SU1767370A1 - Оптический датчик механических возмущений - Google Patents
Оптический датчик механических возмущений Download PDFInfo
- Publication number
- SU1767370A1 SU1767370A1 SU904891482A SU4891482A SU1767370A1 SU 1767370 A1 SU1767370 A1 SU 1767370A1 SU 904891482 A SU904891482 A SU 904891482A SU 4891482 A SU4891482 A SU 4891482A SU 1767370 A1 SU1767370 A1 SU 1767370A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- core
- substrate
- optical
- radiation
- sensor
- Prior art date
Links
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Использование: измерение посто нных и переменных во времени акустических возмущений . Сущность изобретени : датчик содержит последовательно оптически соединенные входную поворотную призму 1, сердцевину 2, выходную призму 3, подложку 4, контактирующую с сердцевиной 2 по ее длине, инерционное тело 5. На боковых гран х призм 1 и 3 нанесен отражающий слой, через который с указанными призмами контактируют клиновидные вкладыши 7 и 8. Все элементы установлены в жестком корпусе 9, в котором в местах ввода и вывода оптического излучени выполнены прорези 10 2 ил.
Description
Изобретение относится к средствам измерения механических возмущений, в частности, к оптическим датчикам механических давлений, деформаций, а также акустических возмущений постоянных и переменных во времени.
Известно оптическое устройство Брэгга, содержащее оптически связанные источник когерентного излучения, пьезокристалл и фотопрйемник, регистрирующее акустические возмущения, поступающие на пьезокристалл [1].
Недостатками данного устройства являются малый диапазон измерения, необходимость использования когерентного излучения.
Известен волоконно-оптический датчик для измерения акустических возмущений, содержащий оптически соединенные лазер, блок перестройки состояния поляризации, многомодовое волокно, намотанное на чувствительный элемент, воспринимающий акустическое давление [2].
Недостатками данного устройства являются малый диапазон для измерения механических возмущений и деформаций и необходимость создания дополнительной высокочастотной фазовой модуляции.
Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптоэлектронный датчик механических возмущений, содержащий последовательно оптически соединенные устройство ввода излучения под углом, равным критическому углу полного внутреннего отражения (ПВО), волновод, устройство вывода и преобразования излучения и контактирующую по длине волновода подложку, чувствительную к поперечной деформации [3].
Недостатками данного устройства являются большая площадь упругооптического детектирования, малая длина упругооптического контакта чувствительной структуры и, как следствие, малый диапазон измерения амплитуды механических возмущений и низкая чувствительность к деформации.
Цель изобретения - расширение диапазона измерения и повышение чувствительности.
Поставленная цель достигается тем, что в оптический датчик механических возмущений, содержащий последовательно оптически соединенные устройство ввода излучения под углом, равным критическому углу полного внутреннего отражения (ПВО), волновод, устройство вывода и преобразования излучения и контактирующую подлине волновода подложку, дополнительно введены жесткий корпус и инерционное тёло, устройства ввода и вывода излучения выполнены из двух трехгранных поворотных призм, изготовленных из изотропного оптического материала, входная призма своей внешней гранью контактирует через вкладыш с дном корпуса датчика, выходная призма контактирует через вкладыш с инерционным телом, установленным в корпусе с возможностью перемещения вдоль продольной оси датчика, подложка и сердцевина выполнены из разнополярных к продольному напряжению материалов.
Введенные дополнительные признаки позволяют прикладывать механическое возмущение к торцу сердцевины и подложки и реализовать продольное противофазное упругооптическое детектирование механических возмущений, что, в свою очередь, способствует снижению площади приложения усилия с одной стороны, и, с другой стороны, позволяет использовать всю длину оптического контакта сердцевины и подложки, чем способствует повышению числа отражений оптического излучения в напряженной по всей длине оптической структуре сердцевина-подложка. Кроме того, противофазное изменение показателей преломления сердцевины и подложки расширяет функциональные возможности, например, температурную устойчивость устройства и увеличивает верхний предел измерения.
