Цифровой магнитооптический датчик давления

 

Использование: в приборостроении для измерения упругих напряжений в условиях действия электромагнитных помех. Сущность изобретения: устройство содержит лазер, световод, тензодатчик, микролинзу, плёночный поляроид, пластину, электромагнитный привод, анализатор, объектив, световод , фотоприемник, усилитель, триггер Шмитта, осциллограф и частотомер. Пластина выполнена из прозрачного ферромагнетика , имеющего кубическую магнитную анизотропию и отрицательную константу кубической магнитной анизотропии, вырезана в кристаллографической плоскости (1, 1, 0) и имеет линейное начальное распределэние упругих напряжений от 0 до максимального значения в направлении кристаллографической оси (1, 1, 0). 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)з G 01 1 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

ОО

Cd (3 ъ о (р! с.з (21) 4952528/10 (22) 28.06.91 (46) 30,07.93. Бюл. № 28 (71) Институт радиотехники и электроники

АН СССР (72) В.В.Коледов, Я.А.Моносов, Е.П.Перов, С,Д,Сапронов, А.А,Тулайкова, В.В.Филиппов и В.Г. Шавров (73) Институт радиотехники и электроники

РАН (56) 1. T.G.Glallorenci et al. Optical Fiber

Sensors, lE E E 3оагпа! of Quantum

Electronics, QE — 18, 1982, рр,626-666.

2.Авторское свидетельство СССР

¹ 1534343, кл. G 01 1 11/00, 1987. (54) ЦИФРОВОЙ МАГНИТООПТИЧЕСКИЙ

ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения упругих напряжений в условиях действия электромагнитных помех, Целью предлагаемого изобретения является расширение динамического диапазона и повышение степени линейности зависимости числа импульсов на выходе устройства от приложенного давления, На фиг. 1 представлена схема устройства s целом. На фиг. 2 показан способ изготовления чувствительного элемента датчика для приведенного ниже примера. На фиг. 3 представлена зависимость числа доменов в пластине от приложенного давления согласно приведенному примеру.

Устройство работает следующим образом (фиг. 1). Излучение лазера 1 пасредст„„5U„„1831669 АЗ (57) Использование: в приборостроении для измерения упругих напряжений в условиях действия электромагнитных помех. Сущность изобретения: устройство содержит лазер, световод, тензодатчик, микролинзу, пленочный поляроид, пластину, электромагнитный привод, анализатор, объектив, световод, фотоприемник, усилитель, триггер

Шмитта, осциллограф и частотомер. Пластина выполнена из прозрачного ферромагнетика, имеющего кубическую магнитную анизотропию и отрицательную константу кубической магнитной анизотропии, вырезана в кристаллографической плоскости (1, i, О) и имеет линейное начальное распреде.-,зние упругих напряжений от 0 до макси.,ального значения в направлении кристаллографической оси (1, 1, О). 3 ил. вом световода 2 передается в корпус 3 тензодатчика. Микролинза 4 фокусирует пучок света через пленочный поляроид 5 на поверхность пластины 6, которая выполнена из прозрачного ферромагнетика, имеющего кубическую магнитную анизотропию и отрицательную константу кубической магнитной анизотропии, вырезана в кристаллографической плоскости (1, 1, О) и имеет линейное начальное распределение упругих напряжений от 0 до максимального значения в направлении кристаллографической оси (1, 1, 0), Сканирование пучка осуществляет миниатюрный электромагнитный привод 7, колеблющий микролинзу в плоскости. перпендикулярной оптической оси и в направлении кристаллографической оси (1, 1.

О) пластины. Прошедшее анализатор 8 излу1831669 чение собирается объективом 9 в световод

10, С выкода световода излучение направляется на фотоприемник 11, Электрический сигнал от фотоприемника обрабатывается электронной схемой, включающей усилитель 12 и триггер Шмидта 13, а затем анализируется осциллографом 14 и частотомером

15, Внешнее давление прилагается к незакрепленному концу прозрачной деформируемой подложки 16, к которой приклеена пластина 6, в направлении, перпендикулярном плоскости подложки. при этом происходит растяжение подложки, а значит и пластины, в направлении от незакрепленного конца подложки к закрепленному. Пластина приклеена к подложке так, что направление от незакрепленного конца подложки к закрепленному совпадает с кристаллографической осью (1, 1, О) пластины.

