Оптическое устройство для измерения давления Советский патент 1993 года по МПК G01L11/00 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах сбора информации о давлении в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения - повышение чувствительности устройства и уменьшение влияние температуры на результаты измерений.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 - вид сигнала на фотоприемнике; на фиг.З - осциллограммы работы устройства; на фиг.4 и 5 - конструкции чувствительного и сканируемого интерферометров соответственно.

Оптическое устройство для измерения давления (см. фиг.1) содержит широкополосный источник излучения 1, ответвитель 2, соединительные световоды 3, линзы 4, чувствительный 5 и сканируемый 6 интерферометры, фотоприемник 7, усилитель 8, пиковый детектор 9, компаратор 10, счетчик 11, индикатор 12, тактовый генератор 13 и генератор пилообразного напряжения 14.

Источник излучения 1 соединен с чувствительным интерферометром 5 через ответвитель 2 соединительными световодами 3. Другой конец ответвителя 2 соединен световодом 3 со сканируемым интерферометром 6. Схема обработки сигнала включает в себя последовательно соединенные фотоприемник 7, усилитель 8, пиковый детектор 9, компаратор 10, счетчик 11, индикатор 12. Тактовый генератор 13 соединен со счетчиком 11 и управляет генератором 14. Сигнал с усилителя 8 поступает также на компаратор 10.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от широкополосного источника 1 вводится в световод 3 и через ответвитель 2, световод 3 и линзу 4 поступает на чувствительный интерферометр 5. Отраженное от интерферометра 5,промодулиро- ванное по спектру, излучение через линзу 4 вводится в световод 3 и через ответвитель 2 и световод 3 поступает на сканируемый интерферометр 6, а с его выхода - на фотоприемник 7.

Сканирование интерферометра 6 осуществляется генератором пилообразного напряжения 14. При совпадении баз интерферометров 5 и 6 сигнал на выходе фотоприемного устройства (см. фиг.2) будет иметь ярко выраженный минимум.

Инвертирующий усилитель 8 усиливает сигнал с фотоприемника 7 (см. фиг.З,а), пиковый детектор 9 запоминает максимальный уровень сигнала и устанавливает порог срабатывания компаратора 10 по уровню 0,8-0,9 от максимального (см. фиг.З,а). На

выходе компаратора формируется импульс, соответствующий максимуму сигнала на выходе усилителя 8 (см. фиг.З,б). Интервал между началом сканирования и моментом

появления импульса на выходе компаратора заполняется счетными импульсами тактового генератора 13 (см. фиг.З.в). Далее счетные импульсы поступают на счетчик, а результат появляется на индикаторе 12.

Чувствительный элемент датчика давления изготовлен полностью из кварца (см. фиг.4). Он представляет собой кварцевый стакан 15, дно которого выполнено в виде мембраны с жестким центром, на которое

напылено широкополосное отражающее покрытие. Стакан имеет фланец 16, по которому осуществляется уплотнение. К основанию 17 стакана 15 приварено кварцем 18 зеркало 19с напыленным на него широкополосным отражающим покрытием. База интерферометра имеет размеры 15-50 мкм. Электростатический сканируемый интерферометр (см.фиг.5) представляет собой кварцевую пластину 20 с напыленным на

нее широкополосным отражающим покрытием, к которой приварена тонкая (40-100 мкм) кварцевая пластина 21с напыленным на нее широкополосным отражающим покрытием. Отражающие покрытия одновременно служат электродами, на которые подается сигнал с генератора пилообразного напряжения 14. Кварцевая пластина 21 приварена к пластине 20 кварцем. Амплитуда сканирования составляет 2-5 мкм.

Использование изобретения позволяет проводить измерения давлений с высокой точностью (не ниже 0,05%) в широком диапазоне. При этом на результаты измерений практически не сказывается влияние температуры.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я Оптическое устройство для измерения давления, содержащее источник излучения,

ответвитель, соединительные световоды, линзы, чувствительный интерферометр, сканируемый интерферометр, фотоприемник и усилитель, причем источник излучения через последовательно соединенные первый

световод, ответвитель, второй световод и первую линзу связан с чувствительным интерферометром, который через ответвитель, третий световод и вторую линзу связан со сканируемым интерферометром с фотоприемником, подключенным к входу усилителя, отличающееся тем, что, с целью повышения чувствительности устройства и уменьшения влияния температуры на результаты измерений, оно снабжено пиковым детектором, компаратором, счетчиком,

индикатором, тактовым генератором и генератором пилообразного напряжения, причем чувствительный интерферометр представляет собой кварцевый стакан с тонкими стенками и фланцем, дно стакана выполнено в виде мембраны с жестким центром, на который напылено широкополосное отражающее покрытие, к дну стакана приварена кварцем кварцевая пластина с напыленным на нее широкополосным отражающим покрытием, сканируемый интерферометр выполнен полностью из кварца и представляет собой две сваренные кварцем пластины, одна из которых обладает малой жесткостью, с напыленными на пластины широкополосными отражающими электро0

5

проводными покрытиями, выход усилителя соединен с первым входом компаратора непосредственно, а с вторым входом компаратора - через пиковый детектор, выход компаратора подключен к информационному стробирующему входу счетчика, выход которого подключен к индикатору, первый выход тактового генератора подключен к счетному входу счетчика, второй выход тактового генератора подключен к управляющему входу генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к электропроводным покрытиям сканируемого интерферометра, при этом источник излу- чения выполнен широкополосным, с шириной спектра не менее 0,5 мкм.

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах сбора информации о давлении в различных отраслях промышленности. Цель - повышение чувствительности устройства и уменьшение влияния температуры на результаты измерений. Сущность изобретения: оптическое устройство для измерения давления J -Р Ц fvfa anffutorq/ W TV Pur. i. содержит широкополосный источник излучения 1, ответвитель2, соединительные световоды 3, линзы 4, чувствительный 5 и сканируемый 6 интерферометры, фотоприемник 7, усилитель 8, пиковый детектор 9, компаратор 10, счетчик 11, индикатор 12, тактовый генератор 13 и генератор пилообразного напряжения 14. Излучение от источника 1 поступает на интерферометр 5. Отраженное от него излучение, промодули- рованное по спектру, поступает на интерферометр 6, а с его выхода - на фотоприемник 7. При изменении давления изменяется база чувствительного интерферометра 5. В момент совпадения оаз интерферометров 5 и 6 на выходе фотоприемника 7 наблюдается минимум сигнала. Процесс измерения заключается в выделении минимума сигнала и определении его положения относительно начала сканирования интерферометра 6. Положительный эффект: устройство позволяет производить измерения с высокой точностью в широком диапазоне давлений, причем на результатах измерений практически не сказывается влияние температуры. 5 ил. Ё 00 со ю 00

V г.

Фиг, 3,

V,

о

II

19

иг. 4,

21