ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Советский патент 1974 года по МПК G01P15/09 

1

Изобретение относится к измерительной технике и может быть применено для измерения ускорений.

Известные пьезооптические акселерометры, содержащие инерционную массу на упругом подвесе, упругую пьезооптическую балку и оптический канал светодиод - поляризатор- анализатор - фотоприемник, имеют малую чувствительность из-за наличия только одного рабочего канала и влияния ускорений, перлендикулярных к оси чувствительности.

Предлагаемый акселерометр отличается от известных тем, что он снабжен вторым оптическим каналом, параллельным первому и состоящим из тех же элементов. В оба канала установлена фазовая пластинка между поляризатором и анализатором, причем оси оптических каналов симметрично смещены относительно нейтральной оси пьезооптической балки, а упругий подвес инерционной массы выполнен в виде стержня, параллельного оси оптических каналов.

На чертеже показана схема акселерометра.

Чувствительный элемент 1 выполнен в виде балки из материала, имеющего большие пьезооптические постоянные, например из плавленого кварца. Одним концом четырехгранная балка заделана в корпус 2 акселерометра, а на другом ее конце закреплена инерционная

масса 3. По разные стороны от нейтральной оси балки размещены два источника 4 и 5 света в виде полупроводниковых излучающих диодов (светодиодов). Между светодиодами и чувствительным элементом находятся последовательно по ходу света поляризатор 6 и фазовая пластинка 7. В качестве поляризатора может быть использован поляриод, а в качестве фазовой пластинки -; слюда.

По другую сторону чувствительного элемента на пути излучения светодиодов размещены анализатор 8 и фотоприемники 9, 10, включенные дифференциально на вход усилителя. Анализатором является такой же поляроид, как и поляризатор, а в качестве фотоприемников могут быть использованы, например, кремниевые фотодиоды. Инерционная масса 3 в направлении, параллельном осям оптических каналов, дополнительно связана с корпусом подвесом в виде стержня 11 с двумя упругими шарнирами 12 вблизи концов.

Акселерометр работает следующим образом.

Свет от светодиода 4 проходит через поляризатор 6, фазовую пластинку 7, чувствительный элемент 1, анализатор 8 и попадает на фотоприемник 9. Аналогично свет от светодиода 5 последовательно проходит через детали 6, 7, 1, 8 и попадает на фотоприемник 10.

После лоляризатора 6 светстановится линейно ноляризованным, а после прохождения фазовой пластинки - циркульно поляризованным. При действии на акселерометр ускорения а возникает сила та, которая нагружает упругий элемент 1 изгибающим моментом. Вследствие этого в нем создаются нормальные напряжения а разного знака по разные стороны от нейтральной оси. Эти механические напряжения вызывают изменение двойного лучепреломления в чувствительном элементе 1 и свет после него становится эллиптически поляризованным. Анализатор 8 пропускает только составляющую, параллельную его плоскости поляризации, поэтому освещенность фотоприемников 9, 10 зависит от параметров эллипса поляризации.

В предлагаемой конструкции приращения освещенности имеют различные знаки для фотоприемников 9, 10 и в достаточно широких пределах пропорциональны измеряемому ускорению а. Акселерометр нечувствителен к другим составляющим ускорения, кроме указанных на чертеже, так как они или не вызывают изменения освещенности фотоприемников, или вызывают одинаковые по величине и знаку изменения освещенности обоих фотоприемников. Стержень 11 служит для подкрепления чувствительного элемента во избежание разрушения его неизмеряемой боковой составляющей ускорения.

Предмет изобретения

Пьезооптический акселерометр, содержащий инерционную массу на упругом подвесе,

упругую пьезооптическую четырехгранную балку, установленную между массой и корпусом, и оптический канал в виде светодиода и поляризатора, установленных с одной стороны пьезооптической балки, анализатора и фотоприемника, установленных с другой стороны пьезооптической балки, отличающийся тем, что, с целью увеличения чувствительности, он снабжен вторым оптическим каналом, параллельным первому и состоящим из тех же

элементов, и в оба канала помещена фазовая пластинка между поляризатором и анализатором, причем оси оптических каналов симметрично смещены относительно нейтральной продольной оси пьезооптической балки, а упругий подвес инерционной массы выполнен в виде стержня, параллельного оси оптических каналов.

V S

// i2 3