SU794548A1 - Piezooptic accelerometer - Google Patents

Description

(54) ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР(54) PIEZOOPTIC ACCELEROMETER

1one

Изобретение относитс  к измерению параметров движени , в частности .к акселерометрам.The invention relates to the measurement of motion parameters, in particular, to accelerometers.

Известны акселерометры, в основу работы которых положен принцип изменени  частоты лазерного излучени  при изменении оптической длины резонатора лазера под действием инерционных сил flj , 2J и ЗД . . Accelerometers are known, which are based on the principle of varying the frequency of laser radiation with a change in the optical length of a laser resonator under the action of inertial forces flj, 2J and ZD. .

Недостатком их  вл етс  нестабиль ность частоты генерации при изменении условий окружающей среды. Дл  уменьшени  вли ни  внешних факторов на точность таких акселерометров примен ют специальные системы стабилизации параметров и оптического квантового генератора: периметра, мощности и т.д. .(Однако такие скстемл сложны, дорогосто щи и не могут полностью компенсировать вли ни  возмущающих факторов.Their disadvantage is the instability of the generation frequency when environmental conditions change. To reduce the influence of external factors on the accuracy of such accelerometers, special systems for stabilizing parameters and an optical quantum generator are used: perimeter, power, etc. (However, such scalstems are complex, expensive, and cannot fully compensate for the effects of perturbing factors.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутым результатам  вл етс  устройство, содержащее распложенные последовательно источник излучени , пол ризатор, чувств ельный элемент (ЧЭ), выполненный из фотоупругого кристсшлического материала , нагруженный эталонной массой, .анализатор и приемник излучени  f4j . The closest in technical essence and the achieved results is a device containing a sequentially distributed radiation source, a polarizer, a sensing element (SE) made of photoelastic crystalline material, loaded with a reference mass, an analyzer and a radiation detector f4j.

Недостатком устройства  вл етс  изменение взаимной ориентации пол ризатора , анализатора и ЧЭ при работе в услови х вибраций, что вносит дполнительные погрешности при измерении .The disadvantage of the device is a change in the mutual orientation of the polarizer, analyzer and the critical element when operating in the conditions of vibrations, which introduces additional errors in the measurement.

Цель изобретени  - повышение точности измерени .The purpose of the invention is to improve the measurement accuracy.

Дл  этого в предлагаемом акселерометре пол ризатор, чувствительный элемент и анализатор выполнены в виде пр моугольного параллелепипеда, представл ющего собой сборку трех призм из кристаллического одноосного фотоупругого материала, оптическа  ось которого ориентирована перпендикул рно к направлению распространени  света, разделенных изотропными промежутками, причем средн   призма выполнена в виде параллелепипеда, противоположные сопр гаемые грани которого скошены под углом во взаимно перпендикул рных направлени х.For this, in the proposed accelerometer, the polarizer, the sensing element and the analyzer are made in the form of a rectangular parallelepiped, which is an assembly of three prisms from a crystalline uniaxial photoelastic material, the optical axis of which is oriented perpendicular to the direction of light propagation, separated by isotropic gaps, and the middle prism is in the form of a parallelepiped, the opposite adjoining faces of which are beveled at an angle in mutually perpendicular directions.

На чертеже представлена упрощенна  конструктивна  схема устройства.The drawing shows a simplified structural diagram of the device.

Claims (1)

