SU430323A1 - PIEZOOPTIC ACCELEROMETER - Google Patents

Description

1one

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть применено дл  измерени  ускорений.The invention relates to a measurement technique and can be applied to measure accelerations.

Известные пьезооптические акселерометры, содержащие инерционную массу на упругом подвесе, упругую пьезооптическую балку и оптический канал светодиод - пол ризатор- анализатор - фотоприемник, имеют малую чувствительность из-за наличи  только одного рабочего канала и вли ни  ускорений, перлендикул рных к оси чувствительности.Famous piezo-optic accelerometers containing inertial mass on an elastic suspension, an elastic piezo-optical beam, and an optical channel led-polarizer-analyzer-photodetector, have low sensitivity due to the presence of only one working channel and the effect of accelerations perpendicular to the axis of sensitivity.

Предлагаемый акселерометр отличаетс  от известных тем, что он снабжен вторым оптическим каналом, параллельным первому и состо щим из тех же элементов. В оба канала установлена фазова  пластинка между пол ризатором и анализатором, причем оси оптических каналов симметрично смещены относительно нейтральной оси пьезооптической балки , а упругий подвес инерционной массы выполнен в виде стержн , параллельного оси оптических каналов.The proposed accelerometer differs from the known ones in that it is equipped with a second optical channel parallel to the first one and consisting of the same elements. A phase plate between the polarizer and the analyzer is installed in both channels, with the axes of the optical channels symmetrically shifted relative to the neutral axis of the piezo-optic beam, and the elastic suspension of inertial mass is made in the form of a rod parallel to the axis of the optical channels.

На чертеже показана схема акселерометра.The drawing shows an accelerometer circuit.

Чувствительный элемент 1 выполнен в виде балки из материала, имеющего большие пьезооптические посто нные, например из плавленого кварца. Одним концом четырехгранна  балка заделана в корпус 2 акселерометра, а на другом ее конце закреплена инерционна The sensing element 1 is made in the form of a beam of a material having large piezo-optic constants, for example, of fused silica. One end of the tetrahedral beam is embedded in the case 2 of the accelerometer, and on the other end of it is fixed inertial

масса 3. По разные стороны от нейтральной оси балки размещены два источника 4 и 5 света в виде полупроводниковых излучающих диодов (светодиодов). Между светодиодами и чувствительным элементом наход тс  последовательно по ходу света пол ризатор 6 и фазова  пластинка 7. В качестве пол ризатора может быть использован пол риод, а в качестве фазовой пластинки -; слюда.mass 3. On opposite sides of the neutral axis of the beam there are two sources 4 and 5 of light in the form of semiconductor emitting diodes (LEDs). A polarizer 6 and a phase plate 7 are successively in the light path between the LEDs and the sensitive element. A polarization can be used as a polarizer, and a polarization can be used as a phase plate; mica.

По другую сторону чувствительного элемента на пути излучени  светодиодов размещены анализатор 8 и фотоприемники 9, 10, включенные дифференциально на вход усилител . Анализатором  вл етс  такой же пол роид, как и пол ризатор, а в качестве фотоприемников могут быть использованы, например, кремниевые фотодиоды. Инерционна  масса 3 в направлении, параллельном ос м оптических каналов, дополнительно св зана с корпусом подвесом в виде стержн  11 с двум  упругими шарнирами 12 вблизи концов.On the other side of the sensing element in the path of radiation of the LEDs are placed the analyzer 8 and the photodetectors 9, 10, which are connected differentially to the input of the amplifier. The analyzer is the same polaroid as the polarizer, and silicon photodiodes, for example, can be used as photodetectors. The inertia mass 3 in the direction parallel to the axis of the optical channels is additionally connected to the body by means of a suspension in the form of a rod 11 with two elastic hinges 12 near the ends.

Акселерометр работает следующим образом .The accelerometer works as follows.

