Пьезооптический акселерометр Советский патент 1974 года по МПК G01P15/08 

1

Изобретение относится к области измерительной техники и может применяться при измерении ускорений.

ИзБбстные пьезооптические акселерометры, соде инерционную массу, упругийпьезооптическш элемент, подвес и два оптических канала,недостаточно чувствительны, Предлагаемш акселерометр отличается от известных тем,что оси оптических каналов установлены перпендикулярно между собой и перпендикулярно граням пьезсептической балки, продольная ось которой расположена параллельно измеряемокту ускорению, а анализатор и поляризатор установлены в одном канале скрещенно, а в другом - параллельно,

На cf иг, I показан пьезооптический акселерометр в разрезе плоскостью, п.ораллельнои измеряемому ускорению; на фиг, 2 - то же, в разрезе плоскостью, перяегндккулярijHoii измеряемому ускорению; на фиг.

3 дана схема.оптическом части акселерометра; на фиг, 4 - нагрузочная характеристика акселерометра.

Упругий элемент 1 акселерометра выполнен в виде твердой прозрачной балки, иыекщей четыре прозрачные грани, попарно пара1 1ельные и параллельные измеряемолу ускорению, например, в форме прямого паралС лепипеда. Он изготовлен из материала, проявляющего значительный, пьезооптический эффект, например, из силикатного стекла,ш1авленк го кварца, монокристалла (jaP и

5 пр. На одном конце упругого элеЛ.ента 1 укреплена инерционная масса 2, а противоположный конец его заделан в корпус 3 акселерометра, .Со стороны одной из прозрачных

0 граней упругого элемента размещен источшж света 4,например, в виде светодиода с рефлектором, 1иеж.11у светодиодом 4 и упругим элементом 1 расположен поляризатор 5, в качестве которого может быть исполь| з.оБан поляроид. За противоположной гранью упругого элемента I на пути излученш светодаода 4 расположены последовательно по ходу луча четвертьволновая базовая пластинка 6, анализатор 7 и йотоприемник 8, Фазовая Еластинка 6 мохшт быть выполнена из схлюды, анализатором 7 является же поляроид,как и поляризатор 5, а в качестве qoTOприемника может быть использован, например, кремниевый дотодиод В акселерометре имеется второй оптический кг нал, аналогичны - описамногду, состоящий из светодиода 9, поляризатора iO,расположенных с одной стороны упругого элемента I, четвертьволновой аазосдвЕгшощей пластинки il, анализатора 12 и с отоприемника 13, расположенных на пути изл чеиия светодиода 9 с противоположной стос:оны чувствительно го элемента. Оси обоих оптических каналов перпенж-кулярны напргшленкю измеряемого ускорешш, В первом оптическом канале анализатор 7 установлен скрещенно к поляризатору 5, во втором канале плоскости поляризации анализатора 12 и поляризатора 10 взаимно параллельны. /шесционная масса 2 в направлении, перпендикулярном измерительному, дополнительно связана с корпусом 3 подвесом в виде двух шюских мем бран 14,15, оси которых параллельны измеряемому ускорению. Акселерометр работает сле,аующим образом. ;злучение светодиода 4 проходит через поляризатор 5, упру гш элемент 1, анализатор 7, разовую шшстинку 6 и попадает на фотоприемник 8. Аналогично излучение светодиода 9 последовательно проходит через детали d;0,l, Д ,12 и попа,дает на (1отоприемник 13. Пос ле поляризатора 5(10) излучение светодиода 4 (9) становится линейно ноляр-1;зо}-ан1шм, разовая пластин ка 6 (II) преобразует его в цг.ркулярно поляр;-13ован юе. Ан икзатор 7 (12) выделяет из света состалляю иие, пара1лелыше его плоскости поляризации, поэтому оснеше1пюсть аотоприемн1-.ка ъ (13) згшисит от n;.jpnMf3TpOB поля);;зац1;и сиета. При воздеГ.отвки на- акселерометр ускоре ния СЬ возникает сила инерции/ivO которая нагружает унругш элег.ент I, ;сле,1,ствие чего в нем возникают иехпничсокке напряжения. -Эти ническИе напряжения вызывают измеение двойного лучепреломленш в пругом элементе I, в результате его про: сходит изменение параметов эллипса поляризации света и, ледовательно, световых потоков, аступащих на отоприемники 8,13, ричем в описанной конструкции следствие различной ориентации нализаторов 7 и 12 прирашения свеовых потоков имеют разные знаки ля (отоприемников 8 и 13 и в досаточно широких пределах пропорцинальны измеряемому ускорению а/ Если оси световых потоков пересекают ось упругого элемента I, то акселерометр принципиально не чувствителен ко всем составляющим ускорения, кроме указанного на чертеже. Однако практически это условие выполнить очень трудно. ilo3Tor,iy в конструкщш введен упругий подвес 14,15, имеющий жесткость, намного меньшую, чем чувствитачьныИ элемент в измерительном направлении, и намного большую во всех других напраБлен1Ш:х. Бее неизмеряемые составляющие инерционной силы (и моменты) практически полностью уравновешиваются реакцией . подвеса, что значительно уменьшает чувствительность к ним акселерометра и предохраняет упругий элйг/;ант I отполоьши неизмеряемым воздействиеМо ПРЕдаЯГ ИЗОБРЕТЕНИЯ Пьезооптический акселерометр, . с оде р.:а111ий инерционную- массу, подьешенную в корпусе на упругом подвесе, упругую четырехгранную пьезоoнт lчec: yю балку, установленную между массой и корпусом, и двух оптических каналов в виде светодкода и поляризатора, установленных с одной стороны пьезоопфической балки, и фазовой пластинки, агтализатора и фотоприемника,установленных с другой° стороны балки, отличающийся тем,что, с целью-увеличения чувствительности,оси оптичасккх каналов установлены перпендику.лярно мбйсду собой и перпенди лярно граням пьезооптической балки, продольная ось которой расположена параллельно измеряемому ускорению, а анализатор и поляризатор установл лены в о.дном канале скрещенно, а в другом - параллельно.

9

13

Фиг.2

Фиед

X

U6bi UrU2

Фиг

N

/r

Y

/

A

и.

/

Км/сек)

Рабояии диапазаи