RU2308772C2 - Fiber-optic movement converter - Google Patents

Abstract

FIELD: control-measuring equipment, possible use in physical value indicators.

SUBSTANCE: fiber-optic movement converter contains one feeding and two draining optical fibers, a Z surface moving in vertical direction having mirroring and absorbing sections, mounted at a distance X₀ from common end of optical fibers and which is made in form of horizontal stripe. Optical fibers are positioned one above the other in vertical direction, horizontal axis of mirroring surface at Z=0 is shifted relatively to optical axis of feeding optical fiber for a value, equal to radius of core r_c of optical fiber, where height H and width b of mirror section of the surface are determined by expressions: H=2X₀2tgθNA+r_c, b≥H, where θ_NA - aperture angle of optical fiber.

EFFECT: increased metrological characteristics.

4 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при измерении давления, перемещения, ускорения, параметров вибрации и т.п. в различных отраслях народного хозяйства и, в первую очередь, для измерения физических величин в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов на изделиях ракетно-космической техники.The invention relates to a measurement technique and can be used to measure pressure, displacement, acceleration, vibration parameters, etc. in various sectors of the national economy and, first of all, for measuring physical quantities under the influence of external destabilizing factors on the products of rocket and space technology.

Известны волоконно-оптические датчики давления, содержащие световодные жгуты, установленные на фиксированном расстоянии от светоотражающей металлической мембраны, процесс измерения давления в которых осуществляется путем регистрации изменения интенсивности отраженного светового потока в зависимости от прогиба мембраны под действием давления [Жилин В.Г. Волоконно-оптические измерительные преобразователи скорости и давления. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - с.11-12; Авдошин Е.С. Волоконная оптика в военной технике США // Зарубежная электроника, 1989. - №11. - с.98-99; а.с. 1631329 G01L 11/00. Датчик давления; Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - с.40-41].Known fiber-optic pressure sensors containing optical fiber bundles installed at a fixed distance from a reflective metal membrane, the pressure measurement process in which is carried out by recording changes in the intensity of the reflected light flux depending on the deflection of the membrane under pressure [Zhilin V.G. Fiber optic measuring transducers of speed and pressure. - M .: Energoatomizdat, 1987. - p.11-12; Avdoshin E.S. Fiber optics in US military equipment // Foreign Electronics, 1989. - No. 11. - p. 98-99; A.S. 1631329 G01L 11/00. Pressure meter; Busurin V.I., Nosov Yu.R. Fiber Optic Sensors: Physical Basics, Calculation and Application Issues. - M .: Energoatomizdat, 1990. - p.40-41].

Недостатками данных датчиков являются:The disadvantages of these sensors are:

- отсутствие возможности измерения перемещения, перпендикулярного общему торцу оптических волокон,- the inability to measure the displacement perpendicular to the common end face of the optical fibers,

- сложность процедуры настройки датчика, предполагающей изменение начального расстояния между мембраной и общим торцом оптических волокон для обеспечения требуемой чувствительности преобразования и линейной функции преобразования,- the complexity of the sensor setup procedure, involving changing the initial distance between the membrane and the common end of the optical fibers to provide the required conversion sensitivity and linear conversion function,

- большая дополнительная погрешность, обусловленная изгибами оптических волокон.- a large additional error due to the bending of the optical fibers.

Наиболее близким по способу преобразования измерительной информации к предлагаемому изобретению является устройство, в котором под воздействием переменного акустического поля свет модулируется тонкой шторкой из титановой фольги, прикрепленной к гибкой мембране. Свет от светодиода поступает через разветвитель по волоконному световоду в полость, где расположена шторка, модулированный свет по другому световоду направляется на фотодиод [Световодные датчики/ Б.А.Красюк, О.Г.Семенов, А.Г.Шереметьев и др. - М.: Машиностроение, 1990. - С.15].The closest method for converting measurement information to the proposed invention is a device in which, under the influence of an alternating acoustic field, the light is modulated by a thin curtain of titanium foil attached to a flexible membrane. The light from the LED enters through the splitter through the fiber into the cavity where the shutter is located, the modulated light through another fiber is directed to the photodiode [Light guide sensors / B. A. Krasyuk, O. G. Semenov, A. G. Sheremetyev, etc. - M .: Engineering, 1990. - P.15].

