хом аналізу оптичної системи, представленої на малюнку 2.1, за допомогою формалізму Мюллера. Ці потужності дорівнюють
, (2.1)
Тут передбачається, що тиск Р, сприйняте датчиком, механічно перетворено в еквівалентну лінійна напруга в області, що перетинається світловим променем. Використання відносини різниці до суми дозволяє знизити або усунути помилки в системі, зумовлені створюваними джерелом випромінювання флуктуаціями оптичної потужності I 0 . Вихідна напруга обробної схеми визначається виразом
в межах для малих Р. (2.2)
Можна бачити, що величина I 0 в рівняння не входить, і в межі при малих тисках лінійна взаємозв'язок між вихідною напругою і прикладеним тиском існує незалежно від флуктуації оптичної енергії подається на чутливий елемент.
В
Малюнок 2.1-Волоконно-оптичний датчик тиску на основі ефекту фотопружності
Одна з перших практичних демонстрацій датчика тиску на основі фотопружності відбулася 1982 року. У цьому датчику в якості чутливого елемента використовувався блок натрій-кальцієво-силікатного скла. Датчик мав тільки один вихідний канал. Принципова схема цього датчика наведена на малюнку 2.2. У цьому конкретному датчику в якості джерела застосовується лазерний діод з волоконними висновками, кварцове оптичне волокно з пластмасовою оболонкою і діаметром серцевини 200 мкм, і стрижневі градієнтні лінзи (GRIN).
Активний фотопружних елемент представляв собою призму розміром 0,6 х 0,6 х 1,2 см з пірекс ( f a = 0,26 МПа/смугу/ м). Тиск на нього передавалося Be-Cu-мембраною, як показано на малюнку 2.2. Були про дені тільки лабораторні випробування цього приладу. Результати тестування наведені на малюнку 2.3. За експериментальної кривої, представленої на малюнку 2.3, а, експериментально
В
Малюнок 2.2-Багатомодовий волоконно-оптичний датчик тиску на основі ефекту фотопружності
Було визначено мінімальне обнаружімое тиск. Ці дані кількісно визначають відносне зміна оптичної інтенсивності, сприймається, коли чутливий елемент тиску заповнений водою, еквівалентне зміні тиску на мембрану величиною 0,9 кПа. Розділивши ширину виходу в стійкому стані (тобто 0,2 од.) На зміну сигналу для даної різниці тисків, можна визначити мінімальне обнаружімое тиск як P min = 95 Па. Це в 67 разів більше, ніж мінімальна обнаружімое тиск (1,4 Па). Різниця пояснювалося поєднанням шуму від лазерного джерела і недостатньою передачі тиску від мембрани до активного елементу. На малюнку 2.3, б наведена залежність вихідного сигналу приладу від прикладеної гідростатичного тиску. Крива демонструє діапазон лінійності від 0 до 0,5 МПа і діапазон вимірювань, що перевищує 8 МПа. Виміряний динамічний діапазон склав 86 дБ, в той час, як обчислений динамічний діапазон перевищував 120 дБ [дБ визначається тут як 201og (P max /P min )]. В якості верхньої межі гістерезису цього датчика було встановлено приблизно В± 1% від повної шкали.
В
Малюнок 2.3-реєструються сигнали від волоконно-оптичного датчика тиску на основі ефекту фотопружності
Опис вдосконаленого варіанту датчика тиску на основі ефекту фотопружності було опубліковано в 1983 році. У цьому датчику (малюнок 2.4) замість лазерного діода використовувався светоизлучающий діод і два оптичних канали були реалізовані так, що зареєстровану різницю/суму сигналу можна було використовувати для компенсації амплітудного шуму оптичного джерела. Принципова схема датчика наведена на малюнку 2.4. Детальна схема розташування оптичних елементів показана на малюнку 2.5. У датчику випромінювання, що пройшло по вхідному оптичному волокну, колліміруется стрижні виття градієнтної лінзою, відбивається паралельно поверхні корпусу датчика і лінійно поляризується поляризующим светоделітель. Потім четвертьволновая пластина перетворює промінь, надаючи йому кругову поляризацію. Після цього промінь світла проходить через активний чутливий елемент (скляну призму), який піддається напрузі за допомогою латунного поршня, використовуваного для передачі напруги від Be-Cu-мембрани. Потім півхвильових платівка використовується для повороту осей поляризації оптичного променя на ПЂ/4, щоб привести їх у відповідність з осями вихідного поляризующего светоделітель, вбудованого в корпус датчика.
В
Малюнок 2.4-Датчик тиску на основі ефекту фотопружності з подвійним виходом
Дві поляризовані компоненти (відповідні світла, поляризованому під кутами В± ПЂ/4 до осі напруги) вводяться після цього в від слушні оптичні волокна з допомогою стрижневих градієнтних лінз для передачі в область розташування фотодетекторов. Аналіз цієї системи оптичних елементів (якщо знехтувати втратами на відображення, колімація і вирівнювання) показує, що оптичні сигнали, пере даються ...
