SU1739301A1 - Оптический вибропреобразователь - Google Patents

Abstract

Использование: измерение малых виброускорений. Вибролреобразователь содержит основание 1, рабочий световод 7 дл  передачи и приема световой энергии, кварцевый стержень 6, закрепленный на балочке , на конце которой смещаетс  под действием ускорени , модулиру  световой сигнал. Максимальна  чувствительность вибропреобразовател  достигаетс  при следующих геометрических соотношени х: диаметр сферического отражательного элемента (-5)d; смещение сферического отражател  относительно продольной оси рабочего световода (0,- 0,6)d рассто ние между торцом с е- товода и сферическим отражателем - не более 2d, где d - диаметр све- товедущей сердцевины рабочего световода . 2 ил. 8 IS

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике, а именно к устройствам дл  измерени  малых виброускорений .

Известен оптический вибропреобразователь , позвол ющий измер ть виброускорени , в котором дл  модул ции светового потока используетс  плоское зеркало с оптическими неоднородност ми, расположенное напротив торца световода перпендикул рно к его оси и перемещающеес  в той же плоскости.

Использу  плоское зеркало в известном вибропреобразователе, нельз  добитьс  высокой чувствительности, польку при таком движении зеркала модулировать сигнал будут только

оптические неоднородности, следовательно , дл  повышени  чувствительности надо уменьшать размеры этих неоднородностей , .но это возможно лишь до тех пор, пока они не станут меньше диаметра светового п тна.

Наиболее близким тхеническим решением к предлагаемому  вл етс  оптический вибропреобразователь, со- (дежащий упругий элемент в виде балочки пр моугольного сечени , на свободном конце которой закреплена инерционна  масса с плоским зеркалом , четвертьволновой градан излучающий и два приемных световода.

Известный вибропреобразователь имеет следующий недостаток: использование в качестве отражател 

СО

со

оо

ского зеркала не дает возможности получить высокую чувствительность, так как диапазон угловых перемещений зеркала невелик по сравнению с поступательным перемещением конца балки.

Кроме того, дл  увеличени  чувствительности вибропреобразователь примен етс  дополнительный оптический элемент-четвертьволновый ,гра- дан, что усложн ет конструкцию оптического вибропреобразовател .

Цель изобретени  - повышение, чувствительности вибропреобразовател .

Поставленна  цель достигаетс  тем что в оптическом вибропреобразователе , содержащем рабочий световод, упругий элемент в виде балочки, на свободном конце последней расположена инерционна  масса, выполненна  в виде сферы диаметром A-5d, на которую напылен отражатель., при этом центр кривизны сферы смещен относительно оси световода в направлении основной оси чувствительности на 0,4-0,6d, а рассто ние между торцом световода и отражателем не более 2d, где d - диаметр световедущей сердцевины рабочего световода. Рабочий световод  вл етс  общим каналом У-раз- ветвител .

На фиг.1 представлена конструкци  вибропреобразовател  на фиг. 2 - статическа  характеристика вибропре- образовател .

Вибропреобразователь содержит основание 1, пластину 2 и защитный кожух 3. В пластине 2 (например, кремниевой) выполнено П-образное отверстие, при этом образована ба- лочка 1,  вл юща с  упругим элементом . На свободном конце балочки вдоль ее оси выполнен (например , тралением ) паз 5 в котором закреплен (например, клеем) кварцевый стержень 6. На свободном конце кварцевого стержн  6 оплавлением выполнен шарик диаметром -5d,  вл ющийс  инерционной массой, где d - диаметр световедущей сердцевины световода 7 Сферический отражательный элемент 8 образуетс  путем нанесени  на шарик отражающего покрыти  (например, напылением алюмини ). Напротив отражательного элемента 8 в пластине 2 соосно с пазом 5 выполнен паз 9 в

10

IS

20

25

739301

котором закреплен (например, клеем) - рабочий световод 7.

Ширина и профиль пазов 5 и 9 выбираютс  такими, чтобы в пазе 5 плотно укладывалс  кварцевый стержень 6, а в пазе 9 - рабочий световод 7. Глубина паза 5 выбираетс  равной не менее половины диаметра кварцевого стержн  6, а глубина паза 9 равна глубине паза 5 плюс 0,- 0,6d, но не енее половины диаметра кварцевой оболочки рабочего световода 7. Разница в глубине пазов 5 и 9 определ етс  рабочей точкой.