Недостатками этого устройства являются низкая чувствительность преобразования из-за потерь светового потока в процессе передачи его от подводящих оптических волокон к отводящим оптическим волокнам в пределах апертурного угла оптических волокон. Расположение оптических волокон с двух сторон относительно шторки существенно увеличивает габаритные размеры устройства. Кроме того, данное устройство требует точной юстировки оптических волокон относительно друг друга и шторки, что снижает надежность устройства, усложняет технологию его изготовления и соответственно повышает его стоимость.The disadvantages of this device are the low sensitivity of the conversion due to the loss of light flux during transmission from optical fiber to the optical fiber within the aperture angle of the optical fibers. The location of the optical fibers on both sides relative to the curtain significantly increases the overall dimensions of the device. In addition, this device requires accurate alignment of the optical fibers relative to each other and the curtain, which reduces the reliability of the device, complicates the technology of its manufacture and, accordingly, increases its cost.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является волоконно-оптический преобразователь перемещения, содержащий сферическое зеркало, подводящий и отводящие оптические волокна, относительно общего торца которых на некотором расстоянии находится отражающая поверхность перемещающегося объекта [авторское свидетельство SU 1539519 A1, МКИ⁷ G01В 11/00. Волоконно-оптический преобразователь перемещений].The closest in technical essence to the present invention is a fiber-optic displacement transducer containing a spherical mirror, inlet and outlet optical fibers, relative to the common end of which at some distance is the reflecting surface of the moving object [copyright certificate SU 1539519 A1, MKI ⁷ G01V 11/00 . Fiber optic displacement transducer].

Недостатками этого преобразователя являются:The disadvantages of this converter are:

- отсутствие возможности измерения перемещения, перпендикулярного общему торцу оптических волокон,- the inability to measure the displacement perpendicular to the common end face of the optical fibers,

- сложность процедуры настройки датчика, предполагающей изменение начального расстояния между отражающей поверхностью и общим торцом оптических волокон и точную установку общего торца оптических волокон относительно фокуса зеркала для обеспечения требуемой чувствительности преобразования и линейной функции преобразования,- the complexity of the sensor setup procedure, involving changing the initial distance between the reflecting surface and the common end of the optical fibers and the exact installation of the common end of the optical fibers relative to the focus of the mirror to provide the required conversion sensitivity and linear conversion function,

- большая погрешность линейности, вызванная нелинейным изменением освещенной поверхности отводящего оптического волокна в диапазоне измерения;- a large linearity error caused by a nonlinear change in the illuminated surface of the discharge optical fiber in the measurement range;

- большая дополнительная погрешность, обусловленная изгибами оптических волокон под воздействием внешних механических факторов: ударов, вибраций.- a large additional error due to the bending of the optical fibers under the influence of external mechanical factors: shock, vibration.

Таким образом, в прототипе не достигается технический результат, выраженный в высоких метрологических характеристиках. Предлагается новая конструкция волоконно-оптического преобразователя перемещения, лишенная перечисленных выше недостатков.Thus, in the prototype is not achieved a technical result, expressed in high metrological characteristics. A new design of the fiber optic displacement transducer is proposed, devoid of the above disadvantages.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном волоконно-оптическом преобразователе перемещения, содержащем одно подводящее и два отводящих оптических волокна, перемещающуюся в вертикальном направлении Z поверхность с зеркальной и поглощающей частями, установленную на расстоянии Х_О от общего торца оптических волокон и которая выполнена в виде горизонтальной полосы шириной b, оптические волокна расположены друг над другом в вертикальном направлении, горизонтальная ось зеркальной поверхности при Z=0 смещена относительно оптической оси подводящего оптического волокна на значение равное радиусу сердцевины r_C оптического волокна, причем высота H и ширина b зеркальной поверхности определяются выражениямиThe specified technical result is achieved in that in the known fiber-optic displacement transducer containing one inlet and two outgoing optical fibers, a surface moving in the vertical direction Z with a mirror and absorbing parts, installed at a distance of X _O from the common end of the optical fibers and which is made in in the form of a horizontal strip of width b, the optical fibers are located one above the other in the vertical direction, the horizontal axis of the mirror surface at Z = 0 is offset no optical axis of the optical fiber supply to a value equal to the core radius r _C of the optical fiber, the height H and the width b of the mirror surface are given by

где Θ_NA - апертурный угол оптического волокна.where Θ _NA is the aperture angle of the optical fiber.

