CC BY
106
НЕСТАНДАРТИЗИРОВАННОЕ ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ НАСТРОЙКИ, ЮСТИРОВКИ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УСКОРЕНИЯ
Щевелев А.С., аспирант кафедры «Приборостроение»
ГОУ ВПО «Пензенский государственный университет»
При финансовой поддержке в форме гранта Министерства образования и науки РФ
Предложена новая конструкция измерительной установки, используемой для настройки, юстировки и проведения экспериментальных исследований дифференциального волоконно-оптического датчика виброускорения.
Для подтверждения теоретических положений по определению конструктивно-технологических параметров волоконно-оптического датчика ускорения (ВОДУ), а также по определению взаимного расположения оптических волокон (ОВ) в волоконно-оптическом преобразователе
перемещений (ВОПП) была разработана установка для экспериментальных исследований образца, схема которой приведена на рисунке 1, ЭБ-модель экспериментальной установки приведена на рисунке 2 [1].
ВОК болоконно-оптичоский кабвль СП сбЕтодиод
ПОВ подбодящЁЁ оптичЁСКОЁ болокно ФД фотодиод
оов отбодяшиЕ оптичЁСкиЁ болокна БП блок питания
Рисунок 1 - Схема экспериментальных исследований
Микровинт 2
Рисунок 2 - ЭБ-модель установки для задания перемещения чувствительного элемента ВОПП
Установка для снятия экспериментальной зависимости Ф/Ф0=/^) состоит из тестера оптического, блока питания, волоконно-оптического кабеля, соединительного электрического кабеля К1, установки для задания перемещения (УЗП) (см. рисунок 1).
УЗП включает в себя рабочий стол с тремя радиально расположенными Т-образными прорезями, который используются для размещения установочных микровинтов 2. Количество микровинтов 2 может варьироваться в зависимости от размеров устанавливаемого устройства. Также в комплект входит микровинт 1, который закрепляют посредством экспансионного захвата. ВОД закрепляется на рабочем столе микровинтами 2. С помощью микровинта 1 задается перемещение упругого элемента и соответственно, закрепленного на нем модулирующего элемента (цилиндрической линзы), вдоль оси Z, перпендикулярно оптической оси ОВ. Перемещение контролируется при помощи шкалы на микровинте с шагом 10 мкм. Для более детального рассмотрения перемещения модулирующего элемента используется USB микроскоп, установленный на неподвижном основании. При перемещении линзы, в плоскости ООВ изменяется положение светового пятна (полого эллипса), сформированного цилиндрической линзой [1].
На рисунке 3 представлена схема, поясняющая принцип действия ВОПП.
Тестер оптический выполнен в виде малогабаритного переносного прибора и состоит из: блока индикации (БИ), электрооптического преобразователя СД-3Л107Б, фотоэлектрического преобразователя ФД-КФДМ и соединительного кабеля К1.
Кнопки переключения диапазона измерения предназначены для выбора нужного диапазона измерения. Диапазон измерения оптической мощности изменяется за счет переключения коэффициента масштабирования усилителя.
Для эксперимента используются ОВ с кварцевой сердцевиной и оболочкой ТХО.735.123 ТУ с диаметром сердцевины dc=0,2 мм и цилиндрическая линза диаметром d=3 мм (модулирующий элемент), изготовленная из органического стекла с показателем преломления ил=1,47.
Оптические разъемы (вилки) ВОК соединяются посредством оптических разъемов (розеток) тестера оптического с источником излучения - светодиодом типа 3Л107Б и приемниками излучения - фотодиодами типа КФДМ, соответственно, таким образом, чтобы торцы передающих оптических волокон
находились напротив источника излучения, а приемных оптических волокон
напротив приемников излучения.
В схеме оптического тестера предусмотрены два приемника излучения, для обеспечения дифференциальной схемы [1].
Принцип действия тестера оптического основан на преобразовании электрического сигнала в оптическое излучение, направляемого в зону измерения, и оптического излучения, поступающего из зоны измерения на фотоприемник, в электрический сигнал.
Измерительная установка работает следующим образом. На оптический тестер подается напряжение питания (12+1,5) В от внешнего источника постоянного тока Б5-6 (блок питания БП), который, в свою очередь, питается от сети переменного напряжения 220 В частотой 50 Гц. Оптическое излучение с преобразователя СД-3Л107Б по ПОВ попадает на цилиндрическую линзу, затем формируется световое пятно в плоскости ООВ, по которым световой поток поступает на преобразователь ФД-КФДМ. Электрический сигнал (амплитуда) фотоприемника усиливается входным усилителем, далее поступает на вход АЦП. На выходах АЦП формируется 3,5-разрядный цифровой код, значение которого соответствует измеряемой мощности в ваттах. С АЦП цифровой код поступает на устройство индикации, где отображается на полупроводниковых индикаторах. Проанализировав полученные результаты эксперимента, будут сделаны выводы о наиболее оптимальном пространственном расположении элементов оптической системы ВОПП
Предложенная конструкция установки позволяет исследовать датчики, основанные на линейном перемещении чувствительного элемента, что позволяет судить о работоспособности преобразователя, определять и осуществлять юстировку конструктивно-технологических параметров для достижения требуемой точности, оценивать качество изготовления узлов
устройства, элементов преобразователя: отражающих поверхностей,
полировки торцов оптических волокон и т.д.
Данная установка может быть использована в качестве юстировочного и настроечного оборудования для волоконно-оптических датчиков давления, перемещения, ускорения, вибрации и других физических величин с целью обеспечения требуемых метрологических характеристик.
Кроме того, данная установка проста, надежна, не требует сложных технологических, юстировочных и измерительных операций.
Литература
1 Щевелев А.С., Мурашкина Т.И., Граевский О.С., Макаров Ю.Н.
Дифференциальный волоконно-оптический вибродатчик// Современная
электроника. -2010. - №1
2 Мурашкина Т. И. Теория, расчет и проектирование волоконнооптических измерительных приборов и систем / Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. - 133 с.
