SU1589216A1 - Piezooptical accelerometer - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к линейным акселерометрам, предназначенным дл  измерени  ускорени  объектов различного класса и назначени . Цель изобретени  - повышение точности измерени  ускорений. В процессе измерени  излучение от источника 1 света проходит через пол ризатор 2, главна  ось которого направлена вертикально по измерительной оси, четвертьволновую фазовую пластинку 3, фотоупругий элемент 4, компенсатор 6, анализатор 7 на фотоприемник 8. Деформаци  фотоупругого элемента 4 под инерционной нагрузкой, передаваемой массой 5, приводит к изменению степени двулучепреломлени , при этом выходной сигнал с фотоприемника  вл етс  мерой измер емого ускорени . Благодар  тому, что компенсатор 6 выполнен из того же материала, что и фотоупругий элемент, имеет одинаковую с ним форму и толщину по оси оптического канала и развернут своей главной оптической осью на 90° к фотоупругому элементу, имеет место температурна  компенсаци  акселерометра. 1 ил.The invention relates to linear accelerometers for measuring the acceleration of objects of various classes and purposes. The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement of accelerations. In the process of measurement, the radiation from the light source 1 passes through the polarizer 2, the main axis of which is directed vertically along the measuring axis, the quarter-wave phase plate 3, the photoelastic element 4, the compensator 6, the analyzer 7 to the photodetector 8. The deformation of the photoelastic element 4 under inertial load transmitted mass 5, leads to a change in the degree of birefringence, while the output signal from the photodetector is a measure of the measured acceleration. Due to the fact that the compensator 6 is made of the same material as the photoelastic element, has the same shape and thickness along the axis of the optical channel and is turned by its main optical axis by 90 ° to the photoelastic element, the accelerometer is temperature compensated. 1 il.

Description

8eight

/x:/ / /x vx xx v/ x: / / / x vx xx v

Изобретение относитс  к измерению параметров движени , в частности к линейным акселерометрам с фотоупругим чувствительным элементом, и может быть использовано дл  измерени  ускорений объектов различного класса И назначени .The invention relates to the measurement of motion parameters, in particular, to linear accelerometers with a photoelastic sensitive element, and can be used to measure accelerations of objects of various classes and purposes.

Цель изобретени  - повышение точности измерени  ускорений. На чертеже представлена упрощен- конструкци  пьезооптического Акселерометра.The purpose of the invention is to improve the accuracy of measurement of accelerations. The drawing shows a simplified construction of a piezo-optic Accelerometer.

; Пьезооптический акселерометр со- Держит источник света 1, пол ризатор 3j четвертьволновую фазовую пластин- , liy 3, фотоупругий элемент 4, инер- 1)1ионную массу 5, компенсатор 6, ана- изатор 7, фотоприемник 8.; The piezo-optical accelerometer contains a light source 1, a polarizer 3j a quarter-wave phase plate-, liy 3, a photoelastic element 4, an inertial mass 1) an ion mass 5, an equalizer 6, an analyzer 7, a photodetector 8.

Акселерометр работает следующим Образом,Accelerometer works as follows

Излучение от источника света 1 Проходит через пол ризатор 2, главна  ось которого выставлена вертикально (по направлению измерительной оси), четвертьволновую фазовую Пластинку 3, главна  ось которой 4ыставлена под углом 45 к вертикали , фотоупругий элемент 4 с прикрепленной к нему инерционной массой 5, Компенсатор 6, анализатор 7, главна  ось которого выставлена под углом 90 к вертикали, фотоприемник 8 Главные оси фотоупругого элемента и компенсатора выставл ютс  соответст- ветственно под углами О и 90- к Вертикали.Radiation from the light source 1 Passes through the polarizer 2, the main axis of which is set vertically (in the direction of the measuring axis), the quarter-wave phase Plate 3, the main axis of which 4 is set at 45 to the vertical, the photoelastic element 4 with an inertial mass 5 attached to it, the compensator 6, the analyzer 7, the main axis of which is set at an angle of 90 to the vertical, a photodetector. 8 The main axes of the photoelastic element and the compensator are set respectively at angles O and 90- to the Vertical.

