Поляризационно-оптический измеритель Советский патент 1991 года по МПК G01L1/24 

Поляризационно-оптнческий измери- тель относится к игшерительной технике и может быть использован для измерения усилий, давлений и других механических величин.

Целью изобретения является расширение диапазона и повьппение точности измерений.

На чертеже представлена структур- ная схема предлагаемого устройства; на фиг.2 - статические характеристики дифференциальных измерительных каналов; на фиг.З - вариант исполнения чувствительного элемента в дйух проек циях.

Измеритель содержит эадакхдий гене- ратор 1, излучатели 2 и 3-, смеситель А, подводящий оптоволоконный световод 5, линзовый конденсор 6, поляриза4 тор 7, фазосдвигающие пластинки 8 и 9, светофильтры 10 и 11, чувствительный элемент, состоящий из двух вытян тых прямоугольных параллелепипедов 12 и 13, отражающее покрытие 1А, на- несенное на грани чувствительного элемента, отводящий оптоволоконный . световод 15, фотоприемник 16, селек- - тивный детектор 17, регулирующие усилители 18 и 19, вычислитель 20, калибратор 21, еилопередающий элемент 22,

Измеритель работает .следующим образом. Задающий генератор 1 своими первым и вторым выходами попеременно записывает импульсы напряжения, сдвинутые по фазе на 180 , излучатели 2 и 3 испускают световые пучки с дли- нами волн Л, и Л соответственно. Световые пучки излучателей 2 и 3 с помощью смесителя 4 вводятся в подводящий оптоволоконный световод 5. Расходящиеся из противоположного тор, ца оптоволоконного световода 5 светом вые пучки с. помощью линзового кондеис сора 6 преобразуются в параллельные Потоки и направляются далее через поляризатор 7, фа5осдвигающие плас тинки 8 и 9 фильтры 10 и П в чувст вительный элемент. Последний состоит из двух частей в виде вытянутых прямоугольных пяраллелепипедов 12 и 13, kecTKo соединенных таким Образом, что обе части расположены симметрично относительно оптической оси линзового конденсора 6, а также либо последовательно, либо параллельно направлению воздействия измеряемого усилия. При параллельном расположении

торим обеих частей чувствительного элемента соединенн силопередающим элементом 22. Материалы чпстей чувствительного элемента пераллелепипе- дов 12 и 13 имеют разные величины фотоупругих постоянных - Н, и К соответственно. Плоскость раздела параллелепипедов 12 и 13 совпадает с плоскостью раздела фильтров JO и И и фа30сдвигающих пластинок 8 и 9. Плоскость поляризации поляризатора

в

7 расположена под углом 45 к направлению измеряемого воздействия Р. Фазосдвигающие пластинки 8 и 9 создают фазовый сдвиг ei, , равный 1/4 м .

Благодаря различию областей пропускания фильтров 10 и 11 импульсы светового пучка с длиной волны Л, проходят только через фильтр 10- и параллелепипед 12, импульсы светового пучка с длиной волны Д - только через фильтр 11 и параллелепипед 13.

Пройдя параллелепипеды 12 и 13 чувствительного элемента, световые пучки попадают на отражающее покрытие 1А и, отразившись от него, проходят в обратной последовательности соответствующие им элементы 12 и 13, 10 и 11, 8 и 9, 7,6и попадают на торец отводящего оптоволоконного световода 15. Это обеспечивается симметричным. разнесением подводящего н отводящего опто волоконных световодов относительно бпткческой оси линзового конденсора 6.

По отводящему оптоволоконному световоду 15 световые пучки подводятг ся к фотоприемнику 16. Электрические сигналы с выхода фотоприемника 16 nor ступают на первый вход селективного детектора 17, ко второму и третьему входу которого подсоединены первый и второй выходы задающего генератора 1. Сигналы с первого и второго выходов селективного детектора 17, создаваемые импульсами световых пучков с длинами волн Л, и Х , поступают соответственно на входы регулирующих усилителей 18 и 19, ас выходов последних - на первый и второй входы вычислителя 20, к третьему входу которого подключен выход калибратора 21.

Импульсы светового пучка с длиной волны Я, , поляризованные поляризатором 7, расположенных под углом 45 к направлению измеряемого усилия Р, распадаются в последнем на две сое

тавляюпие, снетпв ыр колеблиия в кото- рьтх имеют В чаимный Лаповый сдвиг ti, пропорциональный Р. Указанный фазовый сдвиг суммируется с постоянным фазовым сдвигом otp , соз 1аваемым фаэо сдвигающей пластинкой 8. В результате этого интенсивность импульсов светового пучка с длиной водны Д, после обратного прохождения поляризатора 7 рхазьшается .связанной с величиной измеряемого воздействия зависимостью косинусоидального характера.

Переданные с помощью отводящего оптоволоконного световода 15 на вход фотоприемника 16 указанные импульсы светового пучка создают на его выходе ,электрические импульсы, амплитуда которых связана с величиной Р зависимостью, выражаемой соотношением

Urn

i. ... СОЙ (:;-)

1L

7 .ТР

cos (

(1)

и,, - текущее и максимальное значения выходных сигналов фотоприемника, соответствующих кмпуль- спм света с длиной волны Д, ;

1 - измеряемое воздействие; соответствующее фазовому сдвигу оС « и.