В результате поиска по источникам патентной и технической информации не обнаружены способы и устройства с совокупностью существенных признаков, совпадающих с предлагаемым изобретением и обеспечивающих заявляемый технический результат.As a result of a search by the sources of patent and technical information, no methods and devices with a combination of essential features matching the proposed invention and providing the claimed technical result were found.

Таким образом, предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, являющееся новым, промышленно применимым и обладающим изобретательским уровнем, т.е. предлагаемое изобретение отвечает критериям патентоспособности.Thus, the present invention is a technical solution to the problem, which is a new, industrially applicable and inventive step, i.e. the present invention meets the criteria of patentability.

На фигуре 1 приведена расчетно-конструктивная схема предлагаемого преобразователя перемещения, на фигуре 2 - поясняющие геометрические построения, на фигуре 3 - пример расчетной зависимости K_AT1/(Z) для перемещения аттенюатора с отражающей поверхностью в диапазоне Z=0...200 мкм при использовании оптических волокон с параметрами Θ_NA=12 град, r_с=100 мкм, d_с=500 мкм, на фигуре 4 - упрощенная конструктивная схема одного из вариантов дифференциального волоконно-оптического датчика давления, включающего предлагаемый преобразователь перемещения.The figure 1 shows the design diagram of the proposed displacement transducer, figure 2 - explaining the geometric construction, figure 3 - an example of the calculated dependence K _AT1 / (Z) for moving the attenuator with a reflective surface in the range Z = 0 ... 200 μm at the use of optical fibers with parameters Θ _NA = 12 deg, r _c = 100 μm, d _c = 500 μm, figure 4 is a simplified structural diagram of one of the options for a differential fiber optic pressure sensor, including the proposed displacement transducer.

Волоконно-оптический преобразователь перемещения содержит подводящее оптическое волокно ПОВ 1, первое отводящее оптическое волокно ООВ 2, второе отводящее волокно ООВ 3, аттенюатор 4, имеющий поверхность с зеркальной 5 и поглощающей 6 частями (фигура 1). Аттенюатор 4 расположен на расстоянии Х₀, относительно общего торца подводящих и отводящих оптических волокон ПОВ 1, ООВ 2 и ООВ 3.The fiber-optic displacement transducer contains a supply optical fiber POB 1, a first output optical fiber OOB 2, a second output fiber OOB 3, an attenuator 4 having a surface with a mirror 5 and an absorbing 6 parts (figure 1). The attenuator 4 is located at a distance of X ₀ relative to the common end of the inlet and outlet optical fibers POV 1, OOV 2 and OOV 3.

Зеркальная часть 5 выполнена в виде горизонтальной полосы высотой Н и шириной b, определяемых выражениями (1) и (2) соответственно в соответствии с построениями, приведенными на фигурах 1 и 2. Горизонтальная ось зеркальной поверхности при Z=0 смещена относительно оптической оси подводящего оптического волокна ПОВ 1 на значение, равное радиусу сердцевины r_с оптического волокна.The mirror part 5 is made in the form of a horizontal strip of height H and width b, defined by expressions (1) and (2), respectively, in accordance with the constructions shown in figures 1 and 2. The horizontal axis of the mirror surface at Z = 0 is shifted relative to the optical axis of the input optical fiber POV 1 by a value equal to the radius of the core r _{from the} optical fiber.

Световой поток Ф₀ от подводящего оптического волокна ПОВ 1 проходит в прямом направлении расстояние Х₀ до аттенюатора и расстояние Х₀ в обратном направлении до отводящих оптических волокон ООВ 2 и ООВ 3 под апертурным углом Θ_NA к оптической оси волокна (см. фиг.1). При этом в плоскости приемных торцов отводящих оптических волокон ООВ 2 и ООВ 3 наблюдается освещенная кольцевая зона S_A-A шириной h=2r_с, внешний и внутренний радиусы которой определяются выражениями (3) и (4) соответственноThe luminous flux Ф ₀ from the optical fiber supply POB 1 passes in the forward direction, the distance X ₀ to the attenuator and the distance X ₀ in the opposite direction to the output optical fibers OOB 2 and OOB 3 at an aperture angle Θ _NA to the optical axis of the fiber (see Fig. 1 ) In this case, in the plane of the receiving ends of the outlet optical fibers OOB 2 and OOV 3, an illuminated annular zone S _{AA of} width h = 2r _s is observed, the outer and inner radii of which are determined by expressions (3) and (4), respectively

где X₀ - расстояние от аттенюатора до оптических волокон,where X ₀ is the distance from the attenuator to the optical fibers,

r_с - радиус сердцевины волокон.r _with - the radius of the core of the fibers.

