Датчик тиску або сили

Датчик тиску або сили, що містить послідовно розташовані джерело світла, поляризатор, фотопружний чутливий елемент з кристала, вирізаний перпендикулярно до кристалофізичної осі Y, фазову пластинку, аналізатор і фотоприймач, який відрізняється тим, що як фотопружний чутливий елемент використаний кристал NН2(СН3)2МnСL3 2Н2О. (19) (21) a200501068 (22) 07.02.2005 (24) 25.12.2007 (72) КАПУСТЯНИК ВОЛОДИМИР БОГДАНОВИЧ, UA, МОКРИЙ ВОЛОДИМИР ІВАНОВИЧ, UA, БАТЮК АНДРІЙ ЯРОСЛАВОВИЧ, UA, РУДИК ВІКТОР ПЕТРОВИЧ, UA (73) УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ ЛІСОТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ, UA (56) SU 1448848, 13.01.1987 SU 1154564, 07.05.1985 SU 305372, 04.06.1974 SU 690347, 05.10.1979 SU 798515, 23.01.1981 SU 939974, 30.06.1982 3 81256 - обмеженість робочого діапазону з боку низьких температур, оскільки чутливий елемент може використовуватися в температурній області від -20°С до 100°С. Метою винаходу є підвищення чутливості датчика, точності вимірювання тиску або сили і розширення робочого діапазону у низькотемпературну область. Вказана мета досягається тим, що в ролі фотопружного чутливого елемента використаний кристал NH2(CH3)2MnCl32H2O, вирізаний перпендикулярно до кристалофізичної осі Y. Доказ суті відмінних ознак полягає в тому, що кристал, використовуваний у пропонованому датчику, вперше запатентований авторами і ними ж знайдені високі п'єзооптичні 1 3 3 коефіцієнти p 0 причому = n p 31 - n1 p11 21 2 3 величини цих коефіцієнтів практично не залежать від температури у кожній з робочих областей: 170230 К і 240-300 К відповідно. На фіг. 1 зображена поляризаційно-оптична схема датчика. На фіг. 2 зображена температурна залежність 1 3 коефіцієнтів p 0 = n 3 p 31 - n1 p11 ( l = 632,8нм) 21 2 3 кристалу NH2(СH3)2МnСl32Н2О. Виготовлення і робота фотопружного чутливого елемента полягає в наступному. З водного розчину солей NH2(CH3)2Cl і МnСІ2 вирощують кристал. З отриманого кристалу вирізають перпендикулярно до кристало фізичної осі Y пластинку, яку шліфують і полірують алмазними пастами для отримання оптичної якості поверхні. Датчик містить (фіг.1) послідовно розташовані джерело світла 1; поляризатор 2, площина поляризації якого становить кут 45° з кристалофізичними осями Z та Х фотопружного чутливого елемента З, вирізаного з кристалу NH2(СH3)2МnСl32Н2О перпендикулярно до кристалофізичної осі Y, на який подається одновісне механічне напруження вздовж осі X; фазову пластинку 4, що вносить різницю ходу, кратну l / 4 , одна з кристалофізичних осей якої збігається з напрямком поляризації падаючого світла; аналізатор 5, що має кутовий відліковий пристрій (лімб), та фотоприймач 6. Пристрій працює таким чином. При зміні тиску або сили, що прикладається до кристалу вздовж осі X, внаслідок п'єзооптичного ефекту змінюється різниця показників заломлення, що приводить до повороту площини поляризації світла за фазовою пластинкою на кут Dj = d( Dn)pd / l, де d - товщина кристалу в напрямку проходження світла, d(Dn) двозаломлення, що виникає внаслідок п'єзооптичного ефекту, l - довжина хвилі оптичного випромінювання. Для вимірювання кута повороту площини поляризації Dj повертають поляризатор, що має кутовий відліковий пристрій, до мінімуму інтенсивності світла, що падає на фотоприймач і визначають напруження (тиск) за формулою: ( ) ( ) 4 sx = 2Djl pd(n 3 p 31 3 3 - n1 p11 ) , де 3 n 3 p 31 - n1 p11 = 1 4 ´ 10 -10 м 2 / Н (l = 632,8нм, Т = 22°С). , 3 Пропонований датчик тиску або сили має переваги перед відомими аналогами та прототипами: - забезпечує вищу чутливість, оскільки цьому датчику притаманні більш високі коефіцієнти п'єзооптичного ефекту, а саме в областях температур 240-300 К величина 3 n 3 p 31 - n= (1,4 ± 0,1) ´ 10 -10 м 2 / Н, 1 p11 3 підвищує величину прототипу відповідного 3 n 3 p 33 - n1 p13= (0,7 ± 0,2) ´ 10 -10 м 2 / Н, 3 області 170-230 К що вдвічі коефіцієнта а в величина, 3 n 3 p 31 - = (0,9 ± 0,1) ´ 10 -10 м 2 / Н, тобто n1 p11 3 також є вищою, ніж у випадку прототипу; - підвищується точність вимірювання тиску або сили, оскільки зміна п'єзооптичного коефіцієнта p 0 в розрахунку на градус температури складає 21 0,2 % град, що дає можливість зменшити похибку в 2 рази, і до того ж величини цього коефіцієнта практично не залежить від температури в кожній із температурних робочих областей: 170-230 К і 240300 К відповідно; - розширюється діапазон робочих температур в бік низьких температур, оскільки цей датчик можна використовувати в межах від -100°С до 30°С. Джерела інформації: 1.А.С. СССР №11545646 1983 г., G01L1/24, 11/00, 2. А.С. СССР №305372 1970 г, G01L1/24, 11/00, 3. А.С.СССР №1448848 1987 г., G01L1/24, 11/00. 5 81256 6