Волоконно-оптический виброметр
Патент 1576840
Авторы
Классы МПК
Волоконно-оптический виброметр
Иллюстрации
Реферат
Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения малых, медленных перемещений. Волоконно-оптический виброметр содержит источник 1 излучения, луч от которого, распространяясь по волоконно-оптическому зонду 2, частично через ответвитель 3 и поляризатор 4 попадает в приемник 5 излучения, образуя опорный луч, а частично попадает на отражающую поверхность объекта 10, отразившись от которой, попадает в приемник 5 излучения, где опорный и отраженный лучи интегрируют. Переменное напряжение с выхода генератора 8 модуляции подается на пьезодержатель 7, который вместе с установленным на нем объектом 10 вибрирует, тем самым меняются расстояние зонд-объект и фазовый сдвиг между опорным и измерительным лучами. Схема 9 электрического смещения меняет расстояние зонд-объект, добиваясь тем самым отсутствия сигнала на выходе регистратора 6, позволяет измерять малые перемещения объекта 10, т.к.в окрестностях нуля сигнал на выходе регистратора 6 будет линеен по отношению к малым перемещениям объекта 10. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 Н 9/00
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Н д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЬГГИЯМ
ПРИ ГКНТ CCCP (21) 4369824/25-28 (22) 14.12.87 (46) 07,07,90. Бюл. В 25 (72) А,Т.Полухин и С.,А.Мерцалов (53) 531.7 (088,8) (56) Richard J.Laming, et all. FiberQptic Vibration. SPIE. v. 586. Fibегоptic Sensor, 1985, р.38-45. (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ВИБРОМЕТР (57) Изобретение относится к измерительной технике. Целью изобретения является расширение области применения за счет обеспечения возможности измерения малых, медленных перемещений, Волоконно-оптический виброметр содержит источник 1 излучения, луч от которого, распространяясь по волоконнооптическому зонду 2, частично через ответвитель 3 и поляризатор 4 попадает в приемник 5 излучения, образуя опор„„SU„„1576840 A 1
2 ный луч, а частично попадает на отражающую поверхность объекта 10, отразившись от которой, попадает в приемник 5 излучения, где опорный и отраженный лучи интегрируют. Переменное напряжение с выхода генератора 8 модуляции подается на пьезодержатель 7, который вместе с установленным на нем объектом 10 вибрирует, тем самым меняются расстояние зонд-объект и фазовый сдвиг между опорным н измерительным лучами. Схема 9 электрического смещения меняет расстояние зонд-объекта, добиваясь тем самым отсутствия сигнала на выходе регистратора 6, и позволяет измерять малые перемещения объекта 10, т.к. в окрестностях нуля сигнал на выходе регистратора 6 будет линеек по отношению к малым перемещениям объекта,10. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
1576840
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения малых низкочастотных перемещений °
Целью изобретения является расширение обла"òè применения за счет обеспечения воэможности измерения малых, медленных перемещений.
На чертеже приведена блок-схема виброметра.
Волоконно-оптический виброметр со, держит оптически связанные источник 1 излучения, волоконно-оптический зонд
2, ответвитель 3, поляризатор 4 и приемник 5 излучения, регистратор 6, пъезодержатель 7, генератор 8 и схему
9 электрического смещения, выход которой соединен с установочным входом пьезодержателя 7, предназначенного для размещения объекта 10 и установленного под торцом волоконно-оптического зонда 2, управляющий вход пьезо-, держателя 7 соединен с выходом генератора 8 и опорным входом регистратора 25
6, информационный вход которого соединен с выходом приемника 5 излучения.
Устройство работает следующим образом, Оптический луч от источника 1 излу-30 чения распространяется по волоконнооптическому зонду 2, в котором в результате отражения от торца (4 по мощности) образуется опорный луч, который распространяется в обратном направлении и через ответнитель 3 и поляризатор 4 попадаст в приемник 5 излучения. Основная часть оптического луча (96 . по мощности) выходит из волоконно-оптического зонда 2 и попадает 40 на отражающую поверхность объекта 10.
