Регулируемый оптический аттенюатор
Владельцы патента RU 2768522:
федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Самарский национальный исследовательский университет имени академика С.П. Королева" (RU)
Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в качестве устройства ослабления и коммутации бинарных оптических сигналов в волоконно-оптических устройствах управления энергонасыщенным технологическим оборудованием, эксплуатируемым в потенциально опасных производствах (объекты добычи, транспортировки и переработки горючих и взрывоопасных материалов.). Регулируемый оптический аттенюатор содержит корпус 1, передающую 2 и приемную 3 градиентные цилиндрические линзы, передающее 4 и приемное 5 моноволоконные световоды, круглый подвижный шток 6, направляющее устройство 7, резьбовое отверстие 8, резьбовой стержень 9, глухое цилиндрическое отверстие 10. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей устройства за счет совмещения в нем функций регулируемого аттенюатора и переключателя оптических сигналов. 1 ил.
Изобретение относится к автоматике и вычислительной техники и может быть использовано в качестве устройства ослабления и коммутации бинарных оптических сигналов в волоконно-оптических устройствах управления энергонасыщенным технологическим оборудованием, эксплуатируемым в потенциально опасных производствах (объекты добычи, транспортировки и переработки горючих и взрывоопасных материалов.).
Наиболее близким по технической сущности является оптический аттенюатор. [Пат. на полезную модель 173159 РФ, МПК G02B 6/26, опубл. 14.08.2017, Бюл. №23]. Регулируемый оптический аттенюатор содержит передающий моноволоконный световод, коллимирующую градиентную цилиндрическую линзу (ГЦЛ), приемную (фокусирующую) ГЦЛ, приемный моноволоконный световод, круглый непрозрачный экран, червяк, червячное колесо. Недостатком устройства является сложность конструкции и невозможность дискретного переключения оптических сигналов.
В основу изобретения поставлена задача расширения функциональных возможностей устройства за счет совмещения в нем функций регулируемого аттенюатора и переключателя оптических сигналов.
Для достижения поставленной цели регулируемый оптический аттенюатор выполнен из корпуса, внутри которого соосно расположены с воздушным зазором коллимирующая и фокусирующая градиентные цилиндрические линзы, передающий моноволоконный световод, приемный моноволоконный световод, в фокусе коллимирующей градиентной линзы расположен выходной торец передающего моноволоконного световода, входной торец приемного моноволоконного световода расположен в фокусе фокусирующей градиентной линзы, дополнительно введены направляющее устройство, круглый шток с возможностью его одновременного перемещения внутри направляющего устройства и в зазоре между градиентными линзами, сквозное резьбовое отверстие в корпусе, резьбовой стержень с глухим цилиндрическим отверстием на торце, причем ось симметрии штока расположена посередине между торцами градиентных линз под прямым углом к их общей оптической оси и соосно с резьбовым отверстием, в котором расположен резьбовой стержень, глухое отверстие, в торце которого расположено напротив нижнего торца штока, диаметр глухого отверстия в резьбовом стержне равен диаметру штока, а глубина этого отверстия равна величине свободного хода штока из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение, направляющее устройство жестко связано с корпусом.
Изобретение характеризуется чертежом, где на фиг. 1 показана конструкция предлагаемого регулируемого оптического аттенюатора.
В состав регулируемого оптического аттенюатора входит корпус 1, внутри которого соосно расположены с воздушным зазором коллимирующая 2 и фокусирующая 3 градиентные цилиндрические линзы, передающий моноволоконный световод 4, выходной торец которого расположен в фокусе ƒп коллимирующей линзы 2, приемный моноволоконный световод 5, в входной торец которого расположен в фокусе ƒпр градиентной линзы 3, дополнительно введены круглый шток 6, расположенный в направляющем устройстве 7, сквозное резьбовое отверстие 8 в корпусе 1, резьбовой стержень 9 с глухим цилиндрическим отверстием 10 на его торце, причем ось симметрии штока расположена посередине между торцами градиентных линз 2 и 3 под прямым углом к их общей оптической оси и соосно с резьбовым отверстием, в котором расположен резьбовой стержень, глухое отверстие, в торце которого расположено напротив нижнего торца штока, диаметр глухого отверстия в резьбовом стержне равен диаметру штока, а глубина этого отверстия равна величине свободного хода штока из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение, направляющее устройство жестко связано с корпусом.
