×
20.10.2015
216.013.85cd

УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ПЬЕЗООПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
№ охранного документа
0002565856
Дата охранного документа
20.10.2015
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к средствам для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством пьезооптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Устройство обработки сигнала пьезооптического преобразователя содержит оптически связанные источник света, поляризационно-оптическую систему, включающую фотоупругий элемент, два фотоприемника, источник опорного напряжения. При этом выход каждого фотоприемника подключен ко входу соответствующего преобразователя ток-напряжение, выходы которых подключены ко входу дифференциального усилителя и ко входу суммирующего усилителя. Выход суммирующего усилителя подключен ко входу усилителя сигнала ошибки. Ко второму входу усилителя сигнала ошибки подключен источник опорного напряжения, а к выходу усилителя - источник света. Выход дифференциального усилителя подключен к выходному интерфейсу. Техническим результатом является расширение полосы частот регистрируемого сигнала, повышение надежности и точности измерения деформаций, повышение помехоустойчивости, миниатюризация, расширение области применения. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством пьезооптических преобразователей и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре.

Уровень техники

Известно, что пьезооптические преобразователи, используемые для измерения деформаций (напряжений), обладают наибольшей чувствительностью по сравнению с другими, например с тензорезистивными преобразователями (Слезингер И.И. Пьезооптические измерительные преобразователи. Измерительная техника, 1985, №11, с. 45-48) [1].

Пьезооптический преобразователь состоит из оптически связанных источника света, поляризатора, фазовой пластинки, фотоупругого элемента, анализатора, фотоприемника и блока обработки сигнала. Световой поток от источника света проходит поляризатор и фазовую пластинку, затем проходит фотоупругий элемент, анализатор и попадает на фотоприемное устройство. Блок обработки сигнала преобразует ток с фотоприемника в электрический сигнал, пропорциональный величине внешнего напряжения, приложенного к фотоупругому элементу.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству обработки сигнала пьезооптического преобразователя является устройство, описанное в АС №567964 (Миронов Ю.В., Слезингер И.И., Белицкий Г.М., Ширяев В.А. Авт. Свидетельство №567964, Бюллетень изобретения, 1977, №29) [2], которое содержит источник света, поляризационно-оптическую систему, включающую фотоупругий элемент, и два дифференциально включенных фотоприемника, при этом он снабжен источником опорного напряжения, управляемым блоком питания источника света, блоком сравнения и сумматором выходного сигнала фотоприемников, соединенным с одним из входов блока сравнения, другой вход которого подключен к источнику опорного напряжения, а выход - ко входу управляемого блока питания.

Недостатком данного устройства является то, что схема подключения фотодиодов и регистратора сигнала ограничивает частотный спектр регистрируемого сигнала, что не позволяет регистрировать высокочастотный сигнал.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения заключается в создании миниатюрного устройства обработки сигнала с пьезооптического преобразователя с широкой полосой пропускания, малыми шумами, с большим соотношением сигнал/шум, с большим динамическим диапазоном, с малым энергопотреблением, позволяющее объединить его в единой конструкции с пьезооптическим преобразователем.

Технический результат - расширение полосы частот регистрируемого сигнала, повышение надежности и точности измерения деформаций, повышение помехоустойчивости, миниатюризация, расширение области применения.

Поставленная задача решена тем, что в известном устройстве обработки сигнала пьезооптического преобразователя, содержащем оптически связанные источник света, поляризационно-оптическую систему, включающую фотоупругий элемент, и два фотоприемника, источник опорного напряжения, согласно изобретению выход каждого фотоприемника подключен к входу соответствующего преобразователя ток-напряжение, выходы которых подключены как ко входу дифференциального усилителя, выходной сигнал которого пропорционален разности сигналов с фотоприемников, так и к входу суммирующего усилителя, выходной сигнал которого пропорционален сумме сигналов с фотоприемников, выход которого подключен ко входу усилителя сигнала обратной связи (сигнала ошибки), обеспечивающего постоянство сигнала с выхода суммирующего усилителя путем управления интенсивностью источника света, при этом ко второму входу усилителя обратной связи подключен источник опорного напряжения, а к выходу усилителя - источник света, при этом выход дифференциального усилителя, величина которого пропорциональна величине измеряемых напряжений, подключен к выходному интерфейсу.

Обоснование введенных признаков

Подключение выхода с фотоприемника к преобразователю ток-напряжение позволяет существенно расширить полосу пропускания устройства за счет размещения преобразователя непосредственно около фотоприемника и снижения отрицательного влияния паразитной емкости фотоприемника за счет стабилизации напряжения на фотоприемнике.

Преобразователь ток-напряжение может быть реализован на основе интегральных операционных усилителей, что позволяет увеличить соотношение сигнал/шум, что в свою очередь расширяет динамический диапазон измеряемого сигнала.