На фиг.1 схематично изображен предлагаемый датчик; на фиг.2 - выходная амплитудная характеристика датчика, причем на фиг.2б - ее начальный участок.
Датчик содержит последовательно оптически соединенные входную поворотную призму 1, сердцевину 2, выходную призму 3, подложку 4, контактирующую с сердцевиной 2 по ее длине, инерционное тело 5. На боковых гранях призм 1 и 3 нанесен отражающий слой 6, через который с призмами 1 и 3 контактируют клиновидные вкладыши 7 и
8, причем элементы в последовательности 7, 1,2, 4, 3, 8, 5 установлены в жесткий корпус
9, в котором в местах ввода и вывода оптического излучения выполнены прорези 10.
Оптический датчик работает следующим образом.
Через входную прорезь 10 оптическое излучение подается на призму 1, отражается от ее боковой грани и вводится в сердцевину 2 под углом, равным критическому углу ПВО. При этом в отсутствие механического возмущения на границе раздела сердцевина 2 - подложка 4 преломление отсутствует. При возникновении возмущения, например вследствие ускорения вдоль оси датчика, инерционное тело создает продольное усилие в структуре сердцевина 2 - подложка 4. Как следствие, возникает искусственная анизотропия материалов сердцевины 2 и подложки 4. Вследствие разнополярности искусственного двулечепреломления кристаллов сердцевины 2 и подложки 4 их показатели преломления изменяются 5 противофазно
П1 = 7Г| t; П2 =#2 ΐ (1) где Лу ,Л2~ пьезооптические постоянные материала сердцевины 2 и подложки 4;
t - механическое напряжение, прило- Ю женное к структуре сердцевина 2 - подложка 4,
При этом происходит нарушение ПВО излучения в сердцевине, появляются в подложке 4 преломленные волны, вследствие 15 чего уменьшается интенсивность излучения на выходе, амплитуда которой зависит от угла преломления г и количества к отражений по длине напряженной сердцевины.
1еых = lex(tg(ft> -г) Ag( 6ь +г)к, (2) 20 где 1вх - интенсивность излучения на входе сердцевины;
- угол ввода оптического излучения;
’ r = arc sin (m. sin $ь /пг): (3) k = entier(l/(d tg (% )), (4) 25
I, d - длина и толщина сердцевины. Изменением интенсивности механического возмущения можно варьировать ослабление оптического излучения.
С помощью выходной призмы 3 оптиче- 30 ское излучение выводится из датчика для дальнейшей обработки.
Определим у = 18ых/1вх от амплитуды t. Выходная амплитудная характеристика датчика представлена на фиг.2, Кривые 1, 2, 3 ^5 соответствуют числу отражений к = 4,10,16,
Как видно из фиг.2, при к = 10 в диапазоне напряжений 0,1...1000 МПа показатель ослабления амплитуды излучения изменяется более чем на три порядка в диапазоне 40 от 0,9 до 0,004. При этом чувствительность датчика составляет 1,1 .107Па/дБ. Сростом числа отражений в датчике интенсивность света значительно ослабевает. Если выбрать площадь поперечного сечения серд- 45 цевины и подложки S = 10'5 м2, что реально достижимо, то чувствительность датчика составит 1,1 . 102 Н/дБ.
Поскольку показатели преломления сердцевины и подложки до частот, не пре- 50 вышающих частоту оптического излучения, не зависят от частоты механического напряжения (П.З), предлагаемый датчик может быть использован и как однополупериодный измеритель колебаний напряжения.
В предлагаемом датчике возможна температурная и/или радиационная стабилизация. Для этого необходимо и достаточно выбрать материал сердцевины и подложки таким, чтобы отношение их показателей преломления удовлетворяло условию
Пп ( т ) L пп ( Р γ );
где Т - температура оптической структуры устройства;
Ру - мощность дозы ионизирующего излучения;
ПД - заданное поле допуска. Выполнение условий (5) обеспечивает независимость (Эь от Т и Р γ и, следовательно, выходного параметра у.
