Пьезооптический акселерометр Советский патент 1981 года по МПК G01P15/09 

(54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

1

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности .к акселерометрам.

Известны акселерометры, в основу работы которых положен принцип изменения частоты лазерного излучения при изменении оптической длины резонатора лазера под действием инерционных сил flj , 2J и ЗД . .

Недостатком их является нестабиль ность частоты генерации при изменении условий окружающей среды. Для уменьшения влияния внешних факторов на точность таких акселерометров применяют специальные системы стабилизации параметров и оптического квантового генератора: периметра, мощности и т.д. .(Однако такие скстемл сложны, дорогостоящи и не могут полностью компенсировать влияния возмущающих факторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутым результатам является устройство, содержащее распложенные последовательно источник излучения, поляризатор, чувств ельный элемент (ЧЭ), выполненный из фотоупругого кристсшлического материала, нагруженный эталонной массой, .анализатор и приемник излучения f4j .

Недостатком устройства является изменение взаимной ориентации поляризатора, анализатора и ЧЭ при работе в условиях вибраций, что вносит дполнительные погрешности при измерении .

Цель изобретения - повышение точности измерения.

Для этого в предлагаемом акселерометре поляризатор, чувствительный элемент и анализатор выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда, представляющего собой сборку трех призм из кристаллического одноосного фотоупругого материала, оптическая ось которого ориентирована перпендикулярно к направлению распространения света, разделенных изотропными промежутками, причем средняя призма выполнена в виде параллелепипеда, противоположные сопрягаемые грани которого скошены под углом во взаимно перпендикулярных направлениях.

На чертеже представлена упрощенная конструктивная схема устройства.

Устройство содаряеит призму 1, установленную на пути излучения от источника света 2, фотоприемник 3 и инерцирнную массу 4. Призма 1 выполнена из. кристалли.ческого одноосного двулучепреломляю щего материала, обладающего большим коэффициентом фотоупругости в виде сборки из трех призм 5, 6 и 7. Между призмами 5-7 вне световой зоны для создания изотропных промежутков вклеены уголки 9 из металлической фольги. Воздушные зазоры по периметр залиты компаундом 10, угол при вериаи не призм «L определяется по формуле /П , , -.anct5j- -- , где Пр и п - показатели прелсичлени одноосного кристалла для необыкновенного и обыкновенного лучей с ответственно; п - показатель преломлени изотропного промежутка. Поляризатором излучения является призма 5, промежуток 8 и левая часть призмы б, средняя часть которой нагружена инерционной массой 4 и являет ся чувствительным элементом. Правая часть призмы 6, изотропный промежуток и призма 7 образуют анализатор излучения. Работа пьезооптического акселеро метра происходит следующим образом. Луч света от источника излучения 2 попадает на поляризатор (призма 5 изотропный промежуток 8, левая часть призмы 6). Далее поляризованное излучение попадает на чувствительный элемент (средняя часть призмы 6), нагруженный инерционной массой 4. При отсутствии ускорения излучение пройдет через чувствительный элемент без изменения плоскости поляризации и поступит на анализатор (правая часть призмы б, изотропный промежуток, призма 7). Так как поляризатор и анализатор скрещены, то последний не пропустит светового потока на чувствительную площадку фотоприёмника 3. При наличии ускорения а в чувс вительном элементе (средняя часть пр мы 6) появятся механические напряже ния, в результате которых возникнет разность фаз Г для обыкновенного и необыкновенного лучей, закон измене ния которой имеет вид (p,, где Рля и 5|« упругооптические конта ты кристалла; а - ускорение; к - коэффициент, учитйвающий связь между ускоре нием и деформациями ЧЭ Наличие разности фаз для обыкновенного и необыкновенного лучей приводит к повороту плоскости поляризации излучения на выходе ЧЭ, Угол поворота плоскости поляризации излучения пропорционален ускорению а. Прошедшее через ЧЭ излучение поступает на анализатор, который пропускает часть светового потока в зависимости от угла поворота плоскости поляризации излучения на фотоприемник 3. Таким образом выходной сигнал с фотоприемника несет в себе информацию о величине линейного ускорения. Поляризатор, ЧЭ и анализатор могут быть выполнены из кристаллического одноосного двулучепреломляющего материала, облащакнцего значительным коэффициентом фотоупругости, например из ниобата лития (LiNbO2), что обеспечивает хорошую чувствительность акселерометра. Изотропные промежутки могут быть выполнены в виде клеевых соединений призм. Конструкция устройства позволяет повысить точность и надежность измерейия ускорений за счет повышения его устойчивости к внешним воздействиям, уменьшить габариты и вес. Вследствие уменьшения числа рабочих граней возрастает чувствительность устройства. Формула изобретения Пьезооптический акселерометр, содержащий расположенные последовательно источник излучения, поляризатор, чувствительный элемент, выполненный из фотоупругого кристаллического материала, и нагруженный эталонной массой, анализатор и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, поляризатор, чувствительный элемент и анализатор выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда, представляющего собой сборку трех призм из кристаллического одноосного фотоупругого материала, оптическая ось которого ориентирована перпендикулярно к направле|иик) распространения света, разделенных изотропными промежутками, причем средняя призма в виде параллелепипеда, противоположные сопрягаемые грани которого скошены под угле во взаимно ортогонгшьных направлениях. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3800594, кл. G 01 р 15/08, 02.04.74. 2,.Патент США № 4048859, кл. G 01 р 15/08, 20.09.77. 3.Патент ФРГ №1673413, кл.42017, 28.05.74. 4.Авторское свидетельство СССР 430323, кл. G 01 р 15/08, 14.01.72 (прототип).

ffamuvecKM ocA

Оптическая ось