Пьезооптическое измерительное устройство

 

(72) Авторы изобретения

»

f

»»т

Ю. H. Клккушкн к Л. А. Клккушкна

Омский политехнический институт (7!) Заявитель (54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКОЕ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ

УСТРОЙ СТВО

Изобретение относится к измерительной технике к может быть использовано для построения дкнамомегров.

Известны пьезоопгкческке преобразователи, в которых используются дифференциально-поляркзацконные оптические сксгемы (ПОС) (Ц .

Однако точность преобразователей с дифференциальной ПОС прк измерении статических к медленно меняющихся величин оказывается недостаточной кз-эа наличия погрешностей, обусловленных температурным дрейфом нуля к шумами.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, содержащее оптически связанные коточнкк света, поляркзагор, пьеэоопгкческк чувствительный элемент, фазовую плаотину, модулятор, анализатор, фотопркемнкк, электрически связанный с кзбкрагельным усклкгелем, последовательно с которым

20 включены демодулятор к измеркгельный прибор, и генератор гармонических колебаний 23.

Однако то тносгь измерения ограничена зависимостью чувсгвительносгк ог параметра ПОС, а также пса;решносгью ог нелинейности, Ueab изобретения - повышение точности к расширения диапазона измерения.

Поставленная цель достигается введением второго избирательного усилителя, вход которого соединен с выходом фотоприемника, к сумматора, один вход которого соединен с выходом второго избирательного усилителя, а выход подключен к одному кэ входов кэмерктельного пркбора, а демодулятор выполнен .кз вьптрямктеля, множительного блока к фаэосдвигающей цепочки, прк этом выход выпрямителя подключен к первому входу множительного блока, выход которого подключен на второй вход сумматора, а фаэосдвкгающая цепочKB подключена Ко вторым входам кзмерительного пркбск»а к множительного блока, пркчем вход выпрямителя к фаэосдвигающей цепочкк подключены, соответственно, 864028

После подстановки (2 — 4) в (1) получаем

Ф()=Овфо roly -С0Ь2»(КоХ+К„,О,и

5 0""0 - >O(ERGO„)COS grail(oX+ ó ä Х

= о,рФ (+ Q J ((7К к 1(КNUì) "(2"- )rr> + Icos 9ЛК0)(()

С> .> (+I Кмoм) Cов g Кщg)

pv

Гйе 4 0 — коэффнцнент Проиусканйя ПОС;

>и (Лкм (.>м ) - функции Бесселя первого рода ог аргументами(м-3П(м, (>„- амплитуда модуляции.

r5

С помощью избирательного усилителя

14 из спектра сигнала фотоприемника 12 выделяется первая гармонйка

Пьеэооптическое измерительное устройство работает следующим образом, Луч светаФа от лазера 1, пройдя поспейовательно расположенные поляризатор, пьезооптический, тензометр 4, четвертьволновую пластинку 7, ячейку Фарадея 8 и. анализатор 11 поступает на фотоприемнйк

12. В соответствии с законом Малюса световой поток Ф(t) на выходе ПОС, как функции угла поворота плоскости поляр(>заций 0 излучения д, может быть представлена в вийе

X сов grr>q

Ф(Ц=О,Б Ф (Р+ со5 Ц

В свою очередь,(„«cjX+ cia (+) (2) где d-х - угол поворота плоскости по40 ляризации, зависящей от измеряемой величины Х;

cL (т) — угол поворота плоскости по,ляризации зависящей от вара« метров фарадеевского моду45

lI5rT oPa и cHFHBilB Ur (k) HB выходе генератора 10.

Угол eL определяется по формуле г> С0 -> 23 KoX Cos щ+, >(х = >ko)((3) гйе К 0 — чувствительность тензометра 4.

Угол d,r>r(t) определяется формулой (4) к выходам первого усилителя и генератора гармонических колебаний.

На чертеже представлено предлагаемое устройство.