Аналогичные изменения происходят с импульсами светового пучка, имеюще длину волны -л , но отличий Л от А, и фотоупругих постоянных Б и Б параллелепипедов 12 и 13 крутизна зависимости выходных сигналов фото- приемника .16 U, соответствующих импульсам светового пучка с длиной . волны ; отличается от крутизны зависимости, выражаемой соотнотением (1). Увеличение длины волны приводит к уменьшеник приращения с6 и, следовательно, к изменению левого слагаемого в скобках соотношения (I) в

--раз, где К - коэффициент измене А

иия йС . Увеличение фотоупругой посте

ИННОЙ R приводит к увеличению приращения «t и, следовательно, к изменению левого слагаемого в скобках выражения (1) в Kg раз, где Kg - коэффициент изменения Б. Если К, то зависимость И от Р выражается соотношением

и,

,, г 2К.

J..K.P сг«.

еояА (..-),.

(2)

Де и максимальное значение выходных сигналов топрием- ника, соответствующих импульсам светового пучка с длиной волны Hj.

Селективный детектор 17, управляемый сигналами, получаемыми с выходор задающего генератора 1, направляет импульсы U и и на входы регулирующих усилителей 18 и 19 соотиетствен- ио, которые- обеспечивают равенство

и выделяют постоянные сос- тавляющие последовательностей импуль - сов и, и Uj и направляют их на пер- кыР( и второй входы вычислителя 20. Графики зависимостей UiUj от Р пред;- ставлены на фиг.2.

Вгетислитель 20 находит частное от деления U на U согласно соотнб- ению

и,

г / йТ ei,. cos (-- + i)

(3)

В

Значение К, численно равное от- 5 ношент периодов изменения V bj от Р, определяется экспериментально путем сравнения изменений сигиалов на выходах регулирующих усилителей 18 и 19 и вводится в вычислитель 20 с помо1 1ью калибратора 21.

Из соотногаения (3) вычислитель 20 по поступающим от регулнрукиоих усилителей 18, 19 значениям U и Uj при известных фиксированных значения К Vj, , вбд вычисляет значение нзмеряемог го воздействия Р.

При изготовлении обеих частей чувг ствительного элемента из одного материала различие чувствительностей можно обеспечить за счет разной их вирию в направлении, перпендикулярнЬм ттической оси линзового конденсора.

.55

Формула изобретения

1. Поляризационно-оптический измгрнЧ

тель, содержащий задающий генератор, два излучателя,чувствительный элемент

поляризатор, фаэрсдвигающую пластину подводящие и отводящие оптоволоконные Ьветоводы,фотоприемник и вычислитель Ьтличающий ся тем, что, с целью расширения диапазона иэмере- йия и повыгоения точности, излучатели iiMeioT разные длины волн, а в измери |гель введены смеситель световых сигналов, установленный между излучателями k входным торцом подводящего оптоволо- koHHoro Ьветовода, вторая фазосдвига- ощая пластина, уст ановленная в одной Ьлоскостн с первой, линзовым кондеН Ьором, установленным перед поляризато t)OM, два светофильтра, спектрально согласованные с излучателями и уста- ювленные между фазосдвигающимн рластинами и чувст&ительньи эдементом Ьелективный дёте; тор, первый вход koToporo соединен с выходом фотоприей ника, а второй и третий - с первым и Ьторым вькодами задающего генератора два регулирующих .усилителя, вход

каждого .из которых соединен с одним и выходов селективного детектора, а выхЬды с двумя входами вычислителя, а также калибратор, соединенный с третьим входом вычислителя, при этом чувствительный элемент вьтолнен в виде параллелепипеда из двух частей с разными коэффициентами фотоупругос - ти и отражающим покрытием на гранях обеих частей, размещенных симм етрич- ко друг другу относительно оптической оси конденсора«

2.Измеритель по п.I, о т л и ч а- ю щ и и с я .тем, что части чувствительного элемента размещены последовательно по направлению действия измеряемого усилия.

3.Измеритель по п.1, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что части чувствительного элемента размещены параллельно друг другу и направлению действия иэмеряемо р усилия, а их торць соединены силопередающим элементом.

Изобретение относится к измери тельной технике н может быть исполь-; Ковано для измерения усилий, давлений И Других механических величин. Целью, изобретения является расширение диапй- Ьона и пЬвышекие точности измеренийi| пульсы светового пучка с дттой Boiiш 7k, , поляризованные поляризатором под углом 45 к направлению измеряв мого усилия Р, распадаются в последа- «м на две составляющие, в которых фазовый сдвиг, пропорциональ- |вай Р. Этот фазовый сдвиг суммируетс|| fc постоянным фазовым сдвигом, созда баемым фазосдвигающей пластинкой 8. В результате этого после обратного Ьрохождения поляризатора 7 HHTeHCHB-- ность светового пучка связана с I величиной измеряемого воздействия за|- Ьисимостью косинусоидального характег Ьа. Затем импульсы передаются через Ьветовод 15 на вход фотоприемника 16 iia выходе которого образуются элект Ьические импульсы, амплитуда которы с Ьвязана с величиной Р. То же происхо Ьнт и с импульсами светового пучка, ; |меющего длину волны Л проходящей ёрез фотоприемник 16. Селективный етектор 17, управляемый сигналами, Ьолуча ыми с выходов задающего гене ратора 1, направляет импульсы на вхо- йы регулирующих усилителей 18 и 19, , которые вводятся в вычислитель 20 с помощЫо калибратора 21. Вычислител4. 20 при фиксированных значениях К, Р etg вычисляет значение измеряемого воздействия Р. 3 з.п., 3 ил л

П 101

Фus.i

tfjuf.S

Фие.2

V.

///////////7//

pu.f