Технологический процесс сборки волоконно-оптического датчика ускорения с модулирующим элементом в виде цилиндрической линзы

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УСКОРЕНИЯ С МОДУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ В ВИДЕ

ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ

Щевелев А.С., аспирант

Пензенский государственный университет

При финансовой поддержке в форме гранта Министерства образования и науки РФ

Разработан технологический процесс сборки волоконно-оптического датчика ускорения

ВОДУ является оптическим прибором, так как его основная функция выполняется с помощью оптической системы - совокупности оптических деталей (оптических волокон, линз, призм и т.д.), отражающих, преломляющих и дифрагирующих поверхностей. Ввиду того, что световой поток “канализируется” по ОВ в зону измерения и обратно, имеет смысл объединить оптическую систему и подводящие и отводящие оптические волокна под одним термином - волоконно-оптический преобразователь.

Волоконно-оптические преобразователи (ВОП) по типу оптического канала (ОК) можно разделить на три больших класса:

- ВОП с открытым оптическим каналом;

- ВОП с закрытым оптическим каналом;

- ВОП без внешнего источника излучения (ИИ) и ПОВ.

Наиболее предпочтительным классом измерительных преобразователей ВОД являются ВОП с открытым оптическим каналом, так как данный класс позволяет изменять определенным образом конструктивные параметры ВОП, для увеличения

чувствительности и линеаризации выходной характеристики.

Одной из главных задач при проектировании ВОД является определение оптимальных параметров оптической системы, обеспечивающих достижение

максимальной чувствительности преобразования оптического сигнала, а так же передачу максимально возможной мощности излучения светового потока в зону преобразования оптического сигнала ВОП. В случае с чувствительным элементом в виде цилиндрической линзы это определение:

- положения подводящего и отводящих оптических волокон относительно линзы;

- параметров оптического волокна;

- диаметра и материала линзы.

Разработанный дифференциальный ВОДУ включает в себя волоконно-оптический преобразователь перемещений (ВОПП), состоящий из цилиндрической линзы 8, закрепленной на упругом элементе 7, выполненном в виде плоской пружины, а также одного подводящего 2 (ПОВ) и двух отводящих оптических волокон 3 (ООВ) (рисунок 1 и

2).

Рисунок 1 - Волоконно-оптический датчик ускорения

с модулирующим элементом в виде цилиндрической линзы

5

1

2

3

4

1

2

3

4

втулка 5 - установочные винты

наконечник ПОВ 6 - оптические волокна

наконечник ООВ 7 - упругий элемент

основание 8 - цилиндрическая линза

9 - крышка

Рисунок 2 - 3D модель дифференциального ВОДУ без крышки

Рассмотрим основные этапы процесса сборки данного датчика (см. рисунки 2, 3, 4):

1) Втулка 1 с ВОК временно неподвижно устанавливается в отверстие корпуса ВОДУ (см. рисунок 1).

2) Конец ПОВ и концы ООВ закрепляют неподвижно в металлических наконечниках 2 и 3, соответственно и заливают герметиком (рисунок 3). Оптические волокна должны выступать за детали 2 и 3 (до полировки) на 5 мм.

Рисунок 3 - Процесс изготовления преобразователя для ВОДУ с модулирующим элементом в виде цилиндрической линзы: а - наконечник для ПОВ; б - наконечник для ООВ

3) Жгуты волоконно-оптического кабеля (ВОК) укладываются в полость, размещенную радиально в корпусе датчика. Поверхность оптического волокна должна быть ровной и гладкой на ощупь. Не допускаются внутренние микротрещины, повреждения внешней оболочки. Для исключения поломов оптических волокон радиус скругления ВОК определяется выражением (1).

R = -п

Г

dn

V

tgQ

Для обеспечения точной сборки целесообразно, чтобы допуск на размер R был

l

положительным.

4) Наконечники с ПОВ и ООВ размещаются в отверстиях по обе стороны от центра корпуса датчика. Крепление наконечников осуществляется с помощью установочных винтов 5 (см. рисунок 2) .

5) Цилиндрическая линза фиксируется на упругом элементе (пружина) посредством двух металлических колец таким образом, чтобы не создавать препятствие световому потоку (рисунок 4).

Рисунок 4 - Сборочный чертеж блока модуляции

Кольца закрепляются на пружине точечной сваркой в месте соприкосновения друг с другом.

6) Установка упругого элемента производится с помощью установочного винта.

7) На корпус ВОДУ устанавливается крышка и сваривается с корпусом аргонодуговой сваркой, обеспечивающей герметичность датчика.

Заключение. Предложенное новое конструктивно-технологическое исполнение дифференциального датчика ускорения, основанного на волоконно-оптическом преобразователе перемещений, сохраняет работоспособность в жестких условиях ракетнокосмической техники и не требует сложных технологических и измерительных операций в процессе изготовления, сборки и настройки датчика что, соответственно, не ведет к лишним материальным затратам.

Литература

1 Бадеева Е.А., Гориш А.В., Котов А.Н., Мурашкина Т.И., Пивкин А.Г. Теоретические основы проектирования амплитудных волоконно-оптических датчиков давления с открытым оптическим каналом: Монография. - М.: МГУЛ, 2004. -246 с.

2 Серебряков Д.И., Кривулин Н.П. Моделирование распределения светового потока в оптической системе волоконно-оптического сигнализатора уровня жидкости: Монография. - Пенза.: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007.

3 Зуев, В. Д. Методика определения конструктивных параметров волоконнооптического преобразователя с управляющим элементом в виде шаровой линзы / В. Д. Зуев, Н. П. Кривулин, В. С. Волков, Т. И. Мурашкина // Авиакосмическое приборостроение. - 2008. - № 10. - С. 27-29.

4 Мурашкина Т. И. Теория, расчет и проектирование волоконно-оптических измерительных приборов и систем / Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. - 133 с.

Сведения об авторах

Щевелев Антон Сергеевич - аспирант кафедры Приборостроения Пензенского государственного университета г.Пенза, ул.Красная, 40, тел.(8412) 36-84-59,

persivald87@rambler.ru