В нейтральном положении, когда измеряемый параметр соответствует начальной точке диапазона измерения при Z=0, аттенюатор установлен относительно общего торца оптических волокон таким образом, чтобы освещенная кольцевая зона S_A-A полностью перекрывала поверхности S_OOB отводящих оптических волокон.In the neutral position, when the measured parameter corresponds to the starting point of the measuring range at Z = 0, the attenuator is installed relative to the common end of the optical fibers so that the illuminated annular region S _AA completely overlaps the surface S _{OOB of the} output optical fibers.

Под действием измеряемой физической величины (например, давления) аттенюатор 4 перемещается на значение Z относительно ПОВ 1 и ООВ 2 и ООВ 3, что ведет к изменению интенсивности световых потоков Ф₁(Z) и Ф₂(Z), поступающих далее по отводящим волокнам ООВ 2 и ООВ 3 на приемники излучения (см. фиг.4).Under the influence of the measured physical quantity (for example, pressure), the attenuator 4 moves to a value of Z relative to POV 1 and OOB 2 and OOB 3, which leads to a change in the intensity of light fluxes F ₁ (Z) and F ₂ (Z), coming further along the discharge fibers OOB 2 and OOB 3 to radiation receivers (see figure 4).

При изменении измеряемого параметра аттенюатор 4 перемещается в направлении Z на Z=Z_i. При этом изменяются освещенные отраженным световым потоком площади S_ПР1 и S_ПР2 приемных торцов ООВ 2 и ООВ 3 соответственно.When changing the measured parameter, the attenuator 4 moves in the Z direction by Z = Z _i . This changes the reflected light flux illuminated area S _WP1 and _WP2 S receiving ends SBC SBC 2 and 3, respectively.

Задача управления световым потоком в пространстве волоконно-оптического преобразователя перемещения состоит в том, чтобы обеспечить требуемые функции преобразования Ф₁(Z) и Ф₁(Z), высокие чувствительности преобразования dФ₁/d Z и dФ₂/d Z.The task of controlling the light flux in the space of the fiber-optic displacement transducer is to provide the required conversion functions Ф ₁ (Z) and Ф ₁ (Z), high conversion sensitivities dФ ₁ / d Z and dФ ₂ / d Z.

Функция преобразования волоконно-оптического преобразователя перемещения зависит от способа модуляции оптического сигнала в зоне измерения. В волоконно-оптическом преобразователе перемещения с отражательным аттенюатором модуляция оптического сигнала осуществляется за счет изменения положения границы раздела поглощающей и отражающий поверхностей аттенюатора.The conversion function of the fiber optic displacement transducer depends on the modulation method of the optical signal in the measurement zone. In a fiber-optic displacement transducer with a reflective attenuator, the optical signal is modulated by changing the position of the interface between the absorbing and reflecting surfaces of the attenuator.

Функции преобразования Ф₁(Z) и Ф₂(Z) имеют вид:The transformation functions Φ ₁ (Z) and Φ ₂ (Z) have the form:

где K_AT1(Z), K_AT2(Z) - коэффициенты передачи трактов «подводящее оптическое волокно ПОВ 1 - аттенюатор 4 - отводящее оптическое волокно ООВ 2» и «подводящее оптическое волокно ПОВ 1 - аттенюатор 4 - отводящее оптическое волокно ООВ 3» соответственно;where K _AT1 (Z), K _AT2 (Z) are the transmission coefficients of the paths “supply optical fiber POB 1 - attenuator 4 - output optical fiber OOB 2” and “supply optical fiber POB 1 - attenuator 4 - output optical fiber OOB 3”, respectively ;

Ф₀ - начальный световой поток на выходе ПОВ 1.F ₀ - the initial light flux at the output of POV 1.

Очевидно, что при Ф₀=const поведение функций преобразования Ф₁(Z) и Ф₂(Z) будет оцениваться по поведению функций передачи оптических трактов, то есть коэффициентов K_AT1(Z) и K_AT2(Z) в диапазоне измерения.Obviously, for Ф ₀ = const, the behavior of the transformation functions Ф ₁ (Z) and Ф ₂ (Z) will be evaluated by the behavior of the transmission functions of the optical paths, i.e., the coefficients K _AT1 (Z) and K _AT2 (Z) in the measurement range.