Характер статической характеристики такого вибропреобразоватеэт  определ етс , в основном, функцией распределени  энергии в выход щем из световода 7 конусе света.

В вибропреобразователе применен ступенчатый световод с диаметром световедущей сердцевины 50 мкм, кварцевой оболочки 125 мкм и нормальным распределением энергии в выход щем из него конусе света.

Рабоча  точка выбираетс  посередине одного из двух участков АВ или CD статической характеристики, близких к линейной зависимости (фиг.2), Экспериментально установлено оптимальное смещение St, которое составл ет 0,-0,6d, где d - диаметр световедущей сердцевины рабочего световода. Если величина Si выходит за указанные границы, то резко растет нелинейность характеристики (при неизменном диапазоне ) .

Диаметр шарика дл  сферического зеркала выбираетс  из условий наименьшего рассе ни  света и максимального угла поворота конуса света при поступательном смещении шарика. , С увеличением диаметра шарика наблхи даетс  уменьшение чувствительности за счет увеличени  радиуса кривизны отражател , а при уменьшении диамет-, ра шарика наблюдаетс  уменьшение чувствительности, но в йтом случае за счет рассе ни  света. Оптимальный диаметр шарика составл ет . Точность изготовлени  пазов обеспечТй- ваетс  технологией травлени . Рассто ние между торцом рабочего световода 7 и сферическим отражательным элементом 8 выбираетс  таким, при котором изменение интенсивности улавливаемого рабочим световодом 7

30

35

45

SO

SS

отраженного светового потока от изменени  рассто ни  между торцом рабочего световода 7 и сферическим отражательным элементом 8 максималь- . но. Это рассто ние находитс  в пределах 1,5-2d. Если рассто ние между торцом и отражателем не укладывает- ( с  в указанные границы, то чувствительность такого вибропреобразовател  будет снижатьс .

Дл  обеспечени  возможности перемещени  балочки k в основании 1 выполнен паз 10. Рабочий световод 7, обращенный к отражательному элементу 8,  вл етс  общим каналом У-развет- вител  11, один канал которого св зан с источником излучени , другой - с фотоприемником.

Световой поток, излучаемый источником , передаетс  с помощью У-развет- вител  Н и рабочего световода 7 на Отражательный элемент 8. Отраженный от отражательного элемента 8 световой поток частично улавливаетс  рабочим световодом 7 и через У-развет- витель 11 передаетс  на фотоприемник.

Воздействие виброускорений в направлении , указанном на фиг.1 стрелкой , приводит к перемещению балочки 4 с закрепленной на ней инерционной

10

массой с отражательным элементом Ь, который, в свой очередь, приводит к изменению направлени  и формы отраженного конуса света, что в конечном итоге, приводит к модул ции интенсивности светового потока, поступающего на фотоприемник, где световой сигнал преобразуетс  в электрический, пропорциональный перемещению упругого( элемента.

формула изобретени 

Оптический вибропреобразователь, содержащий рабочий световод, оптически св занный с передающим и приемным световодами, а также упругий элемент в виде балочки, на свободном конце которой расположена инерционна  масса с напыленным на нее отражателем, отличающийс  тем, что, с целью повышени  чувствительности, инерционна  масса выполнена в форме

сферы диаметром (-5)d, при этом центр кривизны сферы смещен относительно продольной оси рабочего световода на (0,-0,6)d, а рассто ние между торцом рабочего световода и поверхностью отражател  выбрано не

более 2d, где d - диаметр сердцевины рабочего световода.

I

f f f /

в№/

Фиг. 2

«U.

Claims (1)

1. Формула изобретения

   Оптический вибропреобразователь, содержащий рабочий световод, оптически связанный с передающим и приемным световодами, а также упругий элемент в виде балочки, на свободном конце эд которой расположена инерционная маеса с напыленным на нее отражателем, отличающийся· тем, что, с целью повышения чувствительности, инерционная масса выполнена в форме 25 сферы диаметром (4-5)4, при этом центр кривизны сферы смещен относительно продольной оси рабочего световода на (0,4-0,6)d, а расстояние между торцом рабочего световода и поверхностью отражателя выбрано не более 2d, где d - диаметр сердцевины рабочего световода.