ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

1. Волоконно-оптический датчик давления, состоящий из оптоэлектронного блока с источником и приемником излучения, мембранного чувствительного элемента и волоконно-оптического преобразователя, оптический торец которого закреплен в корпусе чувствительного элемента и обращен к мембране, а торцы передающего и приемного световодов оптически связаны соответственно с источником и приемником излучения, отличающийся тем, что для уменьшения оптических потерь в зоне измерения волоконно-оптический преобразователь выполнен на основе конвертора диаметра поля моды, который внутри корпуса чувствительного элемента в пространстве «излучающий торец - мембрана» только одним излучающим торцом конвертера формирует состоящую из двух оптических элементов оптическую систему направления и распределения потока излучения, содержащую излучающий торец световода конвертора и образованный им на мембране отражательный торц, причем излучающий торец направляет излучение на мембрану, а отражательный торец распределяет отраженное от мембраны излучение по излучающему торцу, при этом излучающий торец имеет постоянные оптические и геометрические параметры, а отражательный торец - переменные оптические и геометрические параметры, величина которых зависит от расстояния и параметров среды между торцами, при этом функция преобразования датчика определяется зависимостью:
a
где 2r=2+z·tgq, sinq=NA, q - апертурный угол световода;
а
- радиус сердцевины излучающего световода;
r - радиус сердцевины отражающего световода;
z - расстояние между торцами световодов;
x - поперечное смещение осей волоконных световодов;
n - показатель преломления окружающей среды;
1
n - показатель преломления сердцевины отражающего световода;
NA - числовая апертура световодов;
Л - коэффициент отражения мембраны.
2. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что пространство внутри корпуса чувствительного элемента представлено оптической системой (совокупностью оптических элементов), созданной для определенного формирования пучков световых лучей.
3. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что принята эквивалентность системы «торец-мембрана» и системы «торец-торец».
4. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что к системе «торец-торец» применена теория оптических волноводов, распространенная на область измерительных преобразователей, при этом функция преобразования датчика получена на основе этой теории.
5. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что мембрана согласованна с приемником и источником излучения по длине волны излучателя.
6. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что приемо-передающий канал согласован по апертурному углу.
7. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что измерительный тракт имеет практически неограниченную ширину полосы пропускания.
8. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что электрическая схема оптоэлектронного блока выполнена на переменном токе.
9. Датчик по п. 1, отличающийся тем, что измеряет любую промышленную частоту колебаний мембраны или другого физического объекта.
10. Датчик по п. 1, отличающийся малой величиной температурной погрешности.
11. Датчик по п. 1, отличающийся стабильной установкой нуля.