Волоконно-оптический датчик давления Советский патент 1989 года по МПК G01L11/00 G01L11/02 G01L7/08 

(Л

сд о ел to to

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность и точность волоконно-оптического датчика давления благодаря выполнению объединенного конца 5 пучков световодов в виде чередующихся подводящих 6 и отводящих 7 поток света концентрических пучков световодов, расположенных коаксиально напротив центральной отражательной части мембраны на расстоянии, определяемом геометрическими и оптическими параметрами световодов. Разделенные концы пучков световодов подведены соответственно к источнику света и фотоприемнику. При этом увеличивается эффективность световодов, отводящих к фотоприемнику поток света, увеличивается отношение сигнал/помеха. Выбор рабочей точки и рабочего участка характеристики позволяет уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала датчика. 2 ил.

Фс

Фиг. 5

ражательной части мембраны на расстоянии, определяемом геометрическими и оптическими параметрами световодов. Разделенные концы пучков световодов подведены соответственно к источнику света и фотоприемнику. При этом увеличивается эффективность

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения давления.

Цель изобретения - повьшение чувствительности и точности измерений.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема волоконно-оптического датчика давления;на фиг. 2 - зависимость выходного потока от величины зазора между объединенным концом пучков световодов и отражательной частью мембраны; на фиг. 3 - схема расположения пучков световодов; на фиг. 4 - меридиональное сечение объединенного конца пучков световодов.

Волоконно-оптический датчик давления содержит корпус 1, мембрану 2, состоящую из центральной и периферической частей, отражатель 3, установленный в центре мембраны, пучки световодов Д, объединенные концы 5 которых сформированы в видо чередующихся подводяпшх 6 и отводящих 7 поток света концентрических пучков световодов, расположенных коаксиаль но напротив отражателя 3 на расстоянии г, а разделенные концы пучков световодов 8 и 9 подведены соответственно к источнику 10 света и фотоприемнику 1 1 .

Волоконно-оптический датчик давления работает следующим образом.

Под действием давления мембрана 2 и отражательная пластина 3 совершают колебания по закону изменения амплитуды колебаний давления. В результате зазор между объединенным концом пучков световодов 5 и отражателем 3 будет изменяться также по закону изменения давления, действующего на мембрану 2. Выходной поток света Рр от источника 10 света через пучок световодов 8 падает на отражательную пластину 3 и, испытав отражение, попадает на отводящие поток света концентрические пучки световосветоводов, отводящих к фотоприемнику поток света, увеличивается отношение сигнал/помеха. Выбор рабочей точки и рабочего участка характеристики позволяет уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала датчика. 4 ил.

ДОН 7, модулированный поток . по пучку световодов 9 возвращается к фотоприемнику 11, где преобразуется в электрические колебания, по частоте и амплитуде соответствующие колебаниям давления.

Рабочая зона в характеристике датчика определяется конструктивными параметрами волокон (d диаметр сердцевины световода, d п толщина изоляции световода), оптическими параметрами (п с показатель преломле- ния сердцевины, п - показатель преломления изоляции световода) и их взаимосвязью, определяемой формулой:

г

dn

.111 tgCarcsinVn -Hn)

4tg(arcsinV ) где d

и d ,

п„ толщина изоляции световода; диаметр сердцевины световода;

показатель преломления сердцевины световода; показатель преломления изоляции световода.

Начало линейного участка (расстояние ОВ на фиг, 2 и фиг. 4) и конец линейного участка (расстояние ОА на фиг. 2 и фиг. 4) определяется соответственно

ОВ

ОА

dn

Г 1 -2tg(arcsin nj,-n)

2dч

55

Рабочая точка выбирается в середине линейного участка и определяется из выражения

АБ ОА-ОБ dc

2

4tg(arcsin nc-n)

В диапазоне перемещений АВ мембраны отражательная пластина оказывает линейное модулирующее воздействие на световой поток, поэтому тип мембраны (максимальное отклонение) мембраны не должно превышать величину выбирается из соотношения

dc

/ 2. 7.

AtgCarcsinVn -nj)

Каждое подводящее волокно 8 с дву сторон окружено отводящими свет волокнами 9 и наоборот каждое отводящее волокно с двух сторон окружено подводящими свет волокнами. Благодаря этому достигается равномерность преобразования каждой элементарной ячейкой по всей площади и максимальная чувствительность датчика давления, увеличивается эффективность отводящих поток света световодов, кроме того, отношение сигнал (помеха в приемнике излучения 11 повышается) 11овьщ1ение чувствительности позволяет либо уменьшить мощность источника оптического излучения, либо уменьшить чувствительность фотоприемника, а выбор рабочей точки и рабочего участка характеристики позволяет уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала волоконно-оптического датчика давления.

Для линеаризации выходной характеристики датчика укладка торцов в чередующихся отводящих поток света концентрических кольцах пучков световодов выполнена с переменной плотностью по закону обратной нелинейности световой характеристики приемника излучения. Формула изобретения

0

5

0

корпусе мембрану, напротив центральной отражающей части которой размещены торцы подводящих и отводящих поток света волоконных световодов, причем подводящие поток света волоконные световоды подсоединены к источнику света, а отводящие поток света волоконные световоды подсоединены к входу фотоприемника, о т л и ч а- ю щ и и с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в нем подводящие и отводящие волоконные световоды сформированы в чередующиеся концентрические кольцевые пучки, торцы световодов расположены напротив центральной отражающей части мембраны на расстоянии, определяемом из соотношения

dw

tg(arcsimn -ny)

. ,

4tg(arcsinVn -n)

где d - толщина изоляции световода; d - диаметр сердцевины световода;

с показатель преломления сердцевины световода; п, - показатель преломления изоляции световода;

Л/

ipuf.l

Фм.1