Поляризационно-оптический преобразователь давления

 

Изобретение может быть использовано в измерительной технике, в технологических системах контроля. Цель изобретения - расширение диапазона измерения, что достигается учетом целых чисел длин полуволн изменения оптической длины пути в фотоупругом чувствительном элементе 5. Для этого в него введена поляризационно-оптическая система грубого отсчета, включающая второй источник 2 излучения, поляризаторы 14 и 15 и фотоприемник 10. При воздействии давления на чувствительный элемент 5 появляется разность сигналов фотоприемников 8 и 9, которая усиливается дифференциальным усилителем 11 и приводит во вращение реверсивный электродвигатель 12, вращающий анализатор 7. По углу поворота определяется давление, при этом число полных оборотов вала реверсивного двигателя определяется поляризационно-оптической системой грубого отсчета. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ . СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (5115 G 01 L 11/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А BTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4351001/24-10 (22) 20. 12. 87 (46) 07.06.90. Бюл. !1р 2! (72) Б,М,Карнаух, Б,В,Осыка, Б.Г.Мыцык и В.В.Остапюк (53) 531.787(088.8) (56) Ширяев В.А, Исследование и разработка пьезооптических измерительных преобразователей механических величин, — Дис, на соиск, учен. степени канд. техн. наук.. М., 1981. Авторское свидетельство СССР

К- 1154564, кл, G 01 L 11/00, (54) ПОЛЯРИЗАЦИОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение может быть использовано в измерительной технике, в технологических системах контроля. Цель изобретения — расширение диапазона из„„Я0„, 15 9618 мерения*, что достигается учетом целых чисел длин полуволн изменения оптической длины пути в фотаупругом чув.— ствительном элементе 5, Для этого I3 наго введена поля риз ационно-оптическая система грубого отсчета, включающая второй источник 2 излучения, поляризаторы 14 и 15 и фотоприемник 10. При воздействии давления на чувствительный элемент 5 появляется разность сигналов фотоприемников 8 и 9, которая усиливается дифференциальным усилителем 11 и приводит во вращение реверсивный электродвигатель 12, вращающий анализатор 7. По углу поворота определяется давление, при этом число полных оборотов вала реверсивиого даигателя определяется полярива- !Щ ционно-оптической системой грубого отсчета, 1 ил. С::

1569618

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления.

Цель изобретения — расширение диаS пазона измерения, На фиг,1 приведена принципиальная схема устройства; на фиг.2 — кристаллографическая (1, 2, 3) и кристаллооптическая (а, Ь, с) установки, схема вырезания,и использования образцов кристаллов диглициннитрата.

На фиг.2 даны следующие обозначения: К вЂ” направление оптической оси канала грубого отсчета; К» — направление оптической оси канала точного отсчета; m — направление действия измеряемого давления.

Предлагаемый поляризационно-оптический датчик давления состоит из оптического канала точного отсчета (ОКТО), содержащего источник 1 монохроматического излучения, четвертьволновые пластинки 3 и 4, чувствительный элемент 5, светоделительное зер-. 25 .кало 6, анализатор 7, цепи обратной связи, содержащей фотоприемники 8 и 9, усилитель 11 разности сигналов фотоприемников, реверсивный электродвигатель 12, измеритель углов 13, и оптического канала грубого отсчета (ОКГО), содержащего источник 2 монохроматического излучения, поляризаторы 14 и 15, тот же чувствительный элемент 5 и фотоприемник 10.

Матричным методом расчета оптических схем можно получить выражение для интенсивности света, прошедшего поляризационно-оптическую систему, состоящую из четвертьволновых 4О пластинок 3 и 4, оси наибольших скоростей которых скрещены между собой, установленного в диагональное положение между пластинками 3 и 4 чувствительного элемента 5, светоделительно- 45 го зеркала 6 и анализатора 7 ОКТО:

I = - — I cos (h / 2 + )

1 2. о r где I — интенсивность излучения источника света; о — разность фаэ, выносимая чувствительным элементом в направлении просвечивания ОКТО; Ы— угол между осью анализатора и плоскостью поляризации излучения источни55

Отсюда следует, что всякие изменения интенсивности света I, прошедmего через систему, обусловленные изменениями до разности фаз, можно в неограниченных пределах компенсировать поворотом анализатора 7 на угол д3 = 2дЫ, (2) причем д Р . = 2 и и +Ф„где п =1,2, 3,... — количество полных оборотов анализатора 7; ф, — часть полного угла.

Интенсивность света, прошедшего два скрещенных поляризатора 14 и 15 и установленный между ними в диагональное положение тот же чувствительный элемент 5 ОКГО, выражается соотношением

I о (3) где 3„ — разность фаз, вносимая чувст— вительным элементом в направлении просвечивания ОКГО.

