Оптический вибропреобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХССЯюлавесникРЕСПУБЛИК А 1 0% 01) 5)3 С 01 Р 15/О Й КОМИТЕТИ ОТКРЫТИЯМ ГОСУД АРС САНИЕ ИЭОБРЕ АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 5/08 сяе"емсве- а све 1(46) 07.06,92. Бюл, Г 21 (71) Научно-исследовательский институт измерительной техники (72) А,А,Комиссаров, Е,А.Чалый и А.В.Гусев(57) Использование; измерение малых виброускорений. ВибропреобраэоваИзобретение относится к измерительной технике, а именно к устройствам для измерения малых виброускорений,Известен оптический вибропреобраэователь, позволяющий измерятьвиброускорения, в котором для моду"ляции светового потока используется плоское зеркало с оптическиминеоднородностями, расположенное на".против торца световода перпендикулярно к его оси и перемещающееся.вестном вибропреобразователе, нельзядобиться высокой чувствительности,польку при таком движении зеркаламодулировать сигнал будут только тель содержит основание 1, рабочий световод 7 для передачи и приема световой энергии, кварцевый стержень 6, закрепленный на балочке 4, на конце которой смещается под действием ускорения, модулируя световой сигнал.Максимальная чувствительность вибропреобразователя достигается при "следующих геометрических соотношениях: диаметр сферического отражательного .элемента (4-5)й, смещение сферического отражателя относительно про, дольной оси рабочего световода (0,4"0,6)йф расстояние между торцом товода и сферическим птражател . не более 2 Й, где д - диаметртоведущей сердцевины рабочеготовода. 2 ил. оптические неоднородности, следовательно, для повышения чувствительности надо уменьшать размеры этих неоднородностей , .но это возможно лишь до тех пор, пока они не станутменьше диаметра светового пятна,Наиболее близким тхеническим решением к предлагаемому является оп"тический вибропреобразователь, содежащий упругий элемент в виде балочки прямоугольного сечения, на свободном конце. которой закреплена инерционная масса с плоским зеркалом, четвертьволновой градан излучающий и два. приемных световода,Известный вибропреобразователь имеет следующий недостаток; использование в качестве отражателя пло1739301 4 ского зеркала не дает возможности получить высокую чувствительность, так как диапазон угловых перемещений зеркала невелик по сравнению с поступательным перемещением конца балки..Кроме того, для увеличения чувствительности вибропреобразователь применяется дополнительный оптический элемент-цетвертьволновый;гра."дан, цто усложняет конструкцию оптицеского вибропреобразователяЦель изобретения - повышение. чувствительности вибропреобразователя.Поставленная цель достигается тем, цто в оптическом вибропреобразовате, ле, содержащем рабочий.световод, упругий элемент в виде балочки, на свободном конце последней расположена инерционная масса, выполненная в виде сферы диаметром 4-5 й, на которую напылен отражатель., при этом. центр кривизны сферы смещен относительно оси световода в направле-. нии основной оси цувствительности на 0,4-0,6 й, а,расстояние между торцом световода и отражателем не более 2 й, где д - диаметр световедущей сердцевины рабочего световода. Рабоций световод является общим каналом У-разветвителяВибропреобразователь содержит ос"нование 3, пластину 2 и защитный кожух 3. В пластине 2 (например, кремниевой) выполнено П-образное отверстие, при этом образована балочка 4, являющаяся упругим.элементом. На свободном конце балочки 4 вдоль ее оси выполнен (например, трав; лением) паз 5, в котором закреплен(например, клеем) кварцевый стер" жень 6. На свободном конце кварце" ваго стержня б оплавлением выполнен шарик. диаметром 4-56, являющийся инерционной массой, где й - диаметр . световедущей сердцевины световода 7.Сферический отражательный элемент 8 : образуется путем нанесения на шарик отражающего покрытия (например, на".пылением алюминия). Напротив отра" жательного элемента 8 в пластине 2 соосно с пазом 5 выполнен паз 9, в На Фиг,1 представлена конструкция вибропреобразователя, на Фиг. 2- статическая характерйстика вибропреобразователя. котором закреплен (например, клеем) -рабочий световод 7.