SU1670411A1 - Волоконно-оптический преобразователь перемещений - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к измерительной технике. Целью изобретени   вл етс  увеличение точности и диапазона измерени  за счет улучшени  линейности характеристики. Преобразователь содержит источник 8 излучени , первый приемник 4 излучени  и волоконно-оптический коллектор 1, перва  группа волокон которого оптически сопр жена с источником 8 излучени , а втора  - с первым приемником 4 излучени . Цель достигаетс  введением источника 7 опорного напр жени , дифференциального усилител  6, управл емого источника 9 питани , второго приемника 10 излучени . Световой поток, поступающий от контролируемой поверхности 13 на первый приемник 4 излучени , сталибизирован, а информаци  о перемещении заключена в изменении светового потока источника 8 излучени  и контролируетс  с помощью второго приемника 10. В результате характеристика преобразовани  мен етс  на обратную. При использовании световозвращающей поверхности значительно снижаетс  вли ние угловых колебаний. 1 з.п.ф-лы, 3 ил.

Description

1

(21)4755843/28

(22)04.11.89

(46) 15с08.91. Бил,, V 30

(71)Куйбышевский авиационный инст, т-т им, акад., Королева

(72)М,,А« Федоров, С„П0 Мерзл ков, АоВ„ Данилов и СоБ„ Днепровский

(53)531,7(088,8)

(56)Авторское свидетельство СССР № 1223030, кл. G 01 В 11/02, 1983.

(54)ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ПЕРЕМЕЩЕНИЙ

(57)Изобретение относитс  к измерительной техникес Целью изобретени   вл етс  увеличение точности и диапазона измерени  за счет улучшени  линейности характеристики. Преобразователь содержит источник 8 излучени , первый приемник 4 излучени  и волоконно-оптический коллектор 1, перва  ,

группа волокон которого оптически сопр жена с источником 8 излучени , а . втора  - с первым приемником 4 излучени . Цель достигаетс  введением источника 7 опорного напр жени , дифференциального усилител  6, управл емого источника 9 питани , второго приемника 10 излучени „ Световой поток, поступающий от контролируемой поверхности 13 на первый приемник 4 излучени , стабилизирован, а информаци  о перемещении заключена и изменении светового потока источника 8 излучени  и контролируетс  с помощью второго приемника 10. В результате характеристика преобразовани  мен етс  на обратнуюо При использовании световоэ- вра дающей поверхности значительно снижаетс  вли ние угловых колебаний. 1 ЗоПс ф-лы, 3 ил0 f

(Л

сг

vl

фиг Л

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в измерительно-информационных и управл ющих комплексах дл  измере- ни  различных физических величин„

Целью изобретени   вл етс  увеличение точности и диапазона измер емых перемещений путем улучшени  линености характеристики преобразова- тел  с

На фигс 1 представлена функциональна  схема преобразовател ; на фиг, 2 - характеристики преобразовател ; на фиге 3 - зависимости ха- рактеристики преобразовател  от угла наклона контролируемой поверхности,,

Преобразователь содержит волоконно-оптический коллектор 1 (ВОК), содержащий первую 2 и вторую 3 группы оптических волокон, первый приемник 4 излучени , первый усилитель 5, дифференциальный усилитель 6, источник 7 опорного напр жени , источник 8 излучени , управл емый источник 9 питани , второй приемник 10 излучени , второй усилитель 11 и регистрат 12,. Преобразователь контролирует перемещение световозвращающей поверхности 1 3 объекта (или световозвращаю- щего элемента на нем)„

Перва  группа волокон 2 ВОК 1 оптически сопр жена с источником 8 излучени , а втора  группа 3-е первы приемником 4 излучени 

Первый приемник 4 излучени  подключен к входу первого усилител  5, выход которого подключен к первому входу дифференциального усилител  6„ К.второму его входу подключен выход источника 7 опорного напр жени , а выход дифференциального усилител  6 подключен к входу управл емого источника 9 питани  При этом выход управл емого источника 9 питани  подключе к источшжу 8 излучени , оптически сопр женному с вторым приемником 10 излучени , подключенным к входу второго усилител  11j выход которого свзан с регистратором 12,

Волоконно-оптический преобразователь перемещений работает следующим образом

Часть светового потока от источника 8 излучени , пройд  через первую группу 2 оптических волокон ВОК 1, направл етс  на световозврацающую поверхность 13С При этом вследствие неидеальности последней часть отражен

о

0 5

5

0

5

ного от поверхности 13 светового потока через вторую группу 3 оптических волокон, поступает на первый приемник 4 излучени о Полученный сигнал поступает на вход первого усилител  5 и после усилени  - на первый вход дифференциального усилител  6 (U) На второй его вход поступает опорное напр жение Е „ Дифференциальный усилитель 6 вырабатывает сигнал рассогласовани , поступающий на вход управл емого источника 9 питани  В результате происходит изменение светового потока источника 8 излучени , которое восстанавливает равенство напр жений U, и Е

1 О

Таким образом, указанна  часть схемы стабилизирует световой поток, поступающий на первый приемник 4 излуче- нч „

