Оптический вибропреобразователь

 

Использование: измерение малых виброускорений. Вибролреобразователь содержит основание 1, рабочий световод 7 для передачи и приема световой энергии, кварцевый стержень 6, закрепленный на балочке , на конце которой смещается под действием ускорения , модулируя световой сигнал. Максимальная чувствительность вибропреобразователя достигается при следующих геометрических соотношениях: диаметр сферического отражательного элемента (-5)d; смещение сферического отражателя относительно продольной оси рабочего световода (0,- 0,6)d расстояние между торцом сяетовода и сферическим отражателем - не более 2d, где d - диаметр световедущей сердцевины рабочего световода . 2 ил. 8 IS

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

ХЯ

РЕСПУБЛИК

А1

0% (l1) (g1)g G 01 P 15/08

ОПИСАНИЕ ИЭОБРЕТ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4822233/10 (22) 16.02.90 (46) 07.06,92. Бюл. Г 21 (71) Научно-исследовательский институт измерительной техники (72) А.А.Комиссаров, Е.A.×àëûé и А.В.Гусев (53) 531 768(088.8) (56) ЕПВ М 0251048, кл. Г. 01 Р 15/08, 1987, Волоконная оптика и приборостроение./Под ред.И.И.Бутусова, Л.:

Машиностроение, 1987, с.107, 108. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ВИБРОПРЕОБРАЗОВА "

ТЕЛЬ (57) Использование: измерение малых виброускорений. ВибропреобразоваИзобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения малых виброускорений, Известен оптический вибропреобраэователь, позволяющий измерять виброускорения, в котором для моду" ляции светового потока используется плоское зеркало с оптическими неоднородностями, расположенное на-. против торца световода перпендикулярно к его оси и перемещающееся . в той же плоскости.

- Используя плоское зеркало в из.вестном вибропреобразователе, нельзя добиться высокой чувствительности, польку при таком движении зеркала модулировать сигнал будут только

2 тель содержит основание 1, рабочий световод 7 для переда и и приема световой энергии, кварцевый стержень 6, закрепленный на балочке 4, на конце которой смещается под действием. ускорения, модулируя световой сигнал.

Максимальная чувствительность вибропреобразователя достигается при "следующих геометрических соотношениях: диаметр сферического отражательного .элемента {4-5)d, смещение сферического отражателя относительно продольной оси рабочего световода (0,40,6)й, расстояние между торцом сяе" товода и сферическим отражателем- не более 2d, где d - диаметр световедущей сердцевины рабочего световода. 2 ил.. оптические неоднородности, следовательно, для повышения чувствительности надо уменьшать размеры этих неоднородностей, .но это возможно лишь до тех пор, пока они не станут меньше диаметра светового пятна.

Наиболее близким тхеническим решением к предлагаемому является оптический вибропреобразователь, содежащий упругий элемент в виде балочки прямоугольного сечения, на свободном конце. которой закреплена инерционная масса с плоским зеркалом, четвертьволновой градан излучающий и два приемных световода.

Известный вибропреобразователь имеет следующий недостаток: использование в качестве отражателя nJlo1739301 4 ского зеркала не дает возможности получить высокую чувствительность, так как диапазон угловых перемещений зеркала невелик по сравнению с поступательным перемещением конца балки .. .Кроме того, для увеличения чувствительности вибропреобразователь применяется дополнительный оптический элемент-четвертьволновый;гра. дан, что усложняет конструкцию on" тического вибропреобразователя..

Цель изобретения - повышение. чувствительности вибропреобразовате- .

:ля.

Поставленная цель достигается тем, что в оптическом вибропреобразовате», ле, содержащем рабочий световод, упругий элемент в виде балочки,. на свободном конце последней расположена инерционная масса, выполненная в виде сферы диаметром 4-5d, на которую напылен отражатель., при этом. центр кривизны сферы смещен относительно оси световода в направле-. нии основной оси чувствительности на

0,4-0,6d, а,расстояние между торцом световода и отражателем не более 2d, где d - диаметр световедущей сердцевины рабочего световода. Рабочий световод является общим каналом У-разветвителя °

Вибропреобразователь содержит основание 3, пластину 2 и защитный кожух 3. В пластине 2 (например, кремниевой) выполнено П-образное отверстие, при этом образована балочка 4, являющаяся упругим.элементом. На свободном конце балочки 4 вдоль ее оси выполнен (например, трав; лением) паз 5, в котором закреплен (например, клеем) кварцевый стер" жень 6. HB свободном конце кварце" ваго стержня 6 оплавлением выполнен шарик. диаметром 4-5d, являющийся инерционной массой, где и - диаметр . световедущей сердцевины световода 7.

