32 / 82
Впоследние годыстала заметной тен
денция развития и совершенствования
волоконно оптических датчиков. Они
конкурентоспособныв тех случаях, ког
да определяющими являются малые
размеры, массаивозможность работыв
условиях воздействия электромагнит
ных полей, а также в агрессивных и
взрывоопасных средах.
Основным элементом волоконно
оптических датчиков ускорений яв
ляется волоконно оптический пре
образователь угловых перемещений
(ВОПУП), преобразующий изменение
угла наклона отражающей поверхнос
ти в изменение интенсивности свето
вого потока в зоне измерений. Для сни
жения погрешностей ВОПУП необхо
димо реализовать дифференциальную
схему преобразования оптического
сигнала в зоне восприятия ускорения.
Для этого предложен новый диффе
ренциальный ВОПУП, устройство ко
торого показано на рисунке 1.
ЭЛЕМЕНТЫ И КОМПОНЕНТЫ
32
WWW.SOEL.RUСОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА
◆
№ 8 2010
Дифференциальный волоконно оптический
преобразователь угловых перемещений
Елена Бадеева, Антон Щевелев, Ольга Юрова (Пенза),
Юрий Макаров, Анатолий Гориш (Москва)
Предложен дифференциальный волоконно оптический преобразователь
угловых перемещений, принцип действия которого основан
на отражении светового потока от зеркальной поверхности упругого
элемента. Выведена функция преобразования оптической системы,
на основе которой определяются конструктивно технологические
параметры преобразователя.
Чувствительным элементом преоб
разователя (см. рис. 1), воспринимаю
щим внешнее воздействие, является
инерционная масса (ИМ) в виде метал
лического цилиндра. Последний за
креплён на свободном конце упругого
подвеса (УП), который выполнен в
виде тонкой зеркальной металличес
кой пластиныиз стали 36НХТЮ. С двух
сторон УП расположены оптические
волокна первого и второго измери
тельных каналов, причём подводящие
оптические волокна (ПОВ1) первого
измерительного канала расположены
на одной оси с отводящими оптичес
кими волокнами (ООВ2) второго из
мерительного канала и, наоборот,
ПОВ2 второго измерительного канала
расположены на одной оси с ООВ1
первого измерительного канала.
Оптическая схема ВОПУПнастроена
так, что в отсутствие ускорения объек
та световое излучение, выходящее из
торцов ПОВ1 и ПОВ2, после отраже
ния от зеркальных поверхностей УП
равномерно распределяется между
торцами ООВ1 и ООВ2. Появление
ускорения, вектор которого (или его
составляющая) перпендикуляренплос
кости упругой пластины, приводит к
смещениюинерционной массы и, тем
самым, к изменению потока излуче
ния, попадающего в приёмные торцы
ООВ1 и ООВ2.
При разработке ВОПУП необходи
мо определить условия, при которых
обеспечивается дифференциальное
преобразование оптических сигналов.
Для этого определена функция преоб
разования каждого измерительного
канала ВОПУП в соответствии с гео
метрическими построениями, приве
дёнными на рисунке 1.
В отсутствие влияния ускорения лу
чи света от ПОВ1 и ПОВ2 проходят в
прямом направлении путь
х
0
до отра
жателя и путь
х
0
в обратном направле
нии ООВ1 и ООВ2 под апертурным
углом
Θ
NA
к оптической оси волокна.
При этом в плоскости приёмных тор
цов ООВ1 и ООВ2 наблюдается осве
щённая кольцевая зона шириной
h
=
=
r
C
, где
r
C
– радиус сердцевины опти
ческого волокна.
Изменение формы светового пятна
и, соответственно, светового потока в
ВОПУП, когда освещённая площадка
ПОВ1
Θ
NA
Θ
NA
y
2
r
C
D
Φ
0
f
2
h
2
l
x
0
x
0
a
ИМ
Φ
1
(
α)
α
Φ
0
Φ
2
(
α)
ООВ1
ООВ2
ПОВ2
OOB
rc
h =
2
rc
rc
rэ = rc
S
1
S
2
S
OTP
R
ВНЕШ
R
ЭВНУТ
=
R
ВНЕШCOS
α
– 2
rc
R
ЭВНЕШ
=
R
ВНЕШCOS
α
D
A
C
O
B
OOB
S
2
S
1
b
/2
O’
1’
к
1’
к
Z
Рис. 1. Расчётная схема волоконно оптического преобразователя угловых перемещений
© СТА-ПРЕСС