SU1677751A1 - Волоконно-оптический измеритель емкости аккумул тора - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  емкости аккумул тора с жидким электролитом. Изобретение позвол ет повысить точность и стабильность измерений за счет получени  выходного сигнала в цифровом виде. Изменение емкости аккумул тора (плотности электролита), а следовательно , изменение показател  преломлени  приводит к тому, что оптический сигнал источника 1, который коллимируетс  в подвод щем световоде 2 линзой 3, выходит со скошенного торца подвод щего световода 2 под различными углами, при этом каждому дискретному угловому положению светового пучка соответствует торец определенного световода приемного световодного устройства 4, Световоды 5 приемного световодного устройства 4 в средней части имеют изгибы 6, радиусы которых рассчитаны таким образом, что интенсивность излучени  изгибов световодов одинакова. Изгибы 6 обращены к соответствующим элементам фотодиодной матрицы двоичного кодировани  8 так, что каждому световоду соответствует определенное двоичное число, формируемое фотодиодной матрицей по двоичной информации, на выходе которой можно судить о емкости аккумул тора. 2 ил. СП с

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, в частности к устройствам дл  измерени  емкости аккумул тора с жидким электролитом.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности и стабильности измерений.

На фиг.1 приведен график зависимости угла выхода светового пучка и подвод щего световода от показател  преломлени  электролита аккумул тора при различных углах скоса выходного торца; на фиг.2 представлена упрощенна  схема одного из вариантов измерител  емкости аккумул тора.

Волоконно-оптический измеритель емкости аккумул тора содержит источник излучени  1, подвод щий световод 2, коллимирующую линзу 3, приемное свето- водное устройство 4, состо щее из световодов 5, каждый из которых условно обозначен одной линией. Их изгибы 6 подведены к элементам 7 фотодиодной матрицы двоичного кодировани  8.

Скос выходного торца подвод щего световода позвол ет при изменении показател  преломлени  электролита (который характеризует плотность электролита, а следовательно, и емкость аккумул тора)

о

XI XI VI ел

получать выход светового пучка из подвод щего световода под различными углами к его оси, Угол скоса (угол между плоскостью скошенного и нескошенного торцов) должен находитьс  в диапазоне значений

О у Orcsin

П эмин Пс

, так как при у О выходной световой пучок не будет измен ть угол выхода при изменении показател  преломлени  электролита (световой пучок будет распростран тьс  вдоль оси подвод щего световода), а при у arcsin

П

эмин Пс

выходного светового пучка не будет, так как произойдет полное внутреннее отражение света от выходного торца подвод щего световода . Зависимость угла выхода пучка света из подвод щего световода в жидкий электролит от показател  преломлени  может быть получена из следующего выражени  (на основе закона Снеллиуса):

# arcsin(- siny)-y, (1)

Лэ

где 0 - угол выхода светового пучка к оси световода;

пс, пэ - показатели преломлени  световода и электролита;

у - угол скоса выходного торца световода .

Волоконна  коллимирующа  линза подвод щего световода предназначена дл  формировани  параллельного пучка света, падающего на выходной торец.

Выполнение приемного световодного устройства в виде набора световодов позвол ет получить информацию об угловом смещении пучка света, выход щего из подвод щего световода в дискретном виде, так как приемное световодное устройство расположено таким образом, что каждому дискретному угловому положению светового пучка соответствует торец определенного световода.

Наличие изгибов, световодов приемного световодного устройства приводит к излучению световой энергии в месте изгиба. Известно, чем больше кривизна изгиба световода , тем больша  мощность излучени  высвечиваетс  с участка изгиба. Дл  получени  одинаковой интенсивности излучени  изгибов световода (в случае нескольких участков изгиба) должно выполн тьс  следующее условие: P0-Pi Pi-P2 P2-P3 ...PN-I-PN, т.е. Pi-i-Pi Pi -Pi+i (2),

где Pi - мощность светового сигнала на регул рном участке световода, следующим за участком i-ro изгиба; N-максимально возможное число изгибов световода, равное

числу фотодиодных элементов фотоприемника , . ..N-1.

Дл  удовлетворени  услови  (2) можно воспользоватьс  следующей формулой дл  определени  коэффициентов пропускани  участков изгиба световода:

т.-.(гР-1) + Н()

Tl (i-1)(rp-1) + N (3)

где Т - коэффициент пропускани  мощно- сти светового сигнала i-м участком изгиба световода;

Гр - коэффициент пропускани  световода , содержащего N изгибов.

