Измерительный преобразователь

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1511 с С 01 1. 1/24 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЬПИЙ(56) Лвторское свидетельство СССР 1 567964, кл. С 01 Ь 1/24, 1972.Авторское свидетельство СССР У 572667, кл. С 011/16, 1975. (54) ИЗМЕРИТЕЛЬ 11 Й ПРЕОБРЛЗОВЛ 1 ЕЛЬ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения сил, давлений, ускоренп, крутящих моментов и других физических величин. Цель - повышение точности измерения. Устройство содержит поляриэационно-оптическую систему 3, включающую в себя поляризатор 4, фазосдвигающую пластину 5, чувствительный элемент ЯО 1216683 А б, анализаторы 7 и 8 и фотоприемники9,10, соединенные с входами усилителей 11 и 12, коммутаторы 13 и 14,фильтры низких частот 15 " 18, сумматоры 19 и 21, схемы 22 - 24 .сравпения, регуляторы 25 и 26 тока, генератор 27 прямоугольных импульсовнапряжения. Устройство позволяетосуществить прохождение рабочих(модулированных измеряемым воздействием Р) световых импульсов от излучателя 1 света и опорных (не модулированных) от излучателя 2 света поодины и тем же отводящим световолоконным каналам и испольэовать разность уровней опорных импульсов,возникающую вследствие различногоизменения пропускания каналов, ноне зависящую от Р, для исключенияразности уровней рабочих импульсов.3 ил.5 10 5 20 30 35 40 45 50 55 Измерительный преобразовательотносится к измерительной техникеи может быть использован для измерения сил, давлений, ускорений,крутящих моментов и других физических вели ггш,Целью изобретения являетсл повышение точности измерения,Па Фиг. дана структурная схемапреобразователя; на фиг,2 - статические световые характеристики рабочих каналов; на фиг.3 - временнаядиаграмма работы преобразователя.Иэмерительньпг преобразователь,(Фиг.1) два излучателя 1 и 2 света,поляриэационно-оптическую систему 3,включающую в себя поляризатор 4,Фазосдвигающую пластину 5, чувствительный элемент б, анализаторы 7 и8 и фотоприемники 9 и 10, Плоскостипрлярггздцгги поляризатора 4 и анализаторов 7 и 8 составляют с направлением механического папрлжепия вчувствительном элементе с направлением измеряемого воздействия Р нафиг.1) углы "45 . При этом угол меж"ду плоскостями поляризации поляризатора 4 и анализатора 7 равен 90 ,а между плоскостями поллриэации пооллрггзатора 4 и анализатора 8 - 011 аправление оси наибольшей скоростиФаэосдвигающей пластинки 5 параллельно направлению измеряемого воздействня Р (обозначаемым в дальнейшемдля кратности одним символом Р). Выходы Фотоприемников 9 и О соединенысоответственно с одними входамиусилителей 11 и 12, имеющих регулируемые усиления, а выходы этих усили"телей подкгггочены к входам аналоговыхкоммутаторов 13 и 14. Выходы апалогового коммутатора 13 подключенык входам Фильтров 15 н 16 низкихчастот, а входы аналогового коммутатора 14 - к входам Фильтров 17 и 18низких частот. Выход Фильтра 5низких частот подключен к первымвходам, а выход фильтра 17 низкихчастот - к вторым входам сумматора19 и вычитающего устройства 20.Выход Фильтра 16 низких частог подключен к первым входам, а выходФилы ра 18 низких частот - к вторымвходам сумматора 21 и схемы 22 сравнепнл. Выходы сумматоров 9 и 21ггодкгпочеггы соответственно к,первымвходам схемы 23 и 24 сравнения, к вторым входам которых подключено стабилизированное опорное напряжение Оо, Выходы схем 23 и 24 сравнения подключены к управляющим входам регуляторов 25 и 26 тока излучателейи 2 света. От генератора 27 прямоугольные импульсы напряжения поступают на второй управляющий вход регулятора 25 тока и входы аналоговых коммутаторов 13 и 14, а через инвертор 28 фазы - на второй вход регулятора 26. тока. Выход схемы 22 сравнения соединен с вторым входом усилителя 11 и через инвертор 29 - с вторым входом усилителл 12. Сигнал на выходе вычитающего устройства 20 является выходным сигналом преобразователя,Световые потоки Фи Ф от излучателей 1 и 2 света соответственно направляются через световолоконныеканалы 30 и 31, поляризационно-опти.ческуго систему 3 и световолоконныеканалы 32 и 33 на фотоприемники 9и 10 таким образом, что Ф проходитчерез поляризатор 4, а Ф минует его,Преобразователь работает следующим образом.