ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК УСКОРЕНИЯ

Полезная модель относится к области приборостроения и может быть использована при создании датчиков линейных и вибрационных ускорений.
Известен волоконно-оптический чувствительный элемент для измерительных преобразователей физических величин (патент на изобретение №2164339, опубл. 20.03.2001, МПК G01D5/26) содержащий упругий элемент, образованный консольно закрепленными волоконными световодами, инерционную массу, закрепленную на световодах, образующих упругий элемент, по крайней мере одну оптически сопряженную пару из передающего и приемного волоконных световодов, один из которых входит в состав упругого элемента. Второй световод оптически сопряженной пары также может входить в состав упругого элемента. Световоды упругого элемента могут представлять собой плоскую или объемную фигуру.
Недостатками данного технического решения являются:
- низкая точность, обусловленная сложностью юстировки оптической системы, а также невозможностью полного ввода излучения в отводящее оптическое волокно, ввиду наличия апертуры в оптических волокнах;
- низкая надежность, ввиду использования оптического волокна в качестве чувствительного упругого элемента, что приведет к неминуемому выходу преобразователя из строя.
Наиболее близким к предлагаемой полезной модели является -оптический чувствительный элемент для измерительных преобразователей физических величин (патент на изобретение №2127869, опубл. 20.03.1999, МПК G01D5/26), содержащий неподвижное основание, передающий и приемный волоконные световоды, торцы которых расположены один напротив другого, подвижную инерционную массу, при этом один из световодов закреплен на основании, а другой световод скреплен с инерционной массой, и отличается тем, что в нем неподвижное основание и подвижная инерционная масса выполнена из одной профилированной монолитной пластины, причем инерционная масса содержит не менее двух балок, каждая из которых отделена от неподвижного основания сквозными отверстиями и имеет канавку, проходящую вдоль балки и содержащую закрепленный в ней приемный подвижный световод, передающий волоконный световод закреплен на неподвижном основании и расположен в канавке, вырезанной в неподвижном основании соосно с канавкой балки, при этом на каждой из балок вблизи ее основания и перпендикулярно к ее продольной оси выполнены прорези различной глубины.
Недостатками указанного технического решения являются:
- низкая точность, обусловленная сложностью юстировки излучающих торцов подводящих оптических волокон соосно приемным торцам отводящих оптических волокон;
- низкая надежность, вызванная воздействием чувствительного упругого элемента на оптическое волокно, что приводит к выходу преобразователя из строя.
Технический результат полезной модели заключается в повышении точности и надежности датчика.
Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический датчик ускорения, содержит два подводящих и два отводящих оптические волокна, расположенные параллельно друг другу, причем излучающие торцы подводящих оптических волокон расположены соосно приемным торцам отводящих оптических волокон, упругий элемент с закрепленной на его свободном конце инерционной массой, расположенной между подводящими и отводящими оптическими волокнами около приемных торцов первого и второго отводящих оптических волокон и отличается тем, что в конструкцию введены цилиндрические втулки для крепления оптических волокон и основание, состоящее из двух частей: основания оптических волокон, имеющего продольное сквозное отверстие, размером, равным внешнему диаметру цилиндрических втулок, для их крепления и поперечный паз для размещения инерционной массы, и L-образного основания, на вертикальной грани которого закреплен упругий элемент, а само L-образное основание закреплено на выступе основания оптических волокон, причем излучающие торцы подводящих оптических волокон расположены относительно приемных торцов отводящих оптических волокон на расстояниях, равных фокусным расстояниям микролинз, сформированных на излучающих торцах подводящих оптических волокон, причем оптические волокна закреплены в цилиндрических втулках, которые, в свою очередь, закреплены в основании оптических волокон после юстировки, причем инерционная масса в начальном положении перекрывает торцы отводящих оптических волокон наполовину. Сущность полезной модели поясняется фигурами:
- на фиг. 1 приведен осевой разрез датчика с основными обозначениями.
- на фиг. 2 и фиг. 3 показано расположение основных элементов друг относительно друга.
Волоконно-оптический датчик ускорения, содержит два подводящих (ПОВ) (1; 2) и два отводящих (ООВ) (3; 4) оптические волокна, расположенные параллельно друг другу. Излучающие торцы ПОВ (1; 2) расположены соосно приемным торцам ООВ (3; 4). Датчик содержит упругий элемент (5) с закрепленной на его свободном конце инерционной массой (6), расположенной между ПОВ (1; 2) и ООВ (3; 4). Датчик ускорения отличается тем, что в конструкцию введены цилиндрические втулки (7; 8) для крепления оптических волокон и основание. Основание состоит из двух частей: основания оптических волокон (9) и L-образного основания (10). Основание оптических волокон (9) имеет продольное сквозное отверстие, размером, равным внешнему диаметру цилиндрических втулок (7; 8), для их крепления и поперечный паз для размещения инерционной массы (6). На вертикальной грани L-образного основания (10) закреплен упругий элемент (5) с возможностью регулировки. А само L-образное основание (10) закреплено на выступе основания оптических волокон (9). Излучающие торцы ПОВ (1; 2) расположены относительно приемных торцов ООВ (3; 4) на расстояниях, равных фокусным расстояниям микролинз (11; 12), сформированных на излучающих торцах ПОВ (1; 2). Оптические волокна закреплены в цилиндрических втулках (7; 8), которые, в свою очередь, закреплены в основании оптических волокон (9) после юстировки. Инерционная масса (б) расположена около приемных торцов первого и второго ООВ (3; 4) и в начальном положении перекрывает их наполовину.
Установление причинно-следственной связи заявляемых признаков и достигаемого технического эффекта проведем следующим образом.
Закрепление ПОВ (1; 2) и ООВ (3; 4) в цилиндрических втулках (7; 8) позволяет избежать изгибов и нежелательных влияний вибраций на сами оптические волокна, а применение упругого элемента (5) с закрепленной на его свободном конце инерционной массой (6) позволяет изменять интенсивность излучения на приемных торцах ООВ (3; 4), а не воздействовать на само оптическое волокно, что ведет к повышению надежности датчика.
Использование предложенной конструкции основания оптических волокон (9) позволяет установить в него цилиндрические втулки (7; 8) с возможностью перемещения, что дает возможность точно юстировать оптическую систему. Использование микролинз (11; 12) на излучающих торцах ПОВ (1; 2) позволяет сфокусировать излучение на приемных торцах ООВ (3; 4). Использование L-образного основания (10) позволяет точно позиционировать упругий элемент (5) с закрепленной на его свободном конце инерционной массой (6) в пазе основания оптических волокон (9).Также применение упругого элемента (5) с возможностью регулировки на L-образном основании (9) позволит наиболее точно юстировать начальное положение инерционной массы (6) относительно приемных торцов ООВ (3; 4). Совокупность признаков приводит к повышению точности датчика.
Датчик работает следующим образом. Лучи света по ПОВ (1; 2) попадают в тело микролинз (11; 12), где дважды преломляются и затем фокусируются на приемных торцах ООВ (3; 4), таким образом, чтобы в статическом состоянии инерционная масса (6) перекрывала их наполовину. При измерении ускорения его проекция воздействует на инерционную массу (6), преобразуется в силу, преобразуемую затем упругим элементом (5) в перемещение инерционной массы (6) относительно приемных торцов ООВ (3; 4) в ту или иную сторону, вызывая при этом изменение интенсивности излучения на приемных торцах ООВ (3; 4). По изменению интенсивности излучения судят о значении и направлении ускорения.
Таким образом, заявляемый технический результат в части повышения точности и надежности реализуется совокупностью указанных признаков полезной модели.