Пьезооптический измерительныйпреобразователь

 

Сююэ Советскив

Социалистических

Ресщблии

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ ТЕЛЬСТВУ (1798515 (61} Дополнительное к авт. сеид-ву (22}Заявлено 23. 02. 76 (21)2332730/10 (51)М. Кл. с присоединением эаявки М—

G 01 L 1/24

Гюсуя&рст&&нммя квмитат

СССР ве А&Я&и иЗОбр&тйямй и открыт&я (23} Приоритет—

Опубликовано 23.01.81. Бюллетень М 3

Дата опубликования описания 230131 (53)УДК 531 781 (088. 8) (72} Автор иэобретеиия

В.А.Ширяев

Научно-исследовательский институт Московского государственного университета им. М.В.Ломоносова (71} Заявитель (54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

sin ü м

Изобретение относится к измеритель-. ной технике и может быть использовано для измерения сил, а также давлений, ускорений, температур и др.физических величин.

Известен пьезооптический преобразователь, содержащий корпус преобразователя и размещенный в нем упругий элемент в виде прямоугольного параллелепипеда и поляризацнонно-оптический канал (11.

Однако известный преобразователь не обеспечивает требуемой точности преобразования.

Наибслее близким пб технической 15 ущности к предлагаемому изобретению ляется пьезооптический измеритель-: ный преобразователь, содержащий два поляпизационно-оптических. канала, имеющих источники света, упругий эле- 20 мент, поляризатор, расположенный между источниками света и упругим элементом, и фотоприемники (2 .

Однако известный преобразователь характеризуется недостаточной точно-. 25 стью измерения.

Цель изобретения - повышение точности измерения. указанная цель достигается тем, что в преобразователе упругий элемент,3Q выполнен иэ оптически анизотропного одноосного кристалла, а его оптическая ocb ориентирована под углом к осям полярнзационно-оптических каналов, определяемыми по формулег

0 где Х вЂ” длина световой волны;

d — длина хода луча в упругом элементе;

1 & — ГЛаВНЫе псказатеЛи преломО & ления материала упругого элемента;

n — целое число.

На фиг.1 изображен пьезооптичесКий измерительный преобразователь с упругим элементом, работающим на изгиб; на фиг ° 2 - то же, вид сверху„ на фиг.3 — то же, но с упругим элементом, работающим на сжатие — растяжение на фиг.4 — то же, вид свер1

Х, Пьезооптический измерительный преобразователь содержит две поляризационно-оптических канала, имеющих источники 1 света, поляризатор

2, анализатор 4, фотоприемники 5 и упругий элемент 3.

798515

Когда упругий элемент 3 работает на изгиб (Фиг.1), оя может быть выполнен из одной пластинки кварца.

Если упругий элемент 3 работает на сжатие-растяжение (фиг.3), он состоит из двух частей жестко соединенных, например склеенных, между собою. При этом поверхность их раз-, дела может быть установлена перпендикулярно механическому напряжению

6 в них, а направление плоскостей, в которых лежат оптические оси частей упругого элемента 3 и соответствующие оси поляризационно-оптических каналов в одной части упругого элемента — перпендикулярно, а в другой— параллельно механическому напряжению. 35

Между осями поляризационно-оптических каналов и соответствующими оптическими осями 0,01 в материале упругого элемента 3 при всех видах напряжения в нем устанавливается угол (;щ (Фиг.2, фиг.4).

Поляризатор 2 и анализатор 4 устанавливают в обоих поляризационно-оптических каналах преобразователя оди- 2$ наково — "скрещено" или "параллельно".

Фотоприемники 5 включены дифференциально, например, в плечи моста.

Луч света в поляризационно-оптическом канале, пройдя поляризатор 2, Я становится плоско-поляризованным. В ненапряженном упругом элементе 3 луч распадается на два луча. При заданной длине волны света А, толщине

d упругого элемента 3,,главных коэфФициентах пои п преломления материала и угле (между осью поляризационно-оптического канала и оптической осью материала упругого элемента 3, фазовый сдвиг o(.n этих лучей .равен — + 2n, где и — целое число, я т.е. в каждом поляризационно-оптическом канале ненагруженного упругого элемента 3 создается начальный фазовый сдвиг лучей d-g,,обеспечивающий 45 смещение рабочей точки канала на наиболее крутой участок его статической характеристики. Для обеспечения разных по знаку изменений световых потоков на выходе поляризационно-оп- Я тически.: каналов, разность начальных

k. фазовых сдвигов Ао в частях упругоо элемента 3, работающего на сжатие, должна иметь величину и Я; а в упругом элементе 3, работающем на изгиб — у нулевую величину. При указанной ориентации оптических осей и осей поляризационно-оптических каналов в упругом элементе 3 и начальных фазовых сдвигов Ао двух лучей в каждом из обоих оптических каналов световые потоки на выходе каждого поляризационно-оптического канала равны по величине, и сигнал на выходе моста, в плечи которого включены Фотоприемники 5, равен нулю. 45

Если нагрузить упругий элемент 3, силой Р, в нел возникает искусственная оптическая анизотропия, создающая дополнительный фазовый сдвиг.

Это приводит к изменению светового потока на выходе поляризационно-оптической системы каждого канала,причем зто изменение, в некотором диапазоне изменения силы Р, пропорционально Э п kp, где Х вЂ” постоянный коэффициент. B упругом элементе 3, работающем на изгиб, искусственная анизотропия в областях, принадлежащих р зличным поляризационно-оптическим каналам, имеет разные знаки.

Это обуславливает разноэначность приращений фазовых сдвигов, которые, суммируясь с однозначными начальными фазовыми сдвигами, приводят к различ- . ным по знаку приращениям световых потоков на выходах поляризационнооптических систем оптических каналов.

В частях упругого элемента 3 (фиг.3 ), работающего на сжатиерастяжение, nðèðàùåíèÿ фазовых сдвигов при изменении механического напряжения имеют одинаковые знаки. Эти однозначные приращения фазовых сдвигов, суммируясь с разнозначными начальными фазовыми сдвигами, приводят к различным по знаку приращениям световых потоков на выходах поляризационно-оптических каналов.

Таким образом, при нагружении упругого элемента 3 как на изгиб, так и на сжатие, изменения Фототоков на выходах фотоприемников 5, как и изменения световых потоков на их входах, имеют разные знаки, и при включении Фотоприемников в смежные плечи моста, в его измерительной диагонали появляется сигнал, пропорциональный силе Р.

Формула изобретения

Пьезооптический измерительный преобразователь, содержащий два поляризационно-оптических канала, имеющих источники света, упругий элемент, поляризатор, расположенный между источниками света и упругим элементом, и фотоприемники, о т л и ч а ю щ и Й с я. тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем упругий элемент выполнен из оптически анизотропного одноосного кристалла, a eri оптическая ось ориентирована под углом к осям поляризационно-оптических каналов, определяемым по формуле где А — длина световой волны;

d — длина хода луча в упругом элементе;

798515

Ф71 Х

Р

Ри7. 2

P77g $

Составитель A.Íîâèêîâ

Редактор С.IIaxpymesa ТЕхред Н. Коштура . Корректор JI. Иван ч

Заказ 10008/49 Тирак914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,4

n — главные показатели прелом"о е ления материала упругого элемента;

n — целое число.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

Р 430323, кл.G 01 L 1/24, 1971.

2. Авторское свидетельство СССР -Ф 383406, кл.G 01 L 1/24, 1970, (прототип).