Волоконно-оптические средства измерений

12.2. Цель занятия:познакомится с конструкцией и принципом работы волоконно-оптического интерферометра

Методические указания

Фазовые преобразователи являются наиболее чувствительными среди различных волоконно – оптических преобразователей, в основе которых лежит измерения фазы светового потока под действием внешних факторов (например, давления, температуры).

Одним из представителей средств определения разности фаз световой волны является волоконно – оптический интерферометр (рисунок 12.3.1)

Излучение полупроводников или газового лазера 1 коллимируется системой – коллиматором 2 и подается на полупрозрачную пластинку 3 (или светоделительный кубик). Микрообьективы 4 фокусируют оптические потоки на входные торцы рабочего 6 и опорного 7 одномодовых волокон. Для обеспечения эффективного ввода излучения в волокна предусмотрены микропозиционеры 5 (трехкоординаторные подвижки с точностью установки 1мкм). Большая часть рабочего волокна 6 помещена в исследуемый обьем, в котором определяется та или иная физическая величина. Опорное волокно 7 находится в стабильных внешних условиях, чтобы исключить или уменьшить дрейф измеряемой фазы.

Под действием внешних исследуемых факторов, таких как температура, давления и т.д., в связи с изменением оптических свойств материала рабочего волокна 6 (изменение плотности материала приводит к изменению показателя преломления, диаметра поперечного сечения сердцевины волокна и т.д.) происходит изменение фазы световой волны на выходе рабочего волокна, т.е. на выходе волокон 6 и 7 имеются оптические сигналы разной фазовой характеристики.

С помощью выходных объективов 8 светоделителя 9 в плоскость фильтрации 10 поступают оба световых потока. Фотодетектор 12, усилитель 13 и блок обработки 14 позволяют провести интерференционные измерения возникающих полос и, следовательно, разность фаз световых потоков.

Рисунок 12.3.1- Конструкция волоконно – оптического интерферометра

Волоконно – оптические интерферометры обладают практически безинерционностью измерения изменения исследуемой величины (0.00000010с), значительной чувствительностью без сложных многолучевых схем (до0,000000010рад), низким значением динамического диапазона (до 70дБ), простой конструкции и меньшей массой. Применение интерферометрических волоконно-оптических преобразователей магнитного поля позволяет достигать рекордной чувствительности (порядка0,000000000010А/м), сопоставимой только с чувствительностью магнитометров на основе сверхпроводимости.

Ход занятия

12.4.1. Познакомиться с конструкцией и принципом работы прибора

12.4.2. Зарисовать схему прибора

12.4.3. Ответить письменно на вопросы:

1. В чем состоит основное назначение интерферометра?

2. Каков принцип действия прибора?

3. Каковы основные элементы волоконно-оптических систем?

12.4.4 Сделать вывод по занятию

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ

Ознакомление с устройством и принципом работы манометров

13.2. Цель занятия:познакомится с конструкцией и принципом действия трубчатого манометра и измерительного преобразователя

13.3. Раздаточный материал: приборы

Методические указания

Приборы для измерения давления и разности давлений называются манометрами. Они подразделяются на барометры, манометры избыточного давления, вакуумметры и манометры абсолютного давления. Манометры, предназначенные для измерения давления или разрежения в диапазоне до 40 кПа, называются напоромерами и тягомерами

Схема показывающего манометра с трубчатой манометрической пружиной приведена на рисунке 13.4.1. Одновитковая трубчатая пружина 1 с одного конца приварена к держателю 5, прикрепленному к корпусу манометра. Нижняя часть держателя заканчивается шестигранной головкой и штуцером, с помощью которого подсоединяется трубка, подводящая давление. Свободный конец пружины припаян к пробке 2, шарнирно соединенной тягой 3 с зубчатым сектором 4. При изменении давления свободный конец пружины перемещается, при этом тяга поворачивает сектор, вызывая поворот шестерни 8 и сидящей с ней на одной оси стрелки 6. Отсчет показаний производится по круговой шкале 7.

Рисунок 13.4.1 – Показывающий манометр с трубчатой манометрической пружиной

Принцип действия измерительного преобразователя типа 13ДИ13 основан на пневматической силовой компенсации (рисунок 13.4.2). Измеряемое давление подводится в камеру 1 измерительного блока, воздействует на мембрану 2 и сильфон 3 и заставляет поворачиваться на небольшой угол рычаг 5 вокруг опоры, обрамленной двумя тягами и упругой мембраной 4. При этом перемещается заслонка 7 индикатора рассогласования относительно сопла 8, питаемого сжатым воздухом. Возникший в линии сопла сигнал усиливается пневмореле 9 и поступает в сильфон обратной связи 10 и на выход преобразователя. Пружина корректора нуля 6 служит для компенсации усилия, развиваемого сильфоном обратной связи, а также для установки величины выходного сигнала 0,02 МПа при отсутствии измеряемого избыточного давления.

Рисунок 13.4.2. - Принципиальная схема измерительного преобразователя типа 13ДИ13

Приборы выпускаются в пыле - и брызгозащищенном исполнении. В линии, подводящей к преобразователю питающий воздух, следует устанавливать фильтр и редуктор.

Приборы предназначены для работы при температуре окружающего воздуха от -50 до +80°С. Относительная влажность до 95 % при температуре до 35°С, при температуре свыше 35°С относительная влажность не более 80°.

Ход занятия

13.5.1. Познакомиться с видами манометров и принципом работы манометра с трубчатой манометрической пружиной и измерительным преобразователем типа 13ДИ13.

13.5.2. Выполнить схемы устройств.

13.5.3. Ответить устно на вопросы:

1.Что такое манометр? Виды манометров.

2. Какова конструкция и принцип действия МТП?

3. Какова конструкция и принцип действия ИП 13ДИ13?

13.5.4 Сделать вывод по занятию

ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗАНЯТИЕ