Датчики на основе эффекта фотоупругости

Одна из первых практических демонстраций датчика давления на основе фотоупругости состоялась в 1982 году. В этом датчике в качестве чувствительного элемента использовался блок натрий-кальциево-силикатного стекла. Датчик имел только один выходной канал. Принципиальная схема этого датчика приведена на 8.20. В этом конкретном датчике в качестве оптического источника применяется лазерный диод

image75

С волоконными выводами, кварцевое оптическое волокно с пластмассовой оболочкой и диаметром сердцевины 200 мкм, и стержневые градиентные линзы (GRIN).

image76

Активный фотоупругий элемент представлял собой призму размером 0,6х0,6х1,2 см из пирекса (fa = 0,26 МПа/полосу/м). Давление на него передавалось Ве-Си-мембраной. Были проведены только лабораторные испытания этого прибора. Результаты тестирования приведены. По экспериментальной кривой, экспериментально было определено минимальное обнаружимое давление. Эти данные количественно определяют относительное изменение оптической интенсивности, воспринимаемое, когда чувствительный элемент давления заполнен водой, эквивалентное изменению давления на мембрану величиной 0,9 кПа. Разделив ширину выхода в устойчивом состоянии (т. е. 0,2 ед.) на изменение сигнала для данной разности давлений, можно определить минимальное обнаружимое давление как Pmin = 95 Па. Это в 67 раз больше, чем минимальное обнаружимое давление (1,4 Па), которое вычислено из уравнения. Различие объяснялось сочетанием шума от лазерного источника и недостаточной передачи давления от мембраны к активному элементу. Приведена зависимость выходного сигнала прибора от приложенного гидростатического давления. Кривая демонстрирует диапазон линейности от 0 до 0,5 МПа и диапазон измерений, превышающий 8 МПа. Измеренный динамический диапазон составил 86 дБ, в то время, как вычисленный динамический диапазон превышал 120 дБ [дБ определяется здесь как 201og(Pmax/Pmin)]. В качестве верхнего предела гистерезиса этого датчика было установлено примерно ±1% от полной шкалы.

image77

Описание усовершенствованного варианта датчика давления на основе эффекта фотоупругости было опубликовано в 1983 году. В этом датчике вместо лазерного диода использовался светоизлучающий диод и два оптических канала были реализованы так, что зарегистрированную разность/сумму сигнала можно было использовать для компенсации амплитудного шума оптического источника. Принципиальная схема датчика. Подробная схема расположения оптических элементов.

См. также:  Мультиплексирование с разделением по времени