на его выходе, электрические импульсы, амплитуда которых связана с величиной P зависимостью, выражаемой соотношением

« +1 "P

U U соа () Н соз (» + - )1 Щ 2 Ро 2 (I) где U«,,U, - текущее и максимальное значения выходных сигналов фотоприемника, соответствующих импуль" сам света с длиной волны Х

)ф — измеряемое воздействие,. соответствующее фазовому сдвигу 4, Я.

U * U соз (- -- + -- -} 2 К eL | е "« 2K 2 Ъ

4 KsP Ф

U соя- (- — + --) .

2 ро (2) at, (,) Ра 2

2 соа

"т (3) КкР «4 (+ «)

Р 2

|. сов где Ц вЂ” максимальное значение вы» (И кодных сигналов фотоприемника, соответствующих импульсам светового пучка с длиной волны Ф .

Селективный детектор 17, управляемый сигналами, получаемыми с выходо задающего генератора 1, направляет импульсы Ю« и U< на вкоды регулирующих усилителей 18 и 19 соответственно, которые обеспечивают равенство

Ом, и У,, выделяют постоянные составляющие последовательностей импуль сов U и U< и направляют их íà первый и второй входы вычислителя 20.

ГраФики зависимостей U U от Р представлены на фиг.2.

Вычислитель 20 находит частное от деления U íà U согласно соотнес» вению

1. Поляриэационно-оптический иэмврн . тель, содержащий задающий генератор, два излучателя, чувствительный элемент. Аналогичные изменения происходят с импульсами светового пучка, имеющего длину волны Я, но иэ-эа отличий 3« от 4, и фотоупругих постоянных Б| и

Ь параллелепипедов 12 и 13 крутизна зависимости выходных сигналов фотоприемника 16 0, соответствующих импульсам светового пучка с длиной волны 1l « отличается от крутизны зависимости, выражаемой соотношением (1). Увеличение длины волны приводит

45 к уменьшении приращения К и, следовательно, к изменению левого слагаемого в скобках соотношения (1) в

-- раз где К вЂ” коэффициент измене- 50

А ния ot.. Увеличение фотоупругой посто ниной Б приводит к увеличению прира" щения «|, и, следовательно, к изменению левого слагаемого в скобках выраже,55 ния (1) в К> раэ, где Ка — коэффициент изменения Б. Если К /К К, то зависимость U от P выражается соотношением

Значение К, численно равное отношен1ю периодов изменения. U« и Ь от Р, определяется экспериментально путем сравнения изменений сигналов иа выходах. регулирующих усилителей

18 í 19 и вводится в вычислитель 20 с помощью калибратора 21.

Hs соотношения (3) вычислитель

20 по поступающим от регулирующих усилителей 18, 19 значениям У« и Ц при известных фиксированных значениями«

К Р,«с вычисляет значение измеряемо

:ro воздействия P.

При изготовлении обеих частей чув ствитвльного элемента иэ одного ма- " териала различие чувствительностей можно обеспечить эа счет разной Их ширины в направлении, перпендикуляриЬм" оптической оси линзового конденсора. формула изобретения каждого,иэ которых соединен с одним иэ выходов селектнвного детектора, а выходы — с двумя входами вычислителя, а также калибратор, соединенный с третьим входом вычислителя, при этом чувствительный элемент выполнен в виде параллелепипеда иэ двух частей с разными коэффициентами фотоупругости и отражающим покрытием на гранях обеих частей, размещенных симметрично друг другу относительно оптической осн конденсора

2. Измеритель по п.l, о т л и ч аю шийся,тем, что части чувствительного элемента размещены последо" вательно по направлению действия измеряемого усилия.

3. Измеритель по п.1, о т л и ч аю шийся тем, что части чувствительного элемента размещены параллельно друг другу и направлению действия нэмеряеногр усилия, а их торцы соединены силопередающим элементом.

5 144705 поляризатор, фаэосдвигающую пластину, подводящие и отводящие оптоволоконные световоды, фотоприемник и вычислитель

Ь т л и ч а ю шийся тем, что, с целью расширения диапазона иэмере5

Мия и повышения точности, излучатели имеют разные длины волн, а в иэмери"

| тель введены смеситель световых сигна«

hos, установленный между излучателями 1О и входным торцом подводящего оптоволоконного световода, -.вторая фаэосдвигайщая пластина, установленная s одной плоскости с первой, линзовым конден1ором, установленным перед поляризато1я ром, два светофильтра, спектрально согласованные с излучателями и устаовленные между фазосдвигающнмн ластинами и чувствительным элементом селективный детектор, первый вход которого соединен с выходом фотоприейе ника, а второй н третий — с первым и вторым выходами задающего генератора два регулирующих .усилителя, вход

1447055

Составитель В.Маслов

Техред М.Дидык

Корректор М.Шароюи

Редактор E.!1îëèîíîâà

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

Заказ 3128 Тираж 355 Подписное

ВНИИПИ Государственного ко!тета по изобретеям и открям при ГКНТ СССР

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