Рассмотрим, каким образом можно управлять поведением функции преобразования K_AT1(Z) и K_AT2(Z) с учетом геометрических построений, приведенных на фигурах 1 и 2. ИмеемConsider how you can control the behavior of the conversion function K _AT1 (Z) and K _AT2 (Z), taking into account the geometric constructions shown in figures 1 and 2. We have

где P - коэффициент отражения зеркальной поверхности аттенюатора;where P is the reflection coefficient of the mirror surface of the attenuator;

S_ПР1, S_ПР2 - площади приемных торцов ООВ 2 и ООВ 3 соответственно, освещенные отраженным от зеркала световым потоком;S _PR1 , S _PR2 - the area of the receiving ends OOV 2 and OOV 3, respectively, illuminated by the light flux reflected from the mirror;

S_A-A - площадь кольцевой зоны в плоскости приемных торцов ООВ;S _AA is the area of the annular zone in the plane of the receiving ends of the OOB;

где R_ВНЕШ, R_ВНУТ - внешний и внутренний диаметры кольцевой освещенной зоны в плоскости ООВ.where R _EXT , R _IN is the external and internal diameters of the annular illuminated zone in the plane of OOB.

Подставив выражения (3) и (4) в (9), получим:Substituting expressions (3) and (4) in (9), we obtain:

где X_o=D/2tgΘNA.where X _o = D / 2tgΘNA.

При D=2d_ОВ At D = 2d _RH

тогдаthen

S_ПР1 и S_ПР2 представляют собой круговые сектора, образованные взаимным пересечением круга радиусом r_с и прямой АВ - хорды длиной а, соответствующей границе раздела отражающей и поглощающей поверхностей аттенюатора (см. фиг.2)S _PR1 and S _PR2 are circular sectors formed by the mutual intersection of a circle of radius r _{with a} straight line AB - chords of length a corresponding to the interface between the reflective and absorbing surfaces of the attenuator (see figure 2)

В соответствии с фиг.2 имеемIn accordance with figure 2 we have

- при Z_х=0...0,5Z_max или Z_х=0...r_с - at Z _x = 0 ... 0.5Z _max or Z _x = 0 ... r _s

S_ПР1=S_ООВ-S_ЗАТ1,S = S _{WP1 SBC} -S _ZAT1,

S_ПР2=S_ОCB2,S _PR2 = S _OCB2 ,

S_3AT1=S_OCB2,S _3AT1 = S _OCB2 ,

- при Z_x=0,5Z_max...Z_max или Z_x=r_с...2r_с - at Z _x = 0.5Z _max ... Z _max or Z _x = r _s ... 2r _s

S_ПР1=S_OCB1,S _PR1 = S _OCB1 ,

S_пр2=S_OOB-S_ЗAT2,S _CR2 = S _OOB -S _ZAT2 ,

S_ЗAT2=S_OCBl,S _ZAT2 = S _OCBl ,

где S_OOB - площадь поперечного сечения (приемного торца) ООВ;where S _OOB is the cross-sectional area (receiving end) of the _OOB ;

S_ЗAT1, S_ЗАТ2 - затемненная поверхность приемного торца ООВ 2 и ООВ 3 (поверхность ООВ, на которую не попадает световой поток) соответственно;S _ZAT1 , S _ZAT2 - the darkened surface of the receiving end OOB 2 and OOB 3 (surface OOB, which does not get the light flux), respectively;

S_ОСВ1, S_ОСB2 - освещенная поверхность приемного торца ООВ 2 и ООВ 3 соответственно.S _OSB1 , S _OSB2 - illuminated surface of the receiving end OOB 2 and OOB 3, respectively.