Устройство содар еит призму 1, установленную на пути излучени  от источника света 2, фотоприемник 3 и инерцирнную массу 4. Призма 1 выполнена из. кристалли .ческого одноосного двулучепреломл ю щего материала, обладающего большим коэффициентом фотоупругости в виде сборки из трех призм 5, 6 и 7. Между призмами 5-7 вне световой зоны дл  создани  изотропных промежутков вклеены уголки 9 из металлической фольги. Воздушные зазоры по периметр залиты компаундом 10, угол при вериаи не призм «L определ етс  по формуле /П , , -.anct5j- -- , где Пр и п - показатели прелсичлени одноосного кристалла дл  необыкновенного и обыкновенного лучей с ответственно; п - показатель преломлени изотропного промежутка . Пол ризатором излучени   вл етс  призма 5, промежуток 8 и лева  часть призмы б, средн   часть которой нагружена инерционной массой 4 и  вл ет с  чувствительным элементом. Права  часть призмы 6, изотропный промежуток и призма 7 образуют анализатор излучени . Работа пьезооптического акселеро метра происходит следующим образом. Луч света от источника излучени  2 попадает на пол ризатор (призма 5 изотропный промежуток 8, лева  часть призмы 6). Далее пол ризованное излучение попадает на чувствительный элемент (средн   часть призмы 6), нагруженный инерционной массой 4. При отсутствии ускорени  излучение пройдет через чувствительный элемент без изменени  плоскости пол ризации и поступит на анализатор (права  часть призмы б, изотропный промежуток , призма 7). Так как пол ризатор и анализатор скрещены, то последний не пропустит светового потока на чувствительную площадку фотоприёмника 3. При наличии ускорени  а в чувс вительном элементе (средн   часть пр мы 6) по в тс  механические напр же ни , в результате которых возникнет разность фаз Г дл  обыкновенного и необыкновенного лучей, закон измене ни  которой имеет вид (p,, где Рл  и 5|« упругооптические конта ты кристалла; а - ускорение; к - коэффициент, учитйвающий св зь между ускоре нием и деформаци ми ЧЭ Наличие разности фаз дл  обыкновенного и необыкновенного лучей приводит к повороту плоскости пол ризации излучени  на выходе ЧЭ, Угол поворота плоскости пол ризации излучени  пропорционален ускорению а. Прошедшее через ЧЭ излучение поступает на анализатор, который пропускает часть светового потока в зависимости от угла поворота плоскости пол ризации излучени  на фотоприемник 3. Таким образом выходной сигнал с фотоприемника несет в себе информацию о величине линейного ускорени . Пол ризатор, ЧЭ и анализатор могут быть выполнены из кристаллического одноосного двулучепреломл ющего материала, облащакнцего значительным коэффициентом фотоупругости, например из ниобата лити  (LiNbO2), что обеспечивает хорошую чувствительность акселерометра. Изотропные промежутки могут быть выполнены в виде клеевых соединений призм. Конструкци  устройства позвол ет повысить точность и надежность измерейи  ускорений за счет повышени  его устойчивости к внешним воздействи м , уменьшить габариты и вес. Вследствие уменьшени  числа рабочих граней возрастает чувствительность устройства . Формула изобретени  Пьезооптический акселерометр, содержащий расположенные последовательно источник излучени , пол ризатор, чувствительный элемент, выполненный из фотоупругого кристаллического материала, и нагруженный эталонной массой, анализатор и приемник излучени , отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности измерений, пол ризатор, чувствительный элемент и анализатор выполнены в виде пр моугольного параллелепипеда, представл ющего собой сборку трех призм из кристаллического одноосного фотоупругого материала, оптическа  ось которого ориентирована перпендикул рно к направле|иик) распространени  света, разделенных изотропными промежутками, причем средн   призма в виде параллелепипеда , противоположные сопр гаемые грани которого скошены под угле во взаимно ортогонгшьных направлени х. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1. Патент США № 3800594, кл. G 01 р 15/08, 02.04.74. 2,.Патент США № 4048859, кл. G 01 р 15/08, 20.09.77. 3.Патент ФРГ №1673413, кл.42017, 28.05.74. 4.Авторское свидетельство СССР 430323, кл. G 01 р 15/08, 14.01.72 (прототип).The device contains a prism 1 installed in the path of the radiation from the light source 2, the photodetector 3 and the inertial mass 4. The prism 1 is made of. crystalline uniaxial birefringent material with a high coefficient of photoelasticity in the form of an assembly of three prisms 5, 6 and 7. Between the prisms 5-7 outside the light zone to create isotropic gaps are glued corners 9 of metal foil. The air gaps around the perimeter are filled with compound 10, the angle when not prisms are not L is determined by the formula / P,, -.anct5j- - where Pr and n are the values of the uniaxial crystal for the extraordinary and ordinary rays with responsible; n is the refractive index of the isotropic gap. The radiation polarizer is a prism 5, a gap 8 and the left part of the prism b, the middle part of which is loaded with inertial mass 4 and is with a sensitive element. The right part of the prism 6, the isotropic gap and the prism 7 form a radiation analyzer. The operation of the piezo-optical accelerometer is as follows. The light beam from the radiation source 2 hits the polarizer (prism 5 isotropic gap 8, left part of prism 6). Then, the polarized radiation hits the sensitive element (middle part of the prism 6) loaded with inertial mass 4. In the absence of acceleration, the radiation passes through the sensitive element without changing the polarization plane and goes to the analyzer (right part of the prism b, isotropic gap, prism 7). Since the polarizer and the analyzer are crossed, the latter will not let the luminous flux to the sensitive area of the photoreceiver 3. In the presence of acceleration, the sensitive element (middle part of band 6) has mechanical stresses in which the difference of the phases G for ordinary and extraordinary rays, the law of change of which has the form (p, where Rl and 5 | are the elastic-optical contacts of the crystal; a is the acceleration; and k is the coefficient taking into account the connection between acceleration and deformations of the sensitive element. Existence of a phase difference for an ordinary and n An ordinary beam causes the polarization plane of the radiation at the exit of the sensitive element. The angle of rotation of the polarization plane of the radiation is proportional to the acceleration A. The radiation passing through the sensitive element enters the analyzer, which passes part of the luminous flux depending on the angle of rotation of the polarization plane of the radiation to the photodetector 3. In this way, the output signal from the photodetector carries information about the magnitude of the linear acceleration. The polarizer, the sensitive element and the analyzer can be made of crystalline uniaxial two-beam l-material, oblaschakntsego significant coefficient of photoelasticity, e.g., lithium niobate (LiNbO2), that provides a good sensitivity of the accelerometer. Isotropic gaps can be made in the form of adhesive joints prisms. The design of the device allows to increase the accuracy and reliability of measurements of accelerations by increasing its resistance to external influences, reducing its size and weight. Due to the decrease in the number of working faces, the sensitivity of the device increases. Claims of the invention A piezo-optical accelerometer comprising a sequential radiation source, a polarizer, a sensitive element made of a photoelastic crystalline material and loaded with a reference mass, an analyzer and a radiation receiver, characterized in that, in order to improve the measurement accuracy, the polarizer, the sensitive element and The analyzer is made in the form of a rectangular parallelepiped, which is an assembly of three prisms from a crystalline uniaxial photoelastic material, an optical and the axis of which is oriented perpendicularly to the direction of propagation of light, separated by isotropic gaps, the middle prism in the form of a parallelepiped, opposite opposite edges of which are beveled at an angle in mutually orthogonal directions. Sources of information taken into account in the examination 1. US Patent No. 3800594, cl. G 01 p 15/08, 02.04.74. 2, US Patent No. 4048859, cl. G 01 p 15/08, 09/20/77. 3. The patent of Germany No. 1673413, cl.42017, 28.05.74. 4. Author's certificate of the USSR 430323, cl. G 01 p 15/08, 14.01.72 (prototype). ffamuvecKM ocAffamuvecKM ocA Оптическа  осьOptical axis