Волоконно-оптический преобразователь перемещений

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ це св 1 В 21 30иационннй т т ева ,П, 11 ерэляков, Днепровский етельство СС В 11/02, 19 ПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБ 3.АЗОВАк измериретения и и дияпачшения ли" еобразоизлучения,нГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(57) Изобретение относится тельной технике, Целью изоб является увеличение точност зона измерения за счет улу нейности характеристики, Пр ватель содержит источник 8 первый приемник 4 излучения но-оптический коллектор группа волокон которого оптически сопряжена с источником 8 излучения, а .вторая - с:первым приемником 4 излучения. Цель достигается введением источника 7 опорного напряжения, дифференциального усилителя 6, управляемого источника 9 питания, второго премника 10 излучения. Светдвой поток,поступающп от контролируемой поверхности 13 на первый приемник 4 излучения, стабилизирован, а информация оперемещении заключена в изменении светового потока источника 8 излученияи контролируется с помощью второгоприемника 10, В результате характеристика преобразования меняется наобратную. При использовании световоз- Жвращающей поверхности значительно снн- ружается влияние угловых колебаний.1 з,п, ф-лы 3 ил С:1670411Иэобрете 9 ьие относится к измерительной технике и может быть использовано в измерительно-информационныхи управляющих комплексах для измерения различных физических величин.11 елью изобретения является увеличение точности и диапазона измеряемых перемещений путем улучшения линейности характеристики преобразова Отеля,На фиг, 1 представлена функциональная схема преобразователя; нафиг, 2 - характеристики преобразователя; на фиг. 3 - зависимости характеристики преобразователя от угланаклона контролируемой поверхности.Преобразователь содержит волоконно-оптический коллектор 1 (ВОК), содержащий первую 2 и вторую 3 группы 20оптических волокон, первый приемник4 излучения, первый усилитель 5, дифференциальный усилитель 6, источник7 огорного напряжения, источник 8излучения, управляемый источник 9 25питания, второй приемник 10 излучения, второй усилитель 11 и регистратор12 Преобразователь контролирует перемещение световоэвращающей поверхности 13 объекта или световозвращающего элемента на нем)Первая группа волокон 2 ВОК 1 оптически сопряжена с источником 8 излучения, а вторая группа 3 - с первымприемником 4 излучения.35Первый приемник 4 излучения подключен к входу первого усилителя 5,выход которого подключен к первомувходу дифференциального усилителя 6.К,второму его входу подключен выходисточника 7 опорного напряжения, авыход дифференциального усилителя 6подключен к входу управляемого источника 9 питания, При этом выход управляемого источника 9 питания подключенк источнику Я излучения, оптическисопряженному с вторым приемником 10излучения, подключенным к входу второго усилителя 11 выход которого свя 9эан с регистратором 1250Волоконно-оптический преобразователь перемещений работает следующимобразом.Часть светового потока от источника 8 излучения, пройдя через первуюгруппу 2 оптических волокон ВОК 1,55направляется на световоэврацающую поверхность 13. При этом вследствие неидеальности последней часть отраженного от поверхности 13 светового потока через вторую группу 3 оптическихволокон, поступает на первый приемник4 излучения. Полученный сигнал поступает на вход первого усилителя 5 ипосле усиления - на первый вход дифференциального усилителя 6 (Ц 1). Навторой его вход поступает опорное напряжение Е . Дифференциальный усилитель 6 вырабатывает сигнал рассогласования, поступающий на вход управляемого источника 9 питания. В результ,рте происходит изменение световогопотока источника 8 излучения, котороевосстанавливает равенство напряженийи Е оТаким образом, укаэанная часть схем,1 стабилизирует световой поток, поступающий на первый приемник 4 излучен чя,При малой величине опорного напря"ж ния становится заметным влияние шумэв и дрейфа первого приемника 4 излучения и усилителя 5, а при увеличенииЕ вследствие ограниченных энергетиоческих возможностей источника 8 излучения сужается диапазон измерения,поэтому оптимальная величина опорногонапряжения Е определяется требуемымиточностью и диапазоном измерения.В данном случае. информация о перемщенни поверхности 13 заключена в изменении светового потока источника 8излучения. Величина укаэанного световэго потока контролируется при помощивгорого приемника 10 излучения, сигнал с которого поступает на вход второго усилителя 11. Сигнал с выходавторого усилителя 11 используется вкачестве выходного сигнала преобразователя и фиксируется регистратором 12.