Свет от светодиода 4 проходит через пол ризатор 6, фазовую пластинку 7, чувствительный элемент 1, анализатор 8 и попадает на фотоприемник 9. Аналогично свет от светодиода 5 последовательно проходит через детали 6, 7, 1, 8 и попадает на фотоприемник 10.The light from the LED 4 passes through the polarizer 6, the phase plate 7, the sensing element 1, the analyzer 8 and hits the photodetector 9. Similarly, the light from the LED 5 passes through parts 6, 7, 1, 8 and hits the photodetector 10.

После лол ризатора 6 светстановитс  линейно нол ризованным, а после прохождени  фазовой пластинки - циркульно пол ризованным . При действии на акселерометр ускорени  а возникает сила та, котора  нагружает упругий элемент 1 изгибающим моментом. Вследствие этого в нем создаютс  нормальные напр жени  а разного знака по разные стороны от нейтральной оси. Эти механические напр жени  вызывают изменение двойного лучепреломлени  в чувствительном элементе 1 и свет после него становитс  эллиптически пол ризованным . Анализатор 8 пропускает только составл ющую , параллельную его плоскости пол ризации , поэтому освещенность фотоприемников 9, 10 зависит от параметров эллипса пол ризации .After the lolizer 6, the light is restored to linearly polarized, and after passing through the phase plate it is circularly polarized. When the accelerometer acts on acceleration a, a force arises that loads the elastic element 1 with a bending moment. As a result, it creates normal stresses of a different sign on opposite sides of the neutral axis. These mechanical stresses cause a change in birefringence in sensing element 1 and the light after it becomes elliptically polarized. The analyzer 8 only passes a component parallel to its polarization plane; therefore, the luminance of photodetectors 9, 10 depends on the parameters of the polarization ellipse.

В предлагаемой конструкции приращени  освещенности имеют различные знаки дл  фотоприемников 9, 10 и в достаточно широких пределах пропорциональны измер емому ускорению а. Акселерометр нечувствителен к другим составл ющим ускорени , кроме указанных на чертеже, так как они или не вызывают изменени  освещенности фотоприемников , или вызывают одинаковые по величине и знаку изменени  освещенности обоих фотоприемников . Стержень 11 служит дл  подкреплени  чувствительного элемента во избежание разрушени  его неизмер емой боковой составл ющей ускорени . In the proposed design, the increments of illumination have different signs for photodetectors 9, 10 and in fairly wide limits are proportional to the measured acceleration a. The accelerometer is insensitive to acceleration components other than those indicated in the drawing, since they either do not cause changes in the brightness of the photodetectors, or cause changes in the illumination of both photodetectors of the same magnitude and sign. The rod 11 serves to reinforce the sensitive element in order to avoid destroying its unmeasurable lateral component of the acceleration.

Предмет изобретени Subject invention

Пьезооптический акселерометр, содержащий инерционную массу на упругом подвесе,Piezo-optical accelerometer containing inertial mass on an elastic suspension,

упругую пьезооптическую четырехгранную балку, установленную между массой и корпусом , и оптический канал в виде светодиода и пол ризатора, установленных с одной стороны пьезооптической балки, анализатора и фотоприемника , установленных с другой стороны пьезооптической балки, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  чувствительности , он снабжен вторым оптическим каналом, параллельным первому и состо щим из тех жеan elastic piezo-optical tetrahedral beam, installed between the mass and the body, and an optical channel in the form of an LED and polarizer, installed on one side of the piezo-optical beam, analyzer and photodetector, installed on the other side of the piezo-optical beam, characterized in that, in order to increase the sensitivity, it equipped with a second optical channel parallel to the first and consisting of the same

элементов, и в оба канала помещена фазова  пластинка между пол ризатором и анализатором , причем оси оптических каналов симметрично смещены относительно нейтральной продольной оси пьезооптической балки, а упругий подвес инерционной массы выполнен в виде стержн , параллельного оси оптических каналов.elements, and in both channels a phase plate is placed between the polarizer and the analyzer, the axes of the optical channels are symmetrically shifted relative to the neutral longitudinal axis of the piezooptic beam, and the elastic suspension of inertial mass is made in the form of a rod parallel to the axis of the optical channels.

V SV s

// i2 3// i2 3