Акселерометр работает следующим образом.The accelerometer works as follows.

: При наличии измер емог о ускоре- и  фотоупругий элемент подвергаетс  сжатию или раст жению, при этом мен етс  составл н ца  двулучепрелом- ленного с.вета, прошедшего через фо- тоупругий элемент 4. В общем виде вличину фототока фотоприемника 8 можно .определить по формуле: If there is a measurement of the accelerator and the photoelastic element is subjected to compression or stretching, the composition of the birefringent light passing through the photoelastic element 4 changes. In general, the photocurrent photocurrent 8 can be determined by formula

I - I соз() sin 28 Ф , (ОI - I cos () sin 28 F, (O

где К - коэффициент пропорциональноти , завис щий от мощности илучени  источника света}where K is a coefficient of proportionality, depending on the power and radiation of the light source}

Фр,Ф - величины естественного дву- лучепреломлени  в фотоупругом элементе и компенсатореФр, Ф - values of natural birefringence in the photoelastic element and the compensator

Q - угол, главной оси анализатора по отношению к вертикали ф - величина двулучепреломлени , вызванного измер емым ускорением .Q is the angle, the main axis of the analyzer with respect to the vertical φ is the magnitude of birefringence caused by the measured acceleration.

При изменении температуры окружающей среды вследствие линейного расширени  измен ютс  толщины фотоупруго- п го элемента и компенсатора. Величина двулучепреломлени  света, прошедшего через .фотоупругий элемент, будет Ф + ЛФ. Так как компенсатор выполнен из того же материала и той же толщи- 15 ны, что и фотоупругий элемент, то величина двулучепреломлени  света, прошедшего через компенсатор, будет () , т.е. Л Ф .When the ambient temperature changes due to linear expansion, the thicknesses of the photoelastic element and the compensator change. The magnitude of the birefringence of light passing through the photoelastic element will be F + LF. Since the compensator is made of the same material and of the same thickness as the photoelastic element, the magnitude of the birefringence of the light passing through the compensator will be (), i.e. L f.

В этом случае формула (1) при Фд 20 Фо и преобразуетс  к видуIn this case, formula (1) at Fd of 20 Fo and is converted to the form

f ix f ix

I 2 NЭто позвол ет заключить, что при- 25 веденна  схема пьезооптического акселерометра не чувствительна к нестабильности температуры окружающей среды , а выходной сигнал с фотоприемникаI 2 N This allows us to conclude that the diagram of the piezo-optical accelerometer is not sensitive to the instability of the ambient temperature, and the output signal from the photodetector

 вл етс  мерой измер емого ускорени .is a measure of the measured acceleration.

30thirty

Claims (1)

Формула изобретени Invention Formula Пьезоолтический акселерометр, со- , держащий фотоупругий элемент, нагруац женный инерционной массой, и оптичес кий канал, состо щий из источника пол ризованного света, фазовой четвертьволновой пластинки, расположенных по одну сторону от фотоупругогоA piezo-optical accelerometer containing a photoelastic element, loaded with inertial mass, and an optical channel consisting of a source of polarized light, a quarter-wave phase plate located on one side of the photoelastic jQ элемента, анализатора и фотоприемника , расположенных по другую сторону от фотоупругого, элемента, о т - ли. чающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерени , 45 он снабжен компенсатором, установленным между фотоупругим элементом и анализатором, выполненным из того же материала, что и фотоупругий элемент , и имеющим ту же форму и толщи50 ну в направлении оси оптического канала , при этом главна  оптическа  ось компенсатора расположена относительно главной оптической оси фотоупругого элемента под углом 90 в плоскости,jQ element, analyzer and photodetector, located on the other side of the photoelastic element, about t. due to the fact that, in order to increase the measurement accuracy, 45 it is equipped with a compensator installed between the photoelastic element and the analyzer made of the same material as the photoelastic element and having the same shape and thickness in the direction of the optical channel axis, the main optical axis of the compensator is located relative to the main optical axis of the photoelastic element at an angle of 90 in the plane, ГС перпендикул рной оси оптического канала .HS perpendicular to the axis of the optical channel.