Анализ результатов расчета показывает, что в сравнении с устройства одноразовой брегговской дифракции сильных акустических возмущений на больших углах (П.2, П.З) предлагаемый датчик имеет большие чувствительность и диапазон измерёний.
Claims (1)
- Формула изобретенияОптический датчик механических возмущений, содержащий последовательно оптически соединенные устройство ввода излучения под углом, равным критическому углу полного внутреннего отражения, сердцевину, устройство вывода излучения и контактирующую по длине сердцевины подложку, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерения и повышения чувствительности, в него введены жесткий корпус, инерционное тело и вкладыши, устройство ввода и вывода излучения выполнены в виде трехгранных поворотных призм из изотропного оптического материала, входная трехгранная поворотная призма установлена в контакте боковой гранью через один вкладыш с дном корпуса, а выходная - через другой вкладыш с инерционным телом, установленным в корпусе с возможностью перемещения вдоль продольной оси датчика, а сердцевина и подложка выполнены из разнополярных к продольному напряжению оптических материалов.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904891482A SU1767370A1 (ru) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Оптический датчик механических возмущений |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
SU904891482A SU1767370A1 (ru) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Оптический датчик механических возмущений |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
SU1767370A1 true SU1767370A1 (ru) | 1992-10-07 |
Family
ID=21550349
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
SU904891482A SU1767370A1 (ru) | 1990-12-17 | 1990-12-17 | Оптический датчик механических возмущений |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
SU (1) | SU1767370A1 (ru) |
-
1990
- 1990-12-17 SU SU904891482A patent/SU1767370A1/ru active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Физическа акустика./Под ред. У.Мэзона.; пер. с англ.; т.7, М.: Мир, 1974, с.242. Авторское свидетельство СССР Ms 1478856, кл. G 02 В 6/00, 1989. Бусурин В.И. и др. Оптоэлектронные преобразователи на основе управлени све- товодных структур. М.: Радио и св зь, 1984, сЮ-11,51. * |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4775214A (en) | Wavelength coded resonant optical sensor | |
EP0203682B1 (en) | Wavelength switched passive interferometric sensor system | |
EP0098875B1 (en) | Quadrature fiber-optic interferometer matrix | |
US4233847A (en) | Passive laser accelerometer | |
EP0104943B1 (en) | Stabilized fiber optic sensor | |
Yoshino et al. | Fiber-optic Fabry-Perot interferometer and its sensor applications | |
EP0474389B1 (en) | Fiber-optic gyroscope | |
Davis | Fiber optic sensors: an overview | |
US4495411A (en) | Fiber optic sensors operating at DC | |
US4683448A (en) | High sensitivity interferential electro-optical modulator | |
EP1175599B1 (en) | Methods and apparatus for enhancing dynamic range, sensitivity, accuracy, and resolution in fiber optic sensor systems | |
US5187983A (en) | Fiber-optic strain gauge manometer | |
GB2202324A (en) | Optical fibre sensing system | |
US5255068A (en) | Fringe pattern analysis of a birefringent modified spectrum to determine environmental temperature | |
US4891512A (en) | Thermo-optic differential expansion fiber sensor | |
EP0244087A2 (en) | Remote temperature-compensated pressure sensor | |
JPS623613A (ja) | レ−ザセンサ | |
US5561522A (en) | Integrated birefringent-biased pressure and temperature sensor system | |
US5589931A (en) | System to determine environmental pressure and birefringent-biased cladded optical sensor for use therein | |
SU1767370A1 (ru) | Оптический датчик механических возмущений | |
EP0160404B1 (en) | Sensor using photo-elasticity | |
JPH0232561B2 (ru) | ||
Spillman | Multimode fiber optic sensors | |
US5001337A (en) | Fiber optic geophysical sensors | |
SU1150504A1 (ru) | Оптоэлектронный датчик давлени |