Пьезоопгическое измерительное устройство содержит источник 1 излучения (лазер Г 1), поляризатор 2, первую огража юшую линзу 3, пьезооптический тензометр

4, обьект измерения 5,вторую отражающую линзу 6, чегвертьволновую фазовую пластину 7, модулятор 8 (ячейка Фарадея с обмоткой 9 возбуждения), генератор гармонических колебаний 10, анализатор

11, фотоприемник 12, избирательные усилители ) 3 и 14, измерительный прибор 15, демодулятор 16, состоящий из выпрямителя 1 7, множительного блока 18, фазосцвигаюшую цепочку l 9, сумматор

20, 4ч(М= км ul-(t)=3@p ум >и « > гйе (> и и — амплитуда и частота модуМ лирующего сигнала;

К м - чувствительность фарадеевского модулятора, 0 =Кк ф>

1 Ф о "0"->(ЛКм«м)61и9Л окв1ин21 (,) где К 4> — чувствительность фогоприемникаэ

К „— коэффициент передачи усилителя 14. .

С помощью избирательного усилителя

13 из спектра сигнала фотоприемника 12 выделяется вторая гармоника

Ug = 0 КФ о "0 0(> "м«м) Со Ю К, где К 2 — коэффициент переда чи ус илигеля

13.

В выпрямителе 17 напряжение «ц

0 ш преобразуется в постоянное

« =К К КФФОГ g (3i<„u )cr>egT>g Х (>) а во множительном блоке перемножаегся с напряжением UorI сдвинутым относительно напряжения«>-(1) на 90 в фазосйвйгающей цепочке

О -Км> К, К1К КФФОТо«мз (ХКмим) где К, К, К„,„- коэффициенты передачи выпрямителя, фазосдвигающей цепи и множительного блока соответственно, В сумматоре напряжение Н> суммируется с напряжением И.>, "х-к ("м oosa>+.cosolkox +

Х Я М (ro)

+ «м„sion )JAN Kr>x). иачения амплитуд Им и Ищ > находятся из (6-9) как: м„= „КФ фо, V„(ri И,„о„i =" 1 "Ч "В" Ьомфо о (иоы).

Ъ

Регулировкой коэффицинегов Кц, К „, К или К S можно добиваться выполнения условия балансировки М 0

Ч Ъ .Тогда напряжение на одном входе фазоизмерительного прибора будет равно )х Оо cos (+ - 27 КоК) и сдвинуто относительно напряжения0оп, приложенного к другому входу фазоизмерительного прибора на угол 4.Х = 3ГКо Х, пропорциональный измеряемой величине Х.

Кроме того, показание фазоизмеригельного прибора не будет зависеть or стабильности светового потока фО чувствительности

КФ фотоприемника и коэффициента пропускания о ПОС, а использование модуляйии излучения с последующей частотной фильтрацией сигнала фотоприемника позволит уменьшить шумовую погрешность измерений.

Формула изобретения

Пьезоопгическое измерительное устройство, содержашее оптически связанные источник света, поляризатор, пьезооптичес4028 6 ки чувствительный элемен, фазовую пластину, модулятор, анализатор, фотоприемник, электрически связачный с избирательным усилителем, последовательно с которым включены демодулятор и измерительный прибор, и генератор гармонических колебаний, о r л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности и расширения диапазона измерения, в него вве1о дены второй избирательный усилитель, вход которого соединен с выходом фотоприемника, и сумматор, один вход которого соединен с выходом второго избирательного усилителя, а выход подключен к одно15 му Из входов измерительного прибора, а демодулятор выполнен из выпрямителя, множительного блока и фазосдвигающей цепочки, при этом выход выпрямителя подключен к первому входу множительного 0 блока, выход которого подключен на второй вход сумматора и фазосдвигаюшая цепочка подключена ко вторым входам измерительного прибора и множительного блока, причем входы выпрямителя и фазосдвигаюшей цепочки подключены, соответственно; к вы25 ходам первого усилителя и генератора гармонических копебаний.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США No 3950987, кл. 73-141, опублик. 1976.

2. Известия ВУЗов, Приборостроение, 1976, N.19,,No11,,с. 100-105 (прототип).

864028

Сосгавигель А. Северин

Редакгор А. Допинич Те ед Л,Пекарь Коррекгар Y. Пономаренко

Заназ 7761/59 Тираж 910 Подписное

ВНИИПИ Государсгвеннса о комигега СССР по делам изобрегений и огкрыгий

113035, Москва, Ж-Э5, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Пагенг", r. Ужгород, ул. Г эоекгная, 4