Фотоупругий преобразователь Советский патент 1983 года по МПК G01L1/24 

(54) ФОТОУПРУГИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для измерения усилий и других физических величин, функционально связанных с силой. Известные пьезооптические измерительные преобразователи содержат источник света, поляризационно-оптическую систему и два дифференциально включенных фотоприемника 1 Однако эти устройства обладают недостаточной точностью. Наиболее близким по технической сущности к изобретению является фот упругий преобразователь, содержащий последовательно размещенные источник света, поляризационно-оптическу систему и два дифференциально вк юченных фотоприемника, соединенных с блоками суммирования и вычитанияс их сигналов, а выход блока суммирования соединен через блок сравнения с управляемым блоком питания источника света, причем второй вход блока сравнения соединен с и точ ником опорного напряжения 2. Однако, вследствие нелинейности функции преобразования полярйзационно-оптической системы точность и рабочий диапазон устройства оказывается малым. Цель изобретения - расширение диапазона измерения. Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены светофильтр с регулируемой длиной волны пропускания, делитель напряжения и второй блок сравнения, один вход которого соединен с выходом блока вычитания, второй вход через делитель напряжения - с источником опорного напряжения, а выход второго блока сравнения соединен с управляющим входом светофильтра, расположенного между источником света и поляризационно-оптической системой. На чертеже представлено устройсггво. Устройство содержит источник 1 света, светофильтр 2, длина волны пропускания которого может изменяться под воздействием управляющего сигнала, поляризатор 3, фотоупругий элемент 4, бианализатор 5, два фотоприемника б.и 7, суммирующий блок 8, вычитающий блок 9, источник 10 опорного напряжения, первый блок 11 сравнения, второй блок 12 сравнения и делитель 13 напряжения. Свет от источника 1 проходит пос ледовательно элементы 2- 5 и воспри мается фотоприемниками б и 7. Выход фотоприемника б соединен с первыми входами суммирующего блока 8 и вычи тающего блока 9. Выход фотоприемника 7 соединен с вторыми входами сум мирующего блока 8 и вычитающего бло ка 9. Выход суммирующего блока 8 под ключен к одному из входов первого б ка 11 сравнения, к другому входу бл ка 11 сравнения подключен выход источника 10 опорного напряжения. Выход вычитающего блока 9 подключен к одному из входов второго блока 12 сравнения, второй вход которого сое динен с выходом источника 10 опорно го напряжения через делитель 13 напряжения. Выход второго блока 12 сравнения соединен с управляющим вхо дом светофильтра 2 и с выходом фото упругого преобразователя. Предлагаемое устройство работает следующим образом. Источник 1 формирует пучок света который проходит последовательно светофильтр 2, поляризатор 3, фотоуп ругий элемент 4 и бианализатор 5. Н выходе бианализатора 5 образуются, два пучка Ф и Ф2/ зависящие от дли ны волны Л светофильтра по закону; Ф 0,5Ф(со52Л) ,5Фд(1-со52Иу, где Фд - максимальная интенсивность пучка света с длиной волны Л; S - чувствительность фотоупругого элемента 4. В фотоприемниках б и 7 пучки Ф-, и Ф2 света преобразуются в электрические напряжения U и и2соответственно так, что: и 0,5КФ„ (l + cos 2F 4) О / ,5Ф(1-С052Л), где К - чувствительность фотоприемников 6 и 7, Суммирующий 8 и вычитающий 9 блоки преобразуют сигналы U и Un в напряжения и U., соответственно п равные: --и., A,- - 0 os2li Напряжение Uj- с выхода суммирующего блока 8 подается на один из вхо дов первого блока 11 сравнения, на другой вход которого подается опорное напряжение OQ с выхода источника 10 опорного напряжения. Поскольку выход первого блока 11 сравнения под ключен к источнику 1 света, то тем самым обеспечивается постоянство уровня Ur-независимо от внешних влияп ющих факторов, так как . (4) Напряжение U с выхода вычитающе го блока 9 подается на один из входов второго блока 12 сравнения, на другой вход которого подается стабильное напряжение с выхода делителя 13 напряжения-, вход которого соединен с выходом источника 10 опорного напряжения U. Если обозначить коэффициент передачи делителя 13 через Ко то напряжение U г-р будет равно . UcT-KgUjj.(5) Под воздействиемсигналов UQ на своих входах второй блок 12 сравнения вырабатывает сигнал U, управляющий длиной Л волны пропускания светофильтра 2 таким образйм чтобы обеспечить выполнение равенства сг (б) Для определённости положим,что длина волны светофильтра меняется по закону. , , , (7) где о постоянная составляющая KO - чувствительность светофильт ра к воздействию управляющего сигнала. В этом случае путем подстановки в формулу (б) выражений (3), (5) с учетом (4) и (7) получаем 0 cos2J- -l|--.(8) AQ+KgU Решая уравнение . (8) относительно выходной величины, на:Содим, что kg, K circcosK .Таким образом, из (9) следует, что фотоупругий, преобразователь имеет линейную статическую характеристику. Это позволяет не только исключить погрешность от нелинейности, но и существенно расширить рабочий диапазон в сторону больших значений измеряемого усилия. Технико-экономическая эффективность предлагаемого устройства обусовлена главным образом расширением технических и метрологических возможностей вследствие расширения диапазона измерений. Формула изобретения Фотоупругий преобразователь, соержащий последовательно размещенные сточник света, поляризационно-оптиескую систему и два дифференциальо включенных фотоприемника, соедиен ных с блоками суммирования и вычитания их сигналов, а выход блока суммирования соединен через блок сравнения с управляемым блоком питания источника света, причем второй вход блока сравнения соединен с-источником опорного напряжения, отличающийся тем, что, с целью расишрения диапазона измерения, в него введены светофильтр о регулируемой длиной -волны пропускания, делитель напряжения и второй блок сравнения, один вход которого соединен с выходом блока вычитания, второй вход через делитель напряжения - с источником опорного напряжения, а выход второго блока сравнения соединен с управляющим вводом светофильтра, расположенного между источником света и поляризационно-оптической системой.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

0 479010, кл. G 01 L 1/24, 1973.

4 (прототип) . .