Регулируемый оптический аттенюатор работает следующим образом. Входной оптический сигнал Рвх с помощью световода 4 передается в фокус ƒП градиентной линзы 2. На выходе этой линзы формируется коллимированный световой поток, который распространяется по воздушному зазору и попадает на входной торец линзы 3. Выходной сигнал линзы 3 фокусируется на входном торце приемного световода 5, на выходе которого формируется выходной сигнал аттенюатора Рвых. В этом случае коэффициент ослабления излучения будет определяться отношением
где SП - полная площадь приемного торца цилиндрической градиентной линзы 3, SЭ - часть площади приемного торца цилиндрической градиентной линзы, заэкранированной верхним торцом резьбового стержня 9, расположенного в воздушном зазоре между градиентными линзами 2 и 3.
Путем вращения стержня 9 в отверстии 8 можно регулировать его вертикальное положение в зазоре между линзами и за счет этого изменять величину SЭ. Это позволяет устанавливать необходимый коэффициент ослабления к оптического сигнала в диапазоне от 0 до 1. После воздействия силы F на шток 6 последний в направляющем устройстве 7 опускается в крайнее нижнее положение. При этом его нижняя часть входит в глухое отверстие 10 в резьбовом стержне 9. Это приводит к полной экранировке светового потока на входе линзы 3. В этом случае оптический сигнал РВЫХ на входе приемного световода 5 равен нулю. Направляющее устройство 7 штока 6 может работать как в режиме самовозврата [1], так и в режиме независимой фиксации [2, 3]. В первом случае шток возвращается в крайнее верхнее положение сразу после снятия внешней силы. В режиме независимой фиксации шток под действием первого импульса силы переводится крайнее нижнее положение и удерживается в нем сколь угодно долго до прихода второго силового воздействия. С приходом второго импульса шток возвращается в крайнее верхнее положение. При воздействии на шток последовательности силовых импульсов на выходе устройства формируется последовательность дискретных оптических сигналов 
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет совместить в себе функции аттенюатора и переключателя оптических сигналов, что расширяет возможности его применения в волоконно-оптических устройствах и системах различного назначения. Достоинством предложенной конструкции является простота и технологичность изготовления, а также независимость коэффициента преобразования сигналов от углового положения штока.
Литература
1. Пат. 2660623, РФ, МПК Н03М 1/23, Мультисенсорный преобразователь информации / Гречишников В.М., Теряева О.В. Арефьев В.В., опубл. 06.07.2018, Бюл. №19.
2. А.с. 383909 СССР М.кл. F16 b 2/16 Двухпозиционный шариковый фиксатор, опубл. 23.05.1973, Бюл. №2.
3. Механизмы шариковых ручек
URL: https://vandex.ru/images/search?text=http%3A%2F%2Fparker-pen%20 механизмы%20 шариковых%20ручек&1r=51&р=1&pos=81&rpt=simage&img_url=https%3A%2F%2Fwww.cashadvance6online.com%2Fdata%2Farchive%2Fimg%2F1130057251.png&rlt_url=https%3A%2F%2Fkonspekta.net%2Fwiki2%2Fbaza4%2F3974078878954.files%2Fimage005.png&ogl_url=https%3A%2F%2F2Fwww.cashadvance6online.com%2Fdata%2Farchive%2Fimg%2F1130057251.png (дата обращения 15.11.2020)
Регулируемый оптический аттенюатор, выполненный из корпуса, внутри которого соосно расположены с воздушным зазором коллимирующая и фокусирующая градиентные цилиндрические линзы, передающий моноволоконный световод, приемный моноволоконный световод, в фокусе коллимирующей градиентной линзы расположен выходной торец передающего моноволоконного световода, входной торец приемного моноволоконного световода расположен в фокусе фокусирующей градиентной линзы, дополнительно введены направляющее устройство, круглый шток с возможностью его одновременного перемещения внутри направляющего устройства и в зазоре между градиентными линзами, сквозное резьбовое отверстие в корпусе, резьбовой стержень с глухим цилиндрическим отверстием на торце, причем ось симметрии штока расположена посередине между торцами градиентных линз под прямым углом к их общей оптической оси и соосно с резьбовым отверстием, в котором расположен резьбовой стержень, глухое отверстие в торце которого расположено напротив нижнего торца штока, диаметр глухого отверстия в резьбовом стержне равен диаметру штока, а глубина этого отверстия равна величине свободного хода штока из крайнего верхнего в крайнее нижнее положение, направляющее устройство жестко связано с корпусом.
