Волоконно-оптический измерительный преобразователь

 

Изобретение предназначено для использования в измерительно-информационных и управляющих системах. Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повьппение точности. Устр-во содержит излучатели 1 и 5, световоды 2,3 и 6,7, фотодетекторы 4 и 8, отражатели 9 и 11, фокусирующую систему 10, регулируемые усилители 12, блок 13 вьщеления сигнала основного излучателя, блок 14 выделения сигнала разбаланса приемных каналов, и вычислительное устройство 15. Введение иовых элементов и образование новых связей между элементами устройства сводит к минимуму потери, обусловленные расходимостью излучения. При смещении светового пятна по торцам световодов 3 и 7 выходной сигнал пропорционален величине изменения угла наклона отражателя 11, умноженной на величину расстояния между фокусирующей системой 10 и торцами световодов 2 и 6. 3 ил. (Л со а to к ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1 (51)5 G 01 L 1/24

I, !

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ, (46) 23.07;91. Бюл. ¹ 27 (21) 3867994/10 (22) 07. 02.85 (72) М.И.Ермохин (53) 531. 781 (088. 8) (56) Контрольно-измерительная техника. - Экспресс-информация, 1981,9 4.

Данилов А.А. Точное приборостроение. - Л., Машиностроение, 1979, с. 58-63.

Авторское свидетельство СССР № 225464, кл. G 01 В 11/00, 1967. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ (57) Изобретение предназначено для использования в измерительно-информационных и управляющих системах.

Цель изобретения - расширение диапазона измерений и повышение точности.

1.

„„SU„„1362228

Устр-во содержит излучатели 1 и 5, световоды 2,3 и 6,7, фотодетекторы .

4 и 8, отражатели 9 и 11, фокусирующую систему 10, регулируемые усилители 12, блок 13 выделения сигнала основного излучателя, блок 14 выделения сигнала разбалавса приемных каналов.и вычислительное устройство

15..Введение ноВых элементов и обра" зование новых связей между элементами устройства сводит к минимуму потери, обусловленные расходимостью излучения. При смещении светового пятна по торцам световодов 3 и 7 выходной сигнал пропорционален величине изменения угла наклона отражателя 1 1 умноженной на величину расстояния между фокусирующей системой

10 и торцами световодов 2 и 6. 3 ил.

1362228

45 е

Изобретение относится к измерениям усилий, давления, температуры и других физических величин и предназначено для использования в иэме1 рительно-информационных и управляющих системах, Пелью изобретения является расширение диапазона измерений и повышение точности.

На фиг. 1 показана блок-схема вслоконно-оптического измерительного преобразователя, на фиг.2 — сечение

A A на фиг. 1; на фиг. 3 — узел I на фиг. 1.

Преобразователь содержит попарно соединенные основные излучатель 1 и передающий световод,2, приемный свеI товод 3 и фотодетектор 4, дополнительные излучатель 5 и передающий световод 6, приемный световод 7 и фотодетектор 8. Соосно с плотно уложенными выходными концами передающих и входными концами .приемных световодов по направлению излучения расположены последовательно дополнитель ный отражатель 9, фокусирующая система 10 и основной отражатель 11, Ось вращения основного отражателя параллельна плоскости .торцов световодов и перпендикулярна линии, сое диняющей центры приемных световодов..

Основной и дополнительный фотодетекторы соединены с регулируемыми,уси- . лителями 12. Выходы регулируемых усилителей соединены с входами блока 13 выделения сигнала основного излучателя и блока 14 выделения сигнала разбаланса приемных основного и дополнительного каналов. Выходы блока выделения сигнала основного излуча теля соединены с входами вычислительного устройства 15, à его выход является выходом преобразова1 еля, Выходы блока выделения сигнала разбаланса приемных каналов соединены с управляющими входами регулируемых усилителей.

Преобразователь работает следующим образом.

Излучение основного излучателя 1 проходит по основному передающему световоду 2, через фокусирующую систему 10, отражается от отражателя 11 и падает на торцы основного 3. и дополнительного 7 п1Фемных световодов, проходит по ним и детектируется основным 4 и дополнительным В фото- детекторами, Сигналы последних уси2 ливаются регулируемыми усилителями

12 и подаются на блок 13 выделения сигнала основного излучателя. Выделенные сигналы основного излучателя, прошедшие соответственно через основной и дополнительный приемные каналы, поступают дале в вычислительное устройство 15. Исходное положение основного отражателя 11 и пространственное расположение приемных световодов определяют фазовые соотношения сигналов основного и дополнительного приемных каналов. Так, например, сигналы могут быть дефференциальными (сдвиг фаз 180 ) или квадратурными (сдвиг фаз 90 ). При воздействии физической величины обеспечивается проI порциональное изменение угла наклона поверхности отражателя, что приводит к соответствующему перемещению по т6рцам приемных световодов светова" го пятна излучения основного излучателя и, следовательно, модуляции вводимого излучения. При этом ось вращения основного отражателя параллельна плоскости торцов световодов и перпендикулярна линии, соединяющей центры приемных световодов. Вычислительное устройство 15 обрабатывает сигналы основного О, и вспомагательного 0 каналов по следуницим алгоритмам:

Uo- Ua

- для дйфференциальных

6,+ Г, сигналов, are tg — — для квадратурных

Uo

"в сигналов.

