Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта

Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам измерения линейного ускорения летательных аппаратов аэрокосмической техники.

Известен волоконно-оптический преобразователь давления, состоящий из источника оптического излучения, световода, передающего оптическое излучение от источника оптического излучения к волоконно-оптическому ответвителю, волоконно-оптического ответвителя, световода, передающего оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя к чувствительному элементу и обратно, чувствительного элемента, состоящего из призмы полного внутреннего отражения и отражательной мембраны, световода, передающего оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя к приемнику оптического излучения, приемника оптического излучения, блока обработки информации (прототип (Бусурин В.И., Жеглов М.А., Казарьян А.В. Волоконно-оптический преобразователь давления. Патент на изобретение №2457453 от 27 июля 2012 г., БИ №21)).

Технический результат, создаваемый изобретением, - расширение функциональных возможностей волоконно-оптического преобразователя на основе оптического туннельного эффекта для обеспечения измерения линейного ускорения.

Для достижения указанного результата предлагается волоконно-оптический преобразователь, состоящий из основного канала приемо-передачи оптического излучения, включающего волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического и приемником оптического излучения, соединенного электрически с блоком обработки информации и оптически, через световод, с чувствительным элементом, включающим в себя устройство ориентации оптического излучения, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытого зеркальным напылением, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введены устройство поглощения оптического излучения и дополнительное устройство ориентации оптического излучения, при этом устройство поглощения оптического излучения консольно-закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце, кроме того, между устройствами ориентации оптического излучения с противоположной стороны относительно устройства поглощения оптического излучения, введена прокладка, обеспечивающая зазор между устройствами ориентации оптического излучения, при этом зеркальное напыление отсутствует на областях, соответствующих прямоугольной проекции консольно закрепленной балки на поверхности устройств ориентации оптического излучения, волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения содержит дополнительный канал приемо-передачи оптического излучения, соединенный оптически, через световод, с дополнительным устройством ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации.

Применение вместо отражательной мембраны устройства поглощения оптического излучения, выполненного в виде консольно закрепленной балки из светопоглощающего материала с грузом на ее свободном конце, введение дополнительного устройства ориентации оптического излучения, введение дополнительного канала приемо-передачи оптического излучения позволит обеспечить высокую чувствительность волоконно-оптического преобразователя к воздействию линейного ускорения.

На фиг.1 представлена структурная схема волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта.

На фиг.2 представлена конструкция чувствительного элемента волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта.

Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта содержит два канала приемо-передачи оптического излучения, включающие источники оптического излучения 1, световоды 2, передающие оптическое излучение от источников 1 к волоконно-оптическим ответвителям 3, световоды 4, осуществляющие передачу оптического излучения от волоконно-оптических ответвителей 3 к чувствительному элементу 5 и обратно, световоды 6, передающие оптическое излучение от волоконно-оптических ответвителей 3 к приемникам оптического излучения 7, блок обработки информации 8. Блок обработки информации 8 осуществляет расчет измеренного значения ускорения а_изм, соответствующего значению ускорения на входе а_вх.

Чувствительный элемент 5 волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта состоит из двух устройств ориентации оптического излучения 9, устройства поглощения оптического излучения и прокладок 10, расположенных между устройствами ориентации оптического излучения, а также между ними и устройством поглощения оптического излучения. Устройство поглощения оптического излучения включает консольно закрепленную балку 11 из кварцевого стекла, покрытую светопоглощающим составом, и груза 12, закрепленного на свободном конце балки.

Устройства ориентации оптического излучения 9 выполнены в виде параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылениям, исключая области над и под устройством поглощения оптического излучения.

Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта работает следующим образом. Источник оптического излучения 1 генерирует оптическое излучение заданной мощности и подает его в световод 2, который передает оптическое излучение к волоконно-оптическому ответвителю 3. Волоконно-оптический ответвитель 3 обеспечивает передачу оптического излучения из световода 2 в световод 4. По световоду 4 оптическое излучение вводится в устройство ориентации оптического излучения 9. В зависимости от зазора между устройством ориентации оптического излучения 9 и консольно закрепленной балкой, выполненной из светопоглощающего материала 11, за счет оптического туннельного эффекта, часть оптического излучения покинет устройство ориентации оптического излучения, через области, где отсутствует зеркальное напыление. Зазор между консольно закрепленной балкой из светопоглощающего материала 11 и устройствами ориентации оптического излучения 9 может меняться под действием линейного ускорения а_вх, воздействующего на груз 12, закрепленный на свободном конце балки 11, что приводит к изменению потока оптического излучения, распространяющегося в каждом из устройств ориентации оптического излучения 9 и передаваемого к приемникам оптического излучения 7. Оптическое излучение, которое останется в устройстве ориентации оптического излучения, отразившись от грани, расположенной напротив световода 4, вернется обратно в световод 4 и через волоконно-оптический ответвитель 3 попадет в световод 6, а затем на приемник оптического излучения 7, где преобразуется в электрический сигнал. Блок обработки информации 8 преобразует электрический сигнал с обоих каналов в измеренное значение линейного ускорения а_изм.

Изобретение может быть использовано для измерения линейного ускорения подвижных объектов.

Волоконно-оптический преобразователь, состоящий из основного канала приемо-передачи оптического излучения, включающего волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником и приемником оптического излучения, при этом канал приемо-передачи оптического излучения соединен электрически с блоком обработки информации и оптически, через световод, с чувствительным элементом, включающим в себя устройство ориентации оптического излучения, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытого зеркальным напылением, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введены устройство поглощения оптического излучения и дополнительное устройство ориентации оптического излучения, при этом устройство поглощения оптического излучения консольно-закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце, кроме того, между устройствами ориентации оптического излучения с противоположной стороны относительно устройства поглощения оптического излучения, введена прокладка, обеспечивающая зазор между устройствами ориентации оптического излучения, при этом зеркальное напыление отсутствует на областях, соответствующих прямоугольной проекции консольно закрепленной балки на поверхности устройств ориентации оптического излучения, волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения содержит дополнительный канал приемо-передачи оптического излучения, соединенный оптически, через световод, с дополнительным устройством ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации.