Устройство для измерения давления Советский патент 1992 года по МПК G01L11/00 

I

I

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения.давления. Цель изобретения - расширение диапазона измеряемого давления при сохранении точности. Устройство для измерения давления содержит источник 1 монохроматического излучения, два поляризатора 2 и 3. фотоупругий чувствительный элемент 4, фазовую пластинку 5 в одну восьмую длины световой волны, фотоприемник 6, измерительный прибор 7, схему 8 сравнения фотоэлектрического сигнала с двумя опорными сигналами, поворотное устройство 9. Под действием Давления фотоупругий чувствительный элемент изменяет фазу световой волны, в результате выходной сигнал фотоприемника 6 меняется по синусоидальному закону. Прибор работает на линейном участке синусоиды, при выходе за пределы линейного участка срабатывает схема 8 сравнения и выдает сигнал на поворотное устройство 9, которое поворачивает пластину в 1/8 длины волны на 90° и снова выводит прибор на линейный участок рабочей характеристики.. Одновременно схема . сравнения выдает сигнал номера шкалы. 2 ил., 1 табл. . -k/

Фиг.1

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

Цель изобретения - расширение диапазона измеряемого давления при сохранении точности.

На фиг. 1 изображено устройство для измерения давления, принципиальная схема; на фиг. 2 - зависимость фотоэлектрического сигнала от давления р.

Устройство для измерения давления состоит из источника 1 монохроматического излучения, двух скрепленных поляризаторов 2 и 3, установленных между ними в диагональное положение фотоупругого чувствительного элемента 4 и фазовой пластинки 5 в одну восьмую длины световой волны, выполненной с возможностью многократных вращений на угол 90°; фотоприемника 6,измерительного прибора 7, снабженного цифровым индикатором диапазонов давления и двумя шкалами отсчета с индикаторами верхней и нижней шкал, схемы 8 сравнения фотоэлектрического сигнала с двумя опорными сигналами, поворотного устройства 9

Устройству .работает следующим образом.:.../

Соотношение, описывающее пропускание света поляризационно-оптической системой, состоящей из двух скрещенных поляризаторов и установленных между ними в диагональное положение двух кристаллических пластинок, имеет вид

(1)

l0sln2 f(Av±A2),

где 10 - максимальная интенсивность света, прошедшего указанную оптическую систему;

А- длина световой волны; AinAa - разности хода, вносимые первой и второй кристаллическими пластинками,

знак + перед Аз обозначает, что одноименные оси индикатрис кристаллических пластинок параллельны (параллельные индикатрисы), а - - указанные оси индикатрис взаимно перпендикулярны (скрещенные индикатрисы).

Пусть начальное Д1 - О , А -т, так

как вторая пластинка обладает разностью хода в одну восьмую длины световой волны. Подстановка этих значений AI и Да в (1)

дает Но sin2 -n что соответствует началу

линейного участка первой полуволны зависимости (1). Первая кристаллическая пла- стинка является чувствительным

элементом, в котором под воздействием внешнего давления индуцируется разность хода AI К0 р, для большинства твердых тел индицированная разность хода пропор- циональна давлению ( Ai/dp- пьезооп- тический коэффициент преобразования). Следовательно, в случае параллельных индикатрис кристаллических пластинок формула (1) перепишется в виде

Но sin2 f(KoP+|p-(2)

Соответственно фотоэлектрический сигнал 1)ф фотоприемника 6 описывается аналогичной зависимостью

иф uVsin2 (Р-к°+§). О)

где и°ф - величина фотоэлектрического сигнала, соответствующая интенсивности света 1о (фиг. 2, график 1).

Если фазовую пластинку 5 повернуть на

90° вокруг оптической оси, что соответствует положению скрещенных индикатрис чувствительного элемента 4 и фазовой пластинки 5, то перед А2 в (1) будет знак .-. Следовательно, зависимость иф(р) примет вид

sin2 f(Kop §)(4)

(фиг. 2, график 2).

Вычтем разности хода зависимостей (3) и (4)

dA-CKop+ -CKop-l).

Таким образом, поворот фазовой пластинки на 90° соответствует изменению

суммарной разности хода на . Этот факт

использован в работе устройства.

Очевидно, что равенство (5) справедливо и для случая, когда начальное А .