- при Z_x=0...r_c - at Z _x = 0 ... r _c

- при Z_x=r_c...2r_c - at Z _x = r _c ... 2r _c

Но

соответственноBut

respectively

гдеWhere

При Z_max=2r_C At Z _max = 2r _C

При а=bFor a = b

С учетом выражений (16)-(18) выражения (14)-(15) примут видTaking into account expressions (16) - (18), expressions (14) - (15) take the form

- при Z_x=0...r_с - at Z _x = 0 ... r _s

При Z_x=r_с...2r_с At Z _x = r _s ... 2r _s

Коэффициенты преобразования K_AT1(Z) и K_AT2(Z) с учетом выражений (11), (19)-(22) определятся следующим выражением:The conversion coefficients K _AT1 (Z) and K _AT2 (Z) taking into account expressions (11), (19) - (22) are determined by the following expression:

При Z_x=0...r_с For Z _x = 0 ... r _s

При Z_x=r_с...2r_с At Z _x = r _s ... 2r _s

Коэффициенты преобразования K_AT1(Z) и K_AT2(Z) зависят от параметров оптического волокна и от расстояния D между оптическими осями ПОВ 1 и ООВ 2 и ООВ 3.The conversion coefficients K _AT1 (Z) and K _AT2 (Z) depend on the parameters of the optical fiber and on the distance D between the optical axes POV 1 and OOV 2 and OOV 3.

В качестве примера на фигуре 3 приведен график зависимости К_АТ1(Z) для перемещения аттенюатора с отражающей поверхностью в диапазоне Z=0...200 мкм и r_с=100 мкм. Зависимости нелинейные. Существенная нелинейность наблюдается на участках 0...40, 160...200 мкм, поэтому диапазон перемещения аттенюатора относительно оптических волокон ограничен участком 40...160 мкм, то есть приблизительно равен 120 мкм. Относительное изменение интенсивности светового потока Ф₁/Ф₀=f(Z) в диапазоне измерения будет носить аналогичный характер.As an example, figure 3 shows a graph of the dependence of K _AT1 (Z) for moving the attenuator with a reflecting surface in the range Z = 0 ... 200 μm and r _c = 100 μm. Dependencies are nonlinear. Significant non-linearity is observed in the areas 0 ... 40, 160 ... 200 μm, therefore the range of movement of the attenuator relative to the optical fibers is limited to the area 40 ... 160 μm, i.e. approximately 120 μm. The relative change in the intensity of the light flux Ф ₁ / Ф ₀ = f (Z) in the measurement range will be of a similar nature.

Зависимость K_AT2(Z) будет носить аналогичный характер зависимости K_AT1(Z), но только обратный.The dependence K _AT2 (Z) will have a similar character of the dependence K _AT1 (Z), but only the opposite.

На фигуре 4 в качестве примера приведена упрощенная конструкция дифференциального волоконно-оптического датчика давления, в котором используется предлагаемый преобразователь.Figure 4 shows, by way of example, a simplified construction of a differential fiber optic pressure transducer using the proposed transducer.

Датчик содержит подводящее оптическое волокно ПОВ 1, первое отводящее оптическое волокно ООВ 2, второе отводящее волокно ООВ 3, аттенюатор 4, имеющий поверхность с зеркальной 5 и поглощающей 6 частями и жестко закрепленный на мембране 7. Мембрана 7 закреплена в штуцере 8, например, с помощью сварки. Оптические волокна жестко закреплены в корпусе 9 на расстоянии Х₀ относительно рабочей поверхности аттенюатора 4. Для осуществления процесса юстировки оптических волокон относительно отражающей поверхности аттенюатора в конструкцию введена прокладка 10 переменной толщины. Корпус 9, прокладка 10 и штуцер 8 соединены между собой жестко, например, с помощью сварки.The sensor contains a supply optical fiber POB 1, a first output optical fiber OOB 2, a second output fiber OOB 3, an attenuator 4 having a surface with a mirror 5 and absorbing 6 parts and is rigidly fixed to the membrane 7. The membrane 7 is fixed in the fitting 8, for example, using welding. The optical fibers are rigidly fixed in the housing 9 at a distance of X ₀ relative to the working surface of the attenuator 4. To carry out the alignment process of the optical fibers relative to the reflective surface of the attenuator, a gasket 10 of variable thickness is introduced into the structure. The housing 9, the gasket 10 and the nozzle 8 are rigidly interconnected, for example, by welding.

Датчик работает следующим образом.The sensor operates as follows.

