Преобразователь механических величин

,1 ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ%установленные по ходу луча поляризатор, чувствительный элемент, анализатор и фотоприемник, о т л и ч а ющ ий с я тем, что, с целью упроще ния преобразования механических вели чин в цифровой код, в него дополнительно введена линза, расположенная между анализатором и фотоприемником, а чувствительный элемент выполнен в виде двух смежных доменных областей, имеющих разные тензоры.спонтанной деформации и расположенных так, что плоскость их оптического раздела перпендикулярна силочувствительной фоси чувствительного элемента, при этом фатоприемник выполнен в виде фотоматрицы.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при создании устройств для измере",ния"сил давлений и других параметров.известны пьезооптические датчики 5механических величин, содержащиеисточник света, .поляризационно-оптическую систему и фотоприемник. Вэтом датчике чувствительный. элементподвергается деформации сжатия-растяжения, Поляризационно-оптическаясистема .выполнена по дифференциаль"ной схеме прямого преобразования 1 .При малых деформациях,чувствительного элемента рабочий диапазон пре"образования лежит в пределах первогоинтерференционного максимума. Дляпреобразования аналогового выходногосигнала в цифровую Форму необходимоприменение АЦП, что .значительноусложняет устройство и делает егодорогостоящим.Наиболее близким по техническойсущности к изобретению является.преобразователь механических величин, содержащий источник света иустановленные по ходу луча поляризатор, чувствительный элемент,анализатор и фотоприемник. В этомпреобразователе кристалл сегнетоэластика, имеющий полидоменнуюструктуру, подвергается механическойдеформации. В результате в кристаллепроисходит прорастание доменовновой простраНственной ориентации,;а также укрупнение или измельчение Э 5исходных двойников, После снятиянагрузки доменная структура полностью. восстанавливается. Вследствие реориентации оптической. индикатрисы вдоменах различных ориентационных 40состояний происходит интегральноеизменение интенсивности светового.потока, прошедшего от источника кфотоприемнику через кристалл и расположенные по разные стороны от него 45поляроиды 2,Выходным параметром преобразователя является аналоговая величинанапряжение. Преобразование измеряемойвеличины в цифровый код возможно лишь 0с помощью электронных средств анало"го-цифрового преобразования, что значительно усложняет устройство прибо"ра. Целью изобретения является упрощение преобразования механических величин в цифровой код.Указанная цель достигается тем, что в преобразователь механических величин, содержащий источник света и установленные по ходу луча поляризатор, чувствительный элемент, анализатор и фотоприемник, дополнительно введена линза, расположенная . между анализатором и фотоприемнирм, 5 а чувствительный элемент выполнен ввиде двух смежных доменных областей,имеющих разные тензоры спонтаннойдеформации и расположенных так, чуплоскость их оптического разделаперпендикулярна силочувствительнойоси чувствительного элемента, при.этом фотоприемник выполнен в видефотоматрицы.Нь фиг, 1 изображена структурнаясхема цифрового преобразователя сяркостным выделением доменной границы 1 на фиг. 2 - структурная схемацифрового преобразователя с затемнением изображения одного иэ смежных доменов.Преобразователь механическихвеличин состоит из источника света 1, диафрагмы 2, поляризатора 3,сегнетоэластического чувствительногр,элемента 4, раэделенного домеййойстенкой 5 на две смежные доменныеобласти, устройство приложенияусилия 6, анализатора 7, линзы 8,фотоматрицы 9, пластинки 10 в четверть длины волны,Преобразователь механическихвеличин работает следующим образом.Световой поток от источника света 1 проходит диафрагму 2, поляризатор 3 и попадает на сегнетоэласти"ческий чувствительный элемент 4.