Устройство для измерения давлений Советский патент 1985 года по МПК G01L11/02 

от

о ел Изобретение относится к устройствам для измерения давлений, принцип действия которых основан на изме нении показателя преломления рабочей среды под действием давления. Известны устройства для измерения давлений, содержащие лазерный фотоэлектрический интерферометр Майкельсона или Жамена, оптически связа ный с камерой давления. Определение давления основано на измерении разности хода лучей интерферометра, воз никакнцей вследствие изменения плотности среды при изменении в ней давления, и сводится к измерению целых и дробных долей интерференционных полос lj . Такие устройства обладают большими погрешностями измерений, так как их точность ограничена относительно низкой чувствительностью примененного интерференционного метода измерений разности показателей преломления Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является устройство для измерения давлений, содержащее источник излучения, поляризатор, два зеркала, две полупрозг рачные пластины, образцовую и рабочую камеры давления, а также четвертьволновую пластину, анализатор и фото электронный умножитель 2 . Недостатком известного устройства является относительно низкая точност измерений, вызванная низкой пороговой чувствительностью и температурной нестабильностью камер и рабочей среды. . Цель изобретения - повышение точности измерения за счет уменьшения температурных погрешностей. Указанная цель достигается тем, что в устройстве, содержащем уста.новленные последовательно источник светового излучения, поляризационный и светоразделительнгй элементы, рабочую камеру с жидкостью и зеркало а также последовательно размещенные за светоразделителем углоизмеритель фотоприемник и регистратор, светоразделительный элемент вьтолнен в виде призмы Кестерса с полупрозрачлой центральной гранью, а рабочая камера имеет два соединенных между собой через вентиль идентичных сквоз ных канала, герметично закрытых по торцам светопроницаемьми пластинами и расположенных симметрично относительно центральной полупрозрачной грани призмы Кестерса, при этом в качестве жидкости использована двуокись углерода, а рабочая камера термостатирована. На фиг. 1 изображено устройство, разрез; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг, 1 (камера давления). Устройство содержит в качестве источника излучения гелий-неоновый лазер 1, расширитель 2 пучка и поляризатор 3, которые находятся в непосредственной близости друг от друга на одной оси, перпендикулярной грани AD призмы Кестерса 4. Призма Кестерса 4 является светоразделительным элементом, на основе которого построена оптическая схема (интерферс етр) устройства. В плечах интерферометра в плоскостях, параллель- , ных грани CD призмы, последовательно размещены четвертьволновая фазовая пластинка 5, компенсационная пластина 6 и идентичные сквозные каналы 7, выполненные в камере 8 давления. Каналы 7 камеры 8 по торцам герметично закрыты светопроницаемь 1И пластинами 9, соединены между собой вентилем 10 и заполнены рабочей средой в виде жидкой двуокиси углерода. Конструкция камеры 8 давления обеспечивает возможность работы с призмой Кестерса и рабочей средой, малогабаритноеть и постоян- t ство геометрического размера (длины камеры, равной длине прохождения света в рабочей среде). Соединительный вентиль Ю обеспечивает работоспособность устройства. В закрытом положении вентиль 10 отсекает один канал 7 от воздействия измеряемого давления. В камере 8 давления имеются дополнительные внутренние каналы 11, соединенные между собой и заполненные жидкостью, постоянство температуры которой поддерживается термостатом, подсоединяемого к штуцерам 12. Соосно с призмой Кестерса 4 и камерой 8 давления располагается конечное зеркало 13. Камера 8 давления с помощью мембранного или жидкостного разделителя 14 сред и штуцера 15 подсоединена к генераторам постоянных или переменных давлений (гидравлический или пневматичес кий пресс, грузопоршневой манометр или пульсатор). На одной оси, перпендикулярной грани АС, находятся компенсатор Се3нармона, состоящий из четвертьволновой фазовой пластинки 16 и анализато ра 17, связанного с углоизмерительным устройством 18, щелевая диаграмма 19, положительная линза 20, фотоэлектрический умножитель 21 и регист ратор 22. Устройство работает следующим образом. Линейно поляризованный световой пучок лазера 1, пройдя расширитель 2 пучка и поляризатор 3, разделяется призмой Кестерса А на два параллельных пучка равной интенсивности, орто гональность которых обеспечивается четвертьволновой фазовой пластинкой 5, а возникающая при этом разность хода компенсируется прозрачной пластиной 6. Оба пучка направляются чере светопроницаемью каналы 7 камеры 8 давления, заполненные рабочей средой После прохождения камеры пучки отражаются зеркалом 13 и, проделав обраткоА путь, сводятся призмой Кестер са 4 в один пучок света, анализируемый с помощью компенсатора Сенармона и регистратора 22. В исходном положении, т.е. при нулевом или одинаковом давлении в полостях камеры 8, оба световых пучка проходят равтле оптические пути и поступают без сдвига фаз на анаш1затор 17, который устанавливают в скрещенное положение с поляризаторе 3. При этом фотоумно житель 21 регистрирует минимальный

l tntanaw tt

,Ч

Ф1П1 034 сигнал. Если давление в верхнем ка/нале 7 камеры 8 при закрытом вентиле 10 изменяется на up, то показатель преломления рабочей среды в ней изменяется на Аи, и возникает разность фаз 5 меязду проходящими каналы 7 камеры 8 пучками, которые сводятся призмой Кестерса 4. Результатом их интерференции является эллиптически поляризованный пучок, преобразуемый четвертьволновой фазовой пластинкой 16 в линейно поляризованный с плоскостью поляризации, повернутой относительно исходного положения, на в угол &tf -S- . При этом анализатор устанавливают в положение, соответствующее минимальной освещенности фотоумножителя. Отсчитав угол поворота анализатора, определяют значение угла bCf . Благодаря хорошей защищенности полупрозрачного слоя призмы Кестерса 4 вибрации и температурные флуктуации вызывают прямерно одинаковые изменения длины двух ветвей интерферометра и сравнительно малые изменения разности хода лучей, а следовательно, и изменение угла поворота плоскости поляризации света в устройстве. Таким образом, использование предлагаемого устройства для измерения давления позволяет повысить точность измерения давления за счет уменьшения температурных погрешностей.

Фиг. 2

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЙ, содержащее установленные последовательно источник светового излучения, поляризационный и светоразделительный элементы, рабочую камеру с жидкостью и зеркало, а также последовательно размещенные за. светораз- делителем углоизмеритель, фотоприемник и регистратор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности измерения за счет уменьшения температурных погрешностей, светоразделительный элемент выполнен в пиде призмы Кестерса с полупрозрачной центральной гранью, а рабочая камера имеет два соединенных между собой через вентиль идентичных сквозных канала,, герметично закрытых по торцам светопроницаемыми пластинами и расположенных симметрично относительно центральной полупрозрачной грани призмы Кестерса, при этом в качестве (Л жидкости использована двуокись углерода, а рабочая камера термостатирована.