Ширина и профиль пазов 5 и 9 выбираются такими, чтобы в пазе 5плотно укладывался кварцевый стержень 6, а в пазе 9 - рабочий световод 7. Глубина паза 5 выбираетсяравной не менее половины диаметракварцевого стержня б, а глубина паза 9 равна глубине паза 5 плюс 0,4 О,бй, но не менее половины диаметракварцевой оболочки рабочего свето"вода 7. Разница в глубине пазов 51 з и 9 определяется рабочей точкой.Характер статической характеристики такого вибропреобразоватедяопределяется, в основном, Функциейраспределения энергии в выходящем .1 р из световода 7 конусе света,В вибропреобразователе примененступенчатый световод с диаметромсветоведущей сердцевины 50 мкм, кварцевой оболочки 125 мкм и нормальнымраспределением. энергии в выходящемиз него конусе света.Рабочая точка выбирается посередине одного из двух уцастков АВ илиСЭ статицеской характеристики, близ- .ких к линейной зависимости (Фиг,2),Экспериментально установлено оптимальное смещение 8, котороесоставляет 0,4-.0,бд, где й - диаметр световедущей сердцевины ра-.бочего световода. Если величина 835 выходит, за указанные границы, то .резко растет нелинейность характеристики (при неизменном диапазоне),Диаметр шарика для сферическогоФ зеркала выбирается из условий. наи"меньшего рассеяния света и максималь-,. ного угла поворота конуса света.при поступательном смещении шарика. ,С увеличением диаметра шарика наблю"4% дается уменьшение чувствительностиза счет увеличения радиуса кривизны. отражателя, а при уменьшении диамет",ра шарика наблюдается уменьшениечувствительности,.но в Этом случаефф за счет рассеяния света, Оптимальныйдиаметр шарика составляет 4"5 й. Точность изготовления пазов обеспечивается технологией травления.Расстояние между торцом рабочегосветовода 7 и сферическим отражательным элементом 8 выбирается таким,при котором изменение интенсивностиулавливаемого рабочим световодом 75 173930 отраженного светового потока от из- " менения расстояния между торцом рабочего световода 7 и сферическим отражательным элементом 8 максималь-,но. Это расстояние находится в преде 5 лах 1,5-2 й. Если расстояние между торцом и отражателем не укладывается в указанные границы, то чувствительность такого вибропреобразователя будет снижаться.Для обеспечения возможности перемещения балочки 4 в основании 1 выполнен паз 10. Рабочий световод 7, обращенный к отражательному элементу 8, является общим каналом У-развет" .вителя 11, один канал которого связан с источником излучения, другойс фотоприемником.ЮСветовой поток, излучаемый источником, передается с помощью У-развет" вителя 11 и рабочего световода 7 на .отражательный элемент 8. Отраженный ,от отражательного элемента 8 световой поток частично улавливается рабочим световодом 7 и через У-разветвитель 11 передается на Фотоприемник.Воздействие виброускорений в направлении указанном на фиг.1 стрел 30 кой, приводит к перемещению балочки 4 с закрепленной на ней инерционной 6массой с отражательным элементом Б, который, в свою очередь, приводит к изменению направления и Формы отраженного конусасвета, что в конечном итоге, приводит к модуляции интенсивности светового потока, поступающего на фотоприемник, где световой сигнал преобразуется в электрический, пропорциональный перемещению упругого элемента.Формула изобретенияОптический вибропреобразователь, содержащий рабочий световод, оптически связанный с передающим и приемным световодами, а также упругий элемент в виде балочки, на свободном. конце которой расположена инерционная масса с напыленным на нее отражателем, о т л.и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повыщения чувствительности, инерционная масса выполнена в Форме сферы диаметром (4-5)й, при этом центр кривизны сферы смещен относительно продольной .оси рабочего световода на (0,4-0,6)й, а расстояние между торцом рабочего световода и поверхностью отражателя выбрано не более 2 й, где д - диаметр сердцевины рабочего световода.. Заказ 2000 Тираж ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям лри ГКН СССР113035, Москва, Ж"35,Раущская наб., д. 4/5 роизводственнотент", г.ужгород, ул . Гагарина ательский комбина тавитель Ю,ВласовТехреду А,Кравчук Коррент