При обработке сигналов по указанным для примера алгоритмам отсутствует влияние на результат измерения изменений мощности излучателя, затухания передающего световода, одинаковых по величине и знаку затуханий прием ных световодов и чувствительностей фотодетекторов. Для компенсации различных по величине и знаку коэффициентов передачи основного и дополнительного приемных каналов в схему преобразователя введены дополнительные,излучатель 5, передающий световод 6 и отражатель 9. Причем допол нительный отражатель 9 установлен между выходным торцом дополнительного передающего световода 6 и основным отражателем 11, не перекрывая или перекрывая только частично входные аПертуры приемных световодов так, чтобы обеспечить одновременно I362?28

20

Ф

50 максимум ввода в приемные снетоноды излучений основного и дополнительно" го излучателей, Излучение дополнительного излучателя 5, пройдя по дополнительному светоноду 6, отражается от дополнительного отражателя 9 и направляется на выходные торцы приемных световодов 3 и 7, распространяется по ним и детектируется фотодетекторами 4 и 8. Сигналы фотодетекторов усиливаются регулируемыми усилителями 12 и подаются в блок 14 выделения разбаланса приемных основного и дополнительного каналов. В этом -блоке из суммарного сигнала .основного и дополнительного излучателей выделяются сигналы дополнительного излучателя, прошедшие соответственно через основной и дополнительный каналы. Их раэностный сигнал является управляющим сигналом для регулируемых усилителей, изменяя их усиления до величины, когда разностный сигнал становится равным, нулю.

Это процесс восстановления баланса или равенства коэффициентов передачи обоих приемных каналов, Разделение сигналов основного 1 и дополнительного 5 излучателей соответственно в блоках 13 и,14 обеспечивается различным законом модуляции излучателей.

Иодулирующие сигналы могут отличаться, например, по фазе или частоте.

Из фиг. 2 следует, что О, — центр основного передающего световода, Π— центр приемного световода, А— точка соприкосновения торцов приемных световодов, В-оптическая ось фокусирующей системы.

Если отрезки линий, соединяющих

О В и ВА, равны, т.е. соблюдается равенство О „В = ВА, то изображение торца основного передающего световода будет иметь центр в точке А(на фиг. 2 иэображение этого торца обозначено пунктиром). В этом случае при перемещении иэображения под воздействием измеряемой физической величины вдоль линии, соединяющей центры приемных световодон, обеспечива. ется максимальная крутизна градуированной характеристики и ее линейность сохраняется в большем диапазоне. Кроме того, в этом случае минимальны потери энергии, а следовательно, вьппе отношение сигнал/шум. Из геометрических соображений следует, что и прямоугольном треугольнике

О, АО гипотенуза Г О равна двум ра. г 1 диусам светонода 2 r,катет О Л -радиусу, а катет О,А равен величине ГЗ r. Достижение поставленной цели требует, как показано ньпае, выполнения условия О,В = ВА, нэ чего следует, что О,В = r

Введение в оптическую систему фокуСирующей системы сводит к минимуму потери, обуслонленные расходимостью излучения. Кроме того, при смещении светового пятна по торцам приемных

l светбводов выходной сигнал пропорционален величине изменения угла наклона основного отражателя, умноженной на величину расстояния между фокусирующей системой и торцами снетонодон.

Формула изобретения

Волоконно-оптический измерительный преобразователь, содержащий соединенные последовательно основные излучатель, передающйй снетовод, отражатель, приемный снетовод и фотодетектор, образующие основной измерительный канал, а т л н ч а ю щ и йс я тем, что, с целью расширения диапазона и повышения точности изме" рения, ось вращения основного отражателя расположена параллельно плоскости торцов светонодов и перпендикулярно линии, соединяющей центры приемных световодон, в преобразователь вВедены последовательно соединенные дополнительный излучатель, передающий светонод, образующие дополнительный передающий канал, дополнительный приемный снетовод и оптически сопряженный с ним фотодетектор, а также два регулируемых усилителя, блок выделения сигналов оснонного излучателя, блок выделения сигнала разбаланса приемных основного и дополнительного каналов и вычислительное устройство, причем нходы регулируемьм усилителей соединены с выходами фотоприемников, а выходы регулируемых усилителей соединены с двумя входами блока выделения сигналов основного излучателя и с двумя входами блока выделения сигнала раэбаланса приемных основного и дополнительного каналов, каждый иэ двух выходов которого подключен к входу управления соответствующего регулируемого усилителя, дна входа нычислительного устройства соединены с

5 13 соответствующими двумя выходами блока выделения сигналов î" íîâíîãî излучателя, выход которого является выходом измерительного преобразователя, при этом между основным отражателем и торцами световодов введены дополнительный отражатель и фокусирующая систеМа, оптическая ось которой параллельна оптическим осям торцов свеговодов, обращенных к отражателю, и проходит через линию, соединяющую центры выходных торцов передающих основного и дополнительного световодов в точке, отстоящей от центра выходного торца основного передающе« го.световода на расстоянии, равном

62228

Я

r ---, где r " радиус световода, причем торцы приемных и передающих световодов основного и дополнительного каналов, обращенные к отражателям, выполнены цилиндрическими и установлены с воэможностью механического контакта между собой так, что боковые поверхности приемных

fp световодов основного и дополнительного каналов касаются друг друга, а боковые поверхности каждого из передающих световодов соприкасаются одновременно с обеими боковыми поверхностями приемных световодов основного ивспомогательного каналов

13б2228

Д- jlf

Фиг.2

Составитель В.Курбатова

Техред М.Ходанич Корректор А.Тяско

Редактор М.Кузнецова

Заказ 3128

Тираж 352 Яодрисное

BHRHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений к от рытий

113035; Москва, Ж-35, Рауаская наб., д, 4/$

Производственно-полиграфическое предприятие г. Ужгород, ул. Проектная, 4