Из изложенного следует, что при подобранных соответствующим образом толщинах образца и величинах его пьезооптических коэффициентов в направлениях каналов грубого и точного отсчета, можно реализовать случай, в котором период зависимости I(g>)

ОКГО будет существенно превышать период зависимости I(E ) ОКТО, Соответственно будет различаться и точность определения измеряемого давления rio оптическим каналам грубого и точного отсчета, Датчик работает следующим образом.

Свет от источника 1 монохроматического излучения проходит через две четвертьволновые пластинки 3 и 4, установленный между ними в диагональное положение чувствительный элемент

5 и делится светоделительным зеркалом

6 на два луча, один из которых попадает на фотоприемник 8, а второй— на фотоприемник 9. Фотоэлектрический сигнал фотоприемника 9 является опорным, При воздействии давления, индуцирующего изменения разности хода в чувствительном элементе 5, появляется разность фотоэлектрических сигналов фотоприемников 8 и 9, поступающая на усилитель 11 разности сигналов этих фотоприемников, который приводит в движение связанный с анализатором 7 реверсивный электродвигатель 12, вращающий анализатор 7 в сторону уравнения фотоэлектрических сигналов фотоприемников 8 и 9, По углу поворота анализатора 7 при помощи измерителя 13 углов определяют изменение давления. Сопротивление R

15696!8 служит для установки начальной рабочей точки устройства на линейном участке зависимости.

В оптическом канале грубого отсчета свет от источника 2 монохромати5 ческого излучения проходит два скрещенных поляризатора 14 и 5, установленный между ними в диагональное положение чувствительный элемент 5 и регистрируется фотоприемником 1О ° Воздействующее давление определяют по величине фотоэлектрического сигнала фотоприемника 10, В данном случае необходимость введения четвертьволиовой пластинки в ОКГО отпадает вследствие расходимости пучка света от источника 2 излучения и существования естественной разности хода в чувствительном элементе 5, что 20 обеспечивает качественную интерференционную картину в плоскости фотоприемника 10. Рабочую точку устройства можно вывести на линейный участок зависимости I(E„) при помощи юстиров- 25 ки фотоприемника 10 в плоскости интерференционной картины, Толщина чувствительного элемента и его пьезооптические коэффициенты в направлениях просвечивания ОКГО и 30

ОКТО подобраны так, что период зависимости I(g„) существенно превышает период зависимости I(g ). При выключении устройства рабочая точка смещается на целое число лолуволн 9/2, что приводит к возникновению ошибок при измерении изменения воздействующего давления P на неизвестное количество порядков (n g /2, п =1

3...,). Неизвестное и при включении 40 устройства определяют по данным

ОКГО, линейный участок зависимости

I(3„) которого проградуирован в единицах давления, Таким образом, по шкале грубого отсчета определяется 45 рабочий диапазон давлений оптическо- го канала точного отсчета, а по шкале точного отсчета определяется точное значение измеряемого давления в пределах указанного диапазона. 50

Формула изобретения

Поляриз ационно-оптический преобразователь давления, содержащий установленные на первой оптической оси источник монохроматического поляризованного излучения, первую четвертьволновую пластинку, фотоупругий чувствительный элемент, вторую четвертьволновую пластинку, светоделительное зеркало, анализатор, а также цепь обратной связи, состоящую из первого и второго фотоприемников, подключеных через усилитель разности сигналов K реверсивному электродвигателю, связанному с анализатором и измерителем углов, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения путем учета целых чисел длин полуволн изменения оптической длины пути в фотоупругом чувствительном элементе, в него введена поляризационно-оптическая система грубого отсчета, включающая второй источник излучения, поляризатор, второй анализатор и третий фотоприемник и сумматор, при этом второй источник излучения с поляризатором установлены перед фотоупругим чувствительным элементом, а второй анализатор и третий фотоприемник — за фотоупругим чувствительньм. элементом вдоль второй оптической оси, пересекающей первую под прямым углом в месте расположения фотоупругого чувствительного элемента, который выполнен из кристалла, обладающего различными по величине пьезооптическими коэффициентами, соответствующими взаимно перпендикулярным направлениям распространения света, совпадающим с первой и второй оптическими осями, при направлений действия давления, перпендикулярном обеим оптическим осям, причем толщи.на фотоупругого чувствительного элемента в направлении первой оптической оси больше толщины фотоупругого чувствительного элемента в направлении второй оптической оси, а выходы измерителя углов и.третьего фотоприемника подсоединены к сумматору, 1569618

У-37,8

Составитель А,.Зосимов

Техред М,Дидык Корректор С,йевкун

Ред ак то р Л, Гр а тилло

Заказ 1439 Тираж 462 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул ° Гагарина, 101