От источника излучения 11 (например, светодиода) по подводящему оптическому волокну ПОВ 1 световой поток Ф₀ направляется в сторону аттенюатора 4. Под действием измеряемой физической величины аттенюатор 4 перемещается на величину Z относительно торцов отводящих оптических волокон ООВ 2 и ООВ 3, что ведет к изменению интенсивности световых потоков Ф₁(Z) и Ф₂(Z), поступающих по отводящим волокнам на светочувствительные площадки приемников излучения ПИ 12 и ПИ 13 (фотодиодов) первого и второго измерительных каналов соответственно. Приемники излучения преобразуют оптические сигналы в электрические I₁ и I₂, поступающие на вход блока преобразования информации (БПИ). В БПИ осуществляется операция деления сигналов I₁ и I₂, что позволяет компенсировать изменения мощности излучения светодиода и потери светового потока при изгибах оптических волокон, так как их отношение не зависит от указанных факторов, а также линеаризовать выходную зависимость. Для удвоения чувствительности преобразования можно сформировать отношение разности сигналов I₁ и I₂ к их сумме.From the radiation source 11 (for example, an LED), along the optical fiber POW 1, the light flux Ф _{0 is} directed towards the attenuator 4. Under the influence of the measured physical quantity, the attenuator 4 moves by the value Z relative to the ends of the optical fibers OOV 2 and OOV 3, which leads to a change in the intensity of the light fluxes F ₁ (Z) and F ₂ (Z) entering the light-sensitive fibers of the radiation detectors PI 12 and PI 13 (photodiodes) of the first and second measuring channels, respectively. The radiation receivers convert the optical signals into electrical I ₁ and I ₂ received at the input of the information conversion unit (BPI). In the BPI, the operation of dividing the signals I ₁ and I _{2 is} carried out, which allows you to compensate for changes in the radiation power of the LED and the loss of light flux during bending of optical fibers, since their ratio does not depend on these factors, and also linearize the output dependence. To double the conversion sensitivity, it is possible to form the ratio of the difference of the signals I ₁ and I ₂ to their sum.

Технический результат предлагаемого изобретения следующий.The technical result of the invention is as follows.

Предложенное устройство - волоконно-оптический преобразователь перемещения позволяет реализовать дифференциальную схему преобразования, что в два раза повышает чувствительность преобразования, позволяет добиться линейной функции преобразования, уменьшить погрешности, обусловленные изгибами оптических волокон под воздействием внешних дестабилизирующих факторов. Преобразователь имеет простую, надежную конструкцию, не требует сложных технологических, котировочных и измерительных операций при изготовлении оптической части, имеет дешевую компонентную базу: многомодовые оптические волокна. Соответственно, предлагаемое техническое решение не ведет к лишним материальным затратам.The proposed device is a fiber-optic displacement transducer that allows you to implement a differential conversion circuit, which doubles the conversion sensitivity, allows you to achieve a linear conversion function, reduce errors caused by bending of optical fibers under the influence of external destabilizing factors. The converter has a simple, reliable design, does not require complex technological, quotation and measurement operations in the manufacture of the optical part, has a cheap component base: multimode optical fibers. Accordingly, the proposed technical solution does not lead to unnecessary material costs.

Claims (1)

Волоконно-оптический преобразователь перемещения, содержащий одно подводящее и два отводящих оптических волокна, перемещающуюся в вертикальном направлении Z поверхность с зеркальной и поглощающей частями, установленную на расстоянии Х₀ от общего торца оптических волокон и которая выполнена в виде горизонтальной полосы, отличающийся тем, что оптические волокна расположены друг над другом в вертикальном направлении, горизонтальная ось зеркальной поверхности при Z=0 смещена относительно оптической оси подводящего оптического волокна на значение равное радиусу сердцевины r_C оптического волокна, причем высота Н и ширина b зеркальной части поверхности определяются выражениямиFiber-optic displacement transducer containing one inlet and two outgoing optical fibers, a surface moving in the vertical direction Z with a mirror and absorbing parts, installed at a distance of X ₀ from the common end of the optical fibers and which is made in the form of a horizontal strip, characterized in that the optical the fibers are located one above the other in the vertical direction, the horizontal axis of the mirror surface at Z = 0 is shifted relative to the optical axis of the input optical fiber n and a value equal to the radius of the core r _{C of the} optical fiber, and the height H and the width b of the mirror part of the surface are determined by the expressions H=2X_o2tgΘNA+r_c,H = 2X _o 2tgΘNA + r _c , b≥H, (2)b≥H, (2) где Θ_NA - апертурный угол оптического волокна.where Θ _NA is the aperture angle of the optical fiber.

Images