Принципиальная схема и принцип действия ВОДМ

Структурная схема ВОДМ представленная на рис 2.

Принцип действия датчика заключается в следующем.

В ВОДМ отражательного типа модуляция оптического сигнала осуществляется за счёт перемещения ЗП относительно торцов ПОВ и ООВ, расположенных в одной плоскости.

От источника излучения 15 по ПОВ световой поток попадает в зону измерений на зеркальную поверхность. По ООВ отражённый световой поток поступает на приёмник 16. Если торец волоконно-оптического кабеля 5 контактирует с ЗП 4, то поток к ООВ не проходит. При увеличении расстояния x поток излучения, заключённый в конусе апертуры ПОВ, и падает на большую площадь ЗП и, по сути, эта площадь становится «источником» вторичного светового потока, который возвращается к ООВ.

При увеличении площади отражаемого «пятна» наблюдается резкий рост принимаемого светового потока (см. рис. 3)

Рисунок 3. Графическая зависимость Φ/Φ₀ = f(x)

При начальной установке ВОК вблизи x₀ изменение потока линейно связано с изменением расстояния до ЗП. Вблизи максимума x_max выходной сигнал датчика практически не зависит от расстояния до ЗП и будет определяться мощностью источника излучения, потерями в ОВ и отражающими свойствами ЗП.

Для повышения чувствительности преобразования чаще всего используют восходящую или нисходящую ветвь характеристики ΔΦ/Φ = f(x).

Принцип действия основан на изменении интенсивности светового потока Ф на входе фотоприёмника 16 вследствие изменения расстояния между торцом ВОК и ЗП при воздействии на подвижный стакан 3 момента сил , где , L₁ – плечо 19.

При перемещении массы m вдоль плеча 19 на подвижный стакан 3 через передаточное колено 18 воздействует толкатель 17 с силой F₂, происходит сжатие пружины 6 длиной l на величину Δl. Тогда имеем

 

,

 

где S – площадь опорной поверхности пружины,

Е – модуль Юнга.

С другой стороны, исходя из равенства моментов сил относительно центра передаточного колена, имеем

M₁ = M₂,

 

где M₁ = F_1∙L₁, а M₂ = F_2∙L₂

Здесь L₁ – плечо, связанное с силой F₁,

L₂ – плечо, связанное с силой F₂

Из выше изложенного следует, что

 

 

тогда

 

 

откуда

 

 

Таким образом, под действием момента силы М отражающая ЗП прилегает в направлении x. При этом в плоскости приемного торца ООВ наблюдается освещенная кольцевая зона шириной h = 2∙r_c, внешний радиус которой

R_внеш = 2∙x_itgΘ_NA.

При перемещении ЗП изменяется положение кольцевой зоны относительно ООВ. За счет изменения R_внеш кольцевая зона перемещается в направлении Z, что ведет к изменению площади S_пр приемного торца ООВ, освещённой отраженным от ЗП световым потоком, то есть

 

S_пр = f(M)

 

смотрите рисунок 1.

 

Тогда функция Φ(M) окончательно перепишется в следующем виде:

 

где R = R_внеш,

 

D – расстояние между центрами ПОВ и ООВ.

То обстоятельство, что основным параметром, определяющим измерение Φ(M), в процессе измерений является расстояние x_i = x₀ - ℓM/SEL₂ между ЗП и торцом ВОК, а чувствительность преобразования определяется начальным расстоянием x₀, представляется возможной конструктивная унификация ВОДМС по параметрам ℓ, S, E, L_{2 при} заданных r_c и В.

Данная лабораторно-измерительная установка, схема которой представлена на рисунке 2, позволяет снять экспериментальную зависимость Φ(M) = Φ₀f(M) для ВОДМС с волоконно-оптическим кабелем при x₀=5мм, подтверждающую правильность выведенных теоретических положений по определению конструктивных параметров ВОДМС.

Графическая зависимость Φ(M) = Φ₀f(M)

 

Графическая зависимость Φ/Φ₀ = f(M)

Из графика следует, что максимально измеренное значение момента сил M_max определяется при соотношение