При малой величине опорного напр жени  становитс  заметным вли ние шумов и дрейфа первого приемника 4 излучени  и усилител  5, а при увеличении Е вследствие ограниченных энергетических возможностей источника 8 излучени  сужаетс  диапазон измерени , поэтому оптимальна  величина опорного нгпр жени  Е0 определ етс  требуемыми точностью и диапазоном измерени 

В данном случае.информаци  о пере- мащекни поверхности 13 заключена в из- мгиении светового потока источника 8 излучени  о Величина указанного светового потока контролируетс  при помощи второго приемника 10 излучени , сигнал с которого поступает на вход второго усилител  11. Сигнал с выхода второго усилител  11 используетс  в качестве выходного сигнала преобразовател  и фиксируетс  регистратором 12„

В преобразователе полностью исключаетс  вли ние нелинейности и температурной нестабильности источника 8 излучени  При этом полна  погрешность в основном определ етс  температурной нестабильностью приемников излучени  и пропорциональна величине поступающего на них светового потока В св зи с этим, поскольку преобразователь имеет нарастающую характеристику, его относительна  погрешность посто нна во всем диапазоне измерени .

На фигg 2 приведены характеристики 14 известного и характеристики 15 и 16 предлагаемого преобразовател  с использованием одинаковых ВОК. Характеристика 15 соответствует зеркаль5167

ной, а характеристика 16 - снетовоз- вращаюцен контролируемой поверхностно

Сравнива  характеристики 14 и 15, можно сделать вывод, что преобразо- ватель имеет большой диапазон измерени  и линейность рабочего участка,, Характеристика 16 показывает преимущества использовани  световозвращающе поверхности, в частности дополнитель- ное расширение диапазона измерени  и улучшение линейности характеристики0

Преобразователь характеризуетс  высокой температурной стабильностью и, следовательно, точностью Действи- тельно, напр жение на выходе первого усилител  5 определ етс  выражением

U1- ФИКИ(Т)Ј(Н) К, S,nK,n (Т), (1) где Фw - световой поток источника изИ

лучени ;

30

KU(T) - температурный коэффициент

источника излучени ;

f(H) - зависимость светового пото- -,- ка, поступающего на первый приемник излучени , от рас- сто ни  Н до контролируемой поверхности при посто нном потоке светового излучени ; К, - коэффициент пропорциональности;

S. - чувствительность первого приемника излучени ;

(Т)- температурный коэффициент

чувствительности первого 35 приемника

Выходное напр жение

U2 ФИКИ(Т) K2S2nK20(T), (2) 4Q

де К „ - коэффициент пропорциональности;

S2(j- чувствительность второго приемника излучени ;45 К-П(Т) - температурный коэффициент

чувствительности второго приемника .

Из выражений (1) и (2) с учетом ого, что и ЕО, следует5Q

E0KzS2n К гп (Т) f(H)4K,S,flK,0(T)

Дл  случа  пары приемников излучеи  с идентичными температурными харакеристиками и чувствительностью

и

(3)

U, - К E0/f(H),

(.

, й JQ

$

20

30

-,-

35

4Q

45

5Q

к

где К - коэффициент пропорциональности ,.

Коэффициенты пропорциональности К, Ку и К, вход щие в выражени  (1) - (4), характеризуют потерн светового потока в оптических сопр жени х и при отражении от контролируемой поверхности

Таким образом, можно сделать вывод, что выходной сигнал преобразовател  мало зависит от температуры окружающей среды0

На фнг„ 3 показаны зависимости выходного напр жени , разработанного ВОЛП, от угла наклона зеркальной характеристики 17 и световозвращающей характеристики 18 контролируемой поверхности 13 при фиксированном рассто нии Н. Анализ приведенных характеристики позвол ет сделать вывод о значительном снижении погреишости, вызываемой угловыми колебани ми, в случае использовани  световозвращающей поверхностно

Диапазон измерени  преобразователей ограничен в основном мощностью источника излучени  и может быть значительно расширен в результате использовани  мощного источника излучени  или группы маломощных источников.

Claims (2)

1. Формула изобретени 

   1 о Волоконно-оптический преобразователь перемещений, содержащий источник излучени , первый приемник излучени , регистратор и волоконно-оптический коллектор, перва  группа волокон которого оптически сопр жена с источником излучени , а втора  - с приемником излучени , отличаю- щ и н с   тем, что, с целью увеличени  точности и диапазона измер емых перемещений, он снабжен источником опорного напр жени , дифференциальным усилителем, управл емым источником питани  и вторым приемником излучени , выход первого приемника излучени  подключен к первому входу дифференциального усилител , к второму входу которого подключен выход источ ника опорного напр жени , а выход дифференциального усилител  подключен к входу управл емого источника питани , выход которого подключен к источнику излучени , оптически сопр женному с вторым приемником излучени , подключенным к входу регистратора .
2. 2. Преобразователь перемещений по п„ 1, отличающийс  тем, что он снабжен световозвращающим

   U бы.

   О

   элементом, закрепл емым на контролируемом объекте.

   Н.пм

   И«ЫХ

   /8

   iт

   ц OL, град

   Фид.З