4.2.Основы теории волоконно–оптических датчиков

Для рефрактометрических (отраженных) волоконно–оптических датчиков (далее ВОП) используются чаще всего следующие основные способы получения измерительной информации (СП):

• Модуляция светового потока при аксиальном движении отражающей поверхности (первичные преобразователи перемещения, толщины уровня, расстояния).

• Модуляция СП при угловых перемещениях отражающих поверхностей (преобразователи давления, усилий, ускорений, устройство контроля геометрии и линейных размеров).

• Модуляция за счет ортогонального перемещения границ поверхности с различными отражающими свойствами (преобразователи ударных воздействий, числа оборотов, положения деталей в схвате робота).

• Модуляция СП при измерение поглощающих и рассеивающих свойств неподвижной поверхности.

Наиболее типичными являются две конструкции каналов ВОП ПП:

• Торцы излучающего и приемного каналов установлены под определенным углом друг к другу

• Торцы обоих каналов совмещены, то есть имеют общий торец, выполненных в виде зонда.

рис. 4.5

• Максимальная чувствительность в бесконтактном измерении аксиальных (по оси Z) перемещений имеют ВОП со случайным распределением приемных и излучающих СВ на общем торце. Это обуславливается тем, что все излучающие волокна участвуют в формировании информационного СП начиная с момента Z>0.

Однако это приводит к тому, что максимальное проявляемого при значениях Z существенно меньших чем в других конструкциях.

ВОП с каналом такого типа имеет максимальное рабочее расстояние 100–200 мкм и очень короткие квазилинейный участок ФП.

Максимальный квазилинейный участок ФП 1000–2000 мкм дают каналы с разделенными торцами. Средний по протяженности квазилинейного участка ФП имеют ВОП с коаксиальными каналами.

Рассмотренные конструкции не позволяют установить больше 3-5 мм. Поэтому для расширения диапазона измерения используют специальные оптические насадки.

Устройство отражения

x–расстояние между концом СВ и поверхностью отражения

А 1 – одно СВ – одно волокно, имеющему коэффициент выравнивания соответственно со СПЭНом 350 мкм (схема а)

С 2 – соответствует варианту размещения (б) СВ относительно рефлектора имеющему СВЭМ мкм

В 3 – одно волокно СПЭМ – 500 мкм

2 – для этого случая линейность можно расширить за счет применения пучка ВСВ. Максимальная интенсивность для этого случая от кривых А и Б.

3 – Эта схема используется фирмой OPTEH (Оптик Технолоджик) см рис 4. нелинейность в диапазоне 100–400 мкл не менее 0,1%.

5. Виды волоконно-оптических преобразователей

5.1. Рефрактометрические волоконно-оптические преобразователи

Для рефрактометрических волоконно-оптических преобразователей (ВОП) используется чаще всего следующие основные способы получения измерительной информации:

• модуляция СП при аксиальном движении отражающей поверхности (первичные преобразователи перемещения, толщины, уровня, расстояния);

• модуляция СП при угловых перемещениях отражающей поверхности (преобразователи давления, усилия, ускорений, устройства контроля геометрии и линейных размеров);

• модуляция за счет ортогонального перемещения границ поверхности с различными отражающими свойствами (преобразователи ударных воздействий, числа оборотов, положения деталей в охвате робота);

• модуляция СП при изменении поглощающих и рассеивающих свойств неподвижной поверхности.

Наиболее типичными являются две конструкции каналов ВОП ПП:

• торцы излучающего и приемного каналов установлены под определенным углом друг к другу;

• торцы обоих каналов совмещены, т.е. имеют общий торец, выполненный в виде зонда.

Максимальная площадь при бесконтактном измерении аксиальных (по оси z) перемещений имеют ВОП со случайным распределением приемных и излучающих СВ на общем торце. Это объясняется тем, что все излучающие волокна участвуют в формировании информативного СП начиная с момента z>0. Одно это приводит к тому, что максимальное выходное напряжение появляется при значениях z существенно меньше чем в других конструкциях.

ВОП с каналом такого типа имеет максимальное рабочее расстояние 100-200 мкм и очень короткий квазилинейный участок функции преобразования (ФП).

Максимальный квазилинейный участок ФП 1000-2000 мкм дают каналы с разделенными торцами. Средний по протяженности квазилинейный участок ФП имеют ВОП с коаксиальными каналами.

Рассмотренные конструкции не позволяют устранить z₀ >3-5 мм. Поэтому для расширения диапазона измерения используют специальные оптические насадки.