Пьезооптический измерительный преобразователь

Союз Советски кСоциапистическиаРеспублик ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ и 939974а(72) Авторы изобретения Н. П. Удалов и В. А, Ширяев Московский ордена Ленина и ордена Октябрьскоавиационный институт им, Серго Орджоникидземеханики Московского ордена Ленина, ордена 0Революции и ордена Трудового Красного Знамениуниверситета нм. Ломоносова(54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕ РИТЕ ЛЬНЫЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬформу , 2 1Изобретение относится к измерительной технике и в частности к оптическимизмерительным системам и предназначенодля измерения механических величин: сил,давлений, ускорений и е. д,5Известны пьмюоптические изме рнтельные преобразователи, содержащие расположенные последовательно упругий эльмент, источник света, поляризатор изпрозрачного фотоунругого материала, анализатор, фаэосдвигающие пластинки и фотоприемники 11.Однако грани упругих элементов в этихпреобразователях имеют плоскую форму,Наиболее близким по технической сущ- т 5ности к предлагаемому является фотоупругий динамометр, содержащий оптическуюсистему из поспедовательно расположенных источника света, поляризатора, упр 3 гого элемента из прозрачного Фотоупругого материала, фазосдвигающей пластинки,анализатора и фотоприемника, Поверхностьупругого элемента имеет сферическую 2В преобразователе нельзя применять весьма перспективные для увеличения чувствительности кристаллические упругие элементы, обладающие исходной оптической анизотропией. Это связано с тем, что в большинстве преобразователей используются малогабаритные, бесконденсорные источники света с расходящимся световым пучком. Такой пучок обраэудт на выходе из анизотропного упругого элемента с плоскими гранями узкополосную коноскопическую интерференционную картину, так как по мере наклона световых лучей относительно индикатрисы уп ругого элемента величина их двулучепреломления изменяется и изменяется их взаимный фазовый сдвиг, Эти изменение лишь частично компенсируется изменением фазового сдвига, возникающим вследствии удлинения хода лучей в упругом элементе при их наклоне относительно его входной грани. Появление коноскопической интерференционной картины резко снижает чувст- вительность преобразователя, так как дляХ (,1+2.к ) 15 обретени мула льство ССС 24,3 93997 его нормальной работы ширина интерференционной полосы должна значительно превышать ширину экрана фотоприемника,Пель изобретения - повьппение чувствительности преобразователи.5Поставленная цель достигается тем, что в преобразователь введена вторая фазосдвигаюшая пластинка и фотоприемник, а грань упругого элемента, нормаль- ная к оси симметрии светового пучка, вы-о полнена в форме поверхности второго порядка в соответствии с соотношением де 3 - толщина упругого элемента врассматриваемом направлении,м;- длина волны света, м;1( - целое число;и и - показатели преломления матет. Ориала упругого элемента обыкновенного и необыкновенного лучей;ф - угол между осью симметрии инаправления светового пучка, рад.25 На чертеже изображен предлагаемыйпреобразователь,Преобрааователь содержит оптическуюсистему из последовательно расположенных источника 1 света, поляризатора 2,упругого элемента 3, одной из гранейкоторого придана кривизна второго порядка, фазосдвигаюших пластинок 4, анализатора 5 и фотоприемников 6.На чертеже изображен момент, когдаупругий элемент изготовлен иэ одноосного кристалла, причем оптическая осьупругого элемента параллельна его входной грани и плоскости наклона светового пучка.Преобразователь работает следующимобразом.В отсутстзии измеряемой силы световой пучок распадается в упругом элементе на две составляющие, которые накапливают по мере прохождения через упругий эпемент некоторый одинаковый фазовый сдвиг, одинаковый по всему сечениюпучка. Это достигается благодаря увели 5чению хода пучка в упругом элементе помере увеличения угла наклона . Чакимобразом обеспечивается, так называемая;."бесконечная" ширина интерференционныхполос и равномерная начальная засветка5фотоприемников на всей плошади. 4При приложении измеряемой силы Ризменяется аниэотроиия упругого элемента, что создает рабочее приращение фазовых сдвигов составляющих световыхпучков. Благодаря фазосдвигающим пластинкам 4, обеспечивающим разность фазовых сдвигов составляющих световыхпучков, в каналах на целое нечетное число полупериодов, приращение освещенностей фотоприемников имеют разные знаки.Разность фототоков фотоприемников является выходным сигналом преобразователя,Применение преобразователя позволитнаодин-два порядка увеличить чувствительность пьеэооптических преобразователейза счет использования в упругих элементах высокочувствительных анизотропныхкристаллических материалов,Пьезооптический измерительный преобразователь, содержащий оптическую систему из последовательно расположенных источника света, поляризатора, упругого элемента иэ прозрачного фотоупругого материала, фаэосдвигаюшей пластинки, анализатора и фотоприемника, отличающийся тем,что,с целью повышения чувствительности, в него введены вторая фазосдвигающая пластинка и фотоприемник, а грань упругого элемента, нормальная к оси симметрии светового пучка, выполнена в форме поверхности второго порядка в соответствии с соотношением1(. 1+2 х) де б - толщина упругого элемента врассматриваемом направлении, м;- длина волны света, м;К - целое число;- показатели преломления матес, ориала упругого элемента обыкновенного и необыкновенноголучей;- угол между осью симметрии инаправлением светового луча, рад,Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Патент США3950987,л. 78-141 А; 1976.2. Авторское свидете Р305372, кл. 601 Ь 1/06.02.70 (прототип).939974 Составитель А. Северина Техред Т.Фанта Подписнота СССР 1 Чураж 887 ВНИИПИ Государственного компо делам изобретений и отк 13035, Москва, Ж-ЗБ, Раушс тийнаб., д. 4 род, ул. Проектная, 4 Редактор Е. Л Заказ 4654/6 иал ППП Патент", г. рректор У. Пономарен