Оптический датчик для измерения линейных смещений объекта

 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения линейных смещений, и может быть использовано как чувствительный элемент при измерении широкого класса физических величин , изменение которых во времени непосредственно или опосредованно вызывает соответствующие смещения физических тел или их поверхностей. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение чувствительности датчика за счет исключения необходимости использования второго волновода и увеличения зависимости интенсивности вводимого в волновод излучения , от перемещения отражателя вследствие реализации взаимодействия сфокусированного сходящегося пучка света со структурой входного торца волновода. Распространяющееся по волноводу 1 оптическое излучение отражается отражателем 2, фокусируется обратно в волновод 1 и далее используется как информативный сигнал. При появлении соосных волноводу 1 смещений оптического сферического отражателя 2 часть излучения, вводимая в волновод 1, изменяется за счет пространственной фильтрации пучка излучения на торце волновода 1, вследствие чего реализуется модуляция интенсивности излучения, вводимого в волновод I. Выполнение условия 0/К 2/д/1/(N А)--1 связывающего радиус R кривизны и диаметр D отражателя 2 с числовой апертурой N А волновода I, обеспечивает их согласование, т.е. полный ввод 100% излучения обратно в волновод 1 при крайнем правом положении отражателя 2. Таким образом, при этом условии реализуется максимальное использование световой энергии и максимальная чувствительность датчика, т. к. по существу при любом смещении отражателя 2 относительно крайнего положения осуществляется максимально возможная модуляция интенсивности . 1 ил. I сл 05 00 а ГС

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК 511 4 б 01 В 11/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPGHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4123794/24-28 (22) 03.07.86 (46) 15.08.88. Бюл. № 30 (72) В. И. Аджалов, С. А. Дмитриев и В. Ф. Ламекин (53) 531.715.27 (088.8) (56) Бусурин В. И. и др. Оптические и волоконно-оптические датчики (обзор) .

Квантовая электроника. Т. 12, 1985, № 5, с. 910.

Там же, с,907. (54) ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ЛИНЕЙНЪ|Х СМЕЩЕНИЙ

ОБЪЕКТА (57) Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения линейных смещений, и может быть использовано как чувствительный элемент при измерении широкого класса физических величин, изменение которых во времени непосредственно или опосредованно вызывает соответствующие смещения физических тел или их поверхностей. Целью изобретения является упрощение конструкции и повышение чувствительности датчика за счет исключения необходимости использования второго волновода и увеличения зависимости интенсивности вводимого в волновод излучеÄÄSUÄÄ 1416862 А1 ния от перемещения отражателя вследствие реализации взаимодействия сфокусированного сходящегося пучка света со структурой входного торца волновода. Распространяющееся по волноводу 1 оптическое излучение отражается отражателем 2, фокусируется обратно в волновод 1 и далее используется как информативный сигнал. При появлении соосных волноводу 1 смещений оптического сферического отражателя 2 часть излучения, вводимая в волновод 1, изменяется за счет пространственной фильтрации пучка излучения на торце волновода 1, вследствие чего реализуется модуляция интенсивности излучения, вводимого в волново I.

Выполнение условия D/R=2/ 1/(N А) - — 1, связывающего радиус R кривизны и диаметр а

D отражателя 2 с числовой апертурой М А волновода 1, обеспечивает их согласование, /ф т.е. полный ввод 100% излучения обратно в волновод 1 при крайнем правом положении от- С ражателя 2. Таким образом, при этом условии реализуется максимальное использование световой энергии и максимальная чувствительность датчика, т. к. по существу при любом смещении отражателя 2 относительно ф крайнего положения осуществляется макси- ° мально возможная модуляция интенсивнос- ц ти. 1 ил.

1416862

Формула изобретения

R. ({МА) Составитель Л. Лобзова

Редактор М. Пегрови Текред И. Верее Корректор Л. Пилипенко

За каз 4058, 40 Тираж 680 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета C(:СР по делам изобретений и открытий

1 1 3035, Москва, Ж- 35, Раугпская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое пре.шриятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к средствам измерения линейных смещений, и может быть использовано как чувствительный элемент при измерении широкого класса физических величин, изменение которых во времени непосредственно или опосредованно вызывает соответствующие смещения физических тел или их поверхностей.

Цель изобретения — упрощение конструкции и повышение чувствительности датчика за счет исключения необходимости использования второго волновода и увеличения зависимости интенсивности вводимого в волновод излучения от перемещения отражателя вследствие реализации взаимодействия сфокусированного сходящегося пучка света со структурой входного торца волновода.

На чертеже изображена принципиальная схема оптического датчика для измерения линейных смещений объекта.

Датчик содержит диэлектрический волновод 1, оптически связанный со сферическим отражателем 2, установленным соосно с волноводом l.

Датчи к работает следующим образом.

Распространяющееся по волноводу 1 оптическое излучение отражается отражателем

2, фокусируется обратно в волновод 1 и далее используется как информативный сигнал.

При появлении соосных волноводу 1 смещений оптического сферического отражателя 2 часть излучения, вводимая в водновод 1, изменяется за счет пространственной фильтрации пучка излучения на торце волновода 1, вследствие чего реализуется модуляция интенсивности излучения, вводимого в волновод 1. Выполнение условия

Р 2

Рс 1 (IVA) связывающего радиус R кривизны и диаметр

Dотражателя 2 с чис,ловой апертурой N А волновода 1, обеспечивает их согласование, т. е. полный ввод 100Я излучения обратно в волновод 1 при крайнем правом положении отражателя 2. Таким образом, при этом условии реализуется максимальное использованне световой энергии и максимальная чувствительность датчика, так как при любом смещении отражателя 2 относительно крайнего положения осуществляется максимально возможная модуляция интенсивности.

При измерении смещений вида — SI<Х(1)($2, SI>0, Яг>0, где x(t) — закон смещения относительно исходного положения, отражатель 2 следует изначально устанавливать на расстоянии S от торца волновода 1, определяемом из условия

R(R — S )

R — 2S NA

15 где а — радиус сердцевины волновода;

S — наименьшее из чисел SI, S2.

Это условие обеспечивает достижение максимального ввода излучения при экстремальном значении смещения, т. е. макси20 мальную модуляцию интенсивности возбуждаемого в волноводе 1 излучения.

Датчик может быть использован для измерения собственно смещений, вибраций, а также акустических колебаний и изменений давления, ускорения, температуры и других физических величин, если эти изменения могут быть преобразованы в смещения.

Оптический датчик для измерения линейных смещений объекта, содержащий оптически связанные диэлектрический волновод и отражатель, связываемый с контролируемым объектом, отличающийся тем, что, с целью упрощения конструкции и повышения чувствительности датчика, отражатель выполнен сферическим и установлен соосно с волноводом, а рабочий диаметр D отражателя связан с радиусом R его кривизны соотношением где NA — числовая апертура волновода.