Пьезооптический измерительный преобразователь Советский патент 1982 года по МПК G01L1/24 

(54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

1

Изобретение относится к измеритель ной технике и в частности к оптическим измерительным системам и предназначено для взмеренин механических величин: сил, давлений, ускорений и х. д.

Известны пъезооптические измерительные преобразсжатели, содержащие расположенные последовательно упругий элемент, источник света, поляризатор из проарачного фотоупругого материала, ана- ,ц лвзатор, фазосдвигаюшие пластинки и фо- топриемникн ij

Однако грани упругих элементов в этих преобразователях имеют плоскую форму.

Наиболее близким по технической сущ- 15 ности к предлагаемому является фотоупругий динамометр, содержащий оптическую систему из последовательно расположенных источника света, поляризатора, упругого элемента вз прозрачного Аотоупру- 20 гого материала, фазосдвигакмаей пластинки, анализатора и фотоприемника. Поверхность упругого элемента имеет сферическую форму С 2 .

В преобразователе нельзя применять весьма перспективные для увеличения чувствительности кристаллические упругие элементы, обладающие исходной оптической анизотропией. Это связано с тем, что в большинстве преобразователей используются малогабаритные, бесконденсорные источники света с расходящимся световым пучком. Такой пучок образуеЬг на выходе из анизотропного упругого элемента с плоскими гранями узкополосную коноскопическую интерференционную картину, так как по мере наклона световых лучей относительно индикатрисы упругого элемента величина их двулучепре- ломления изменяется и изменяется их взаимный фазовый сдвиг. Эти изменение. лишь частично компенсируется изменением фазового сдвига, возникающим вследствии удлинения хода лучей в упругом элементе при их наклоне относительно его входной грани. По$юление коноскопической интерференнионной картины резко снижает чувсГвительность преобразователя, так как для его нормальной работы ширина интерференционной полосы должна значительно превышать экрана фотоприемника. Цель изобретения - повышение чувствительности преобразователя. Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введена вторая фазосдвигаюшая пластинка и фотоприемник, а грань упругого элемента, нормальная к оси симметрии светового пучка, вы полнена в форме поверхности второго порядка в соответствии с соотношением X. С1 -Xk ) Л - -г-по () у d - толшина упругого элемента в рассматриваемом направлении, м X - длина волны света, м ; К - целое число; - показатели преломления материала упругого элемента обыкно венного и необыкновенного луче Ф - угол между осью симметрии и направления светового пучка, ра На чертеже изображен предлагаемый преобразователь. Преобразователь содержит оптическую систему из последовательно расположенных источника 1 света, поляризатора 2, упругого элемента 3, одной из граней которого придана кривизна второго порядка, фазосдвигающих пластинок 4, анализатора 5 и фотоприемников 6. На чертеже изображен момент, когда упругий элемент изготовлен из одноосного кристалла, причем оптическая ось упругого элемента параллельна его входной грани и плоскости наклона светового пучка. Преобразователь работает следующим образом. В отсутствии измеряемой силы световой распадается в упругом элементе на две составляющие, которые иакаппивают по мере прохождения через упругий элемент некоторый одинаковый фазовый сдвиг, одинаковый по всему сечению пучка. Это достигается благодаря увеличению хода пучка в упругом элементе по мере увеличения угла наклона . 1аким образом обеспечивается, так нaзывaeмaя бесконечная ширина интерферен1шонных полос и равномерная начальная засветка фотоприемников на всей площади. При приложении измеряемой силы р изменяется анизотропия упругого элембнта, что создает рабочее приращение фазовых сдвигов составляющих световых пучков. Благодаря фазосдвигающим пластинкам 4, обеспечивающим разность фазовых сдвигов составляющих световых пучков, в каналах на целое нечетное число полупериодов, приращение освещенное- тей фотоприемников имеют разные знаки. Разность фототоков фотоприемников является выходным сигналом преобразователя. Применение преобразователя позволит на один-два порядка увеличить чувствительность пьезооптических преобразователей за счет использования в упругих элементах высокочувствительных анизотропных кристаллических материалов. Формула изобретения Пьез ООП тический измерительный преобразователь, содержащий оптическую систему из последовательно расположенных источника света, поляризатора, упругого элемента из прозрачного фотоупругого материала, фазосдвигающей пластинки, анализатора и фотоприемника, отличающийся тем, что, с целью повьпдения чувствительности, в него введены вторая фазосдвигающая пластинка и фотоприемник, а грань упругого элемента, нормальная к оси симметрии светового пучка, выполнена в форме поверхности второго порядка в соответствии с соотношением -CU2x) (lr,|-h) где d толщина упругого элемента в рассматриваемом направлении, длина волны света, м; целое число; Юг- VI - показатели преломления мате риала упругого элемента обьпсновенного и необыкновенного лучей; Ц) - угол между осью симметрии и направлением светового луча, рад. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США № 3950987, кл. 78-141 А; 1976. 2.Авторское свидетельство СССР № 305372, кл. GOI U 1/24, 06.02.70 (прототип).