Ширина щели диафрагмы ограничивает. просвечиваемую рабочую зону Чувствительного элемента, В пластине кристалла сегнетоэластика, соответствующим образом ориентированной и вырезанной относительно кристаллографических осей, формируется планарнаядоменная стенка 5, разделяющая две,смежные доменные области и находящаяся в просвечиваемой рабочейзоне чувствительного элемента. Толщина доменной стенки зависит от Физических свойств кристалла и всреднем составляет величину порядкаодного микрона. В связи с тем, чтостенка разделяет два смежных доменас разными значениями тензора спонтанной деформации, то она представляет .Прозрачную область оптической неоднородности и имеет различную струк"туру по толщине. В зависимости от класса кристаллографической симметрии, вида фазового перехода и способа поляриэаци" оино-оптической Фильтрации возможно ослабление интенсивности света, прошедшего сквозь один домен по отношению к уровню света, прошедшего смежный дойен, или ослабление света, прошедшего обе доменные области по отношению к свету, прошедшему сквозь доменную стенку.Свет, прошедший участок кристалла чувствительного элемента с доменной, стенкой не меняет плоскости поляри87 аж 873 Подписное Заказ 711 б/42. НИИ илиал ППП "Патент", г, ужгород, ул. Проектн.:.М3 10418эации и расходится небольшой угловой апертурой. Стенка является какбы вторичным линейным источникомсвета. Это происходит частичновследствие дифракции и частичноиз-за изменения коэффициента преломления вдоль стенки.Через устройство приложения усилия б механическое напряжение опре"деленной величины и направления относительно кристаллофизически "осей вызывает перемещение планарнойдоменной границы параллельно самойсебе в рабочей зоне чувствительногоэлемента. Если возникающие в кристалле механические напряжения не превы-, 15шают порогового уровня, то послеснятия воздействия стенка возвраща-,ется в исходное состояние, В зависимости от вида кристалла и формыего огранки, наблюдается смещениедоменной границы на величину до1,5 мм с последующим возвращениемее з исходное положение после снятия механической нагрузки. Экспери"ментально установлено, что связь 25между величиной смещения и механическим напряжением имеет линейныйхарактер.Эта толщина пластины чувствительного элемента выбрана таким образом, что набег Фазы между обыкно" ,венным и необыкновенным лучом составляет ф ( 2+ 1), то при параллельно расположенных поляризатореи анализаторе 7.: доменная стенка:проектируется линзой 8 на фотоматрицу 9 в виде светлой линии натемном фоне.Для уменьшения уровня света,прошедшего один домен по сравнениюс уровнем света, прошедшего другой 40домен, можно применить поляризационно"оптическую схему, приведенную на фиг; 2. Толщина кристаллачувствителЬного элемента выбирается такой, чтобы задержка по Фазесоставляла 90 О (0,37 мм для молибдата гадолиния). Пройдя через пластинку чувствительного элемента, светстановится циркулярно поляризованным. Направление круговой поляризации противоположно в соседних доменах вследствие различной ориентацииоптической индикатрисы, Поляризованный по кругу свет, прошедший черезчувствительный элемент, преобразуется в линейно поляризованный послепластинки 10 в четверть длины волны.Плоскости поЛяризации, света, вышедшего из двух соседних доменов,лежат во взаимно перпендикулярныхплоскостях, соответствующим двумсостояниям кристалла. Таким образом,оптическое излучение может быть либопропущено, либо задержано анализатором, .а доменная стенка являетсяграницей. между светлой и .темнойобластями. Засвеченййе элементы Фотоматрицы меняют позиционный цифровой код на ее выходе. Экспериментальные исследованйя преобразователя с применением ПЭС"фотолинейки А 1033 показаличто общая погрешность измерения в диапазоне температур 10-ЗООС не превышает 0,1.Применение оптической схемы пространственно-поляриэационной фильтрации перемещения доменной стенки вследствие:механического воздействия и использование фотоматрицы в качестве приемника перемещения позволяет непосредственно преобразовывать механическую величину,в цифровой код и исключйть тем самым иэ измерительного тракта сложный блок аналогоцифрового преобразования.