Сферический отражательный элемент 8

: образуется путем нанесения на шарик

- отражающего покрытия (например, на-. пылением алюминия). Напротив отражательного элемента 8 в пластине 2 соосно с пазом 5 выполнен паз 9, в

На фиг,1 представлена конструкция вибропреобразователя, на фиг. 2статическая характерйстика вибропре образователя. котором закреплен (например, клеем) —. рабочий световод 7.

Ширина и профиль пазов 5 и 9 выбираются такими, чтобы в пазе 5 плотно укладывался кварцевый стержень 6, а в пазе 9 - рабочий световод 7. Глубина паза 5 выбирается равной не менее половины диаметра кварцевого стержня 6, а глубина паза 9 равна глубине паза 5 плюс 0,40,6d, но не менее половины диаметра кварцевой оболочки рабочего световода 7. Разница в глубине пазов 5

1 и 9 определяешься рабочей точкой.

Характер статической характеристики такого вибропреобразователя определяется, в основном, функцией распределения энергии в выходящем .

1р из световода 7 конусе света.

В вибропреобразователе применен ступенчатый световод с диаметром световедущей сердцевины 50 мкм, кварцевой оболочки 125 мкм и нормальным распределением. энергии в выходящем . из него конусе света.

Рабочая точка выбирается посередине одного из двух участков АВ или

CD статической характеристики, близ- . ких к линейной зависимости (фиг.2), Экспериментально установлено оптимальное смещение S<, которое составляет 0,4-.0,6d, где d - диа метр световедущей сердцевины ра-. бочего световода. Если величина Sq

3$ выходит . за указанные границы,. то . резко растет нелинейность характеристики (при неизменном диапазоне), Диаметр шарика для сферического

4 зеркала выбирается из условий. наименьшего рассеяния света и максималь-. . ного угла поворота конуса света. при поступательном смещении шарика., С увеличением диаметра шарика наблю-!

4S дается уменьшение чувствительности за счет увеличения радиуса кривизны . отражателя, а при уменьшении диамет", ра шарика наблюдается уменьшение чувствительности,.но в этом случае за счет рассеяния света. Оптимальный . диаметр шарика составляет 4-5d. Точность изготовления пазов обеспечивается технологией травления.

Расстояние между торцом рабочего световода 7 и сферическим отражательным элементом 8 выбирается таким, при котором изменение интенсивности улавливаемого рабочим световодом 7

173930 отраженного светового потока от изменения расстояния между торцом рабочего световода 7 и сферическим отражательным элементом 8 максималь-, но. Это расстояние находится в преде5 лах 1,5-2d. Если расстояние между торцом и отражателем не укладывается в указанные границы, то чувствительность такого вибропреобразователя будет снижаться.

Для обеспечения возможности перемещения балочки 4 в основании 1 выполнен паз 10. Рабочий световод 7, обращенный к отражательному элементу

8, является общим каналом У-развет.вителя 11, один канал которого связан с источником излучения, другойс фотоприемником.

Ю

Световой поток, излучаемый источником, передается с помощью У-развет" вителя 11 и рабочего световода 7 на отражательный элемент 8. Отраженный

;от отражательного элемента 8 световой поток частично улавливается рабочим световодом 7 и через У-разветвитель 11 передается на фотоприемник.

Воздействие виброускорений в направлении указанном на фиг.1 стрелт

30 кой, приводит к перемещению балочки 4 с закрепленной на ней инерционной

6 массой с отражательным элементом Ы, который, в свою очередь, приводит к изменению направления и формы отраженного конуса света, что в конечном

I итоге, приводит к модуляции интенсивности светового потока, поступающего на фотоприемник, где световой си гнал преобразуется в электричес кий, пропорциональный перемещению упругого элемента.

Формула изобретения

Оптический вибропреобразователь, содержащий рабочий световод, оптически связанный с передающим и приемным световодами, а также упругий элемент в виде балочки, на свободном. конце которой расположена инерционная масса с напыленным на нее отражателем, о т л.и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности, инерционная масса. выполнена в Форме сферы диаметром (4-5)d, при этом центр кривизны сферы смещен относительно продольной .оси рабочего световода на (0,4-0,6)d, а расстояние между торцом рабочего световода и поверхностью отражателя выбрано не более 2d, где d - диаметр сердцевины рабочего световода.

7 6

Составитель Ю. Власов

Техред A.Êðàý÷óê Корректор И.Самборская

Редактоо А.Козориз

Заказ 2000 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКН СССР

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

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