Волоконно-оптический акселерометр

Демонстрация волоконно-оптического акселерометра показала, что подобный прибор можно реализовать сравнительно недорого и напрямую. Однако его принципиальное преимущество проявляется в ситуациях, когда присутствуют только линейные ускорения. В более сложных ситуациях, силы сдвига, действующие на фотоупругий элемент при ускорении прикрепленной массы, могут сделать значение зарегистрированного сигнала неопределенным.

Наибольшее развитие волоконно-оптические датчики, на основе эффекта фотоупругости получили в приложениях, связанных с акустическими измерениями. Измерительная конфигурация первого образца датчика такого типа, была аналогичной приведенной на рисунке и имела два волоконных выхода. Свет от гелий-неонового лазера мощностью 2 мВт фирмы Hughes вводился в волокно со ступенчатым профилем показателя преломления и диаметром сердцевины 100 мкм и передавался преобразователю. Затем он коллимировался с помощью стержневой градиентной линзы, приобретал круговую поляризацию и проходил через фотоупругий чувствительный элемент. Компоненты (1+sin) и (1—sin) выходного сигнала затем разделялись поляризующим светоделителем и вводились в различные выходные волокна для передачи в область обработки сигнала, где они регистрировались двумя фотодиодами RCA С30808. Фотоупругий элемент, имеющий двутавровый профиль, был изготовлен из Thiokol Solithane Urethane 113 и его площадь поперечного сечения вверху, и внизу составляла 0,6х0,6 см, а площадь поперечного сечения в области, пересекаемой оптическим лучом, равнялась 0,6х0,2 см.

Экспериментально определенная оптическая постоянная по напряжениям равнялась fa = 210 Па/полоса/м. Корпус акустического датчика представлял собой полый алюминиевый цилиндр высотой 8 см с внутренним диаметром 8,5 см и внешним диаметром 5,0 см. Активный фотоупругий элемент был выровнен между входной и выходной оптикой и затем присоединен к двум тонким резиновым мембранам, закрепленным сверху и снизу корпуса с помощью алюминиевых удерживающих колец. Преобразователь был заполнен воздухом. При отсутствии приложенного давления оптическая мощность, попадающая на два фотодетектора, составляла 41 и 17 мкВт соответственно. Для компенсации этой разницы оптических мощностей было подстроено усиление по напряжению двух фотодетекторов, путем использования на первом детекторе нагрузки 100 кОм и на втором — нагрузки 200 кОм. Эти два приблизительно равных выходных напряжения затем вычитались и усиливались в 10 раз с помощью дифференциального усилителя PAR модели 113. После этого выходной сигнал усилителя анализировался спектроанализатором Tektronix 7LS. Прибор был протестирован на калибраторе гидрофонов NRL G19 путем наблюдения за отношением сигнал/шум в приборе, подвергавшемся воздействию акустических волн известной интенсивности и частоты.

См. также:  Аналоговая модуляция интенсивности