Оптическое устройство для измерения давления

 

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах сбора информации о давлении в различных отраслях промышленности. Цель - повышение чувствительности устройства и уменьшение влияния температуры на результаты измерений. Сущность изобретения: оптическое устройство для измерения давления J -Р Ц fvfa anffutorq/ W TV Pur. i. содержит широкополосный источник излучения 1, ответвитель2, соединительные световоды 3, линзы 4, чувствительный 5 и сканируемый 6 интерферометры, фотоприемник 7, усилитель 8, пиковый детектор 9, компаратор 10, счетчик 11, индикатор 12, тактовый генератор 13 и генератор пилообразного напряжения 14. Излучение от источника 1 поступает на интерферометр 5. Отраженное от него излучение, промодулированное по спектру, поступает на интерферометр 6, а с его выхода - на фотоприемник 7. При изменении давления изменяется база чувствительного интерферометра 5. В момент совпадения оаз интерферометров 5 и 6 на выходе фотоприемника 7 наблюдается минимум сигнала. Процесс измерения заключается в выделении минимума сигнала и определении его положения относительно начала сканирования интерферометра 6. Положительный эффект: устройство позволяет производить измерения с высокой точностью в широком диапазоне давлений, причем на результатах измерений практически не сказывается влияние температуры. 5 ил. Ё 00 со ю 00

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (54)5 G 01 L 11/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4865084/10 (22) 11.09.90 (46) 07.08.93, Бюл, Гв 29 (71) Калининградский экспериментальный завод им. 60-летия Союза ССР Научнопроизводственного объединения "Союзгазавтоматика" (72) Б.Г.Горшков, Г.В.Гречухин, Ю.Б.Первушин, Б.А.Борисов и В.И.Степанов (56) Барноски M.Ê. Волоконно-оптические системы для военных применений. ТИИЭР.

Том 68, М 10, 1980, с.184 — 185.

Бехайм, Фриг, Пурман. Интерферометрический датчик давления с волоконно-оптической связью. — Приборы для научных. исследований, 1987, г» 9, с.71-76. (54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах сбора информации о давлении в различных отраслях промышленности. Цель — повышение чувствительности устройства и уменьшение влияния температуры на результаты измерений. Сущность изобретения: оптическое устройство для измерения давления

/ 9 Ы 1832181 А1 содержит широкополосный источник излучения 1, ответвитель 2, соединительные световоды 3, линзы 4, чувствительный 5 и сканируемый 6 интерферометры, фотоприемник 7, усилитель 8, пиковый детектор 9, компаратор 10, счетчик 11, индикатор 12, тактовый генератор 13 и генератор пилообразного напряжения 14. Излучение от источника 1 поступает на интерферометр 5.

Отраженное от него излучение, промодулированное по спектру, поступает на интерферометр 6, а с его выхода — на фотоприемник

7. При изменении давления изменяется база чувствительного интерферометра 5. В момент совпадения оаз интерферометров 5 и 6 на выходе фотоприемника 7 наблюдается минимум сигнала. Процесс измерения заключается в выделении минимума сигнала и определении его положения относительно начала сканирования интерферометра 6.

Положительный эффект: устройство позволяет производить измерения с высокой точностью в широком диапазоне давлений, причем на результатах измерений практически не сказывается влияние температуры. 5 ил.

1832181

Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано в системах сбора информации о давлении в различных отраслях промышленности.

Цель изобретения — повышение чувствительности устройства и уменьшение влияние температуры на результаты измерений.

На фиг.1 представлена схема устройства; на фиг.2 — вид сигнала на фотоприемнике; на фиг.3 — осциллограммы работы устройства; на фиг.4 и 5 — конструкции чувствительного и сканируемого интерферометров соответственно.

Оптическое устройство для измерения давления (см. фиг,1) содержит широкополосный источник излучения 1, ответвитель

2, соединительные световоды 3, линзы 4, чувствительный 5 и сканируемый 6 интерферометры, фотоприемник 7, усилитель 8, пиковый детектор 9, компаратор 10, счетчик

11, индикатор 12, тактовый генератор 13 и генератор пилообразного напряжения 14.

Источник излучения 1 соединен с чувствительным интерферометром 5 через ответвитель 2 соединительными световодами 3.

Другой конец ответвителя 2 соединен световодом 3 со сканируемым интерферометром 6. Схема обработки сигнала включает в себя последовательно соединенные фотоприемник 7, усилитель 8, пиковый детектор

9, компаратор 10, счетчик 11, индикатор 12.

