Пьезооптический динамометр

 

О П И С А Н И Е >383466

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 23.07.70 (21) 1461779 18-10 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 25.06.77. Бюллетень ¹ 23 (45) Дата опубликования описания 22.09.77 5!) Ч.Кл.- "G 01 1 1 24

Государственный комитет

Совета Министров СССР оо ленам изобретений и открытий (53) УДК 531.781 (088.8) (72) Авторы изобретения

1

/, Г. M. Белицкий и В. A. Ширяев

Московский ордена Ленина и ордена Трудового

Красного Знамени государственный университет им; М. В. Ломоносова (71) Заявитель (54) ПЬЕЗООПТИт! ЕСКИЙ ДИНАМОМЕТР

Изобретение относится к области силоизмерительной технички и может быть использовано для измерения сил в динамике и статике.

Известные пьезооптические динамометры, содержащие оптический канал из последовательно расположенных источника света, поляризатора, фазосдвигающей четвертьволновой пластинки, анализатора и фотоприемника и чувствительный элемент, расположенный между фазосдвигающей пластинкой и анализатором, имеют недостаточную чувствительность.

Предлагаемый пьезооптический динамометр позволяет повысить чувствительность благодаря тому, что он дополнительно снаожен аналогичным оптическим каналом, фотоприемник которого включен дифференциально с фотоприемником основного канала и фазосдвигающая пластинка его разнится от фазосдвигающей пластинки основного канала на нечетное число полуволн, а чувствительный элемент выполнен в виде параллелепипеда с четырьмя прозрачными гранями, параллелbíbl ми измеряемой силе и перпендикулярными

9 осям соответствующих оптических каналов; чувствительный элемент в нем выполнен в виде прямой многогранной призмы с попарно параллельными гранями, число пар которых соответствует числу оптических каналов.

На чертеже представлена схема оптикомеханической части предлагаемого динамометра.

Пьезооптический динамометр содержит источники 1 и 2 света, поляризаторы 8 и 1, анализаторы 5 и 6, фазосдвигающие пластинки 7 и 8, чувствительный элемент 9 и фотоприемники 10 и 11.

Фазосдвигающие пластинки 7 и 8 представляют сооой двупреломляющие устройства, создающие некоторую разность хода. В одном канале пластинка 7 ориентирована таким образом, что плоскость поляризации ее обыкновенного луча параллельна наибольшему главному направлению квазиплоского напряженного состояния в чувствительном элементе 9, а пластики а 8 другого канала ориентирована так, что наибольшему главному направлению параллельна плоскость поляризации необыкновенного луча. Чувствительный элемент 9 представляет собой твердое прозрачное тело, изготовленное из материала, обладающего большими пьезооптическими постоянными. Этот элемент имеет две пары взаимно параллельных прозрачных граней, параллельных направлению измеряемой силе

Р,и перпендикулярных соответствующим пучкам света. Фотоприемники 10 и 11 включены дифферсициально, например, в смежиыс пле-!

:! моста Уитстона. дои-406

Д И Н а:ч1 О М Е Т р р 3 О О Т 3 Е Т С Л Ед у IO ù È Ì О О p u

ЗОМ.

Луч света от источника 1 света проходит поляризатор 8, после чего становится плоскополяризованным. В чувствительном элементе

9, нагруженном измеряемой силой Р, луч света распадается на два луча, плоскости поляризации которых параллельны главным нап равлениям квазиплоского напряженного состояния в чувствительном элементе и, следовательно, взаимно перпендикулярны. Коэффициенты преломлеш.я для этих лучей пDoпорциональны соответствующим гл.-.вным направлениям.

В случае, если луч перпендикулярен входной грани чувствительного элемента, изготовленного из исходна оптически и механиЧЕСКИ ИЗОТPOÏÍOÃO M3ТЕРИ3;13, ЭТИ ДВ3 ЛTЧ3

HC ИЗМЕНЯ!ОТ СВОЕГО НЯПО3 ВЛЕНИЯ, НО Р 3С, 0страняются в нем с различной скорость10 1 на выходе из чувствительного элемента имеют некоторую разность хода (разность фаз), пропорциональную измеряемой силе Р. Механические направления, параллельные лучу, на величину коэффициентов преломления не влияют. Анализатор б выделяет из указанных лучей составляющие, плоскости поляризации которых параллельны его плоскости поляризации. В результате интерференции выделенных составляющих, которые являются когерентными, интенсивность света после анализатора зависит от измеряемой силы Р, причем эта зависимость пропорциональна siTI2 КР, где К вЂ” постоянный коэффициент.

Максимальная крутизна изменения светового потока по силе достигается при аргументе, кратном нечетному числу 2, т. е. при разности хода Г, кратной нечетному числу чет), Х вертой волны —. При Г= — + ). (где n—

4 4 и натуральное число) производная функция

Л

siTI к Р положительна, а при Г = — — + i.„ — производная отрицательная. Фазовые пластинки 7 и 8, установленные указанным выше способом, создают сдвиг фазы —, т. е. дополнительную разность хода в четверть волны

7С вЂ”, причем од на из,пластинок, например 7, увеличивает — взаимную разность хода со4

50 ответствующих лучей, получаемую ими в чувствительном эле: енте, а пластинка 8 — умень/, шает на — — Поэтому световой поток, поступающий на фотоприемник 10, увеличивается с увеличением силы Р, а поток, поступающий на фотоприемник ll, — уменьшается.

При включении фотспрпемников 10 и 11 в смежные плечи моста в его измерительной диагонали появляется сигнал U „,„, Описываемая конструкция является одним пз конкретных исполнений динамометра, построенного по указанному выше принципу.

Действительно, пьезооптический дина мометр содержать Hj вствите IbHbIH виде прямой многогранной призмы с попарН0 параллелbíûми прозрачными гранями, параллельными измеряемой силе, и число пар их соответствует числу оптических каналов.

В оптических каналах можно использовать не только пластинки в четверть волны, но и более толстые пластинки, дающие разность хода лучей в нечетное число четвертей волны, причем разность хода, созданная пластинками одного канала, должна отличаться от разности пластинок другого канала на нечетное число 110;IABoëí.

Формула изобретения

1. Пьезооптический динамометр, содержащий оптический канал из последовате.Ibно расположенных источника света, поляризатора, четвертьволновой фазосдвигающей пластинки, анализатора и фотоприемника и чувствительный элемент, расположенный между фазосдвигающей пластинкой и анализатором, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности, он дополнительно снабжен аналогичным оптическим каналом, фотоприемник которого включен дифференциально с фотоприемником основнаго канала и фазосдвигающая пластинка его разнится от фазосдвигающей пластинки основного канала на нечетное число полуволн, а чувствительHûé элемент выполнен в виде параллелепипеда с четырьмя прозрачными гранями, параллельными измеряемой силе и перпендикулярными осям соответствующих оптических каналов.

2. Динамометр по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что в нем чувствительный элемент выполнен в виде прямой многогранной призмы с попарно параллельными гранями, число пар которых соответствует числу оптических каналов.

383406 и

Редактор А. Батыгин

Заказ 540/1408 Изд. № 86 Тираж 1109 Подписное

ЦНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

®

Составитель В. Герасимова

Техред А. Камышникова Корректор В. Гутман