Волоконно-оптический датчик давления Советский патент 1990 года по МПК G01L23/06 

rs X&/Z4 / s.S/i

Изобретение отнрсится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления.

Целью изобретения является увеличение частотного диапазона измеряемых давлений и улучшение линейности преобразования.

На чертеже приведено устройство.

Устройство содержит источник 1 оптического излучения, отрезок 2 волоконного световода, первичный преобразователь 3, содержащий чувствительный участок 4 волоконного световода 2, подвижную 5 и неподвижную б пластины, между внутренними поверхностями которых сжат чувствительный участок 4, фотоприемник 7 и регистрирующее устройство 8.

Неподвижная пластина 6 является частью кожуха первичного преобразователя 3. Внутренняя поверхность одной из пластин выполнена в виде прямоугольных выступов 9, а тыльная поверхность подвижной пластины 5 открыта для воздействия на нее измеряемого давления Р. Внутренняя поверхность другой пластины выполнена плоской и чувствительный участок 4 контактирует с ней по всей своей длине. Давление Р, смещая пластину 5, индуцирует на частке 4 чередующиеся области волоконного световода, анизотропно деформированные выступами 9 и свободные от деформаций в промежутках между выступами 9.

Анизотропные деформации волоконного световода, изменяя волноведущие свойства световода, приводят к расширению апертуры светового пучка на выходе возмущенного участка. После деформированной области излучение попадает в свободную от деформаций область световода с меньшей апертурой. Это приводит к тому, что, начиная с некоторой величины протяженности свободной области световода, наблюдается уменьшение интенсивности с увеличением давления Р Таким образом механизм модуляции интенсивности света под действием нагрузки на чувствительный участок обусловлен уширением апертуры возмущенной области световода и фильтрующим действием следующей за ней невозмущенной области с меньшей апергурой. Длина установления стационарного режима распространения оптической волны по жипе волоконного световода составляет порядка 104 длин волн, поэтому расстояние между выступами 9 целесообразно выбирать не меньше указанной величины Увеличение числа последовательно расположенных деформированных и свободных областей на чувствительном участке световода приводит к увеличению чувствительности устройства. При использовании одномодового световода и лазерного излучения нелинейность преобразования измеряемого давления в изменение интенсивности света на входе фотоприемника 7 не превышает 0,3% во всем диапазоне нагрузок вплоть до разрушения чувствительного участка световода.

При замене одномодового волоконного 0 световода на многомодовый, кроме указанного выше механизма модуляции интенсивности излучения, имеет место преобразование направляемых в волоконный световод мод в моды утечки. При этом 5 возникает нелинейность, связанная с дискретностью набора мод многомодового волоконного световода. Когда внешняя нагрузка приводит к преобразованию очередной направляемой в световод моды в моду утечки, 0 наблюдается скачок интенсивности проходящего на фотоприемник 7 излучения Чем больше мод распространяется в многомодо- вом световоде, тем меньше относительная величина скачков интенсивности, обуслов- 5 ленных модовой конверсией, следовательно, тем более линейна передаточная функция волоконно-оптического датчика давления. Таким образом, при использовании многомодового световода для увеличе 0 ния числа направляемых в световод мод целесообразно в качестве источника 1 использовать нелазерный источник с шириной спектра излучения не менее 30-40 нм (например, светодиод или лампу накалива- 5 ния)

Благодаря большой жесткости подвижной части устройства частотный диапазон измеряемых давлений расширяется до 100 кГц и более. 0 Формула изобретения

Волоконно-оптический датчик давления, содержащий последовательно сопряженные источник оптического излучения, отрезок волоконного световода с первич- 5 ным преобразователем и фотоприемник с регистрирующим устройством, причем первичный преобразователь выполнен в виде подвижной и неподвижной пластин и чувствительного участка волоконного световода, 0 размещенного между внутренними поверхностями обеих пластин, а внутренняя поверхность одной из пластин снабжена профилированными выступами, отличающийся тем, что, с целью увеличения 5 частотного диапазона измеряемых давлений и улучшения линейности преобразования, выступы на внутренней поверхности пластины выполнены прямоугольными, внутренняя поверхность другой пластины выполнена плоской а чувствительный уча

сток отрезка волоконного световода приве-где L - расстояние между выступами; . ден в контакт с плоской поверхностью пор- радиус оптической жилы световода: всей его длине и жестко прижат к ней пря-А- длина волны оптического излучения; моугольными выступами другой пластины,п0б и пж показатели преломления сопри этом выполняется соотношение5 ответственно оболочки и жилы светово1 Р -expffV q T. 2соГ1(поб/пж)

Изобретение относится к приборостроению и позволяет увеличить частотный диапазон измеряемых давлений и улучшить линейность преобразования. Для этого волоконно-оптический датчик давления содержит источник 1 оптического излучения, отрезок волоконного световода 2, подвижную 5 и неподвижную 6 пластины, фотоприемник 7 с регистратором 8. Отличительной особенностью устройства является то, что чувствительный участок 4 световода 2 прижат прямоугольными выступами пластины 5 к плоской поверхности пластины 6. Измеряемое давление вызывает анизотропную деформацию световода 2 и тем самым обеспечивает модуляцию интенсивности проходящего излучения. Изобретение обеспечивает линейность преобразования с погрешностью не более 0,3% и частотный диапазон свыше 100 кГц. 1 ил.