Чувствительный элемент пьезооптического преобразователя

Чувствительный элемент пьезооптического преобразователя

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К А8ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Соцмалистмческмх

Республмк ои 636491 (61) Дополнительное к авт. свнд-ву (22) Заявлено 24.05.77 (2l) 2488701/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет (43) Опубликовано05.12.78.Бюллетень № 45 (45) Дата опубликования описания 10 .12.78 (51) М. Кл.

Q 01 Е 1/24

//С 01 Р 15/08

Государственный кОмитет

Совета Министров СССР оо делам изооретений н открытий (53) УДК 531.781 (088.8) (72) Автор изобретения

Г. М. Белицкий

t, с ;

Научно-исследовательский инсти т механики М осковского государственного у верситета

f ! /

1 (71) Заявитель имени М. В. Ломоносова (54) ЧУВСТВИТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ- ПЬЕЗООПТИЧЕСКОГО

ИЗМЕРИТЕЛЬНОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности, к измерительным преобразователям механических величин в электрический сигнал.

Известны чувствительные элементы, выполненные в виде прямого стержня нз твердого прозрачного к свету материала, расположенного между двумя силопередающнмн деталями (1!.

Недостатками такого чувствительного элемента являются сравнительно малая ме- ханнческая жесткость его, низкая резонансная частота механических колебаний н, следовательно, сравнительно узкий частотный диапазон. Жесткость чувствительного элемента может быть увеличена путем изменения его размеров. Однако увеличение шири- т5 ны (поперек луча) чувствительного элемента приводит к понижению чувствительности.

Высота чувствительного элемента (вдоль измеряемой силы) не может быть меньше диаметра пучка света. Увеличение длины чувствительного элемента (вдоль луча) приводит к увеличению габаритов прибора.

Малая ширина чувствительного элемента является одной из причин значительной чувствительности к неизмеряемыч компонентам силы, что ярнводнт к дополнительной. погрешности измерений. Из-за малой ширины чувствительный элемент имеет малук> прочность и жесткость в поперечном направлении. Для устранения укаэанных недостатков пьезооптнческне приборы с такими чувствнтельнымн элементамн снабжают дополнительными поддерживающими устройствами. Однако это приводит к усложнению прибора, увеличению его габаритов н веса, Целью изобретения является повышение точности н расширение частотного диапазона.

Эта цель достигается тем, что чувствительный элемент дополнительно содержит один нлн несколько стержней, соединенных последовательно концами с основным и друг с другом н образующих в плоскости, перпендикулярной измеряемой силе, ломаную линию, в углах которой размещены отражатели света, причем поверхности отражателей перпендикулярны биссектрисе угла, образованного осями смежных стержней.

Допуск на неперпенднкулярность выбирается таким образом, чтобы пучок света, отраженный от зеркала, прошел через весь стержень и попал на следующее зеркало

63649! нли площадку фотоприемника, если этот стержень явля чси последним.

Пример вынс.лнения конструкции и принцип действия предлагаемого устройства поясняется чертежом.

Чувствительный элемент 1 выполнен из твердого прозрачного материала, проявляющего значительный пьезооптический эффект. В качестве такого материала можно использовать„например, силикатное стекло.

Этот чувствительный элемент имеет прямые участки в виде стержней 2 — 4 прямоугольного поперечного сечения. Стержни концами соединены друг с другом, в частности, они могут быть вырезаны из единой заготовки так, что чувствительный элемент представляет собой единую деталь. Оси 5 — 7, стержней расположены под углом друг к другу, образуя ломаную линию, расположенную преимущественно в плоскости, перпендикулярной измеряемой силе Р. Эта ломаная линия может образовать треугольник, как это показано на чертеже. Чувствительный элемент жестко связан с силопередающими деталями 8 и 9. Например, в динамометре это могут быть две металлические призмы, приклеенные к чувствительному элементу, Чувствительный элемент l расположен на пути света в рабочей зоне поляризационно-оптической системы пьезооптического прибора. Такой системой может служить, например, полярископ, состоящий из последовательно расположенных источника света 10 (преимущественно полупроводникового лазера}, модулятора 11, например, в виде управляемой фазосдвигающей пластинки, анализатора 12 и фотоприемника 13.

Для направления света последовательно вдоль всех стержней чувствительного элемента служит устройство, состоящее из отражающих поверхностей 14 и 15, расположенных на пути света в местах стыка осей стержней. В частности, это могут быть плоские зеркала, наклоненные под одинаковым углом к осям смежйых стержней, как это изображено на чертеже. Ввод и вывод света осуществляется через отполированную прозрачную грань 16.

Чувствительный элемент работает следующим образом.

Свет входит в прозрачную грань 16, проходит последовательно стержни 4, 3, 2, отражаясь от граней 15 и 14, и выходит через прозрачную грань 16. При нагружении чувствительного элемента измеряемой силой P в нем появляются механические напряжения, в результате чего создается анизотропия оптических свойств материала. В такой среде луч света распадается на два, распространяющиеся с разными скоростями. llo выходе из чувствительного элемента эти лучи имеют разность фаз, пропорциональную измеряемой силе. Поляризационнооптическая система, состоящая нз деталей 10 — 12, преобразует разность фаз в изменение интенсивности света, что фотоприемником !3 преобразуется в электрический сигнал. Жесткость пьезооптического прибора увеличивается с длиной чувствительного элемента

Ф !

6 вдоль луча, а чувствительность не зависит от этой длины. Поэтому предлагаемый чувствительный элемент обеспечивает сочетание высокой механической жесткости и большой чувствительности. Действие сил, не совпадающих по направлению с измеряемой силой Р, а также моментов сил вызывает такое

Формула цэобретения

Чувствительный элемент пьезооптического измерительного преобразователя, выполненный в виде стержня, изготовленного из твердого прозрачного к свету материала, жестко закрепленного между силопередающнми деталями, тличающийся тем, что, с цеаью повышения точности измерения и расширения частотного диапазона, он дополнительно содержит один или несколько стержней, соединенных концами последовательно с основным и друг с другом и образующих в плоскости, перпендикулярной измеряемой силе, ломаную линию, в углах которой размещены отражатели света, причем поверхности отражателей перпендикулярны биссектрисе угла, образованного осями смежных стержней.

Источники информации, принятые во вниманне при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 274422, кл. G 01 1 1/24, 1968. распределение механических напряжений в предлагаемом чувствительном элементе, что разность фаз не изменяется. Поэтому пьезооптический преобразователь с таким чувствительным элементом является однокомпоиентным. Благодаря тому, что чувствительный элемент имеет увеличенные габариты в поперечном направлении, получаются большие по сравнению с прототипом прочность и жесткость. Это позволяет отказаться от поддерживающего устройства. Коэффициент тензочувствительности преобразователя с предлагаемым чувствительным элементом, определяемый подобно тому, как это принято для тензорезисторных приборов, достигает

ЗО 105 —; 106 лт

Составитель Г. Максягин

Редактор Г. Кузьмина Теярей О. Луговая Корректор Н. Тупи<а

Закал 6929/32 Тираж 1070 Подписное

БНИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий! l 3035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5

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