SU1182288A1

SU1182288A1 - Волоконно-оптический пьезооптический измерительный преобразователь

Info

Publication number: SU1182288A1
Application number: SU833645292A
Authority: SU
Inventors: Виктор Иванович Садовников; Михаил Арсенович Ананян; Михаил Иванович Ермохин; Владимир Иванович Садовников; Тофик Сабадинович Султан-Заде; Николай Петрович Удалов; Геннадий Игнатьевич Яцковский; Владимир Александрович Ширяев
Original assignee: Предприятие П/Я А-3390
Priority date: 1983-09-22
Filing date: 1983-09-22
Publication date: 1985-09-30

Abstract

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЬЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ , содержащий источник излучени и расположенные последовательно по ходу излучени волоконно-оптический световод и оптический канал, включающий пол ризатор, фотоупругий чувствительньй элемент, фазосдвигающую пластину, анализатор, а также блок обработки сигнала, отличающийс тем, что, с целью повышени точности и расширени предела измерений, в устройство введены три дополнительных оптических канала, каждый из которых включает пол ризатор , фотоупругий элемент, фазосдвигающую пластину, анализатор, приемный волоконно-оптический световод и фотоприемник, причем пол ризатор, фотоупругий чувствительный элемент и анализатор вл ютс общими дл всех оптических каналов, и два блока вычитани , выходы которых подключены к блоку обработки сигнала, фотопрйемники основного и первого дополнительного оптических каналов и второго и третьего дополнительных оптических каналов подключены попарно к блокам вычитани , фазосдвигающие пластины . основного и первого дополнительного оптических каналов и второго и третьего дополнительных оптических каналов попарно различаютс по фазовому сдвигу на li и установлены таким образом , что их оптические оси взаимно ортогональны и образуют равные углы с оптической осью пол ризатора, причем фазосдвигающа пластина второго или третьего дополнительных оптических каналов отличаетс по фазовому сдвигу от фазосдвиганлдей пластины основного или первого дополнительного оптического канала на (), где k 0,1,2,..., а в качестве источника иэлучени использован источник немонохроматического излучени .

Description

Изобретение OTFIOCHTCH к измерителной технике и может быть использован дл дистанционного измерени физических величин, вызьгоающих механические напр жени в твердом теле.

Цель изобретени - повышение точности и расширение предела измерений

На фиг.1 представлена принципиальна схема предлагаемого устройства, на фиг.2,3 и 4 - соответственно кривые а, б, в характеристик выходных сигналов схем вычитани .

Крива а - напр жени 1)о« сигнала схемы вычитани , подключенной к осноному и первому дополнительному оптическим каналам.

Крива б - напр жени UDZ сигнала схемы вычитани , подключенной к второму и третьему дополнительным дифференциальным каналам.

Крива в - кругова диаграмма выходных сигналов схем вычитани второго и третьего дополнительных дифференциальных каналов, где вектор напр жени U U UQ (векторное сложение сигналов), а напр жени UQ, и ,, и и, U4 - модули вектора напр жени и при пол рных углах tf равных соответственно 0,2f, 4li, б1,,.

2nir.

I

Волоконно-оптический пьезооптический измерительный преобразователь содержит немонохроматический источник излучени 1, волоконно-оптический световод 2, пол ризатор 3, фотоупругий чувствительный элемент 4, фазосдвигающие пластины 5, 6, 7 и 8, анализатор 9, приемные волоконнооптические световоды 10, 11, 12 и 13, фотоприемники 14, 15, 1би17, схемы вычитани 18 и 19 и блок обработки сигнала 20.

Устройство работает следукпцим образом .

Световой поток от источника излучеии Д по волоконно-оптическому световоду 2 поступает к пол ризатору 3 и становитс после него плоскопол ризованным под углом 45 к направлению воздействи сипы Р, приложенной к фотоупругому чувствительному элементу 4. Сила Р вл етс линейной функцией измер емой величины F (давление , ускорение, температура и т.д. котора приводит к деформации фото-упругого чувствительного элемента.

При ненагруженном фотоупругом элементе световые пучки проход т через

него, не измен формы пол ризации. При прохождении фазосдвигающих пластин 5, 6, 7 и 8 каждый световой пучо распадаетс на две составл ющие (параллельную и перпендикул рную направ лению силы Р), распростран ющиес .с различными скорост ми и набирающие разность фазового сдвига oig равную tii (-)/2. За счет выбора фазосдвигающих пластин фазовые сдвиги в основном и первом дополнительном и во втором и третьем дополнительных оптических каналах равн етс на IT в каждой паре каналов.

Приложение к упругому элементу 6 воздействи силы Р вызывает в нем по вление оптической анизотропии, . пропорциональной измер емой величине F . При этом упругий элемент создает дополнительный фазовый сдвиг Aoi составл ющих световых пучков пропорционально воздействию F . В результате интерференции составл ющих световых пучков за анализатором 9 световые потоки, поступающие на торцы приемных оптоволоконных световодов Ю, 11, 12 и 13 и на фотоприемники 14, 15, 16 и 17 измен ютс в зависимости от фазового сдвига (Х обо4Ло(..

