SU1240184A1 - Волоконно-оптический измерительный преобразователь - Google Patents

Description

.(46) 30.05.91. Бкш. К 20

(21)3817863/10

(22)29.11.84 (72) М.И.Ермохин (53) 531.781(088.8)

(56) Бесконтактные измерители параметров вибраций. Экспресс-информаци , Контрольно-измерительна  техника, № 4, 1981..

1аиилов А.А. Точное приборостроение . Л.: Машиностроение, 1979, с. 58-63.

Авторское свидетельство СССР № 225464, кл. G О В П/00, 1967. (54)(57) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий соединенные последовательно излучатель , передак ций световод, отражатель с возможностью перемещени  под воздействием измер емой физической величины, приемный световод и фотодетектор , образующие основной приемный канал, отличающийс  тем, что, с целью расширени  диапазона при увеличении чувствительности измерений , излучатель основного канала выполнен модулированным, а в измерительный преобразователь вве.пены вспомогательный канал, содержащгтй модулированный излучатель, переланпций и приемный световоды, фотодетектор, подключенные к каждому из  ыходов основного и вспомотательнпго Фотодетектора рег.улируа1д-1е усил1-пе.1П5, блок выделени  сигналов OCHOUHOI о излучател ,блок выделени  CHriiaua р.:гзО „танса

приемных каналов и вычислительное устройство ,при этом вькоды регулируемых усилителей соединены с входами блока выделени  основного излучател  и с входами блока выделени  сигналов разбаланса приемных каналов, выходы Которого соединены с входами регулируемых усилителей, а выходы блока выделени  сигнала основного излучатеш  соединены с двум  входами вычислительного устройства, выход которого  вл етс  выходом измерительного преобразовател , причем торцы передающего основного и приемных световодов , обращенные к отражателю, ско шены под углом, составл ющим с оптической осью световодов угол сС i лежащий в пределах

arccos - - arccos -- о( : 90, Пс Пс .

а торец передающего вспомогательного световода скошен под углом, составл ющим с oпtичecкoй осью световодов угол / , лежащий в пределах

Si

ПОБ arccos ,

n.

с

nj - показатель преломлени  материала , заполн ющего зазор между торцами световодов и отражателем; f - показатель преломлени  сердечника световодовJ ОБ показатель преломлени  оболочки световодов.

I12401

Волоконно-оптический измерительный преобразователь (датчик) относитсл к измерительной технике и предназ ((ачен дл  использовани  в измерительно-информационных и управл ющих систе- 5 мах дл  контрол  физических величин,

Целью изобретени   вл етс  расширение диапазона и уменьшение погреиности измерени  при увеличении чувствительности to

На чертеже представлен предлагае- . мый преобразователь

Он содержит основные излучатель 1, - передающий световод 2,приемный свете вод 3, фотодетектор 4, вспомогательный 5 излучатель 5, передшопщй световод 6, приемный световод 7,фотодетектор 8,отражатель 9, регулируемые усилители 10 и 11, блок вьщелени  сигнала основного излучател  12, блок 13 выделени  20 сигнала разбаланса приемных каналов и вычислительное устройство 14„

Преобразователь работает следующим образом.

Задающие генераторы вырабатывают 25 сигналы различающиес  по фазе или по частоте и модулирующие основной и вспомогательный излучатели/ t и 5 соответственно . Излучение основного излучател  1 проходит поосновно.му пе- 30 редающему световоду 2, отражаетс  от отражател  9 и падает на торцы основногр 3 и вспомогательного 7 приемных световодов 5 тгроходит по ним и детектируетс  основным l и вспомогатель- 35 ным 8 фотодетекторами. Сигнала на выходах фотодетекторов 4 и 8 представл ют собой сигналы поднесущей частоты вырабатываемой генератором основного излучател , промодулирован1 ые 40 по закону изменени  измер емой физической величины.

