ЛАЗЕРНЫЙ ДЕФОРМОМЕТР Российский патент 1997 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к измерению деформаций оптическими методами. Может применяться в сейсмологии, геофизике, метрологии для прецизионного измерения деформаций.

Известны интерферометрические измерители перемещений и деформаций на основе помехоустойчивого трехзеркального лазера-интерферометра (а.с. СССР N 1142731, кл. G 01 B 11/00, 1985). Источником излучения служит стабилизированный по частоте лазер. Указанный тип датчика отличается сложностью из-за применения частотно-стабилизированного лазера и низкой чувствительности для малых измерительных баз.

Известен также лазерный стрейн-сейсмограф (Veen H.Van, A laser strain seinsmometer. Natuurkunde cerste. Reecks-Deel. XXVI, N 1, 1970 г. р.25), в котором используются два нестабилизированных по частоте газоразрядных лазера, расположенных ортогонально друг другу, с резонаторами, закрепленными на Земле. Регистрируется частота биений смешанных оптических частот лазеров. Недостатком данного устройства является нестабильность выходного сигнала, т. е. частоты биений, обусловленная изменениями окружающей температуры, магнитного поля, разрядного тока, конвекционных потоков, за счет неидентичности воздействия указанных факторов на активные элементы и резонаторы лазеров. К нестабильности приводит также разная скорость старения и изменения газовой среды активных элементов.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности к достигаемому эффекту является устройство для измерения перемещений [1] содержащее измерительный блок с двумя не стабилизированными по частоте газоразрядными лазерами с общей активной средой, систему зеркал, фотоприемник, заключенные в единый корпус. Регистрируется частота биений, получаемых на фотоприемнике, изменяющаяся в соответствии с деформацией корпуса.

Недостатками данного устройства являются недостаточная термостабильность, поскольку присутствует тепловой источник (активная среда лазера) с мощностью в несколько ватт, заключенный в замкнутый объем; невозможность работы при высоких температурах вплоть до 400^oC.

Цель изобретения повышение точности измерения, возможность работы при высоких температурах.

Цель достигается тем, что в лазерном деформометре, содержащем измерительный блок с двумя лазерными системами, систему зеркал, фотоприемник, имеется датчик, содержащий связанные волоконно-оптическим кабелем с лазерными системами два интерферометра Фабри-Перо с зеркалами и выполненные в виде двух корпусов, вложенных один в другой и связанных общей стенкой, внутри которых установлены зеркала интерферометров, причем у одного интерферометра оба зеркала закреплены на противоположных стенках внешнего корпуса, а у другого интерферометра зеркала закреплены на противоположных стенках внутреннего корпуса, при этом измерительный блок снабжен системой частотной стабилизации по резонансам интерферометров.

Проведенный заявителем поиск по научно-технической и патентным источникам информации и выбранный из перечня аналогов прототип позволили выявить отличительные признаки в заявленном техническом решении, следовательно, заявленное устройство удовлетворяет критерию изобретения "новизна", а проведенный заявителем дополнительный поиск известных технических решений с целью обнаружения в них признаков, сходных с признаками отличительной части формулы заявленного технического решения и сравнения свойств заявленного и известных решений, обусловленных наличием в них указанных признаков, показал, что, во-первых, не все признаки отличительной части формулы найдены в известных технических решениях, во-вторых, сопоставительный анализ свойств, обусловленных наличием отличительных признаков в известных решениях и в заявленном техническом решении, показал, что у заявленного решения проявляются свойства, не совпадающие со свойствами, проявляемыми указанными признаками в известных технических решениях, чем обуславливается достижение заявленного технического эффекта. Следовательно, заявленное техническое решение удовлетворяет критерию изобретения "существенные отличия".

На чертеже представлена схема лазерного деформометра.