Напр жение на фотоприемниках 14, 15, 16 и 17 описываетс выражением (UP-U) sin oi , где UQ - начальное значение напр5шени , U - остаточное значение напр жени , фазосдвигающие пластины 5 и 6, 7 и 8 отличаютс по фазовому сдвигу на и , поэтому при -условии выбора фотоприемников с одинаковыми параметрами выходной сигнал V схем вычитани 18 и 19 описываетс выражением (U,-и )sinc6 .

Однако вследствие отличи фазового сдвига, по крайней мере, одной из фазосдвигающих пластин 7 и 8 от фазового сдвига любой из фазосдвигающих пластин 5 и 6 на11(/2 (), где k 0,1,2,3... целое число, выходное напр жение lig ° схемы вычитани 19 сдвинуто по фазе относительно выходного напр жени 0 со схемы вычитани 18 на t .

При равенстве амплитуд сигналов V, и Vj, т.е. , А, Uo A-sinq, и, cos tf модуль их суммы выражаетс формулой

,/ -{A -5in oc+-| o6oo А .

31

При изменении фазового сдвига ti вектор суммы сигналов V и V,o , модуль которого равен А, описывает своим концом окружность радиуса А в пол рных координатах (см.фиг.4 в),

, «о откуда нетрудно видеть, что

Ь т и,а

и

i у, О,

ИЛИ .,, и в то же

врем

А-в1поб

CJ)qrci6-r oi.T.e. значени углаф

б ЛСобоб

на круговой диаграмме совпадают со значением фазового сдвига Л .

Позтому, определив величину ср мы однозначно находим измер емую величину F , котора пропорциональна фазовому сдвигу об .

Сигналы фотоприемников 14, 15, 16 и 17 уменьшаютс при увеличении фазового сдвига в фотоупругом элементе , вследствие уменьшени контраста интерференционной картины, образованной немонохроматическим излучением , по закону, описываемому выражением

,e

7

Vg - начальное напр жение, согде

ответствующее нулевому фазовому сдвигу, Я - средн длина волны излучени , С - скорость света, - интервал круговых частот света.

1822884

на прот жении которого интенсивность светового потока уменьшаетс в два раза.

VI у

в результате этого сигналы Т| и 5 выходах схем вычитани 18 и 19 соответственно имеют вид, показанный на графиках а и б фиг.2.

При равных начальных значени х

Г сигналов VQ и обозначив -2-°У,л«ср

получим вьфажёни дл сигналов

v,.V..,.v e-fl f

При этом радиус-вектор суммарного сигнала, показанный на круговой диаграмме фиг. ,в, по мере роста его угла поворота уменьшаетс по .величине и конец его описывает спираль.

Таким образом, после каждого очередного поворота радиус-вектора на угол 2 его величина принимает определенные значени (U, U, U,.. U). Это позвол ет определить число полных оборотов радиус-вектора по величине сигнала, что исключает неоднозначность измерений сдвига фаз. При этом фазовый сдвиг об совпадает по величине со значением угла на круговой диаграмме, что исключает погрешность измерений за счет нели-, нейности характеристики.

Поэтому, определив величину Cf , можно однозначно определить измер емую величину F , котора пропорциональна фазовому сдвигу «4 .

jK/4 Д

: ---- глX J Tg rgx-i -gs

.

,:s-

Swj.J

U lfo-e

u.

Of

n-m-e-y

.e-f nK

Claims

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий источник излучения и расположенные последовательно по ходу излучения волоконно-оптический световод и оптический канал, включающий поляризатор, фотоупругий чувствительный элемент, фазосдвигающую пластину, анализатор, а также блок обработки сигнала, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и расширения предела измерений, в устройство введены три дополнительных оптических канала, каждый из которых включает поляризатор, фотоупругий элемент, фазосдви гающую пластину, анализатор, приемный волоконно-оптический световод и фотоприемник, причем поляризатор, фотоупругий чувствительный элемент и анализатор являются общими для всех оптических каналов, и два блока вычитания, выходы которых подключены к блоку обработки сигнала, фотопрйемники основного и первого дополнительного оптических каналов и второго и третьего дополнительных оптических каналов подключены попарно к блокам вычитания, фазосдвигающие пластины . основного и первого дополнительного оптических каналов и второго и третьего дополнительных оптических каналов попарно различаются по фазовому сдвигу на и установлены таким образом, что их оптические оси взаимно ортогональны и образуют равные углы 2 с оптической осью поляризатора, причем фазосдвигающая пластина второго или третьего дополнительных оптических каналов отличается по фазовому сдвигу от фазосдвигающей пластины основного или первого дополнительного оптического канала на (2k+1), где к =0,1,2,..., а в качестве источника излучения использован источник немонохроматического излучения .

1 1182288 ²