Сигналы фотодетекторов усиливаютс  регулируемыми усилител ми 10 и 11 и подаютс  на блок вьщелени  сигнала 45 основного излучател  12. В этом бложе сигнал, вырабатываемый генератором основного излучател , детектиру«тс , обеспечива  демодул цию сигнала , пропорционального измер емой 50 физической величине. Демодул ци  обеспечиваетс  раздельно дл  сигналов лрогаедших соответственно через основной и вспомогательный каналы, Дат.ее демодулированш;1е сигналы поступают в jj вьгчислителытое устройство 14. Йсход ое положение отражател  9 и пространственной pacnon пт чемиых

84 2

световодов определ ют фазовые соотношени  сигналов.излучаемой физической величины-основного и вспомогательного приемных каналов. Так, например, сигналы могут быть дифференциальными (сдвиг фаз 180°) или квадратурными (сдвиг фаз 90°), При воздействии физической величины обеспечиваетс  пропорциональное перемещение отражател  что приводит к соответствующему перемещению по торцам приемных световодо светового п тна излучени  основного излучател  и, следовательно, модул ции вводимого излучени . Вычислительное устройство 4 обрабатывает сигналы основного (|j и вспомогательного и каналов со следующим алгоритмом:

---- - дл  дифференциальных

Un и а

и сигналов; arctg -- - дл  квадратурных сигна лов. . Обработка сигналов по указаннь1М

алгоритмам обеспечивает отсутствие вли ни  на результат измерени  изменений мощности излучателей, затухани  передающего световода, затуханий приемных световодов и отклонений чувствительностей фотодетектора. Дл  компенсации различных по величине и знаку коэффициентов передачи основного и вспомогательного приемных каналов в схему преобразовател  введены вспомогательные излучатель 5 и передающий световод 6, Причем выходной торец вспомогательного передающего световода скошен под углом к.оптической оси, меньщим угла полного внутреннего отражени , и направлен так, что излучение вспомогательного излучател  5, пройд  по вспомогательному световоду 6, отражаетс  от его выходного торца, направл етс  на вьгходнь е торцы приемных световодов, отражаетс  от них, распростран етс  по приемным световодам 3 и 7 и детектируетс  фотодетекторамн 4 и 8, Сигналы фотодетектора усиливаютс  регулируемыми усилител ми 10 и 11 и подаютс  в блок выделени  разбаланса приемных каналов 13, В этом блоке из суммарного сигнала основного и вспомогательного излучателей вьщел ютс  сигналы вспомогательного излучател , прошедшие соответственно через основной и вспомогательный приемные каналы. Их разностFfbM сигнал  вл етс  управл ющим сигналом дл  регулируемых усилителе.

312

измен   их усилени  до величины, когда разностный сигнал становитс  равным нулю. В результате восстаназливаетс  баланс или равенство коэффициентов передачи обоих приемных каНалов . Разделение сигналов основного I и вспомотзателБНого 5 иэлучатет ей соответственно в блоках 12 и i 3 обеспечиваетс  различным законом модул ции излучателей. Модулирую1дие сигналы могут отличатьс , например, по фазе или частоте.

Угол5 под которым вьтолн готс  торцы основного передающего и приемных световодов, относительно их оси ot до жен лежать в пределах, ограниченных с одной стороны по влением положительиого эффекта т.е. он должен быть меньше 90, и с другой стороны углом, при котором- происходит нарушение услови  полного внутреннего отра кени  хот  бы дл  одного апертурного луча, -.е. он должен быть больше ве84

п личины arccps -- arccos -. ВелкПс , Пе чина arccos (), представл ет собой угол, при котором происходит нарушение полного внутреннего отражени  лучей, распростран ющихс  вдоль оси световрда, а величина

arccos определ ет апертурный угол Пс

световода.

Угол, под которым аьтолн етск торец вспомогательного передающего с етовода относительно осир, должен лежать и пределах, ограничен1Гь1х с одной стороны вырождением торца в плоскость осевого сечени  световода, т.е. он должен быть.больше О , и с другой стороны углом, при котором полное внутреннее отражение сохран етс  хот  бы дл  одного апертурного луча, т.е. он до жен быть меньше величипг Пое

- + arccos

ны arccos

п. Пс