Пусть давление р изменяется от 0 до значения рв. Значения и соответствуют точкам А и В зависимости (3), которые ограничивают линейный участок первой полуволны этой зависимости. Пусть участок

АВ соответствует изменению разности хода

в чувствительном элементе на Величина

давления на участке АВ зависимости (3), соответствующему первому диапазону измеряемого давления, регистрируется по первой шкале измерительного прибора 7, на цифровом индикаторе диапазонов давления при измерении последнего на участке АВ включена цифра О.

В точке В сигнал становится равным одному из опорных сигналов, которые выравниваются схемой 8 сравнения. В этот момент схема 8 сравнения вырабатывает сигнал ивых1. который с выхода I поступает

уменьшающей зависимости графика 1 (фиг. 2). Одновременно в схеме 8 сравнения вырабатывается сигнал УвыхН, который опять увеличивает на единицу показания цифрового индикатора диапазонов давления - включает цифру 2, кодовый сигнал кото- рой включает индикатор второй шкалы измерительного прибора 7 (таблица).

Дальнейшее увеличение давления приводит к изменению Уф опять на линейном участке возрастающей зависимости Уф(р) (фиг. 2, участок AiBi). В момент, когда , схема 8 сравнения вырабатывает сигнал, включающий поворотное устройство 9, которое опять поворачивает фазовую пластинку 5 на угол 90° и устанав- ливает ее в положение параллельных индикатрис, т. е. прибавляет к суммарной

разности хода. Это не приводит к изменению сигнала , но переводит рабочую точ- ку в начало линейного участка ,Bi4i уменьшающей зависимости графика 1 (фиг. 2). Одновременно в схеме 8 сравнения вырабатывается сигнал УвыхН. который опять увеличивает на единицу показания цифро- вого индикатора диапазонов давления - включает цифру 2, кодовый сигнал которой включает индикатор второй шкалы измерительного прибора 7 (таблица).

Дальнейшее увеличение давления приводит к изменению Уф уже на линейном участке уменьшающейся зависимости Оф (участок BiA2). При этом регистрация давления происходит по нижней шкале измери- тельного прибора 7, включен индикатор нижней шкалы. В точке Аз.сигнал Уф равен второму опорному сигналы UA. В этот момент схема 8 сравнения вырабатывает сигнал Увых. включающий поворотное устройство 9, которое поворачивает фазовую пластинку на 90°. Тем самым рабочая точка переводится в точку В2 участка В2Аз уменьшающей зависимости 1)ф(р). Одновременно схема 8 сравнения сигналом УвыхИ увеличивает на единицу показания цифрового индикатора диапазонов давления - включена цифра 3, кодовый сигнал которой не переключает индикаторы шкал изме

рительного прибора, т. е. давление измеряется по второй шкале (таблица).

При дальнейшем увеличении давления устройство работает аналогично. Для снятия отсчета суммируются показания цифрового индикатора диапазонов давления (грубый отсчет давления) и соответствующей шкалы измерительного прибора (точный отсчет давления).

Если в некоторый момент давление начнет уменьшаться, поменяется знак изменения сигнала фотоприемника Уф. При этом схема 8 сравнения изменяет знак сигнала УвыхИ, т. е. в этом случае при достижении значения Уф, равного величине одного из опорных сигналов, схема 8 сравнения вырабатывает сигнал Увых(, который приводит к повороту на 90° фазовой пластинки 5, и (- Увыхи), который уменьшает на единицу показание цифрового индикатора диапазонов давления измерительного прибора 7 и т. д. В дальнейшем работа устройства аналогична описанной.:

Формула изобретения

Устройство для измерения давления, содержащее источник монохроматического излучения, два скрещенных поляризатора, установленные между ними в диагональное положение фотоупругий чувствительный элемент и фазовую пластинку, а также фотоприемник, отличающееся тем, что, с целью расширения диапазона измеряемого давления при сохранении точности, в него введены измерительный прибор с двумя входами - грубого и точного отсчета, схема сравнения измеряемого сигнала с двумя опорными сигналами и электромеханическое поворотное устройство, связанное механически с фазовой пластинкой, при этом фазовая пластинка выполнена с разностью хода в одну восьмую световой волны и установлена с возможностью вращения на угол 90°, причем вход схемы сравнения подключен к выходу фотоприемника, первый выход - к управляющему входу электромеханического поворотного устройства, а второй выход - к входу грубого отсчета измерительного прибора, вход точного отсчета которого соединен с выходом фото- приемника.

U

Т

№r,Z