4.4. Схема вод линейных перемещений с дополнительным жгутом оов.

Для того чтобы исключить нестабильность выходного сигнала J₁(X) в схему ВОД, изображенную на рис. 4.1., вводится дополнительный жгут оптических волокон (ОВ) со своим фотоприемником, как это показано на рис. 4.2.

Рис. 4.2 Схема ВОД с дополнительным жгутом ООВ

8 – дополнительный жгут ООВ, 9 – фотоприемник. (см рис 4.1.)

Аналогично выражению (2), для фототока на выходе дополнительного жгута 8 справедливо выражение:

,

где, Ф_ип2 (Х) – функция преобразования измерительного преобразователя ИП₂ на участке ПОВ – ЗП – ООВ с дополнительным жгутом 8,

К₂ – коэффициент потерь мощности оптического излучения на участке ПОВ – ЗП – ООВ с дополнительным жгутом 8,

Q₂ – интегральная чувствительность фотоприемника 9.

Величина коэффициента К₂ описывается выражением:

,

где k₆ – коэффициент потерь мощности излучения в дополнительном жгуте 8, k₇ – коэффициент ввода излучения на чувствительный элемент фотоприемника 9, учитывающий потери мощности излучения при сопряжении фотоприемника 9 с выходным торцом жгута 8.

Функция преобразования Ф_ип2 (Х) записывается в виде:

,

где ΣS_ип2 – суммарная освещенная площадь торцов ООВ в дополнительном жгуте 8, (n – число ООВ в жгуте 8)

Окончательно получим:

(3)

Рассмотрим графики функций J₁(X) и J₂(X). Как уже упоминалось, начиная с некоторого предельного значения Х₀, ЗП отражает падающий на нее световой поток, ограниченный кольцевой зоной, освещенность которой принято считать равномерной.

По мере увеличения X>X₀ внешний и внутренний радиусы кольца возрастают, но ширина кольца при этом остается постоянной. Это означает, что по мере увеличения X>X₀ кольцо, перемещаясь по оси , освещает торцы ООВ дополнительного жгута 8. Отсюда следует, что тенденция изменения фототока J₂(Х), снимаемого с фотоприемника 9, будет такой же, как и у фототока J₁(Х), снимаемого с фотоприемника 7.

Таким образом, с помощью дополнительного жгута 8 реализуется возможность создания второго ВОП линейных перемещений, у которого входные параметры те же самые, что и у ВОД с ПОВ и ООВ 6.

На рис. 4.3. представлены типовые графики зависимости фототоков J₁(Х) и J₂(Х), соответствующие схемам ВОД, изображенным на рис. 4.1. и рис. 4.2.

Интенсивность светового потока (фототока) в общем виде зависит от расстояния Х между ЗП и торцами ООВ 6 и ООВ 8. Если Х=0, на ООВ 6 (рис. 4.1.) световой поток не поступает и фототок равен нулю (см. график J₁(Х), рис 4.3.)

Рис. 4.3. Графики функций J₁(Х) и J₂(Х) для двух ВОД, изображенных на рис. 4.1. и рис. 4.2. соответственно.

По мере увеличения Х наблюдается рост принимаемого светового потока, фототок на ФП 7 резко возрастает, достигает max и далее монотонно убывает до некоторого минимального значения, которое экспоненциально стремится к порогу чувствительности фотоприемника 7. Вблизи максимума X_max выходной сигнал датчика практически не зависит от расстояния до ЗП и будет определяться мощностью источника излучения ИИ, потерями в ООВ и отражающими свойствами ЗП. Поэтому практически чаще всего используют восходящий или нисходящий участки графика J₁(Х).

Графическая значимость J₂(Х) аналогична рассмотренному выше графику J₁(Х). По мере увеличения X освещенность торцевых граней ООВ дополнительного жгута 8 (рис. 4.2.) резко возрастает, фототок увеличивается и достигает max, когда освещены все торцы жгута 8. Очевидно, что тенденция изменения фототока J₂(Х) аналогична J₁(Х).

Начало отсчета графиков J₁(Х) и J₂(Х) не совпадает в силу того, что оптические оси ВОК 5 и жгута 8 смещены по оси Z на некоторое расстояние ΔZ.

Рассмотрим отношение J₂(Х)/ J₁(Х) с учетом выражений (2) и (3):

, (4)

Из выражения (4) следует, что отношение двух фототоков J₂(Х)/ J₁(Х) не содержит таких основных параметров ВОД, как Ф₀, ρ и S_K. Отсюда следует, что отношение двух сигналов не зависит от основных дестабилизирующих факторов, а именно нестабильности интенсивности излучения источника света ИИ Ф₀, нестабильности коэффициента отражения зеркальной поверхности ρ и от S_K.

Далее из выражения (4) также следует, что если ВОД линейных перемещений содержит идентичные фотоприемники, у которых Q₁≈Q₂, а световоды выполнены из одного и того же материала, т. е. k₄≈k₆ и при этом потери при сопряжении световодов 6 и 8 с фотоприемниками 7 и 9 одинаковые, т. е. достигается равенство k₅≈k₇, то выражение (4) приводится к виду:

, (5)

На рис. 4.4. представлен график функции Р(Х), снятый на лабораторной установке.

Рис. 4.4. Функция преобразования Р(Х) ВОД линейных перемещений с дополнительным жгутом ООВ

Из рис. 4.4. следует, что функция Р(Х) резко возрастает на участке ΔХ, на котором функции J₁(X) и J₂(X) также монотонно возрастают. Причем, при некотором Х>X_max функция Р(Х) приближается к некоторому максимальному значению и далее может не менять своей величины во всем диапазоне значений измеряемых линейных перемещений.

В реальных условиях эксплуатации достичь идентификации параметров, о которых речь шла выше, не представляется возможным. Поэтому реально выражение (5) будет иметь вид:

,

где m – коэффициент неидентичности, который может быть больше или меньше единицы.