Пьезоэлектрический измерительный преобразователь

Пьезоэлектрический измерительный преобразователь

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О П И - Я И-Ж

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (}1) 567966 (6l) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено 14.05.74 (21) 2022794/10 с присоединением заявки № (23) Приоритет(43) Опубликовано 05.08.77,Бюллетень ¹29 (51) М. Кл

5 01 L 1/24

Гасударственный камитет

Совета Министрав СССР

Il9 делам иассретений и аткрытий (53) У К531 781 (088.8) (45) Дата опубликования описания 19.08.77 (72) Авторы изобретения

И. И. Слезингер, В. А, йиряев, Ю. B. Миронов и Г. М. Белицкий

Институт механики Московского ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени государственного университета им. М. В. Ломоносова (7}) Заявитель (54) ПЪЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ

ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ

Изобретение относится к силоизмеритель ной технике и может быть использовано для измерения силы, давления, ускорения и других величин, которые приводят к механичес» кому напряжению в твердом теле, 5

Известные пьезооптические измерительные преобразователи, содержащие фотоупругий чувствительный элемент и два поляризационно-оптических канала из последовательно расположенных источника света, поляризато»- О ра, фазовой пластинки, анализатора, установленного в обоих каналах одинаково по отис>. шению к поляризатору, например скрещенно, и фотоприемников, и за температурного дрейфа нуля не обеспечивают требуемой точ- 15 ности измерений.

С целью повышения точности измерений путем уменьшения температурного дрейфа нуля выходного сигнала, фазовые пластинки установлены так, что ось наибольшей скорос»- В ти пластинки в одном оптическом канале составляет с плоскостью поляризации поляри»о о затора угол +45, а в другом - 45

На фиг. 1 схематически изображен пред лагаемый пьезооптический измерительный 5

2 преобразователь; на фиг. 2 - график зависимости выходного сигнала от разности фаз.

Фотоупругий чувствительный элемент 1 одним торцом закреплен на корпусе 2 преобразователя, а к другому его торцу прило»жена измеряемая сила P.

Поляризационно-оптическая система преобразователя представляет собой два оптических канала, которые содержат: единый источник света 3; единый для обеих каналов или, как изображено на фиг, 1, раздельные поляризаторы 4, 4а, плоскость поопускания которых наклонена под углом 45 к направлен ию наибольшего, главно ro нормальн о го напряжения, создаваемого измеряемой силой

P в чувствительном элементе 1; фаэовые пластинки 5 и 5а, причем ось наибольшей скорости фазовой пластинки 5 параллельна, а ось наибольшей скорости пластинки 5а перпендикулярна наибольшему главному нормальному напряжению в чувствительном элементе; единый или раздельные анализаторы

6 и 6а, плоскость пропускания которых расположена в обоих каналах одинаково с плоскостью поляризации поляризаторов, например, 567966 скрешенно, и фотоприемники. 7 и 7а, включе1ьные дифференциально.

Све 1 От ННТ0 IHHKé 3, пРОйдп B Одном кана» ле элементы 4, 1, 5, 6, à в другом 4а, 1

5а, 6а, попадает на фотоприемники 7 и 7а, соответ< òâåííî, причем после прохождения пвл11ризаторов 4, 4а световые лучи в обоих

КапаЛаХ Стапоьитои ИЛОСКОПОЛЯРИЗОВаННЫМИ.

В на1руженном чувствительном элементе 1 каждый из этих учен распадается на два, 10 поляризованных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Плоскости поляризации этих лучей параллельны наибольшему и наимень шему нормальным напряжениям в чувствителен ,ном элементе, перпендикулярным лучу, а 15 скорости их р11спространения пропорциональны этим напряжениям. Г1оэтому после прохождения чувствительного элемента эти состав- ляющие луча в каждом канале получают взаимную разность хода Ьсс раб и A р(раб, 20

C00TIH 1 с твенно, IIpOH0plLH0II .ь1ьную B01IHчине измеря<.мой нагрузке P. Анализаторы 6, ба выделяют из указанных лучей составляющие, поляризованные в плоскости их пронускания.

В результате интерференции этих составляю-25 щих, яв1ыпошихся когерентными лучами с одинаковым направлением плоскости поляризации, интенсивность света после анализаторов, а следовательно, и выходной сигнал фотоприемников 7, 7а зависит от разности З0 хода лучей, т. е. от величины измеряемой нагрузки Р. Эта зависимость U (с() и Ц (0I ) (см. фиг. 2) для первого и второго каналов, соответственно, имеет наибольшую крутизну и линейность при начальной разности хода составляющих луча cX р, равной четверти длины волны света, которая создается в фазовых пластинах 5, 5а. Так как фазовая пластинка 5, создающая в первом 01тическом канале начальную разность хода 40 р о в четверть волны света, ориентирована так, что ось наибольшей скорости параллел1 на наибольшему нормальному напряжению в чувствительном элементе 1, то в случае скрещенных поляризатора 4 и .анализатора 45

6, при увеличении нагрузки P освещенность фотоприемника 7 увеличивается, а следовательно, увеличивается величина выходного сигнала на AU раб. Аналогично, во втором

50 оптическом канале, за счет расположения оси наибольшей скорости фазовой пластинки

5а параллельно наименьшему нормалы|ому напряжению, при увеличении нагрузки Р оовеше1шость, а следовательно и выходной сигнал фотоприемника 7а уменьшаются на величину Д раб. Разность сигналов фо» топриемников 7 и 7а, равная Ц раб

= Ь 01 раб — А Ц2 раб, составляет выходной сигнал преобразователя, пропорциональный измеряемой нагрузке P.

Под влиянием колебаний температуры окружающей среды происходит изменение свойств фазовых пластинок, что приводит к изменению создаваемой ими разности фаз в каждом оптическом канале на величину

Ь Р(т H A e . соответственно. За счет пРедт2 ложенной ориентации фазовых пластинок 5 и 5а изменение температуры приводит к одновременному увеличению, либо уменьшению выходного сигнала фотоприемников в каждом канале на величину AU> + ЬБт

1 следовательно при их дифференциальном вклкг чении температурный дрейф преобразователя составляет величину A V = ЬЦт — AU>„+0

Предложенный пьезооптический преобразователь позволяет повысить точность изме рений за счет уменьшения температурного дрейфа нуля

Формула изобретения

Пьезооптический измерительный преобра зователь, содержащий фотоупругий чувстви-, тельный элемент и два поляризационно-оптических канала, из последовательно расположенных источника света, поляризатора, фазовой пластинки, анализатора, установленного в обоих каналах одинаково по отношению к поляризатору, например, скрещенно и фотоприемников, о т л и ч а ю ш и и с я тем, что, с целью повышения точности путем уменьшения температурного дрейфа нуля выходного сигнала, фазовые пластинки установлены так, что ось наибольшей скорости пластинки в одном оптическом канале соотавляет с плоскостью поляризации поляризео о тора угол +45, а во втором угол - 45

567066 юг 1

Составитель В. Родин

Редактор H. Скворцова Техред Н. Андрейчук Корректор А. Гриденкс

Заказ 2791/31 Тираж 1101 Подписное

IlHHHHH Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4