ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКАЯ ИНФОРМАЦИОННО-ИЗМЕРИТЕЛЬНАЯ СИСТЕМА ПЕРЕМЕЩЕНИЯ

Полезная модель относится к информационно-измерительной технике, в частности, к системам измерения перемещения объектов и может быть использовано в различных отраслях промышленности.
Известен преобразователь перемещения, содержащий конденсатор с двумя обкладками, одна из которых подвижная, а другая неподвижная и при перемещении подвижной обкладки изменяется величина воздушного зазора 8 и пропорционально ей изменяется емкостное сопротивление.
(Книга: Шишмарев В.Ю. Средства измерений. - М.: ИЦ Академия, 2009. - 320 с).
Недостатком известного преобразователя перемещения является громоздкость конструкции.
В качестве прототипа выбрана измерительная система контроля перемещения (Книга: Раннев Г.Г., Тарасенко А.П. Методы и средства измерений. - М.: ИЦ Академия, 2008. - 336 с), содержащая первичный емкостный преобразователь с неподвижной и подвижной обкладками, подключенный к измерительному блоку.
Недостатком прототипа является низкая точность и быстродействие и ограниченные функциональные возможности.
Задачей, на решение которой направлена предлагаемая волоконно-оптическая информационно-измерительная система, является повышение точности, быстродействия и расширение функциональных возможностей.
Эта задача решается тем, что в волоконно-оптической информационно- измерительной системе перемещения, содержащей первичный емкостный преобразователь с неподвижной и подвижной обкладками, подключенный к измерительному блоку, в отличие от прототипа, измерительный блок содержит оптическую цепочку с источником оптического излучения, поляризатором, электродами ячейки Поккельса с электрооптическим кристаллом между ними, анализатором и фотодиодом, соединенным с первым входом микроконтроллера, содержащего микропроцессор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь (не показаны), выход микроконтроллера соединен с жидкокристаллическим индикатором, а второй вход микроконтроллера электрически соединен с клавиатурой управления.
На рисунке приведена функциональная схема волоконно-оптической информационно-измерительной системы перемещения. Она включает в себя неподвижную 1 и подвижную 2 обкладки конденсатора, образующие емкостный преобразователь. Зазор между обкладками конденсатора обозначен как δ. Подвижная обкладка крепится к опоре посредством пружинок 3 и 4.
Измерительный блок содержит оптическую цепочку с источником оптического излучения в виде лазерного диода 5; поляризатор 6; электроды ячейки Поккельса 7, в зазоре между которыми размещен электрооптический кристалл 8. При этом подвижная обкладка емкостного преобразователя электрически соединена с одним из электродов ячейки Поккельса. Другой электрод ячейки Поккельса подключен к земле. Питаемое напряжение U подводится к неподвижной обкладке емкостного преобразователя. Последовательно с выходом ячейки Поккельса оптически соединены анализатор 9 и фотодиод 10. Выход фотодиода соединен с первым входом микроконтроллера 11, содержащего микропроцессор, усилитель, аналого-цифровой преобразователь (не показаны). Выход микроконтроллера соединен жидкокристаллическим индикатором 13, а второй вход микроконтроллера 11 соединен с клавиатурой управления 12.
Заявляемая система работает следующим образом. Электроды 1, 2 и 7, которые последовательно соединены, образуют электрическую цепочку емкостных сопротивлений емкостного преобразователя и электрооптической ячейки Поккельса. При изменении величины воздушного зазора 8 между обкладками изменяется величина емкостного сопротивления , где ω - угловая частота; є - диэлектрическая проницаемость среды между обкладками; s - площадь поверхности обкладки.
Это приводит к перераспределению падений напряжений на обкладках емкостного преобразователя и ячейки Поккельса, и следовательно к изменению напряжения, подавляемого на электроды ячейки Поккельса.
Рассмотрим подробнее работу оптической части системы. Излучаемый лазерным диодом 5 оптическое излучение проходит через поляризатор 6 с круговой поляризацией и попадает на электрооптический кристалл 8 в пространстве между электродами ячейки Поккельса 7. При этом состояние поляризации оптического излучения изменяется, что приводит к модуляции интенсивностей ортогонально поляризованных пучков на выходе анализатора 9. Эти пучки фокусируются электрооптическим кристаллом и поступают на фотодиоды. Выходной электрической сигнал фотодиода поступает на первый вход микроконтроллера, где усиливается усилителем и преобразуется с помощью аналого-цифрового преобразователя в цифровой код, который поступает в микропроцессор микроконтроллера (не показаны) 11, и обрабатывается по определенным алгоритмам. Последние позволяют осуществлять коррекцию сигналов так, чтобы минимизировать возможные погрешности измерений.
Результаты измерений пропорциональны напряжению, подаваемому на электроды ячейки Поккельса, являются функцией перемещения. Они отображаются в цифровом виде жидкокристаллическим индикатором 13. Управляемая клавиатура 12 позволяет управлять режимами работы. Хранящаяся в микроконтроллере 11 информация может быть записана на подвижный носитель информации, которой может быть подключен к микроконтроллеру.
Таким образом, в волоконно-оптическом преобразователе реализован метод измерения перемещения, основанный на регистрации изменения состояния поляризации света при прохождение через находящийся в измеряемом электрическом поле электрооптический кристалл. Предлагаемая система позволяет минимизировать возможные погрешности от различных факторов с помощью микропроцессора, входящего в состав микроконтроллера 11. Это увеличивает точность системы.
С помощью управляющей клавиатуры 12 можно менять режимы работы системы, осуществлять отображение данных измерений в разные моменты времени, записывать информацию на подвижный носитель и осуществлять другие функции.