Напряжение питания Оц через регуляторы 25 и 26 тока поступает на излучатели 1 и 2 света, Управляющий сигнал от генератора 27 прямоугольных импульсов, поступающий на регулятор 25 тока непосредственно, а на регулятор 26 тока через инвертор 28 Фазы, позволяет эапитывать излучателии 2 света попеременно, Импульсы светового потока Рг от излучателя 1 света, пройдя поляризатор 4, становлтся линейно поляризованпыми. В Фазосдвигающей пластинке 5 световой поток распадается на две плоско поляризованные составллгощие. Плоскость поляризации одной иэ составляющих параллельна, а другой - перпендикулярна направлению Р, а разность Фаэ Ыо этих составляющихР на выходе из пластинки 5 ранна 90 Лналогичные преобразовапил происходят со световым лучком в. чувствительном элементе 6, если он нагружен, с той разницей, что величина Фазового сдвига дм пропорциональнаР, а знак ДЯ зависит от знака Р, Суымарньпг фазовый сдвиг, создаваемый Фаэосдвигающей пластинкой и упругим элементом, равен Ыо 1 ЬЫ, 1216683Если Р = О, то и Ьо(= О, и световые потокИ Ро и Р2 на выходах анализаторов равны по величине,и их уровни соответствуют наиболеекрутым участкам зависимости световых потоков от о, ,Фиг.2),Если Р не равно 0 и изменяетсяво времени, то йс( также становитсяне равным 0 и изменяется пропорционально Р. В этом случае световыепотоки на выходах анализаторов 7и 8 получают приращения Ьр и, ЙЧпропорциональные Ьо и различные познаку, Суммарные световые потоки9 и Р выражаются тогда соотно ,2шениями Р 1, - о 11 Р=фо 1,2 Дср,2/Суммарные световые потоки Р и1с 1 поступают на Фотоприемники 912и 10 и преобразуются в них в импульсы Фотопотоков 1и 1, 2 , разностькоторых в некотором диапазоне ихизменений пропорциональна изменению Р,Импульсы светового потока Рсдвинутые по Фазе относительноимпульсов светового потока Ч на180 , поступают в поляризационнооптическуо систему, минуя поляризатор4, и поэтому остаются неполярцзованными. Вследствие этого, соответствующие световому потоку Я световыепотоки Р 2., и Ч 2 на выходах ацалнзаторов 7 и 8 не зависят от изменеия РЕсли пропускание поляризационнооптической системы 3 и световолокон ных каналов 32 и 33 для световых импульсов Ч 2и Ф 2 одинаково, то ониравны по величине и создают на выходах Фотоприемников 9 и О одинаковыеимпульсы фотопотоков 12и 1 22,Синхронные импульсыфотопотокови 1, 2 и сдвинутые относительно1оних на 180 синхронные импульсы Фотопотоков 12, и 1 2,2 поступают ца входы усилителей 11 и 12, Электрическиесигналы с выходов указанных усилителей в виде попарно синхронных импульсов электрического напряжения ОиО, , 02 и О, 2 поступают на входыаналоговых коммутаторов 13 и 4. Вовремя поступления импульсов 11 1 иО , соответствующих импульсам излучателя света 1, входы аналоговыхО коммутаторов 13 и 14 под действиемуправляющего импульса от генератора27 подключаются к входам фильтров15 и 17 низких частот, а во времяпоступления импульсов "2,1 и 02,2. -к входам фильтров 16 и 18 низкихчастот. Временные диаграммы импульсов Ц 1 О 2 О 1,02,З представленына Фиг,З,В тот промежуток времени, когдаР равно нулю 1 участок о временнойдиагаммы на фиг,З), импульсы 01 и11 равны по велиЧине. Их разность,,215 полученная с помощью вычитающегоустройства 20, равна нулю.Если Р становится отличным отпуля 1 участок оь временной диаграммь 4/то действие Р вызывает изменения 20 уровней световых потоков т, иР 21,2согласно соотношениям (1) и 2). Этов конечном счете приводит к неравенству импульсов О ц О, 2, пропорциональному Р 1,граФики О1),2 ц ",1 25 11 ца участке о,б временной диаграм"12мы). Их разность ца выходе схемы 20вычитания, пропорциональная Р, является выходным сигналом ОЫ , преобразователя.30 Если в это время под влияниемвнешних воздействий прозрачностьсветоводных каналов изменилась, иэтц изменения равны по величине, цоимеют разные знаки, то это приводит 35 к разли гцым по знаку изменениямуровней световых потоков Р, Р 2 2и, следовательно, к появлению разности соответствующих импульсов 02 1и Ц 21. Рафикии 02 2 на временной 40 диаграмме) . Одновременно это приводит к увеличению разности импульсов11 и У (графк О - О, на участкеаб временной диаграммы) и появлениюприращения выходного сигнала.ЬО45 т.е, к появлению смещения начальногоотсчета 0, ( участок 5 с графика 0 ььпо временной диаграмме) . Это смещение устраняется в преобразователеследующим образом. Напряжения Ц 2 1 и 50 02 , переданные с помощью аналого-вых коммутаторов 13 и 14 на фильтры16 и 18 нижних частот, а с выходовпоследних ца входы схемы 22 сравнения, создают на ее выходе напряже ние разбалацса Ор . Это напряжениеподается ца второй вход усилителя 11,и через ивертор 29 - на второйвход усилителя 2, Тем самым, кэф 1266835О 55 40 45 50 55 фициенты усиления усилителей 1 и 12 изменяются таким образомм,что разность импульсов 0,1 и 11 х, на их выходах становится снова равной нулю. При этом становится равным нулю и смещение начального отсчета преобразователя. Таким образом, исключается влияние изменений пропускания световодных каналов на показания преобразователя.