Существует несколько методик опреде- лени  коэффициента пропускани  мощности светового сигнала участком световода, содержащим изгиб дл  различных типов и параметров световодов. Поэтому в формуле изобретени  не приводитс  конкретное вы- ражение дл  определени  радиуса изгибов световодов. Известна, например, следующа  зависимость:

i-,2,ani,n;- «)

( n - ng ) R

где т - коэффициент пропускани  мощности светового сигнала участкам световода , содержащим изгиб; а- радиус поперечного сечени  световода; щ, П2 показатели преломлени  сердцевины и оболочки световода; R - радиус изгиба участка световода.

Из (3), (4) получает, что R| 2ащп2(1-1)(Гр-1) + М (5)

М-п2)(1 -Тр)

где RI - радиус i-ro изгиба световода, номера изгибов отсчитываютс  от выходного торца световода приемного световодного устройства.

ДлЪ получени  выходной информации в цифровом виде фотоприемник выполнен в виде фотодиодной матрицы двоичного кодировани , т.е. каждому фотодиодному элементу соответствует двоичный разр д.

Изгибы световодов приемного световодного устройства обращены к соответствующим элементам фотодиодной матрицы так, что каждому световоду соответствует определенное двоичное число (каждый изгиб

подведен к соответствующему двоичному разр ду фотодиодной матрицы).

Дл  уменьшени  нелинейности измерений приемное световодное устройство расположено под углом а к оси подвод щего световода. Это обеспечивает при одинаковых изменени х углового положени  светового пучка, выход щего из подвод щего световода, получение одинаковых линейных перемещений светового пучка вдоль фотодиодной матрицы двоичного кодировани . Угол а. можно выразить через известные нам углы

.

где у- угол скоса выходного торца подвод - щего световода;

$1 и $ - углы выхода светового пучка из подвод щего световода при показател х преломлени  электролита пэмин и пЭмакс.

Из закона Снеллиуса можно получить значение углов 9 , 02

пс

&i arcsin ( в- arcsin (

П эмин Пс

siny) - siny)

(6)

П эмакс

Тогда выражение дл  определени  угла между ос ми приемного световодного устройства и подвод щего световода будет выгл деть следующим образом:

arcsin (--- siny)

Пэмин/

(7)

«-4-D

+ arcsin {--

Пэм;

+

sin

У) 1-Х (8)

Волоконно-оптический измеритель ем- кости аккумул тора работает следующим образом.

В исходном состо нии, когда электролит имеет определенный показатель преломлени , оптический сигнал источника 1

коллимируетс  в подвод щем световоде 2 линзой 3 и с его выходного торца, пройд  электролит, поступает на один из световодов 5 приемного световодного устройства 4, а с его изгибов 6 - на соответствующие элементы 7 фотодиодной матрицы двоичного кодировани  8, где вырабатываютс  электрические сигналы в двоичной форме, соответствующие номеру световода 5.

При изменении емкости аккумул тора (плотности электролита), а следовательно, и изменении показател  преломлени , будет измен тьс  угловое положение выходного пучка. При этом пучок попадает на другой торец соответствующего световода 5 (на фиг.2 это соответствует пучку, обозначенному пунктирной линией). Это приводит к тому , что световой сигнал поступает на другую комбинацию элементов 7 фотодиод

5

10

15

20

30

ос

л 5 ной матрицы двоичного кодировани  8, что вызовет изменение двоичной информации на ее выходе.

Предложенный волоконно-оптический измеритель емкости аккумул тора обеспечивает достаточную стабильность, потому что изменение интенсивности оптического сигнала не приводит к изменению показаний измерител ,  вл етс  более точным, так как погрешность предлагаемого измерител  определ етс  степенью дискретизации, которую можно сделать сколь угодно малой , увеличива  рассто ние между подвод щим световодом и приемным световодным устройством.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Волоконно-оптический измеритель емкости аккумул тора, содержащий источник излучени , подвод щий световод, приемное световодное устройство и фотоприемник , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности и стабильностио измерений , выходной торец подвод щего световода выполнен скошенным под углом

   О у arcsin -эмин , где у-угол скоса све- пс

   товода, пс- показатель преломлени  световода , Пэмин - показатель преломлени  электролита, подвод щий световод имеет волоконную коллимирующую линзу, фотоприемник выполнен в виде фотодиодной матрицы двоичного кодировани , а приемное световодное устройство выполнено в виде набора световодов, входные торцы которых обращены к выходному торцу подвод щего световода и составл ют с его осью угол

   а 4- Г arcsin (--- siny) +

   L П эмин/

   + arcsin (--- siny) -у,

   П эмакс/

   где а- угол между осью подвод щего световода и осью приемного световодного устройства; Пэмакс - максимально возможный показатель преломлени  электролита, а в. средней части имеют изгибы, обращенные к фотоприемнику, радиусы которых определ ютс  числом участков изгиба.

   ffr

   ЧК

   Фиг.1

   1,66