Тактовый генератор 13 соединен со счетчиком 11 и управляет генератором 14. Сигнал с усилителя 8 поступает также на компаратор 10.

Устройство работает следующим образом.

Излучение от широкополосного источника 1 вводится в световод 3 и через ответвитель 2, световод 3 и линзу 4 поступает на чувствительный интерферометр 5. Отраженное от интерферометра 5, промодулированное по спектру, излучение через линзу 4 вводится в световод 3 и через ответвитель

2 и световод 3 поступает на сканируемый интерферометр 6, а с его выхода — на фотоприемник 7.

Сканирование интерферометра 6 осуществляется генератором пилообразного напряжения 14. При совпадении баз интерферометров 5 и 6 сигнал на выходе фотоприемного устройства (см. фиг.2) будет иметь ярко выраженный минимум.

Инвертирующий усилитель 8 усиливает сигнал с фотоприемника 7 (см, фиг.3,а), пиковый детектор 9 запоминает максимальный уровень сигнала и устанавливает порог срабатывания компаратора 10 по уровню

0,8-0,9 от максимального (см. фиг.З,а). На

Формула изобретения

Оптическое устройство для измерения давления, содержащее источник излучения, 45 ответвитель, соединительные световоды, линзы, чувствительный интерферометр, сканируемый интерферометр, фотоприемник и усилитель, причем источник излучения через последовательно соединенные первый

50 световод, ответвитель, второй световод и первую линзу связан с чувствительным интерферометром, который через ответвитель, третий световод и вторую линзу связан со сканируемым интерферометром с фото55 приемником, подключенным к входу усилителя,отличающееся тем,что,сцелью повышения чувствительности устройства и уменьшения влияния температуры на результаты измерений, оно снабжено пиковым детектором, компаратором, счетчиком, 5

40 выходе компаратора формируется импульс, соответствующий максимуму сигнала на выходе усилителя 8 (см. фиг.3,б). Интервал между началом сканирования и моментом появления импульса на выходе компаратора заполняется счетными импульсами тактового генератора 13 (см. фиг.З,в). Далее счетные импульсы поступают на счетчик, а результат появляется на индикаторе 12.

Чувствительный элемент датчика давления изготовлен полностью иэ кварца (см. фиг.4), Он представляет собой кварцевый стакан 15, дно которого выполнено в виде мембраны с жестким центром, на которое напылено широкополосное отражающее покрытие. Стакан имеет фланец 16, по которому осуществляется уплотнение. К основанию 17 стакана 15 приварено кварцем 18 зеркало 19 с напыленным на него широкополосным отражающим покрытием, База интерферометра имеет размеры 15-50 мкм.

Электростатический сканируемый интерферометр (см.фиг.5) представляет собой кварцевую пластину 20 с напыленным на нее широкополосным отражающим покрытием, к которой приварена тонкая (40-100 мкм) кварцевая пластина 21 с напыленным на нее широкополосным отражающим покрытием. Отражающие покрытия одновременно служат электродами, на которые подается сигнал с генератора пилообразного напряжения 14. Кварцевая пластина 21 приварена к пластине 20 кварцем. Амплитуда сканирования составляет 2 — 5 мкм.

Использование изобретения позволяет проводить измерения давлений с высокой точностью (не ниже 0,05 ) в широком диапазоне. При этом на результаты измерений практически не сказывается влияние температуры.

1832181 индикатором, тактовым генератором и генератором пилообразного напряжения, причем чувствительный интерферометр представляет собой кварцевый стакан с тонкими стенками и фланцем, дно стакана выполнено в виде мембраны с жестким центром, на который напылено широкополосное отражающее покрытие, к дну стакана приварена кварцем кварцевая пластина с напыленным на нее широкополосным отражающим покрытием, сканируемый интерферометр выполнен полностью из кварца и представляет собой две сваренные кварцем пластины, одна из которых обладает малой жесткостью, с напыленными на пластины широкополосными отражающими электропроводными покрытиями, выход усилителя соединен с первым входом компаратора непосредственно, а с вторым входом компаратора — через пиковый детектор, выход

5 компаратора подключен к информационному стробирующему входу счетчика, выход которого подключен к индикатору, первый выход тактового генератора подключен к счетному входу счетчика, второй выход так10 тового генератора подключен к управляющему входу генератора пилообразного напряжения, выход которого подключен к электропроводным покрытиям сканируемого интерферометра, при этом источник излу15 чения выполнен широкополосным, с шириной спектра не менее 0,5 мкм.

1832181 м. Ф, Составитель И.Сумцов

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор И.Шмакова

Редактор

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

Заказ 2607 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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