Волоконно-оптический датчик давления

 

Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность и точность волоконно-оптического датчика давления благодаря выполнению объединенного конца 5 пучков световодов в виде чередующихся подводящих 6 и отводящих 7 поток света концентрических пучков световодов, расположенных коаксиально напротив центральной отражательной части мембраны на расстоянии, определяемом геометрическими и оптическими параметрами световодов. Разделенные концы пучков световодов подведены соответственно к источнику света и фотоприемнику. При этом увеличивается эффективность световодов, отводящих к фотоприемнику поток света, увеличивается отношение сигнал/помеха. Выбор рабочей точки и рабочего участка характеристики позволяет уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала датчика. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

522 А1 ((9I SU ((() (51)4 С 01 L 7/08 11/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

5

Сл

CO вДв

СЛ

Ю

Ь ) Фиг. 5

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4375952/24-10 (22) 21. 12. 87 (47) 30.08.89. Бюл. ¹- 32 (71) Уфимский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) Н,И.Гиниятуллин, З,М,Хасанов, P.Ë,Галимова и Г.Ю.Режаметова (53) 531.781(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1296869, кл. G 01 L 7/08, 1987, Патент США ¹- 3580082, кл, G 01 L 7/08, 1971.

2 (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК

ДАВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и позволяет повысить чувствительность и точность волоконно-оптического датчика давления благодаря выполнению объединенного конца 5 пучков световодов в виде чередующихся подводящих 6 и отводящих 7 поток света концентрических пучков световодов, расположенных коаксиально напротив центральной от3 1504522 ражательной части мембраны на расстоянии, определяемом геометрическими и оптическими параметрами све— товодов. Разделенные концы пучков

5 световодов подведены соответственно к источнику света и фотоприемнику.

При этом увеличивается эффективность световодов, отводящих к фотоприемнику поток света, увеличивается отношение сигнал/помеха. Выбор рабочей точки и рабочего участка характеристики позволяет уменьшить нелинейные искажения выходного сигнала датчика. 4 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в устройствах для измерения

30 поток света концентрических пучков световодов, расположенных коаксиальНо напротив отражателя 3 Hd расстоянии r, а разделенные концы пучков световодов 8 и 9 подведены соответственно к источнику 10 света и фотоприемнику 11.

Волоконно-оптический датчик давления работает следующим образом.

Poä действием давления мембрана

2 и отражательная пластина 3 совершают колебания по закону изменения амплитуды колебаний давления. В результате зазор между объединенным концом пучков световодов 5 и отражателем 3 будет изменяться также по закону изменения давления, действующего на мембрану 2. Выходной поток с вета

Фц от источника 10 света через пучок световодов 8 падает на отража— тельную пластину 3 и, испытав отражение, попадает на отводящие поток света концентрические пучки светово40

50

55 давления.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности измерений.

На фиг. 1 изображена конструктивная схема волоконно-оптического дат- 20 чика давления,на фиг. 2 — зависимость выходного потока от величины зазора между объединенным концом пучков световодов и отражательной частью мембраны; на фиг. 3 — схема рас- 25 положения пучков световодов; на фиг. 4 — меридиональное сечение объединенного конца пучков световодов.

Волоконно-оптический датчик давления содержит корпус 1, мембрану

2, состоящую из центральной и периферической частей, отражатель 3, установленный в центре мембраны, пучки световодов 4, объединенные концы

5 которых сформированы в виде чередующихся подводящих 6 и отводящих 7, дов 7, модулированный поток 4 по пучку световодов 9 возвращается к фотоприемнику 11, где преобразуется в электрические колебания, по частоте и амплитуде соответствующие ко— лебаниям давления.

Рабочая зона в характеристике датчика определяется конструктивными параметрами волокон (d — диаметр сердцевины световода, d „ — толщина изоляции световода), оптическими параметрами (и — показатель преломления сердцевины, и д — показатель преломления изоляции световода) и их взаимосвязью, определяемой формулой:

Йи г- + 1

tg(arcsin n,.-n„) dc

>

4tg(arcsinln, — и ) где d„ толщина изоляции световода;

d — диаметр сердцевины светово— да; показатель преломления сердцевины световода; показатель преломления изоляции световода. ис и,„

ОВ=

z д(агсэ и ис

2йи+ ««

ОА1

2tg(arcsin n,-n,) Рабочая точка выбирается в середине линейного участка и определяется из выражения

A)3 0А-ОВ dc

ВС=CA= — 2

utg(arcsin n -n„) Начало линейного участка (расстояние OB на фиг, 2 и фиг, 4) и конец линейного участка (расстояние ОА на фиг. 2 и фиг. 4) определяется соответственно

dc

ВС=СА-!

4tg(arcsinvn,-n„) Каждое подводящее волокно 8 с двух сторон окружено отводящими свет волокнами 9 и наоборот каждое отводящее волокно с двух сторон окружено подводящими свет волокнами. Благодаря этому достигается равномерность преобразования каждой элементарной ячейкой по всей площади и максимальная чувствительность датчика давле20

r йи ния, увеличивается эффективность от— водящих поток света свето водо в, кроме того, отношение сигнал (помеха

dc в приемнике излучения 11 повышается). ° l )

25 4tg(arcsin и -n, Повышение чувствительности позволяет либо уменьшить мощность источнигде d ка оптического излучения, либо уменьи

d шить чувствительность фотоприемника, а выбор рабочей точки и рабочего и участка характеристики позволяет с уменьшить нелинейные искажения выtg(arcsin n,--n„) толщина изоляции световода; диаметр сердцевины световода; показатель преломления сердцевины световода; показатель преломления изоляции световода; пи

5 15

В диапазоне перемещений AB мембраны отражательная пластина оказывает линейное модулирующее воздействие на световой поток, поэтому тип мембраны (максимальное отклонение) мембраны не должно превышать величину

ВС=СН выбирается из соотношения ходного сигнала волоконно-оптического датчика давления, Для линеаризации выходной характеристики датчика укладка торцов в чередующихся отводящих поток света концентрических кольцах пучков световодов выполнена с переменной плотностью по закону обратной нелинейности световой характеристики приемника излучения.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

1, Волоконно-оптический датчик давления, содержащий установленную в

04522 6 корпусе мембрану, напротив центральной отражающей части которой размещены торцы подводящих и отводящих поток света волоконных световодов, причем подводящие поток света волоконные световоды подсоединены к источнику света, а отводящие поток света волоконные световоды подсоединены к входу фотоприемника, о т л и ч аю шийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности измерения, в нем подводящие и отводящие волоконные световоды сформированы в чередующиеся концентрические кольцевые пучки, торцы световодов расположены напротив центральной отражающей части мембраны на расстоя— нии, определяемом из соотношения

35 2 . Jlà÷чик давления по и, 1, о тл и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью линеаризации выходной характеристики датчика, укладка торцов отводящих поток света волоконных све40 товодов в концентрических кольцевых пучках выполнена с переменной плотностью по закону обратной нелинейности световой характеристики фотоприемника.

1504522

Фиг.1

Составитель А,Зосимов

Техред .!.Кравчук

Корректор B. Гирняк

Редактор A,Äoëèíè÷

Заказ 5243/42 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГЕНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательскии комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101