Диапазон прилагаемых давлений определяется геометрическими размерами пластины ферромагнетика и подложки, их упругими свойствами, а также способом приложения давления к подложке, т,е. площадью контакта между подложкой и объектом, оказывающим давление.

Пример. Чувствительный элемент выполнен в виде пластины железо-иттриевого граната, вырезанной в плоскости (1, 1, О) и "неоднородно" приклеенной к стеклянной подложке так, что направление от незакрепленного конца подложки. к закрепленному совпадает с направлением кристаллографической оси (1, 1, О). Размеры пластины; ширина — 2 мм, длина — 2 мм, толщина пластины — 50 мкм, Подложка закреплена одним концом и имеет: длину — 5 см, ширину — 2 см, толщину — 0,2 см. Пластина приклеена на расстоянии 2 см от места закрепления подложки, Коэффициент Пуас.сона стекла — 0,2, модуль Юнга — 5,6 10

din/см . Давление оказывается путем расг положения на конце подложки стеклянной пластинки, на которую ложатся предметы, имеющие заданный вес. Таким образом, контакт между подложкой и объектом, оказывающим давление, постоянен и равен по площади 1 см .

Способ изготовления чувствительного элемента показан на фиг. 2. На стеклянную подложку 1 наносится капля клеящего вещества, в данном случае канифоли 2.На поверхности стекла формируется выступ, используя цилиндрический по форме немагнитный материал 3, в частности человеческий волос. Направление выступа перпендикулярно направлению подложки от незакрепленного конца к закрепленному, т.е. направлению растяжения в датчике.

Длина выступа равна ширине пластины, Вона прямоугольной подложке, которая жестко закреплена одним концом так, что направление от незакрепленного конца подложки к закрепленному совпадает с кри55 сталлографической осью (1, f, О) пластины, при этом пластина имеет линейное начальное распределение внутренних упругих напряжений от О до максимального значения в направлении кристаллографической оси (1,1, О), 5

50 лос погружается в канифоль и сверху накладывается пластина ЖИГ 4, .вырезанная в плоскости (1, 1, О) так, что направление кристаллографической оси (1, 1, О) пластины перпендикулярно направлению выступа, т.е. направлено по направлению от незакрепленного конца подложки к закрепленному. При этом пространство между пластиной, подложкой и выступом заполнено клеем. После затвердевания клеящего вещества, относительно тонкая пластина

ЖИГ претерпевает достаточно сильную деформацию (фиг. 2б), т,е. в пластине появляется распределение упругих напряжений, близкое к линейному.

Изменение числа фарадеевских доменов, происходящее в пластине в зависимости от механического напряжения в ней, а значит и от прилагаемого давления Р, показано на фиг. 3.

Преимущества предлагаемого устройства по линейности и динамическому диапазону обеспечиваются наличием в пластине начального линейного распределения напряжений. Динамический диапазон в случае предлагаемого технического решение шире, чем в случае прототипа эа счет того, что характер рабочей зависимости, в отличие от прототипа, постоянен.

Формула изобретения

Цифровой магнитооптический датчик давления, включающий оптически связанные между собой источник излучения, cseтовод, поляризатор, оптическую фокусирующую систему пространственного сканирования пучка излучения, чувствиТельный элемент, содержащий пластину прозрачного ферромагнетика, жестко закрепленную на прозрачной деформируемой подложке, анализатор, оптическую систему ввода излучения в световод и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона и обеспечения линейности характеристики датчика, пластина прозрачного ферромагнетика выполнена из материала с кубической магнитной анизотропией и отрицательной константой кубической магнитной анизотропии, вырезана в кристаллографической плоскости (1, 1, О) и закреплена

1831669

1831669 р фм /его

Составитель В.Филлипов

Техред М.Моргентал Корректор Л.Пилипенко

Редактор

Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2549 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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