Пьезооптический измерительныйпРЕОбРАзОВАТЕль Советский патент 1981 года по МПК G01L1/24 

Когда упругий элемент 3 работает на изгиб (фиг.1), ол может быть выполнен из одной пластинки кварца. Если упругий элемент 3 работает на сжатие-растяжение (фиг.З), он состоит из двух частей жестко соединенных, например склеенных, между собою. При этом поверхность их раз-, -дела может быть установлена перпендикулярно механическому напряжению б в них, а направление плоскостей, в которых лежат оптические оси частей упругого элемента 3 и соответствующие оси поляризационно-оптических каналов в одной части упругого элемента - нерпендикулярно, а в другой параллельно механическому напряжению Между осями поляризационно-оптических каналов и соответствующими оптическими осями 0,01 в материале упругого элемента 3 при всех видах напряжения в нем устанавливается угол р (фиг. 2 , фиг. 4) .

Поляризатор 2 и анализатор 4 устанавливают в обоих поляризационно-оптических каналах преобразователя одинаково - скрещено или параллельно Фотоприемники 5 включены дифференциально, например, в плечи моста.

Луч света в поляризационно-оптическом канале, пройдя поляризатор 2, становится плоско-поляризованным. В ненапряженном упругом элементе 3 луч распадается на два луча. При заданной длине волны света Л , толщине d упругого элемента 3, главных коэффициентах HO и Hg преломления материала и угле, fb между осью поляризационно-оптического канала и оптической осью материала упругого элемента 3, фазовый сдвиг оСд этих лучей .равен

JT ± - + 2п , где п - целое число,

т.е. в каждом поляризационно-оптическом канале ненагруженного упругого элемента 3 создается начальный фазовый сдвиг лучей (Lg , обеспечивакиций смещение рабочей точки канала на наиболее крутой участок его статической характеристики. Для обеспечения разных по знаку изменений световых потоков на выходе поляризационно-оптических каналов, разность начальных фазовых сдвигов сСд в частях упру.гоIfo элемента 3, работающего на сжатие должна иметь величину п Ji а в упругом элементе 3, работающем на изгиб нулевую величину. При указанной ориентации оптических осей и осей поляризационно-оптических каналов в упругом элементе 3 и начальных фазовых сдвигов dg двух лучей в каждом из обоих оптических каналов световые потоки на выходе каждого поляризационно-оптического канала равны по величине, и сигнал на выходе моста, в плечи которого включены фотоприемники 5, равен нулю.

Если нагрузить упругий элемент 3, силой Р, в неы возникает искусственная оптическая анизотропия, создающая дополнительный фазовый сдвиг. Это приводит к изменению светового потока на выходе поляризационно-оптической системы каждого канала,причем это изменение, в некотором диапазоне изменения силы Р, пропорционально sin ИР , где К - постоянный коэффициент. В упругом элементе 3, работающем на изгиб, искусственная анизотропия в областях, принадлежащих различным поляризационно-оптическим каналам, имеет разные знаки. Это обуславливает равнозначность приращений фазовых сдвигов, которые, суммируясь с однозначными начальными фазовыми сдвигами, приводят к различным по знаку приращениям световых потоков на выходах поляризационнооптических систем оптических каналов

В частях упругого элемента 3 (фиг.З ), работающего на сжатиерастяжение, приращения фазовых сдвигов при изменении механического напряжения имеют одинаковые знаки. Эти однозначные приращения фазовых сдвигов, суммируясь с разнозначными начальными фазовыми сдвигами, приводят к различным по знаку приращениям световых потоков на выходах поляризационно-оптических каналов.

Таким образом, при нагружении упругого элемента 3 как на изгиб, так и на сжатие, изменения фототоков на выходах фотоприемников 5, как и изменения световых потоков на их входах, имеют разные знаки, и при включении фотоприемников в смежные плечи моста, в его измерительной диагонали появляется сигнал, пропорциональный силе Р.

Формула изобретения

Пьезооптический измерительный преобразователь, содержащий два поляризационно-оптических канала, имеющих источники света, упругий элемент/ поляризатор, расположенный между источниками света и упругим элементом, и фотоприемники, от л и чающийся. тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем упругий элемент выполнен из оптически анизотропного одноосного кристалла, а его оптическая ось ориентирована под углом к осям поляризацонно-оптических каналов, определяемым по формуле .

91П,Ь .

АсЗ(Пд-ОдГ

где Л - длина световой волны;

d - длина хода луча в упругом элементе;

rip ,Пц - главные показатели преломления материала упругого элемента; п - целое число.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР № 430323, кл.С 01 L 1/24, 1971.

2.Авторское свидетельство СССР Ч 383406, кл.С 01 L 1/24, 1970,

(прототип).

f/r.f

®да

я I -I /5 l1

HZ}

(Put. 2

I гН

г.4