RU2804679C1

RU2804679C1 - Волоконно-оптический датчик перемещений

Info

Publication number: RU2804679C1
Application number: RU2023106942A
Authority: RU
Inventors: Сергей Георгиевич Штек; Максим Александрович Жеглов; Виталий Владимирович Беляков; Станислав Олегович Васецкий; Дарья Борисовна Жмурова; Владимир Игоревич Бусурин; Александр Викторович Казарьян
Original assignee: Акционерное общество "Государственный научно-исследовательский институт приборостроения"
Filing date: 2023-03-23
Publication date: 2023-10-03

Abstract

Изобретение относится к волоконно-оптическим измерительным преобразователям перемещений. Устройство содержит источник оптического излучения, волоконно-оптический световод, фотоприемник, электронный блок обработки информации. Выход источника оптического излучения закреплен на первом конце волоконно-оптического световода, на втором конце расположена воспринимающая зона, выполненная в виде скоса, который образует призму полного внутреннего отражения. Выход волоконно-оптического световода подключен к входу фотоприемника. Выход фотоприемника подключен к электронному блоку обработки информации, выполненному с возможностью вычисления перемещений. Выход электронного блока обработки информации является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений. Технический результат - повышение точности измерения перемещения оптически прозрачных подвижных объектов в субмикрометровом диапазоне. 1 ил.

Description

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим измерительным преобразователям перемещений, и может быть использовано при измерении перемещений в субмикрометровом диапазоне.

Известен волоконно-оптический датчик перемещений (заявка на изобретение РФ 2272985, G01B 1/00, 27.03.2006), содержащий излучатель поляризованного света, волоконный световод, регистратор, излучатель.

К причинам, препятствующим достижению указанного ниже технического результата, при использовании известного устройства является крепление рефлектора, излучателя поляризованного света и приемника с вертикальным держателем линз на контролируемом объекте, что приводит к невозможности его применения для контролируемых объектов, которые не должны подвергаться дополнительным механическим воздействиям.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному устройству по совокупности признаков является волоконно-оптический датчик перемещений (заявка на изобретение РФ 2489679, G01B 11/02, G01D 5/26, 10/08/2013) (прототип), содержащий источник оптического излучения, выход которого подключен к входу подводящего волоконно-оптического световода, первый и второй отводящие волоконно-оптические световоды, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фотоприемников, электронный блок обработки сигналов.

В данном устройстве осуществлено повышение точности измерения перемещения объекта путем получения сигнала, пропорционального перемещению перемещающегося объекта, который не зависит от колебаний мощности источника излучения.

Недостатком предложенного волоконно-оптического датчика перемещений является необходимость крепления отражающего элемента к перемещающемуся объекту, что приводит к изменению состояния поверхности, создает дополнительную массу, и как следствие, ухудшает точность измерения в субмикрометровом диапазоне перемещений.

Целью данного патента является устранение указанного недостатка. Технический результат - повышение точности измерения перемещения оптически прозрачных подвижных объектов в субмикрометровом диапазоне.

Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический датчик перемещений, состоящий из источника оптического излучения, выход которого закреплен на первом конце волоконно-оптического световода, выход которого подключен к входу фотоприемника, выход которого подключен к электронному блоку обработки информации, имеет воспринимающую зону, расположенную на втором конце и выполненную в виде скоса, который образует призму полного внутреннего отражения, а фотоприемник закреплен на волоконно-оптическом световоде таким образом, что оптический луч (оптическая связь), отражаясь от воспринимающей зоны, падает на фоточувствительную зону. Угол скоса волоконно-оптического световода рассчитывается по формуле:

где n₁ - показатель преломления сердцевины волоконно-оптического световода; n₂ - показатель преломления среды, разделяющей подвижный объект и воспринимающую зону (вакуум или газовая среда).

На Фиг. 1 приведена схема устройства.

Принятые обозначения:

1 - источник оптического излучения;

2 - волоконно-оптический световод;

3 - фотоприемник;

4 - электронный блок обработки сигналов;

5 - воспринимающая зона;

6 - среда, разделяющая подвижный объект и воспринимающую зону;

7 - подвижный объект.

Устройство состоит из источника оптического излучения 1, волоконно-оптического световода 2, фотоприемника 3, электронного блока обработки информации 4, воспринимающей зоны 5.

Источник оптического излучения 1 прикреплен к первому концу волоконно-оптического световода 2, на втором конце расположена воспринимающая зона 5, выполненная в виде скоса, который образует призму полного внутреннего отражения, фотоприемник 3 закреплен на выходе волнового-оптического световода, выход которого подключен к электронному блоку обработки сигналов 4. Выход электронного блока обработки сигналов 4 является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.

Заявленное устройство работает следующим образом: после включения волоконно-оптического датчика перемещений источник оптического излучения 1 с длиной волны X излучает световой пучок постоянной мощности. Оптическое излучение поступает в волоконно-оптический световод 2 и отражается от воспринимающей зоны 5. Изменение расстояния между подвижным объектом 7 и воспринимающей зоны 5 приводит к изменению отражательной способности структуры «воспринимающая зона 5 - среда 6, разделяющая подвижный объект 7 и воспринимающую зону 5 - подвижный объект 7», что приводит к изменению мощности оптического излучения, падающего на фотоприемник 3. Отраженная от воспринимающей зоны 5 оптическая мощность излучения регистрируется фотоприемником 3, подключенного к электронному блоку сигналов 4. По зависимости мощности оптического излучения от ширины зазора между воспринимающей зоной 5 и подвижным объектом 6 определяется перемещение подвижного объекта 7.

В качестве источника оптического излучения 1 можно использовать источник оптического излучения LLS-LS-215 производства OPTIKON.

В качестве фотоприемника 3 можно использовать фотодиод IG17X250S4I производства Laser Components.

В качестве волоконно-оптического световода 2 можно использовать волокно с сохранением поляризации РМ1550-ХР производства THORLABS.

Таким образом, предлагаем волоконно-оптический датчик перемещений обладает повышенной точностью в субмикрометровом диапазоне без дополнительных приспособлений, которые механически воздействуют на подвижный объект.

Claims

Волоконно-оптический датчик перемещений, содержащий источник оптического излучения, выход которого закреплен на первом конце волоконно-оптического световода, выход которого подключен к входу фотоприемника, выход которого подключен к электронному блоку обработки информации, отличающийся тем, что воспринимающая зона расположена на втором конце и выполнена в виде скоса, который образует призму полного внутреннего отражения, фотоприемник закреплен на волоконно-оптическом световоде таким образом, что оптический луч, отражаясь от воспринимающей зоны, падает на фоточувствительную зону фотоприемника.