Поляризационно-оптический преобразователь давления

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использованодля измерения давления,Цель изобретения - расширение диа 5пазона измерения.На фиг,1 приведена принципиальнаясхема устройства; на фиг.2 - кристаллографическая (1, 2, 3) и кристаллооптическая (а, Ь, с) установки,схема вырезания,и использования образцов кристаллов диглициннитрата.На фиг.2 даны следующие обозначения: К - направление оптической осиканала грубого отсчета; К - направление оптической оси канала точногоотсчета, ш - направление действияизмеряемого давления.Предлагаемый поляризационно-оптический датчик давления состоит изоптического канала точного отсчета(ОКТО), содержащего источник 1 монохроматического излучения, четвертьволновые пластинки 3 и 4, чувствительный элемент 5, светоделительное зер.кало 6, анализатор 7, цепи обратнойсвязи, содержащей фотоприемники 8и 9, усилитель 11 разности сигналовфотоприемников, реверсивный электродвигатель 12, измеритель углов 13,и оптического канала грубого отсчета(ОКГО), содержащего источник 2 монохроматического излучения, поляризаторы 14 и 15, тот же чувствительныйэлемент 5 и фотоприемник 10,Матричным методом расчета оптических схем можно получить выражение для интенсивности света, прошедшего поляризационно-оптическую систему, состоящую из четвертьволновых 4 Опластинок 3 и 4, оси наибольших скоростей которых скрещены между собой,установленного в диагональное положение между пластинками 3 и 4 чувствительного элемента 5, светоделительного зеркала 6 и анализатора 7 ОКТО;1 = - - 1 соя ( /Я +0)12 Оггде 1 - интенсивность излучения источника света; о - разность фаэ, выносимая чувствительным элементом внаправлении просвечивания ОКТО; Ы -угол между осью анализатора и плоскостью поляризации излучения источни 55Отсюда следует, что всякие изменения интенсивности света 1, прошедшего через систему, обусловленные изменениями Ь 3 разности фаз, можно в неограниченных пределах компенсировать поворотом анализатора 7 на угольГ = 2 ьЫ, (2)причем Ь Р, = 2 7 п + Фгде п =1,2,3, - количество полных оборотованализатора 7; ф, - часть полного угла.Интенсивность света, прошедшегодва скрещенных поляризатора 14 и 15и установленный между ними в диагональное положение тот же чувствительный элемент 5 ОКГО, выражается соотношением1 11=1 здп --о 2 ф(3)где 3 - разность фаз, вносимая чувствительным элементом в направлениипросвечивания ОКГО.Из изложенного следует, что приподобранных соответствующим образомтолщинах образца и величинах егопьезооптических коэффициентов в направлениях каналов грубого и точногоотсчета, можно реализовать случай, вкотором период зависимости 1ОКГО будет существенно превышатьпериод зависимости 1(8 ) ОКТО, Соответственно будет различаться и точность определения измеряемого давления по оптическим каналам грубогои точного отсчета,Датчик работает следующим образом,Свет от источника 1 монохроматического излучения проходит через двечетвертьволновые пластинки 3 и 4,установленный между ними в диагональное положение чувствительный элемент5 и делится светоделительным зеркалом6 на два луча, один из которых попадает на фотоприемник 8, а второй -на фотоприемник 9, Фотоэлектрическийсигнал фотоприемника 9 является опорным, При воздействии давления, индуцирующего изменения разности ходав чувствительном элементе 5, появляется разность фотоэлектрических сигналов фотоприемников 8 и 9, поступающая на усилитель 11 разности сигналов этих фотоприемников, который приводит в движение связанный с анализатором 7 реверсивный электродвигатель 12, вращающий анализатор 7 всторону уравнения фотоэлектрическихсигналов фотоприемников 8 и 9, Поуглу поворота анализатора 7 при помощи измерителя 13 углов определяют изменение давления. Сопротивление Кслужит для установки начальной рабочей точки устройства на линейномучастке зависимости.В оптическом канале грубого отсчета свет от источника 2 монохромати 5ческого излучения проходит два скрещенных поляризатора 14 и 5, установленный между ними в диагональное положение чувствительный элемент 5 ирегистрируется фотоприемником 10Воздействующее давление определяют повеличине Фотоэлектрического сигналафотоприемника 10, В данном случаенеобходимость введения четвертьволиовой пластинки в ОКГО отпадаетвследствие расходимости пучка светаот источника 2 излучения и существования естественной разности ходав чувствительном элементе 5, что 20обеспечивает качественную интерференционную картину в плоскости фотоприемника 10. Рабочую точку устройстваможно вывести на линейный участокзависимости Е(8) при помощи юстировки фотоприемника 10 в плоскости интерференционной картины,Толщина чувствительного элементаи его пьезооптические коэффициентыв направлениях просвечивания ОКГО и 30ОКТО подобраны так, что период зависимости 1(о) существенно превышаетпериод зависимости 1(о ). При выключении устройства рабочая точка смещается на целое число полуволн Я/2,что приводит к возникновению ошибокпри измерении изменения воздействующего давления Р на неизвестное количество порядков (и . Я /2, п =1, 2,3,), Неизвестное и при включении 40устройства определяют по даннымОКГО, линейный участок зависимости1(3) которого проградуирован в единицах давления, Таким образом, пошкале грубого отсчета определяется 45рабочий диапазон давлений оптического канала точного отсчета, а по шкалеточного отсчета определяется точноезначение измеряемого давления в пределах указанного диапазона, 50 Формула из обретенияПоляризационно-оптический преобразователь давления, содержащий установленные на первой оптической осиисточник монохроматического поляризованного излучения, первую четверть- волновую пластинку, Фотоупругий чувствительный элемент, вторую четверть- волновую пластинку, светоделительное зеркало, анализатор, а также цепь обратной связи, состоящую из первого и второго фотоприемников, подключеных через усилитель разности сигналов креверсивному электродвигателю, связанному с анализатором и измерителемуглов, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения диапазонаизмерения путем учета целых чиселдлин полуволн изменения оптическойУдлины пути в Фотоупругом чувствительном элементе, в него введена поляризационно-оптическая система грубогоотсчета, включающая второй источникизлучения, поляризатор, второй анализатор и третий фотоприемник и сумматор, при этом второй источник излучения с поляризатором установлены перед Фотоупругим чувствительным элементом, а второй анализатор и третийфотоприемник - за фотоупругим чувствительньв .элементом вдоль второй оптической оси, пересекающей первую подпрямым углом в месте расположенияФотоупругого чувствительного элемента, который выполнен из кристалла,обладающего различными по величинепьезооптическими коэффициентами,соответствующими взаимно перпендикулярным направлениям распространениясвета, совпадающим с первой и второйоптическими осями, при направленийдействия давления, перпендикулярномобеим оптическим осям, причем толщина Фотоупругого чувствительного элемента в направлении первой оптическойоси больше толщины Фотоупругого чувствительного элемента в направлении второй оптической оси, а выходы измерителя углов и.третьего Фотоприемника подсоединены к сумматору,,." аз 1439 Т НИИПИ Государственного комит 113035, Москвраж 462та по изоЖ, Р Поетениям ишская наб. писноеткрытиям при ГКНТ СССРд, 4/5