Пьезооптический измерительный преобразователь Советский патент 1977 года по МПК G01L1/16 

Напряжение питания через регулятор общего TOiKa 20 постутает одновременно на регуляторы токов источников света 12 и 13. Управляющий сигнал, поступающий с генератора импульсов 14 на регуляторы токов 12 и 13, позволяет запитывать источники света 1 и 2 попеременно. Световые потоки от источников 1 и 2, пройдя поляризатор 4, становятся линейно-поляризованными. Далее световой поток от источника света 1 проходит через фазосдвигающую пластину 5, а поток от источника 2 через такую же пластину 6. Толщина пластин 5 и 6 подобрана так, чтобы создавать разность хода в четверть длины волны света, но плоскости наибольших скоростей их взаимно перпендикулярны. После этих пластин свет становится циркулярно-поляризованным и, пройдя чувствительный элемент 7, поступает на анализатор, который выделяет из световых потоков составляющие, параллельные его собственной оси поляризации.

Если на чувствительный элемент 7 не действует измеряемый параметр (сила, давление и т. д.), то световые потоки, поступающие на рабочий фотоприемник 9, не подвергаются изменению в чувствительном элементе 7 и имеют лишь начальную разность хода, обусловленную наличием фазосдвигающих пластин 5 и 6. 1ак как толщина их одинакова, то и световые потоки, поступающие на фотоприемник 9 во время работы первого и второго источника света, имеют одну и ту же величину Фо (фиг. 2). Переменная составляющая на выходе рабочего фотоприемника 9 будет отсутствовать и сигнал в измерительную цепь 16 не поступает.

При нагружении чувствительного элемента 7 силой Р (см. фиг. 2) в нем создается дополнительная разность хода. Эта разность хода алгебраически суммируется с разностью хода создаваемой фазосдвигающими пластинами 5 и 6. Так как пластины 5 и 6 имеют взаимоперпендикулярную ориентацию осей наибольших скоростей, то при работе одного источника света указанные разности хода складываются, а при работе другого вычитаются. В результате этого оба световых потока при выходе из чувствительного элемента будут иметь эллиптическую поляризацию, оси эллипсов поляризации этих потоков будут взаимно перпендикулярны. На выходе из анализатора 8 световой поток, излучаемый одним источником света, будет иметь приращение +АФ, а излучаемый другим источником -АФ. Так как источники света работают попеременно, то на выходе рабочего фотоприемника 9 появится переменный сигнал, частота которого будет равной частоте генератора импульсов. Через разделительную емкость 15 этот сигнал поступает на фазочувствительный усилитель 17 и далее на измеритель 18.

Компенсация дрейфа нуля преобразователя производится за счет введения обратной связи. На опорный фотоприемник 10 поступают световые потоки, минуя поляризационно-оптич-ескую систему, поэтому, если светимость источников света 1 и 2 одинакова, то на выходе фотоприемника 10 переменный сигнал отсутствует и компенсации не происходит. Когда 5 один из источников света (например 1) уменьшит свою светимость (со временем или от изменения температуры), тогда на выходе опорного 10 и рабочего 9 фотоприемников появится переменный сигнал, который на выходе 0 рабочего фотоприемника 9 приводит к смещению нуля на выходе преобразователя. Сигнал с опорного фотоприемника 10 усиливается и демодулируется фазочувствительным усилителем 11. Этот сигнал поступает на регуляторы

5 токов источников света 12 и 13, которые включают в себя по два элемента - регулирующему и переключающему. Переключающие элементы обеспечивают попеременную работу источников света 1 и 2 за счет сигналов, поступающих ;С генератора 14. А 1на входы регулирующих элементов сигнал поступает с усилителя 11. Этот сигнал имеет определенную полярность, обусловленную соотношением фаз входного и опорного сигналов усилителя И, поэтому регулирующие элементы регуляторов тока 12 и 13 должны быть устроены так, чтобы при однополярном сигнале один из них закрывался, а другой открывался. Осуществить это можно, применяя транзисторы разной проводимости или инвентирующий и неинвентирующий входы операционных Зсилителей. Таким образом, при поступлении на регуляторы тока 12 и 13 сигнала с усилителя 11, ток источника 1 увеличивается, а источника 2 уменьшается и, как следствие, соответственно изменяются их световые потоки, стремясь свести к нулю переменный сигнал на выходе опорного 10 и рабочего 9 фотоприемников. Тем самым устраняется смещение нуля на выходе преобразователя. Компенсация будет осуществляться тем лучше, чем больше коэффициент усиления усилителя 11. Работа преобразователя происходит аналогично и при изменении светимости обоих источников света.

5 Компенсация дрейфа коэффициента чувствительности осуществляется за счет введения цепи обратной связи, включающей в себя фильтр низких частот 19 и регулятор общего тока источников света 20.

0 Так как в преобразователе используются два источника света 1 и 2, то для поддержания постоянства коэффициента чувствительности необходимо поддерживать постоянной сумму световых нотоков обоих источников. Когда

5 изменится светимость одного или обоих источников света (например, уменьшится), то изменится (уменьшится) и сумма световых потоков, изменяется (уменьшается) величина постоянной составляющей сигнала на выходе

0 рабочего фотоприемника 9. Необходимо заметить, что с выхода фотоприемника 9 может поступать и переменная составляющая (при нагружении чувствительного элемента), поэтому фильтр низких частот 19 выделяет из

этого сигнала только среднее значение и подает его на регулятор общего тока 20 источников света. В регуляторе общего тока 20 этот сигнал сравнивается с опорным сигналом, и благодаря наличию разбаланса увеличивается ток обоих источников света. Световые потоки увеличиваются, как следствие, увеличивается и величина постоянного сигнала на выходе фотоприемника 9, стремясь достичь величины опорного сигнала UQH, чтобы свести к минимуму величину разбаланса.

Таким образом, введение двух цепей отрицательной обратной связи позволяет повысить точность за счет уменьшения температурного и временного дрейфа нуля и коэффициента чувствительности.

Формула изобретения

Пьезооптический измерительный преобразователь, содержащий два источника света, подключенные к генератору знакопеременных прямоугольных импульсов, поляризационнооптическую систему и рабочий фотоприемник с измерительной схемой, отличающийся тем, что, с целью повышения точности преобразования, он снабжен фильтром низких частот, регуляторами тока каждого источника света, соединенными с выходом общего регулятора тока, вход которого подключен к фильтру низких частот, фазочувствительным усилителем, разделительной емкостью и опорным фотоприемником, причем опорный фотоприемник через разделительную емкость соединен с фазочз вствительным усилителем, выход которого подключен к входам регуляторов тока каждого источника света, а выход рабочего фотоприемника подключен к измерительной цепи и фильтру низких частот.

J I/ J I г нЦ рэ