Волоконно-оптический датчик давления

 

Изобретение относится к приборостроению и позволяет увеличить частотный диапазон измеряемых давлений и улучшить линейность преобразования. Для этого волоконно-оптический датчик давления содержит источник 1 оптического излучения, отрезок волоконного световода 2, подвижную 5 и неподвижную 6 пластины, фотоприемник 7 с регистратором 8. Отличительной особенностью устройства является то, что чувствительный участок 4 световода 2 прижат прямоугольными выступами пластины 5 к плоской поверхности пластины 6. Измеряемое давление вызывает анизотропную деформацию световода 2 и тем самым обеспечивает модуляцию интенсивности проходящего излучения. Изобретение обеспечивает линейность преобразования с погрешностью не более 0,3% и частотный диапазон свыше 100 кГц. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з 6 01 1. 23/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ .ПРИ ГКНТ СССР I

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

l . l Ф

4 2

Ось тел

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4372241/24-10 (22).02,02.88 (46) 15.06.90. Бюл. М 22 (71) Специализированное конструкторское бюро с опытным производством Отдела теплофиэики АН УэССР (72) P.Â.Áóòåëêîâ, M.ß.Måø, Н.В.Абросимова, М.З.Хазин, А.Л.Шлифер и Г;А.Юдин (53) 531.787 (088.8) (56) Fields I.N. et. а1. Fiber optic pressure

sensor, I. Acoust. Soc. Am., v. 67, и 3, 1980. рр. 816-817. (54) Волоконно-ОптическиЙ дАтчик

ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к приборостроению и позволяет увеличить частотный диапазон измеряемых давлений и улучшить

Илие,аюелюе да& ение

Ж 1571455 А1 линейность преобразования, Для этого волоконно-оптический датчик давления со держит источник 1 оптического излучения, отрезок волоконного световода 2, подвижную 5 и неподвижную 6 пластины, фотоприемник 7 с регистратором 8, Отличительной . особенностью устройства является то, что чувствительный участок 4 световода 2 прижат прямоугольными выступами пластины 5 к плоской поверхности пластины 6. Измеряемое давление вызывает анизотропную деформацию световода 2 и тем самым обеспечивает модуляцию интенсивности проходящего излучения. Изобретение обеспечивает линейность преобразования с погрешностью не более 0,3 и частотный диапазон свыше 100 кГц. 1 ил.

1571455

45

55

Изобретение отнрсится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления.

Целью изобретения является увеличение частотного диапазона измеряемых давлений и улучшение линейности преобразования.

На чертеже приведено устройство.

Устройство содержит источник 1 оптического излучения, отрезок 2 волоконного световода, первичный преобразователь 3, содержащий чувствительный участок 4 волоконного световода 2, подвижную 5 и неподвижную 6 пластины, между внутренними поверхностями которых сжат чувствительный участок 4, фотоприемник 7 и регистрирующее устройство 8.

Неподвижная пластина 6 является частью кожуха первичного преобразователя 3.

Внутренняя поверхность одной из пластин выполнена в виде прямоугольных выступов

9, а тыльная поверхность подвижной пластины 5 открыта для воздействия на нее измеряемого давления P. Внутренняя поверхность другой пластины выполнена плоской и чувствительный участок 4 контактирует с ней по всей своей длине, . Давление Р, смещая пластину 5, индуцирует на участке 4 чередующиеся области волоконного световода, анизотропно деформированные выступами 9 и свободные от деформаций в промежутках между выступами 9.

Аниэотропные деформации волоконного световода, изменяя волноведущие свойства световода, приводят к расширению апертуры светового пучка на выходе возмущенного участка, После деформированной области излучение попадает в свободную от деформаций область световода с меньшей апертурой. Это приводит к тому, что, начиная с некоторой величины протяженности свободной области световода, наблюдается уменьшение интенсивности с увеличением давления Р, Таким образом, механизм модуляции интенсивности света под действием нагрузки на чувствительный участок обусловлен уширением апертуры возмущенной области световода и фильтрующим действием следующей за ней неваэмущенной области с меньшей, апертурой, Длина установления стационарного режима распространения оптической волны по жиле волоконного световода составляет порядка

10 длин волн, поэтому расстояние между выступами 9 целесообразно выбирать не меньше указанной величины, Увеличение числа последовательно расположенных деформированных и свободных областей на чувствительном участке световода приво5

35 дит к увеличению чувствительности устройства.. При использовании одномодового световода и лазерного излучения нелинейность преобразования измеряемого давления в изменение интенсивности света на входе фотоприемника 7 не превышает 03 во всем диапазоне нагрузок вплоть до разрушения чувствительного участка световода.

При замене одномодового волоконного световода на многомодовый, кроме указанного выше механизма модуляции интенсивности излучения, имеет место преобразование направляемых в волоконный световод мод в моды утечки, При этом возникает нелинейность, связанная с дискретностью набора мод многомодового волоконного световсда. Когда внешняя нагрузка приводит к преобразованию очередной направляемой в световод моды в моду утечки, наблюдается скачок интенсивности проходящего на фотоприемник 7 излучения. Чем больше мод распространяется в многомодовом световоде, тем меньше относительная величина скачков интенсивности, обусловленных модовой конверсией, следовательно. тем более линейна передаточная функция волоконно-оптического датчика давления, Таким образом, при использовании многомодового световода для увеличения числа направляемых в световод мод. целесообразно в качестве источника 1 использовать нелазерный источник с шириной спектра излучения не менее 30 — 40 нм (например, светодиод или лампу накаливания).

Благодаря большой жесткости подвижной части устройства частотный диапазон измеряемых давлений расширяется до 100 кГц и более.

Формула изобретения

Волоконно-оптический датчик давления, содержащий последовательно сопряженные источник оптического излучения, отрезок волоконного световода с первичным преобразователем и фотоприемник с регистрирующим устройством, причем первичный преобразователь выполнен в виде подвижной и неподвижной пластин и чувствительного участка волоконного световода, размещенного между внутренними поверхкостями обеих пластин, а внутренняя поверхность одной иэ пластин снабжена профилированными выступами, о т л и ч а юшийся тем. что, с целью увеличения частотного диапазона измеряемых давлений и улучшения линейности преобразования, выступы на внутренней поверхНости пластины выполнены прямоугольными, внутренняя поверхность другой пластины выполнена плоской, а чувствительный уча1571455

Составитель И.Сумцов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор Л.Патай

Редактор А.Долинич

Заказ 1506 Тираж 471 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 сток отрезка волоконного световода приведен в контакт с плоской поверхностью по всей его длине и жестко прижат к ней прямоугольными выступами другой пластины, при этом выполняется соотношение

- ((2ООЗ (поб пж) где L — расстояние между выступами; .

p — радиус оптической жилы световода;

А — длина волны оптического излучения; по6 и и® вЂ” показатели преломления со5 ответственно оболочки и жилы световоАа