Волоконно-оптический преобразователь Советский патент 1991 года по МПК G01D5/26 

8неи/мее ВаздейстВие j

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для преобразования измеряемого параметра (ускорения, давления, вибрации, электромагнитного поля и т.д.) в изменение оптического сигнала. Цель изобретения - расширение динамического диапазона волоконно-оптического преобразователя путем снижения суммарных потерь оптического сигнала. Цель достигается путем создания одноосных поперечных деформаций в жиле и оболочке участка световода. Устройство содержит корпус 1, в нижней стенке которого закреплен волоконный световод 2 вблизи его выходного торца, и отражатель 3, установленный в корпусе 1 с возможностью перемещения или деформации параллельно плоскости выходного торца световода. Внутренняя поверхность нижней стенки корпуса снабжена двумя прямоугольными выступами 4 и 5. которыми установлен прилегающий к выходному торцу участок волоконного световода За счет выбора материала выступов 4 и 5 и их размеров в выходном участке световода создаются одноосные поперечные деформации, что увеличивает угловую расходимость выходного пучка света. Это расширяет динамический диапазон преобразователя. 1 ил. СО с

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам, предназ наченным для преобразования измеряемого параметра (ускорение, давление, вибрация, электрическое и магнитное поле и т.д.) в изменение оптического сигнала.

Цель изобретения - расширение динамического диапазона волоконно-оптического преобразователя путем снижения суммарных потерь оптического сигнала за счет со- здания одноосных поперечных деформаций в жиле и оболочке участка световода.

На чертеже представлена схема ооло- конно-оптического преобразователя

Преобразователь содержит корпус 1, волоконный световод 2, отражатель 3 и выступы 4 и 5. Волоконный световод (ВС) 2 закреплен в нижней стенке корпуса 1 преобразователя и одноосно сжат перпендикулярно оси чувствительности непосредственно вблизи выходного торца ВС между выступами 4 и 5. Выступы 4 и 5 жестко закреплены в нижней стенке корпуса, имеют прямоугольную форму, высоту Д 1мм и ширину h больше диаметра световода d. Выполне- ние условия h d обеспечивает сжатие участка ВС вдоль его диаметра, что является необходимым для создания одноосных поперечных деформаций в жиле и оболочке световода. Выступы 4 и 5 выполнены из материала с модулем упругости, большим чем у материала оболочки световода, для обеспечения эффективной деформации материала ВС.

Расстояние х между выступами удов- летворяет условию

d(1 -Јмакс) Х d,(1)

где ЈМакс максимальная деформация, не приводящая к разрушению ВС,

Указанное условие соответствует де- формации (помещенного между выступами) участка ВС, не приводящей к его разрушению. Отражатель 3 расположен в корпусе 1 параллельно плоскости выходного торца световода 2 на некотором расстоянии b от него и способен перемещаться или деформироваться параллельно плоскости выходного торца ВС под действием измеряемого параметра.

Преобразователь работает следующим образом.

Выходящее из выходного торца световода 2 излучение представляет собой конус с угловой расходимостью з, определяемой выражением

a Vni2-n22 ,(2)

где Гц и П2 - показатели преломления жилы и оболочки световода.

Этот пучок излучения распространяется до отражателя и некоторая его I вводится обратно в световод.

При этом доля излучения I, возвращаемая после отражения обратно в световод, определяется соотношением

(

Котр +

КЈ

4 b2 tg а + 4 b

г tg а Ч г2

(3)

где io интенсивность света, выходящего из торца ВС;

Когр - коэффициент отражения от границы раздела выходной торец - воздух;

К - коэффициент отражения отражателя;

г - радиус жилы световода;

b - расстояние от выходного торца ВС до отражателя;

а-угловая расходимость вытекающего выходного торца ВС пуска света.

Согласно (3), при изменении расстояния b между выходным торцом световода 2 и отражателем 3, которое происходит вследствие перемещения отражателя 3 в корпусе 1 преобразователя под действием измеряемого параметра, изменяется доля I излучения, вводимая поело отражения обратно в световод. Таким обрэчом, внешнее воздей ствие приводит к модуляции света в преобразователе.

Увеличение угловой расходимости п выходящего из ВС пучка излучения приводит к увеличению чувствительности преобразователя. Для увеличения угловой расходимости а. используется эффект влияния одноосных поперечных деформаций световода на параметр а .

Экспериментально установлено, что этт механизм эффективен при длине еде- формированного участка А I Ъ. 1 мм. Кроме того, наблюдается незначительное ( нескольких процентов) высвечивание оптического излучения непосредственно на протяжении сдеформированною участка. Этот эффект происходит, в частности, из-за изменения профиля показателя преломления в световоде и частичного нарушения явления полного внутреннего отражения на границе жила-оболочка при одноосных поперзчных деформациях ВС. Одноосные поперечные деформации создг; зтся в предлагаемом преобразователе при сжатии участка ВС, непосредственно прилегающего к его выходному торцу между выступами 4 и 5.

Увеличение угловой расходимости а при одноосных поперечных деформациях световода происходит со значительно меньшими

потерями излучения, чем при его деформациях путем изгиба. Это позволяет при использовании вместо изгибных деформаций одноосных поперечных деформаций увеличить динамический диапазон преобразователя.

Формула изобретения Волоконно-оптический преобразователь, содержащий корпус, в нижней стенке которого закреплен участок волоконного световода у его выходного торца, и отражатель, установленный в корпусе над нижней стенкой параллельно плоскости нижней стенки с возможностью перемещения в вертикальном направлении, отличающий- с я тем, что, с целью расширения динамического диапазона преобразователя, крепление в нижней стенке корпуса участка волоконного световода у его выходного торца выполнено посредством соединения с нижней стенкой корпуса двух прямоугольных выступов, между внутренними боковыми гранями которых установлен участок волоконного световода у его торцового конца, причем длина закрепленного между прямоугольными выступами участка волоконного световода равна высоте боковых граней прямоугольных выступов и составляет не менее одного миллиметра, ширина боковых граней прямоугольных выступов превышает

диаметр волоконного световода и прямоугольные выступы выполнены из материала, модуль упругости которого не меньше модуля упругости материала оболочки световода, -а расстояние х между внутренними

боковыми гранями прямоугольных выступов удовлетворяет условию

d(1 -Смак) Х d,

где Смаке - максимальная деформация, не приводящая к разрушению волоконного световода;

d - диаметр волоконного световода.