Вместе с этим, схема преобразователя поддерживает неизменным начальный уровень импульсов 0 1 и М, , Это осуществляется путем суммирования сигналов, получаемых с выходов фильтров 16 и 18 низкой частотЫ, в сумматоре 21. Суммарный сигнал Ос 1 сравнивается в схеме 24 сравнения ,с очорным сигналом Оо . В случае изменения величины суммарного сигнала 1 , на выходе схемы 24 сравне ния возникает разностный сигнал определенного знака, который поступает на вход регулятора 26 тока. Регулятор 26 тока, в зависимости от знака разиостного сигнала, изме" няет питание излучателя таким об" разом, чтобы разностный сигнал иа выходе схемы 24 сравнения снова стал равным нулю. Тем самьв стаби" лизируются уровни фототоков 9,1 и ср в том случае, если под влиянием внешних воздействий пропускание световодных каналов изменится в однусторону.Стабилизация коэффициента преоб-, разования преобразователя,произво" дится следующим образом.Сигналы с выходов фильтров 15 и 17 низких частот суммируются в сум- . маторе 19. Их сумма 0 поступает на вход схемы 23 сравн ния, где сравнивается с опорным напряжением 0 , и раэностпый сигнал подается на регулятор 25 тока, который в зависимости от знака разностного . сигнала изменяет питание излучателя 2 света таким образом, чтобы разностный сигнал .становился равным нулю, При этом напряжение с поддерживается на постоянном уровне, равном О, тем самым сохраняется неизменным коэффициент преобразования преобразователя.Предлагаемая конструкция поляриэационно-оптической системы и струке турная схема для обработки сигналов,) получаемых от нее, позволяет в отличие от известного, осуществитьпрохождение рабочихт,е. модулируемых измеряемым воздействием Р) световых импульсов от излучателя 1.света и опорных 1,т,е. не,модулируемыхвоздействием Р) световых импульсовот излучателя 2 света по одним итем же отводящим световолоконнымканалам и использовать разность уровней опорных импульсов, возникающуювследствие различного изменения пропускания каналов, но не зависящую,от Р, для исключения разности уровней рабочих импульсов, возникающуюпо той же причине, В то же времяпри данной конструкции поляризационМо-оптической системы, в отличие отизвестной конструкции, исключаетсяпоявление разностей уровней рабочих ипульсов света в проводящих свето- волоконных каналах, поскольку серия рабочих импульсов подводится по од 25 ному подводящему"каналу, Это же можно сказать и про серию опорныхимпульсов. формула изобретения Измерительный преобразователь, со; - держащий два излучателя света, связанные соответственно с двумя регуляторами тока так, что первый вход первого регулятора связан непосредственно, а первый вход второго регулятора с помощью инвертора - с выходом генератора, поляриэационнооптическую систему, состоящую из последовательно расположенных поляризатора, фазосдвигающей пластины, чувствительного элемента и анализатора, два фотоприемника, соединенные соответственно с входами усилителей, источник опорного напряжения и фильтр низких часто, о т л и ч а - ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, он снабжен четырьмя световолоконными каналами, тремя фильтрами низких частот, тремя схемами сравнения, двумя сумматорами, вторым инвертором, вычитающим устройством и двумя аналоговыми коммутаторами, первые входы которых соединены соответственно с выходами усилителей, вторые входы - с выходом генератора, первые выходы - с входами первого и второго, а вторые выходы - с входамитретьего и четвертого фильтров низких частот, при этом выход первогофильтра низких частот соединен с первыми входами, а выход второго фильтранизких частот - с вторыми входамипервого сумматора и вычитающегоустройства, выход третьего фильтранизких частот соединен с первымивходами, а выход четвертого фильтранизких частот - с вторыми входамипервой схемы сравнения и второгосумматора, выходы первого и второгосумматоров соединены соответственнос первыми входами второй и третьейсхем сравнения, вторые входы которых соединены с источником опорногонапряжения, а выходы последних -соответственно с вторыми входами первого и второго регуляторов тока,при этом усилители выполнены с регулируемым коэффициентом усиленияи регулирующий вход первого усилителя соединен непосредственно, а регулирующий вход второго усилителя спомощью второго .инвертора - с выходом первой схемы сравнения, при 1 О этом источники света с помощьюсветоволоконных каналов оптическисвязаны с соответствующими приемниками: первый источник света черезпоследовательно установленные поля ризатор, фазосдвигающую пластинку,чувствительный элемент и анализатор, а второй источник света - черезпоследовательно установленные чувствительный элемент и анализатор.53 Тираж 778 Подписно ВНИИПИ Государственного комитета ССС но делам изобретений и открытий 113035 Москва, Ж, Раушская наб., д,4 ааказ Филиал ППН Патент, г. Ужгород, ул,Проектная,Составитель А.Экономов Редактор В.Иванова Техред С.Мигунова Корректор И.Эрдейи