В преобразователе полностью исключается влияние нелинейности и температурной нестабильности источника 8 излучения, При этом полная погрешностьв основном определяется температурнойнестабильностью приемников излученияи пропорциональна величине поступающего на ннх светового потока В связис этим, поскольку преобразовательимеет нарастающую характеристику,его относительная погрешность постоянна во всем диапазоне измерения.На фиг, 2 приведены характеристики14 известного и характеристики 15 и16 предлагаемого преобразователя сиспользованием одинаковых ВОК. Характеристика 15 соответствует зеркаль1670411 ной, а характеристика 16 - световозвращающей контролируемой поверхности,Сравнивая характеристики 14 и 15, можно сделать вьвод, что преобразо 5 ватель имеет большой диапазон измерения и линейность рабочего участка. Характеристика 16 показьвает преимущества использования световозвращающей поверхности, в частности дополнительное расширение диапазона измерения и улучшение линейности характеристики,Преобразователь характеризуется высокой температурной стабильностью и, следовательно, точностью, Действительно, напряжение на выходе первого усилителя 5 определяется выражением Ц 1- ФК(Т)й(н) К, Я,К,(т), (1)20 где Ф - световой поток источника изИлучения;К,(Т) - температурный коэффициентисточника излучения;Й(Н) - зависимость светового пото 25ка, поступающего на первыйприемник излучения, от расстояния Н до контролируемойповерхности при постоянномпотоке светового излучения;К - коэффициент пропорциональности;Я 1- чувствительность первогоприемника излучения; К,(Т) - температурный коэффициентчувствительности первого 35приемника. Выходное напряжение"Я = Ки(Т) КРгпК 2 о(Т где К - коэффициент пропорциональности; Б 2- чувствительность второго приемника излучения; К (Т) - температурный коэффициент чувствительности второго приемника. Иэ выражений (1) и (2) с учетом того, что 0 = Е , следует Ео Кг Бг К п (Т)(3)Я ) Для случая пары приемников излучения с идентичными температурными харак 5 теристиками и чувствительностью 1 К Ео/(Н) ф (4) где К - к зффициент пропорциональностиКоэффициенты пропорциональностиК, К и К, входящие в выражения (1) -(4), характеризуют потери световогопотока в оптических сопряжениях и приотражении от контролируемой поверхностиТаким образом, можно сделать вывод,что выходной сигнал преобразователямало зависит от температуры окружающей средыНа фиг. 3 показаны зависимости вьюходного напряжения, разработанногоВОПП, от угла наклона зеркальной характеристики 17 и снетонознращающейхарактеристики 18 контролируемой поверхности 13 при фиксированном расстоянии Н. Анализ приведенных характеристики позволяет сделать вывод означительном снижении погрещности,вызьваемой угловыми колебаниями вслучае использования световозвращаю"щей поверхности,Диапазон измерения преобразователеи ограничен в основном мощностьюисточника излучения и может быть значительно расширен в результате использования мощного источника излучения или группы маломощных источников. Формула изобретения1. Волоконно-оптический преобразонатель перемецешщ, содержащш источник излучения, перньп 1 приемник излучения, регистратор и волоконно-оптический коллектор, первая группа волокон которого оптически сопряжена с источником излучения, а вторая - с приемником излучения, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью увеличения точности и диапазона измеряемых перемещений, он снабжен источником опорного напряжения, дифференциальным усилителем, управляемым источником питания и вторым приемником излу. чепия, выход первого приемника излучения подключен к первому входу дифференциального усилителя, к второму входу которого подключен выход источ ника опорного напряжения, а выход дифференциального усилителя подключен к входу управляемого источника питания, выход которого подключен к источнику излучения, оптически сопряженному с вторым приемником излучения, подключенным к входу регистратора.1670411 Вых Йых. вакс 1,0 0,5 Н,НН Г.2 2. Преобраэователь перемещений поп. 1, отличающийся тем,что ои снабжен световоэвращающим элементом, эакрепляемым на контролируемом обьекте.-г м, град Фиг 3 Составитель Е, ГлазковаТехред Л.Сердюкова Корректор И. Эрдейи Редактор С. Лисина Заказ 3151 Тираж 367 ПодписноеВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР113035, Москва, Ж, Раушская наб д, 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101