Пьезооптический дифференциальный датчик давления

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

О П И С А Н И Е (1(1690347

ИЗОБРЕ НИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63 ) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 28,09.77 (21) 2530366/18-10 с присоединением заявки Ля 2530367/18-10 (23) Приоритет

Опубликовано 05.10.79. Бюллетень М 37

Дата опубликования описания 10.10.79 (51)M. Кл.

5 01 L 11/00

G 01 L 1/16

Гесудерстеенньй квинтет сеср ев делам нзвбрвтвннй и вткрытнй (5З) >АК 531 787, .5 (088.8) И, В. Осипов, B. П. Кузенков, В; М. Плужников, Е. Ф. Дудник и Е. В. Синяков (72) Авторы изобретения (71) Заявитель

Московский ордена Трудового Красного Знамени инженернофизический институт (54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ДИФФЕРЕНБИАЛЬНЫЙ ДАТЧИК

ДАВЛЕНИЯ

Йзобретение касается контрольно-измерительной техники, и может найти применение в устройствах для измерении разности давлений.

Известны пьезооптические. датчики, содержащие источник света и последователь- но расположенные по ходу светового луча поляризатор, пьезооптический чувствительный элемент, фазосдвигаюшее устройство, анализатор и фотоприемник, à также регистратор. Действие их основано на изменении угла поляризации света,проходящего через пьезооптический элемент под действием силы, приложенной к последнему 1Х).

Известны также и дифференциальные пьезооптические датчики, содержащие два, источника света. В таких датчиках осуществляется сравнение углов поляризации двух световых лучей 12).

Однако эти датчики являются датчиками сил, а не давлений.

Бель изобретения — повышение точности преобразования разности давлений в измеряемую величину.

Это достигается тем, что пьезоэлектрический дифференциальный датчик давления снабжен корпусом, заполненным д истиплированной водой, который разделен на две герметичных полости мембраной с жестким центром, причем каждая полость имеет подводящий штуцер с разделительной мембраной. В одной полости расположен пьезооптический чувствительный элемент, прикрепленный одним концом к центру мембраны, а другим концом к торцовой стенке кор уса. С обеих сторон чувствительного элемента в боковой стенке корпуса герметично закреплены две линзы по ходу светового луча. Кроме того, идентичный пьезооптический чувствительный элемент может быть установлен и в другой полости корпуса совместно с другой парой линз. Такой прибор содержит два оптических тракта, выходы которых

690347 соединены встречно через регистратор, а входы питаются параллельно от одного источника света через светоотделитель.

В обоих случаях в качестве пьезооптического чувствительного элемента использован кристалл твердого раствора ортофосфата OpTOBBHQgBTB CFBHH&

На фиг. 1 изображена схема прибора с одним оптическим трактом; на фиг. 2— то же, с двумя оптическими трактами.

Прибор с одним оптическим трактом содержит источник света 1, поляризатор

2, линзы 3, пьезооцтический чувствительный элемент 4, фазосдвигающее устройство 5, анализатор 6, фотоприемник 7, регистратор 8, корпус, состоящий из двух свинчиваемых стаканов 9, мембрану 10 и две разделительные мембраны 3.3.. Прибор с двумя оптическими трактами, кроме тех же элементов, содержит светоотдели20 тель 12.

Прибор с одним оптическим трактом действует следующим образом.

Световой луч проходит через поляри25 затор, фокусирующую линзу и попадает на пьеэооптический чувствительный элемент, выполненный иэ кристалла твердого раствора ортофосфата ортованадата свинца, и претерпевает при этом двуцреломление. зо

Как показали исследования авторов„ пьезооптические свойства кристаллов твердого раствора ортофосфата ортованадата свинца не зависят от гидростатического

> давления, в то время как одноосное дав35 ление, передаваемое мембраной, сильно влияет на двупреломление кристаллов.

После двупреломлення в чувствительном элементе оба световых луча проходят через вторую линзу и поступают на фазосдви-4 гающий элемент и анализатор, где они интерферируют между собой. В результате интенсивность света на входе фотоприемника зависит от меха шческих напряжений в пьезочувствительном кристалле, т.е. от разницы давлений Р и Р, которые через разделительные мембраны подаются в одну и другую полости корпуса прибора. Для предотвращения загрязнения элементов оптического тракта корпус прибора заполнен дистиллированной водой, а на входных штуцерах установлены эластичные раздепительные мембраны. Прибор с двумя оптическими трактами кроме перечисленных элементов содержит светоотделитель, который состоит из полупрозрачного и отражающего зеркал, установленных так, что свет от источника разделяется на два параллельных пучка с одинаковой интенсивностью. Действие каждого оптического тракта соответствует вышеописанному, однако, если на один пьезооптический элемент действует сила сжатия, то на другой действует сила растяжения. Соответственно, сигнал на выходе одного фотоприемника увеличивается, а на выходе другого уменьшается, что позволяет повысить точность измерений по сравнению с прибором, имеющим один оптический тракт. Для эксплуатации датчика включают источник света, с помощью фазосдвигающего устройства выводят показания на нулевое значение, подают исследуемые давления и регистрируют показания, которые пропорциональны разнице измеряемых давлений, Формула изобретения

1. Пьезооптический дифференциальный датчик давления, содержащий источник света и оптический тракт, в котором последовательно по хо,цу светового пуча расположены поляризатор, пьезооптический чувствительный элемент, фазосдвигающее устройство, анализатор и фотоприемник, а также регистратор, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности преобразования разности давлений в измеряемую величину, он снабжен корпусом, заполненным дистиллированной водой, который разделен на две герметичные полости мембраной с жестким центром, причем каждая полость имеет подводящий штуцер с разделительной мембраной и в одной из полостей расположен пьезооптический чувствительный элемент, прикрепленный одним конном к центру мембраны, а другим концом к торцово стенке корпуса, а оптический тракт оборудован двумя линзами, установленными по ходу светового пуча с обеих сторон пьезооптического чувствительного элемента и герметично закрепленными в боковой стенке корпуса.

2. Пьезооптический дифференциальный датчик давления по и, 1, о т л и ч а— ю шийся тем, что он содержит два параллельных оптических тракта и оборудован светоотделителем, установленным между источником света и оптическими трактами, выходы которых включены на регистратор встречно.

3. Пьезооптическнй дифференциальный дат шк давления по пп..1 и 2, о т и ич а ю щ н и с я тем, что пьезооптический чувствительный злемент изготовлен

690347

ФЬЮ г

Составитель Л. Кочураев

Редактор А. Шмелькин Техред П. Алферова- Корректор М. Шарон и

Заказ 5953/39 Тираж 1090 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 иэ кристалла твердого раствора ортофосфата ортованадата свинпа.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Отчет института Механики МГУ

¹ 1655, 1975, с. 7.

2. Авторское свидетельство СССР № 408174, ел. G 01 L 1/16, 1972.