Пьезооптический измерительный преобразователь

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в приборах, предназначенных для измерения механических величин. Целью изобретения является повышение чувствительности. Пьезооптический измерительный преобразователь содержит источник и пять фотоприемников, сопряженных оптически с одним из выходных лучей, а также поляризатор, чувствительный элемент и анализатор, выполненные в виде прямоугольного параллелепипеда, представляющего собой сборку трех призм из одноосного кристаллического фотоупругого материала. Крайние призмы выполнены в виде параллелепипедов с оптическими осями, расположенными под углом φ/4 к направлению действия измеряемой механической величины, главные плоскости призм взаимно перпендикулярны и расположены под углом φ/4 к направлению действия измеряемой механической величины, средняя призма выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с оптической осью, расположенной параллельно направлению механического воздействия, а толщина средней призмы определяется из соотношения L = (M + 1/4)λ/(N<SB POS="POST">O</SB> - N<SB POS="POST">L</SB>), где M = 0, 1, 2.....

λ - длина волны света, N<SB POS="POST">O</SB>, N<SB POS="POST">L</SB> - главные показатели преломления кристалла. 2 ил.

СО)ОЗ СОВЕ ГСКИХ

СОЦИАЛИС1ИЧГСКИХ

РЕСПУБЛИК

1672245 А1

)sIIs G 01 (1/24

Г ОСУДА P СТб Е ННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И 01КРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ CCCP

«

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

««««« «»

"«

1 (21) 4630121/10 (22) 04.01.89 (46) 23.08.91. Бюл, М 31 (71) Научно-исследовательский институт механики МГУ им.М.В.Ломоносова и Горьковский филиал Всесоюзно-исследовател ьского института по нормализации в машиностроении (72) В.К.Берзин, Х.Ф.Гитерман, И.И.Слезинге р и С.В. Сорокин (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 794548, кл. G 01 P 15/09, 1981

Авторское свидетельство СССР

М 442425, кл. G 01 P 15/08. 1974. (54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в приборах, предназначенных для измерения механических величин. Целью изобретения является повышение чувствительности.

Пьеэооптический измерительный преобразователь содержит источник и пять фотоприемников. сопряженных оптически с

Изобретение относится к измерительной технике и может использоваться в приборах, предназначенных для измерения механических величин: сил, давлений, ускорений, деформаций и т.п.

Целью изобретения является повышение чувствительности.

На фиг.1 представлена оптическая схема измерительного преобразователя: на фиг.2 — эквивалентная схема преобразователя. одним иэ выходных лучей, а также поляризатор, чувствительный элемент и анализатор, выполненные в виде прямоугольного параллелепипеда, представляющего собой сборку трех призм из одноосного кристаллического фотоупругого материала.

Крайние призмы выполнены в виде параллелепипедов с оптическими осями, pacnorf ложенными под углом 4 к направлению действия измеряемой механической величины, главные плоскости призм взаимно перпендикулярны и расположены под угл лом — к направлению действия измеряемой

4 механической величины, средняя призма выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с оптической осью, расположенной параллельно направлению механического воздействия, а толщина средней призмы определяется из соот1 Л ношения I = (m I -), где m = О, 1, 4 no — nI

2, ...; Л вЂ” длина волны света; пО, п — главные показатели преломления кристалла, 2 ил.

Устройство содержит источник 1 света, блок 2 из четырех фотоприемников, сборку из трех призм 3 — 5 и электронную схему 6, Пьезооптический измерительный преобразователь работает следующим образом.

Свет от источника 1 попадает на прямоугольную призму 3, изготовленную из одноосного кристалла. Оптическая ось кристалла направлена под углом л/4 к направлению механического воздействия. Главная плоскость кристалла тоже расположена под уг1672245

„no — nf дo=d п +пг

1=(m+

1 Л

4 (no — п ) лом л/4 к направлению механического воздействия. В результате двулучепреломления пучок света в кристалле разбивается на два пучка, расположенные в главной плоскости кристалла. Один пучок обыкновенный а0. а другой — необыкновенный а, который в зависимости от толщины кристалла д и главных показателей преломления nn, nl смещается на величину

Оба пучка становятся поляризованными во взаимно перпендикулярных плоскостях, при этом необыкновенный пучок поляризуется в главной плоскости кристалла. Из кристалла оба пучка света выходят параллельными. Таким образом призма 3 в пьеэооптическом преобразователе выполняет функции светоделителя и двух поляризаторов (фиг,2), Далее два параллельных пучка света, поляризованных под углами . г/4 и минус л/4 к направлению механического воздействия, попадают в прямоугольную призму 4, выполненную из однаосного кристаллического материала с фотоупругими гзои,сть."ии. Оптическая осл призмы 4 параллельна направлению механического воэдексгвия.

Тс.гц.ина призмы определяется иэ соотг ношения

1 ° . Л

1=(п1+ 4) где m = О, 1, 2, ...; Л вЂ” длина волны света; г:,,nl — главные показатели преломления ристалла.

Призма 4 в пьезооптическом преобразователе вь;полняет роль чувствительного элемента и четвертьволновой фазовой пластины, которая позволяет сместить рабочую точку преобразователя на линейный участок характеристики. Пр возрастании на чувствительный элемент силы F в нем возникают механические напряжения, которые вызывают изменение двойного лучепреломления в чувствительном элемен е. В результате чего происходит изменение поляризационных параметров проходящих пучков света. Далее свет поступает в прямоугольную призму 5, которая изготовлена так же, как и призма 3. только повернута относительно призмы 3 так, что ее главная плотность составляет угол л/2 с главной плотностью призмы 3. В призме 5 каждый из пучков света ai и а0 распадаются надва пучка — обь|кновенный и необыкновенный, соответственно aio, ая

4С

45 и акр и а0ь Обыкновенные пучки проходят

flo направлениям аl и а0, а необыкновенные пучки отклоняются. В результате на выходе призмы 5 имеются четыре пространственно разнесенных пучка света, Призма 5 выполняет роль светоделителей и анализаторов. В результате получается четырехканальный полярископ, причем каналы, где проходят пучки ап и арр, скрещенные, а где проходят пучки aIp и 3ol, каналы параллельные. Далее свет попадает на четыре фотоприемника Ф1 — Ф4, в которых он преобразуется в электрические сигналы, которые поступают в электронный блок, Так как на фотодиоды Ф1 и

Ф2, а также Фз и Ф4 поступают световые потоки в противофазах, то для улучшения шумовых характеристик можно произвести дифференциальную обработку сигналов.

Блоки D1 и Dã вырабатывают разностные сигналы, которые затем суммируются в блоке S и регистрируются в блоке К.

Формула изобретения

Пьезооптический измерительный преобразователь, содержащий последовательно расположен .ые источник света, поляризатор, чувствительный элемент и анализатор, выполнс

ei де прямоугольных параллелепипедов с оптическими осями, расположенными под углом л/4 к направлению действия измеряемой механической величины, главные плоскости призм взаимно перпендикулярны и расположены под углом л/4 к направлению действия измеряемой величины, средняя призма выполнена в виде прямоугольного параллелепипеда с оптической осью, расположенной параллельно направлению механического воздействия, причем толщина средней призмы определяется иэ соотношения где m - О, 1, 2, ...; Л вЂ” длина волны света;

no u nl — главные показатели преломления кри талла, при этом каждый иэ фотоприемников оптически соединен с одним ь выходных лучей.

1б72215

Составитель В. Маслов

Техред М.Моргентал

Корректор О. Кравцова

Редактор Л. Гратилло

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

Заказ 2831 Тираж 341 .Подписное

8НИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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