Пьезооптический акселерометр

Пьезооптический акселерометр

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

О ПИ С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советския

Социалистических

Реснубинк (iii794548

К АВТОУСКОНУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ (е1) Дополнительное к авт. сеид-ву (Я)М. Кл.

G 01 P 15/09 (22) Заявлено 29, 11. 78 (21) 2689496/18-10 с присоединением заявки М (23) Приоритет

3 асуддрствеииый комитет

СССР во делам изобретеиий и открытий

Опубликовано 070181 Бюллетень й9 1

Дата опубликования описания 0 70181 (53) УДК5З1,768 (088,8) (72) Авторы изобретения

Л,В „Борисюк, В.В.Донец, Л,О,Донец и М,Н.Суслова (71) Заявитель (5 4 ) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИИ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к измерению параметров движения, в частности к акселерометрам.

Известны акселерометры, в основу работы которых положен принцип изменения частоты лазерного излучения при изменении оптической длины резонатора лазера под действием инерционных сил (Ц, I 2j и (3) .

Недостатком их является нестабиль- 16 ность частоты генерации при изменении условий окружающей среды. Для: уменьшения влияния внешних факторов на точность таких акселерометров, применяют специальные системы стаби- 5 лизации параметров и оптического квантового генератора: периметра, мощности и т,д, однако такие системы сложны, дорогостоящи и не могут полностью компенсировать влияния воэ- 2О мущающих факторов.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутым результатам является устройство, содержащее расположенные последовательно источник 25 излучения, поляризатор, чувствщгельный элемент (ЧЭ), выполненный из фотоупругого кристаллического материала, нагруженный эталонной массой; анализатор и приемник излучения E43 .

Недостатком устройства является изменение взаимной ориентации поляризатора, анализатора и ЧЭ при работе в условиях вибраций, что вносит дополнительные погрешности при измерении.

Цель изобретения — повышение точности измерения.

Для этого в предлагаемом акселерометре поляризатор, чувствительный элемент и анализатор выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда, представлякидего собой сборку трех призм иэ кристаллического одноосного фотоупругого материала, оптическая ось которого ориентирована перпендикулярно к направлению распространения света, разделенных изотропными промежутками, причем средняя призмавыполнена в виде параллелепипеда, противоположные сопрягаемые грани которого скошены под углом во взаимно перпендикулярных направлениях.

На чертеже представлена упрощенная конструктивная схема устройства.

Устройство содержит призму 1, установленную на пути излучения от источника света 2, фотоприемник 3 и инерционную массу 4.

794548

Призма 1 выполнена из кристалли,ческого одноосного двулучепреломляющего материала, обладающего большим коэффициентом фотоупругости в виде сборки из трех призм 5, 6 и 7. Между призмами 5-7 вне световой зоны для создания изотропных промежутков 8 ,вклеены уголки 9 из металлической фольги. Воздушные зазоры по периметру залиты компаундом 10, угол при вершине призм 4.определяется по формуле !

О где и и n — показатели преломления

O одноосного кристалла для необыкновенного и обыкновенного лучей соответственно, и — показатель преломления иэотропного промежутка.

Поляризатором излучения является .призма 5, промежуток 8 и левая часть призмы б, средняя часть которой нагружена инерционной массой 4 и являет- 25 ся чувствительным элементом. Правая часть призмы 6, изотропный промежуток и призма 7 образуют анализатор излучения.

Работа пьеэооптического акселеро- 3Q метра происходит следующим образом.

Луч света от источника излучения

2 попадает на поляризатор (призма 5, изотропный промежуток 8, левая часть призмы 6), Далее поляризованное из- 3 лучение попадает на чувствительный элемент (средняя часть призмы 6), нагруженный инерционной массой 4.

При отсутствии ускорения излучение пройдет через чувствительный элемент беэ изменения плоскости поляризации

1 и поступит на анализатор (правая часть призмы б, изотропный промежуток, призма 7). Так как поляризатор и анализатор скрещены, то последний не пропустит светового потока на 45 чувствительную площадку фотоприемника 3. При наличии ускорения а в чувствительном элементе (средняя часть призмы 6) появятся механические напряжения, в результате которых возникнет Я© разность фаз Г для обыкновенного и необыкновенного лучей, закон изменения которой имеет вид

0 где Р и p — упругооптические контакты кристалла; N а — ускорение; к — коэффициейт, учитывающий связь между ускорением и деформациями ЧЭ, Наличие разности фаз для обыкновенного и необыкновенного лучей приводит к повороту плоскости поляризации излучения на выходе ЧЭ, Угол поворота плоскости поляризации излучения пропорционален ускорению а. Прошедшее через ЧЭ излучение поступает на анализатор, который пропускает часть светового потока в зависимости от угла поворота плоскости поляризации излучения па фотоприемник 3.

Таким образом выходной сигнал с фотоприемника несет в себе информацию о величине линейного ускорения.

Поляризатор, ЧЭ и анализатор могут быть выполнены из кристаллического одноосного двулучепреломляющего материала, обладающего значительным коэффициентом фотоупругости, например из ниобата лития (LiNbO>), что обеспечивает хорошую чувствительность акселерометра. Изотропные промежутки могут быть выполнены в виде клеевых соединений призм.

Конструкция устройства позволяет повысить точность и надежность измерения ускорений за счет повышения о его устойчивости к внешним воздействиям, уменьшить габариты и вес. Вследствие уменьшения числа рабочих граней возрастает чувствительность устройства, Формула изобретения

Пьезооптический акселерометр, содержащий расположенные последовательно источник излучения, поляризатор, чувствительный элемент, выполненный из фотоупругого кристаллического материала, и нагруженный эталонной массой, анализатор и приемник излучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерений, поляризатор, чувствительный элемент и анализатор выполнены в виде прямоугольного параллелепипеда, представляющего собой сборку трех призм из кристаллического одноосного фотоупругого материала, оптическая ось которого ориентирована перпендикулярно х направлению распространения света, разделенных изотропными промежутками, причем средняя призма в виде йараллелепипеда, противоположные. сопрягаемые грани которого скошены под углом во .взаимно ортогональных направлениях.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3800594, кл. 6 01 р 15/08, 02.04.74.

2.. Патент США 9 4048859, кл. G 01 р 15/08, 20.09.77.

3.. Патент ФРГ М 1673413, кл.42017, 28.05.74.

4. Авторское свидетельство СССР

9 430323, кл. G 01 р 15/08, 14.01.72 (прототип).

794548

РалическаФ ю

Улгпическая

У@Э

Составитель К. Лукомский

Редактор О. Филиппова Техред С. Мигунова Корректор Н.Григорук

Заказ 9469/4 Тираж 91б Подписное

ВНИИПИ ГосударственногО комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Уагород, ул. Проектная, 4