Оптический тензодатчик Советский патент 1988 года по МПК G01B11/16 

1-13

Изобретение относится к измерению деформаций конструкций оптическими методами.

Цель изобретения - повьпцение точности измерения деформаций посредством выполнения чувствительного элемента в виде волноводного модулятора.

На фиг. 1 изображена схема оптического тензодатчика; на фиг. 2 - за- висимости интенсивности Т. (кривая 1) и разности фаз л М Скривая 2) от величины деформации чувствительного элемента.

Оптический тензодатчик содержит источник 1 света, расположенные вдоль пучка света чувствительный элемент, выполненный в виде планерного интерференционного модулятора Маха-Цандера, расположенного на подложке 2 из электрооптического материала (например, ниобата лития Х-среза) и содержащего полосковые оптические волноводы .3 и электроды 4, и фотоприем- ник 5, соединенный с фотоприемником 5 блок 6 обработки и регистрации, а управляющие электроды 4 соединены с блоком 6.

Для измерения деформаций подложку 2 с чувствительным элементом прикреп- ляют (приклеивают) к контролируемому элементу конструкции так, чтобы направление деформации изгиба было в плоскости YZ подложки, т.е. чтобы деформации лежали в плоскости планар- ного модулятора Маха-Цандера (фиг.1). При деформации подложки 2 в указанной плоскости результат интерферен

ции, а следовательно, и сигнал с фотоприемника 5 изменяются в зависимое- ти от величины деформации. Это происходит потому, что при изгибе подложки 2 в плоскости YZ изменяется оптическая длина пути излучения в

Оптический тензодатчик работает следующим образом.

Фаза tf излучения, распространяющегося в одном из плеч интерференционного модулятора, определяется выражением

4,

2

7

(1 + 41)(п + Лп),

Д - длина волны распространяющегося излучения}

1 - длина плеча интерференционного модулятора, определяющаяся длиной полоскового волновода 3}

п - показатель преломления полоскового волновода 3 модулято- pai

и

dl

Л п

соответственно изменение длины полоскового волновода 3 и показателя преломления в нем при изгибе подложки 2, на которой сформирован модулятор, свою очередь, /11 1, где - соответствующая деформация рассматриваемого плеча интерференционного моВ

1

а лп - - РЗЭ

f опредедулятора,

ляется упругооптическим эффектом, описываемым выражением

л(:)

mn ЕП

где Pmr тензор упругооптических

коэффициентов. Тогда

If- -у (1 + Е1)(п - i

ээ

Е),

Разность же фаз излучений в обоих

Изобретение относится к измере- нию деформаций конструкций оптическими методами. Цель изобретения - по- вьшение точности измерения деформаций посредством выполнения чувствительного элемента в виде волноводного модулятора. Оптический тензодатчик содержит источник 1 света, расположенные вдоль пучка света чувствитель- ньй элемент, выполненный в виде пла- нарного интерференционного модулятора Маха-Цандера, расположенного на подложке 2 из электрооптического материала и содержащего полосковые оптические волноводы 3 и электроды 4, фотоприемник 5, блок 6 обработки и регистрации, соединенный с фотопри- емником 5, а управляющие электроды 4 соединены с блоком 6. При изгибной деформации подложки 2 в плоскости YZ изменяется оптическая длина пути излучения в каждом плече интерференционного модулятора, что приводит к изменению сигнала на фотоприемнике 5, по которому определяют деформацию, 2 ил. У1 i (Л С

каждом из плеч интерференционного мо- .с плечах интерференционного модулятора

с учетом знака действующих эффектов равна

50

дулятора в результате растяжения одного плеча и сжатия другого. Возникающие при этом механические напряжения вследствие фотоупругого эффекта вызывают изменения показателя преломления в каждом плече интерференционного модулятора Маха-Цандера противоположного знака, что также вызьюает появление разности фаз интерферирующих пучков. Таким образом, по сигналу с фотоприемника 5, регист- рирующего результат интерференции, можно судить о величине деформации, которую испытывает подложка 2.

(1 f 1)(п /1

(1 - fl) (п +

А

АТГп

(1 - РЗЗ

пЪ.

Интенсивность I излучения на выхо- ,де интерференционного модулятора равна

(1 f 1)(п /1

(1 - fl) (п +

А

АТГп

(1 - РЗЗ

пЪ.

Интенсивность I излучения на выхо- ,де интерференционного модулятора равна

1-М О-1р„„ )е.

Из графиков (фиг. 2) следует,что для изменения разности фаз d if на 1 (это соответствует изменению иитен- сивности излучения на выходе интерференционного модулятора от максимума до минимума) необходима относительная деформация пс.длэжки, равная t 4,21-10 . Фотоэлектрические методы измерения фазового р гссогласо- вания на выходе модулятора обеспечивают погрешность -измерения, равную по крайней мере 3 , при этом чувствительность оптического тензо- датчика составляет величину, :; менее 10.

Расчеты велись длi интерфер нцчонНОГО МОДУЛЯТОГ;1, изготовленного H i

X-срезе -кристалла ниобата лития термодиффузией титана по обычной технологии. Полосковые волноводы расположены вдоль оси Z подложки, их дли

на 1 - ния п

2-10 2,2.

м, показатель преломле

Формула изобретения

Оптический тензодатчик, содержащий источник света, расположек::ые вдоль пучка света чувствительный элемент и фотоприемник и соединенный с фотоприемником блок обработки и регистрации, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности, чувствительный элемент выполнен в виде планарного интерференционного модулятора Маха-Цандера, а его управляющие электроды соединены с блоком обработки и регистрации.

./кт.

h/