3.3. ВОД с модуляцией интенсивности для регистрации других физических величин

Датчики механических смещений и ускорений с модуляцией интенсивности в основном построены по тому же принципу, что и акустические ВОД, в которых регистрируются смещения и деформации подвижных элементов датчика.

Высокочувствительный акселерометр с качающимся зеркалом [351 1 представляет собой вариант зеркального датчика (см. п. 3.2), однако зеркало 4 в акселерометре совершает движения в соответствии с перемещениями присоединенной массы 3, находящейся на конце упругого стержня 1 прямоугольного сечения (рис. 3.17, а). В датчике применена остроумная дифференциальная схема регистрации изменений выходного сигнала, позволяющая компенсировать влияние шумового компонента, вызванного нестабильностью источника освещения Входное волокно 7 и два выходных волокна 8 и 9 съюстированы на торце четвертьволнового градана 5 таким образом, что изображение торца волокна 7 в результате отражения от зеркала и двукратного прохождения через градан строится посередине между торцами выходных волокон (рис. 3.17, б). Угловые смещения 0 зеркала 4, вызванные вертикальными ускорениями датчика, приводят к вертикальным

смещениям светового пятна и соответствующим изменениям сигналов в волокнах 8 и 9 соответственно:

где — полная интенсивность излучения в пятне, заштрихованном на рис. 3.17, б, k — часть этой интенсивности, попадающая в каждое из волокон, когда датчик находится в невозмущенном состоянии; малые изменения связанные с поворотом зеркала на малый угол

Рис. 3.17 Волоконный акселерометр а — устройство; б — распределение интенсивности светового пучка в плоскости торцов волокон; 1 — гибкий стержень, 2 — корпус, 3 — присоединенная масса, 4 — зеркало, 5 — градиентный стержень, 6 — разъем, 7 — входное волокно, 8, 9 — выходное волокно, 10 — зазор

Сигналы фотоприемников, расположенных на выходе волокон 8 и 9, обрабатываются операционным усилителем:

Как следует из формулы (3.35), выходной электрический сигнал не подвержен влиянию флуктуаций входного светового потока. По данным работы [351], акселерометр имеет порог чувствительности около в диапазоне частот 5—500 Гц и динамический диапазон дБ

Датчик деформаций, предложенный в работе [258], не отличается от микроизгибного акустического ВОД по оитической схеме, однако деформер I выполнен по-новому в виде растягиваемой цепи (рис. 3.18, а) По мере увеличения деформации возрастает амплитуда микроизгибов волокна 2, свободно размещенного внутри звеньев цепи. Иной является и схема регистрации, ориентированная на создание системы ВОД и основанная на том, что при возникновении микроизгибов не только происходит переход части излучения в оболочку, но и наблюдается обратное отражение от участка волокна, подверженного микроизгибам (рис. 3 18,6).

Конструкция датчика электрических напряжений (рис. 3 19, а), описанная в работе [19], является развитием конструкции шторочного ВОД Измеряемое электрическое напряжение

прикладывается в противоположной полярности к двум столбикам 3 из пьезокерамики, на которых закреплены состыкованные торцами два волоконных световода 1 и 2. Изменение высоты столбиков под действием напряжения вследствие обратного пьезоэффекта приводит к смещению волокон друг относительно друга и, как результат, к изменению световой мощности на выходе датчика.

Рис. 3.18. Микроизгибный датчик деформаций а — принцип действия, — зависимость сигнала от удлинения

Рис. 3.19. Волоконно-оптический вольтметр переменных напряжений: а — конструкция; — нормированная зависимость полезного сигнала от начального рассогласования высот пьезостолбиков

Чувствительность такого волоконно-оптического вольтметра пропорциональна произведению , где — введенная нами ранее модуляционная функция, а величина — изменение высоты пьезокерамических столбиков под действием единичного напряжения. Величина зависит от поперечной и продольной разъюстировок волокон. На рис. 3.19, б приведен график зависимости относительной чувствительности такого датчика от для легко реализуемого в приборе значения мкм. Очевидно, что для получения максимальной чувствительности необходимо правильно выбрать значение Величина задается выбором типа пьезоэлемента, что позволяет

создать набор датчиков переменных электрических напряжений диапазоне . Амплитудно-частотная характеристика датчика определяется частотными свойствами пьезокерамики.