Отраженный от объекта 10 луч частично рассеивается, а частично попадает назад в волоконно-оптический зонд 2, по которому он попадает в ответвитель 3, поляризатор 4 и приемник 5 излучения.
В приемнике 5 излучения опорный луч и отраженный от объекта измерительный луч интерферируют.
В результате переменного напряжения которое поступает на пьезодержа9 тель 7 с генератора 8 модуляции,пьезодержатель 7 и вместе с ним объект 10 вибрируют. С той же частотой изменяется расстояние зонд-объект и фазовый сдвиг между опорным и измерительным
55 лучами. С электрического выхода прием ника 5 излучения на информационный вход регистратора 6 поступает переменное напряжение, представляющее суперпозицию различных гармоник частоты генератора 8 модуляции, Поскольку регистратор 6 сноим опорным каналом соединен с генератором 8 модуляции, то выходным сигналом регистратора является электрический сигнал, пропорциональный амплитуде первой гармоники, т,е, величине
КА sin Ь1 Ь(= где К - масштабный коэффициент, зависящий от коэффициента усиления приемника 5 излучения, регистратора 6 и коэффициента пропускания оптического канала;
А — амплитуда колебаний пьезодер.— жагеля 7 при подаче на него напряжения генератора 8 модуляции;
9 — длина волны оптического излучения в воздухе;
1 — среднее расстояние между тор, цом волоконно-оптического зонда 2 и отражающей поверхноI стью объекта 10.
Тепловые и акустические шумы приводят к знакопеременным вариациям параметров оптического канала устройства (т.е. параметров ответвителя, волоKoHHG-оптического зонда, поляризатора, юстировочных узлов на входе и выходе), что означает знакопеременные случайные вариации величины К=К+ о К, а также величины А(= 6(+ 1А(за счет вариаций 1=1+о1. Эти случайные вариации эффективно сглаживаются выбором постоянной . времени усреднения регистратора 6. Полоса усиления регистратора 6 сужается обратно пропорционально ñ. Таким образом усредненный сигнал синхроусилителя оказывается
4и1 равным AK sin =-- здесь величина А
9 постоянная и стабилизирована генератором 8 модуляции. Среднее расстояние 1 может меняться, если медленно перемещается объект 10Ä 1=1 + 1, 11аксимальная чувствительность устройства к -перемещениям объекта 10 достигается в том случае, если величина
1 =nlrb/4, где n — число целое. В этом о случае при малых Ь1 усредненный сигнал регистратора 6 равен АК4 t ц1/ A, т,е. линеен по величине малых перемещений о1 . Для выбора оптимального расСоставитель С.Конюхов
Редактор Л.Гратилло Техред Л.Сердюкова Корректор Т.Малец
Заказ 1844 Тираж 416 Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям-и открытиям при ГКНТ СЧСР
113035, Москва, Ж-35,,Раушская наб., д. 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101, 5 15768 стояния 1, в устройство введена схема
9 электрического смещения, которая сдвигает укрепленный на пьезодержателе 7 объект 10 на расстояние в пределах ф /4 (обычно 0,25 мкм) или боль5 ше. Оптимальность настройки контролируется по выходному сигналу регистратора 6, в оптимальном случае в отсутствие измеряемых перемещений он равен нулю. формулаизобретения
1. Волоконно-оптический виброметр, содержащий оптически связанные источник излучения„ волоконно-оптический зонд, выходной торец которого оптичес- . ки связывается с объектом, ответвитель, поляризатор и приемник иэлуче40 6 .ния, регистратор, генератор и пьеэодержатель,,предназначенный для установки объекта изучения, управляющий вход пьезодержателя соединен с выходом генератора и опорным входом регистра- тора, информационный вход которого соединен с выходом приемника излучения, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения, виброметр снабжен схемой электрического смещения, пьезодержатель выполнен.с установочным входом., соединенным с выходом схемы электрического смещения.
2, Виброметр по п,1, о т л и ч а— ю шийся тем, что выходной торец волоконно-оптического зонда установлен на пьезодержателе °