Измерение давления.

Использование эффекта фотоупругости для определения распределения напряжения имеет давнюю историю и является основой успешных коммерческих предприятий в настоящее время (Measurements Group Inc., Роли, Северная Каролина). Первое предложение использовать фотоупругость в качестве механизма преобразования волоконно-оптического датчика относится к 1980 году; решение о выдаче патента на концепцию было принято в 1983-м. Этот датчик, датчик давления, имел один волоконный вход и два волоконных выхода (рисунок 2.1). Согласно концепции этого датчика свет I_o oт источника (101), расположенного в области обработки сигнала, вводился в многомодовое оптическое волокно (121). Выходящий из волокна свет в области измерений коллимировался, приобретал круговую поляризацию и проходил через чувствительный к давлению фотоупругий элемент (204), сконфигурированный для восприятия линейного напряжения вдоль оси, повернутой на π/4 к оси поляризации проходящего через элемент светового луча. Затем этот свет пропускался через такое устройство, как поляризующий светоделитель (205), который вводит компоненты оптического луча, поляризованные под углами π/4 и - π/4, в отдельные выходные оптические волокна (111 и 113). Свет по этим двум волокнам поступает в область обработки сигнала, регистрируется двумя фотодетекторами (112 и 114) и затем обрабатывается с целью получения информации о давлении. Оптическая мощность (при отсутствии оптических потерь), регистрируемая двумя фотодетекторами, может быть вычислена путем анализа оптической системы, представленной на рисунке 2.1, при помощи формализма Мюллера. Эти мощности равны

, (2.1)

Здесь предполагается, что давление Р, воспринятое датчиком, механически преобразовано в эквивалентное линейное напряжение в области, пересекаемой световым лучом. Использование отношения разности к сумме позволяет снизить или устранить ошибки в системе, обусловленные создаваемыми источником излучения флуктуациями оптической мощности I₀. Выходное напряжение обрабатывающей схемы определяется выражением

в пределах для малых Р. (2.2)

Можно видеть, что величина I₀ в уравнение не входит, и в пределе при малых давлениях линейная взаимосвязь между выходным напряжением и приложенным давлением существует независимо от флуктуации оптической энергии, подаваемой на чувствительный элемент.

Рисунок 2.1-Волоконно-оптический датчик давления на основе эффекта фотоупругости.