Opublikowano: 20.VIII. 1968 55729 KI. 42 k, 14/04 MKP GGW^/OO UKD Twórca wynalazku: mgr inz. Wieslaw Niewczas Wlasciciel patentu: Instytut Lotnictwa, Warszawa (Polska) Czujnik fotoelektroniczny do pomiaru zmian cisnienia gazów Przedmiotem wynalazku jest czujnik fotoelektro¬ niczny do pomiaru zmian cisnienia gazów, metoda¬ mi interferencyjnymi.Znane czujniki do pomiaru cisnien srednich i ni¬ skich charakteryzuja sie tym, ze przy duzych do¬ kladnosciach maja niewielki zakres pomiarowy lub odwrotnie. Stosowane np. cisnieniomierze cieczowe sa klopotliwe w eksploatacji ze wzgledu na odczy¬ tywanie pomiaru, które jest meczace i w znacznej mierze subiektywne. Dokladnosc wskazan tych czujników wybitnie zalezy od dokladnosci ich usta¬ wienia i warunków zewnetrznych, co z kolei jest trudne do skontrolowania. Totez wysoka doklad¬ nosc tych cisnieniomierzy jest tylko pozorna.Wszystko to powoduje, ze sa one stosowane w wiekszosci przypadków tylko w laboratoriach.Nalezy jeszcze podkreslic, ze pary stosowanych w cisnieniomierzach cieczy mierniczych, na przyklad rteci toluenu itp., sa bardzo szkodliwe dla zdrowia czlowieka.Wedlug wynalazku unika sie podanych niedo¬ godnosci poprzez przystosowanie interferometru sze¬ regowego do pomiarów zmian cisnienia gazów. Uzy¬ skuje sie to w ten sposób, ze os optyczna ukladu interferencyjnego na odcinku pomiedzy plytka szklana z nalozona powierzchnia pólprzepuszczalna i klinem optycznym takze pokrytym powierzchnia pólprzepuszczalna jest zalamana pod katem ostrym oraz pomiedzy plytke szklana i klin optyczny w bieg promieni swiatla sa wstawione kuweta pomiarowa wypelniona mierzoinyim 'czynnikiem' oraz1 zwierciadlo. 10 15 30 Ponadto, powierzchnie pól^przepuszczalne plytki szklanej i klina optycznego sa ustawione pod róz¬ nymi katami wzgledem osi optycznej, dzieki czemu otrzymuje sie wzór interferencyjny skladajacy sie z ciemnych i jasnych prazków, co umozliwia wy¬ krywanie dodatnich i ujemnych zmian cisnienia za pomoca ukladu fotodiod i znanego ukladu elektro¬ nicznego.Dzieki takiej konstrukcji czujnik jest bardzo pro¬ sty o zwartej budowie, latwy w regulacji i nieroz- regulowywujacy sie. Nie wymaga specjalnie facho¬ wej obslugi, a dzieki rejestracji wskazan przez uklad elektroniczny sa wyeliminowane subiektyw¬ ne bledy pomiaru.Istnieje równiez mozliwosc automatyzacji pomia¬ rów wraz iz otpisemj wyników i wieksza mozliwosc, pomiaru cisnienia przy zastosowaniu czujnika w ukladach automatycznej regulacji. Ponadto, czuj¬ nik ten umozliwia ^pomiary i rejestracje dynamicz¬ nych zmian cisnienia, a takze okreslenie chwilowe¬ go i stalego rozkladu cisnien, na przyklad w prze¬ plywach. Mozna uzyskac wysoka dokladnosc wska¬ zan w zakresie pomiarowym od 0 ata, do kilku atmosfer. Zakres pomiaru ogranicza tylko wytrzy¬ malosc obudowy czujnika. Czujnik taki eliminuje uzywanie szkodliwe dla zdrowia ludzkiego mano¬ metry rteciowe.Przedmiot wynalazku jest blizej wyjasniony w przykladowym wykonaniu uwidocznionym na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia schemat ideowy czujnika, a fig. 2 — wzór interferencyjny. 55 72955 729 3 Jak pokazano na fig. 1, czujnik sklada sie z oswie¬ tlacza 1, zamknietej kuwety pomiarowej 2, na dnie której znajduje sie zwierciadlo 3, a w jej boki wmontowane sa plytka szklana 4, szybka ochronna 5 oraz zawór doprowadzajacy 6, klina optycznego 7, ukladu rzutujacego 8, zespolu trzech fotodiod 9 i ukladu elektronicznego 10. Plytka szklana 4 pokryta jest od strony zwierciadla 3 powierzchnia pólprze- puszczalna 4a, natomiast klin optyczny 7* jest po¬ kryty z obu stron powierzchniami pólprzepuszczal- nymi 7a i 7b.Powierzchnie pólprzepuszczalne 4a i 7a sa usta¬ wione pod róznymi katami wzgledem osi optycz¬ nej. Os optyczna ukladu interferencyjnego na odcin¬ ku pomiedzy plytka szklana 4 i klinem optycznym 7 jest zalamana pod katem ostyrn a, a pomiedzy plytke szklana 4, i klin optyczny 7, w bieg promieni swiatla, jest wstawiona kuweta pomiarowa 2 wraz ze zwierciadlem 3, przy czym kuweta pomiarowa 2 jest wypelniona czynnikiem, którego cisnienie jest .mierzone.Z oswietlacza 1 pada na uklad interferencyjny — zlozony z plytki szklanej 4, zwierciadla 3 i klina optycznego 7 — skolimowana, monochromatyczna i koherentna wiazka swiatla. Tu, przechodzac po drodze przez kuwete pomiarowa 2, ulega rozdziele¬ niu, miedzy innymi, w sposób pokazany na fig. 1 (linie przerywana i ciagla). Po przejsciu przez uklad rzutujacy 8 wiazki te tworza w plaszczyznie dia- fragm fotodiod 9 wzór interferencyjny 11 (fig. 2) skladajacy sie z ciemnych i jasnych prazków.Wzór ten jest wyrazny dzieki oddzieleniu szkod¬ liwego i niepotrzebnego tla przez dzialanie klina optycznego 7. Zmiany cisnienia czynnika doprowa¬ dzonego do kuwety pomiarowej 2 poprzez zawór 6 powoduja zmiane wspólczynnika zalamania swiatla dla mierzonego gazu.Konsekwencja tych zmian jest zmiana róznicy dróg optycznych powodujaca ruch wzoru interfe¬ rencyjnego 11. W ten sposób fotodiody 9 otrzymuja okreslona liczbe impulsów swietlnych w zaleznosci od zmiany cisnienia gazu w kuwecie pomiarowej 2.Znajac zaleznosc zmiany wspólczynnika zalamania 5 swiatla od cisnienia gazu oraz dlugosc drogi geome¬ trycznej promieni swietlnych' latwo mozna okres¬ lic zmiany cisnienia gazu.Fotodiody' 9 rozmieszczone sa w znany sposób tak, aby wykrywaly kierunek ruchu wzoru inter- io ferencyjnego 11, a wiec dodatnie lub ujemne zmia¬ ny cisnienia. Impulsy swietlne sa przetwarzane i zliczane przez uklad elektroniczny 10, który tez podaje wyniki pomiaru w postaci cyfrowej. PL