Его измерительный блок содержит две лазерные системы 1,2, две системы частотной стабилизации по резонансам интерферометров 3,4. Часть излучения лазеров с помощью расщепителей 5-7 и поворотного зеркала 8 совмещается на фотоприемнике 9. Остальное излучение через расщепители 5,7 попадает в волоконно-оптические кабели 10,11, которые связывают измерительный блок с датчиком 12. Датчик выполнен в виде двух корпусов 13,14, вложенных один в другой и имеющих общую стенку. Во внутреннем корпусе 14 закреплены на противоположных стенках зеркала 15,16 одного интерферометра, а на противоположных стенках внешнего корпуса 13 закреплены зеркала 17,18 другого интерферометра. Лазерное излучение, выходящее из волоконно-оптических кабелей 10,11, через окошки 19,20 датчика 12 попадает в интерферометры с зеркалами 15-18.

Устройство работает следующим образом.

Деформации внешнего корпуса 13 датчика 12, направленные вдоль оптической оси интерферометра с зеркалами 17,18, приводят к изменению расстояния между зеркалами 17,18 интерферометра, производя перестройку резонанса интерферометра, что вызывает через систему частотной стабилизации по резонансам интерферометров 3 перестройку частоты лазера 1. Частота другого лазера 2 остается неизменной, так как он настроен на частоту резонанса интерферометра с зеркалами 15,16, у которого частота резонанса не изменяется, так как расстояние между зеркалами 15,16 не изменяется. Излучения частоты двух лазеров 1,2 смешиваются и поступают на фотоприемник 9, где значение частоты биений изменяется в соответствии с деформацией корпуса.

Положительный эффект достигается за счет выноса лазеров из корпуса датчика, что улучшает термостабильность устройства. Датчик может работать при высоких температурах вплоть до 400^oC, так как не содержит в себе никаких электронных компонентов.

Изобретение относится к измерительной технике, техническим результатом является повышение точности измерений и обеспечение возможности работы при высоких температурах. Результат достигается тем, что лазерный деформометр содержит датчик 12, две лазерные системы 1,2, две системы частотной стабилизации 3,4, расщепители 5-7, поворотное зеркало 8, фотоприемник 9. Датчик 12 содержит два оптических резонатора (интерферометра Фабри-Перо) с зеркалами 15-18. Измерительный блок связан с датчиком 12 волоконно-оптическими кабелями 10,11. Датчик выполнен в виде двух корпусов 13,14, вложенных один в другой и имеющих общую стенку. Зеркала 15,16 закреплены на противоположных стенках внутреннего корпуса 14, а зеркала 17,18 закреплены на противоположных стенках корпуса 13. Деформации внешнего корпуса 13, направленные вдоль оптической оси интерферометра с зеркалами 17,18, приводят к изменению расстояния между зеркалами 17,18, что вызывает перестройку частоты лазера 1, частота другого лазера 2 остается неизменной. Излучение лазеров 1,2 совмещаются на фотоприемнике 9, где значение частоты биений изменяется в соответствии в деформацией. 1 ил.

Лазерный деформометр, содержащий измерительный блок, включающий две лазерные системы, систему зеркал и фотоприемник, отличающийся тем, что он снабжен двумя волоконно-оптическими кабелями, двумя системами частотной стабилизации лазера по оптическому резонатору и датчиком, содержащим два оптических резонатора и выполненным в виде двух корпусов, вложенных один в другой и связанных общей стенкой, внутри которых установлены зеркала оптических резонаторов, причем у одного оптического резонатора оба зеркала закреплены на противоположных стенках внешнего корпуса, а у другого оптического резонатора зеркала закреплены на противоположных стенках внутреннего корпуса, первый оптический резонатор оптически связан через первый волоконно-оптический кабель и первый расщепитель системы зеркал с первыми лазерной системой и системой частотной стабилизации лазера по оптическому резонатору, второй оптический резонатор оптически связан через второй волоконно-оптический кабель и второй расщепитель системы зеркал с вторыми лазерной системой и системой частотной стабилизации лазера по оптическому резонатору, лазерные системы оптически связаны через третий расщепитель системы зеркал с фотоприемником, а выходы систем частотной стабилизации связаны с резонаторами соответствующих лазерных систем.