Волоконно-оптический преобразователь перемещений

 

Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является увеличение точности и диапазона измерения за счет улучшения линейности характеристики. Преобразователь содержит источник 8 излучения, первый приемник 4 излучения и волоконно-оптический коллектор 1, первая группа волокон которого оптически сопряжена с источником 8 излучения, а вторая - с первым приемником 4 излучения. Цель достигается введением источника 7 опорного напряжения, дифференциального усилителя 6, управляемого источника 9 питания, второго приемника 10 излучения. Световой поток, поступающий от контролируемой поверхности 13 на первый приемник 4 излучения, сталибизирован, а информация о перемещении заключена в изменении светового потока источника 8 излучения и контролируется с помощью второго приемника 10. В результате характеристика преобразования меняется на обратную. При использовании световозвращающей поверхности значительно снижается влияние угловых колебаний. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

КСПУЫЧН (Si)S С 01 В 21/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4755843/28 (22) 04. 1!.89 (46) 15.08.91. Ьюл„ Р 30 (71) Куйбьппевский авиационный ирст, т т им. акад. С.П. Королева (72) H.À. Федоров, С.П. 11ерэляков, А.В. Данилов и С.Б. Днепровский (53) 531.7(088, 8) (56) Авторское свидетельство СССР

9 1223030, кл. С 01 В 11/02, 1983. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЦЕНИЙ (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является увеличение точности и диапазона измерения за счет улучшения ли" нейности характеристики. Преобразователь содержит источник 8 излучения, первый приемник 4 излучения и волоконно-оптический коллектор 1, первая

„.SU,„, 1670411 A I

2 группа волокон которого оптически сопряжена с источником 8 излучения, а . вторая — с.:первым приемником 4 излучения. Цель достигается введением источника 7 опорного напряжения, дифференциального усилителя 6, управляемого источника 9 питания, второго при-емника 10 излучения. Светдвой и:. ток, поступаюпВп» от контролируемой поверхности 13 на первый приемник 4 излучения, стабилизирован, а информация о перемещении заключена в изменении светового потока источника 8 излучения и контролируется с помощью второго приемника 10. В результате характеристика преобразования меняется на обратную. При использовании световоэ- 3 вращающей поверхности значительно снижается влияние угловых колебаний.

1 з.п. ф-лы, 3 ил. С :

1670411

Иэобрете9ьие относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительно-информационных и управляющих комплексах для измерения различных физических величин.

Целью изобретения является увеличение точности и диапазона измеряемых перемещений путем улучшения линейности характеристики преобразова- 10 теля, На фиг, 1 представлена функциональная схема преобразователя; на фиг, 2 — характеристики преобразователя; на фиг. 3 — зависимости ха- 15 рактеристики преобразователя от угла наклона контролируемой поверхности.

Преобразователь содержит волоконно-оптический коллектор 1 (ВОК), содержащий первую 2 и вторую 3 группы 20 оптических волокон, первьп1 приемник

4 излучения, первый усилитель 5, дифференциальный усилитель 6, источник

7 Опорного напряжения, источник 8 излучения, управляемый источник 9 25 питания, второй приемник 10 излучения, второй усилитель 11 и регистратор

12„ Преобразователь контролирует перемещение световоэвращающей поверхности 13 объекта (или световозвращаю- 30 щего элемента на нем) „

Первая группа волокон 2 ВОК 1 оптически сопряжена с источником 8 излучения, а вторая группа 3 — с первым приемником 4 излученИя.

Первый приемник 4 излучения подключен к входу первого усилителя 5, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилителя 6.

К.втОрОму его вхОДу пОДключен Выход 40 источника 7 опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя 6 подключен к входу управляемого источника 9 питания. При этом выход управляемого источника 9 питания подключен к источнику Я излучения, оптически сопряженному с вторым приемником 10 излучения, подключенным к входу второго усилителя 11 выход которого свя9 эан с регистратором 12„

Волоконно-оптический преобразователь перемещений работает следующим образом.

Часть светового потока от источника 8 излучения, пройдя через первую группу 2 оптических волокон ВОК 1, 55 направляется на световоэврацающую поверхность 13. При этом вследствие неидеальности последней часть отраженного от поверхности 13 светового rloтока через вторую группу 3 оптических волокон, поступает на первый приемник

4 излучения. Полученньп1 сигнал поступает на вход первого усилителя 5 и после усиления — на первый вход дифференциального усилителя 6 (U<). На второй его вход поступает опорное напряжение Е . Дифференциальный усилитель 6 вырабатывает сигнал рассогласования, поступающий на вход управляемого источника 9 питания. В результ,рте происходит изменение светового потока источника 8 излучения, которое в зсстанавливает равенство напряжений

U и Е

Таким образом, укаэанная часть схем, стабилизирует световой поток, поступающий на первый приемник 4 излучеп чя.

При малой величине опорного напряжения становится заметным влияние шумэв и дрейфа первого приемника 4 излучения и усилителя 5, а при увеличении

E вследствие ограниченных энергетио ческих возможностей источника 8 излучения сужается диапазон измерения, поэтому оптимальная величина опорного н 1пряжения Е определяется требуемыми тзчностью и диапазоном измерения.

В данном случае. информация о перем.щенни поверхности 13 заключена в изменении светового потока источника 8 излучения. Величина укаэанного световэго потока контролируется при помощи вгорого приемника 10 излучения, сигнал с которого поступает на вход второго усилителя 11. Сигнал с выхода второго усилителя 11 используется в качестве выходного сигнала преобразователя и фиксируется регистратором 12.

В преобразователе полностью исключается влияние нелинейности и температурной нестабильности источника 8 излучения. При этом полная погрешность в основном определяется температурной нестабильностью приемников излучения и пропорциональна величине поступающего на ннх светового потока. В связи с этим, поскольку преобразователь имеет нарастающую характеристику, его Относительная погрешность постоянна во всем диапазоне измерения.

На фиг, 2 приведены характеристики

14 известного и характеристики 15 и

16 предлагаемого преобразователя с использованием одинаковых ВОК. Характеристика 15 соответствует зеркаль1670411 ной, а характеристика 16 — световозвращающей контролируемой поверхности, Срав»»»»вая характеристики 14 и 15, можно сделать вывод, что преобразо5 ватель имеет большой диапазон измерения и линейность рабочего участка.

Характеристика 16 показывает преимущества использования световозвращающей поверхности, в частности дополнительное расширение диапазона измерения и улучшение линейности характеристики.

Преобразователь характеризуется высокой температурной стабильностью и, следовательно, точностью. Действительно, напряжение на выходе первого усилителя 5 определяется выражением

Ц1- Ф„К„(Т)й(н) К, S,„K,„(т), (1)

20 где Ф вЂ” световой поток источнш.а изИ лучения;

К,„(Т) — температурный коэффициент источника излучения;

».(Н) — зависимость светового пото25 ка, поступающего на первый приемник излучения, от расстояния Н до контролируемой поверхности при постоянном потоке светового излучения;

К» — коэффициент пропорциональности;

S1ä- чувствительность первого приемника излучения;

К,н(Т) — температурный коэффициент чувствительности первого 35 приемника.

Выходное напряжение

g = 9 K»»(7) KÐã»»K2»»(T), где К вЂ” коэффициент пропорциональ2 ности;

Б2 - чувствительность второго приемника излучения;

К „(Т) — температурный коэффициент чувствительности второго приемника.

Иэ выражений (1) и (2) с учетом того, что U = Е, следует

Ео К2В2и К 2П(Т) (3) 2 ) Для случая пары приемников излучения с идентичными температурными харак>5 теристиками и чувствительностью и, - к е,/f(í), (4) где К вЂ” к» эффициент )»ропорц»»ональности„

Коэффициенты пропорц»»ональности

К<, К и К, входящие в выражения (1)— (4), характеризуют потери светового потока в оптических сопряжениях и при отражении от контролируемой поверхности„

Таким образом, можно сделать вывод, что выходной сигнал преобразователя мало зависит от температуры окружающей среды„

На фиг. 3 показаны зависимости вью. ходного напряжения, разработанного

BOIIII, от угла наклона зеркальной характеристики 17 и снетонознращающей» характеристики 10 контролируемой поверхности 13 при фиксированном расстоянии Н. Лнал»»з приведенных характеристики позволяет сделать вывод о значитель»»ом снижении погрешности, вызываемой угловыми колебаниями в случае использования световозвращающей поверхности.

Диапазон измерения преобразователеи ограничен в основном мощностью источника излучения и может быть значительно расширен в результате использования мощного источника излучения или группы маломощных источников.

Формула и з обре т е и и я

1. Волоко»»но-оптический преобразон атель перемецешп», содержащ»п» источник излучения, пернь»»» приемник излучения, регистратор и волоконно-оптическ»»й коллектор, первая группа волокон которого оптически сопряжена с источником излучения, а вторая — с приемником излучения, о т л и ч а ю— шийся тем, что, с целью увеличения точности и диапазона измеряемых перемещений, он снабжен источником опорного напряжения, дифференциальным усилителем, управляемым источником питания и вторым приемником излуче ия, выход первого приемника излучения подключен к первому входу дифференциального усилителя, к второму входу которого подключен выход источ ника опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя подключен к входу управляемого источника питания, выход которого подключен к источнику излучения, оптически сопряженному с BTopblM приемником излучения, подключенным к входу регистратора.

1670411

Юых йа. NRNC, 1,0

0,5

l5

Н,НН

2. Преобраэователь перемещений по п. 1, отличающийся тем, что ои снабжен световоэвращающим элементом, эакрепляемым на контроли руемом обьекте.

1670411

-.2 м, град

Фигз

Составитель Е. Глазкова

Техред Л.Сердюкова Корректор H. Зрдейи

Редактор С. Лисина

Заказ 3151 Тираж 367 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