В качестве фотоприемных устройств могут использоваться многоэлементные фотоприемники с несколькими фоточувствительными элементами, объединенными в одном корпусе, что увеличивает помехозащищенность устройства.

В качестве источника света может быть использован светодиод.

Заявляемое устройство содержит петлю отрицательной обратной связи, состоящей из усилителя сигнала ошибки, сигнал с которого поступает на источник света, и источника опорного напряжения. Сигнал с выхода суммирующего усилителя поступает на вход усилителя сигнала ошибки. На второй вход усилителя сигнала ошибки поступает сигнал от источника опорного напряжения. Сигнал с выхода усилителя сигнала ошибки, пропорциональный разности этих напряжений, поступает на источник света, управляя его интенсивностью таким образом, чтобы сигнал суммирующего усилителя был равен опорному напряжению. Тем самым достигается постоянство величины суммарного сигнала с фотоприемников, т.е. постоянство фототока, вне зависимости от изменения излучательной способности светодиода и изменения чувствительности фотодиода со временем или при изменении температуры.

С целью миниатюризации блока обработки сигнала могут применяться микросхемы, объединяющие в своем корпусе упомянутые выше электронные компоненты.

За счет объединения устройства обработки сигнала с пьезооптическим преобразователем в единой конструкции (например, в едином металлическом корпусе) повышается устойчивость к воздействию внешних электромагнитных помех.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков, определяющая конструкцию устройства обработки сигнала, позволяет достичь заявленного технического результата: расширение полосы частот регистрируемого сигнала, повышение надежности и точности измерения деформаций, повышение помехоустойчивости, миниатюризация датчика.

Заявляемое устройство может быть подключено к удаленным приемникам сигнала через стандартный интерфейс, например через интерфейс аналоговой токовой петли, включающей источник тока, от которого он же может быть и запитан, ввиду малого потребляемого тока. Так как существуют интерфейсы аналоговой токовой петли, реализованные в одном миниатюрном корпусе, то этот интерфейс может быть интегрированным в единый корпус пьезооптического преобразователя.

Интерфейс аналоговой токовой петли позволяет осуществлять двухпроводное соединение с удаленным приемником сигнала, минимизируя количество выводов устройства.

Описание устройства обработки сигнала

Описание устройства поясняется фигурой 1.

На фигуре 1 цифрами показаны: 1 - источник света, 2 - фотоупругий элемент поляризационно-оптической системы, 3, 4 - фотоприемники, 5, 6 - преобразователи сигналов фотоприемников ток-напряжение, 7 - дифференциальный усилитель, 8 - суммирующий усилитель, 9 - усилитель сигнала ошибки, 10 - источник опорного напряжения, 11 - внешний интерфейс. Другие элементы пьезооптического преобразователя не показаны.

Описание работы устройства

Устройство работает следующим образом.

Световой поток от источника света 1, проходящий через фотоупругий элемент поляризационно-оптической системы 2, попадает на фотоприемники 3, 4. Токи фотоприемников преобразуются в напряжения U1 и U2 с помощью преобразователей ток-напряжение 5, 6. Напряжения U1 и U2 поступают на входы дифференциального усилителя 7 и суммирующего усилителя 8. Напряжение на выходе дифференциального усилителя 7 пропорционально разности напряжений U1-U2, а на выходе суммирующего усилителя 8 - пропорционально сумме напряжений U1+U2. Усилитель сигнала ошибки 9 сравнивает выходное напряжение усилителя 8 с напряжением источника опорного напряжения 10. Сигнал с выхода усилителя сигнала ошибки 9, пропорциональный разности этих напряжений, поступает на источник света, управляя его интенсивностью таким образом, чтобы сигнал суммирующего усилителя 8 был равен опорному напряжению. Полезным выходным сигналом данного устройства является сигнал с выхода дифференциального усилителя 7, который описывается выражением:

J=К*(U1-U2),

где J - выходной сигнал, К - постоянный коэффициент, определяемый при калибровке датчика.

Выходной сигнал дифференциального усилителя 7 подается на внешний интерфейс 11.


УСТРОЙСТВО ОБРАБОТКИ СИГНАЛА ПЬЕЗООПТИЧЕСКОГО ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 11.
20.05.2013
№216.012.423d

Матричный преобразователь терагерцевого излучения (варианты)

Устройство относится к измерительной технике. Матричный преобразователь терагерцевого излучения, состоящий из диэлектрической пленки, на которой со стороны падения терагерцевого излучения выполнена частотно-избирательная поверхность, а на противоположной стороне нанесен сплошной слой с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482527
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.03.2014
№216.012.ab35

Ультразвуковой инструмент факоэмульсификатора с крутильными колебаниями

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для экстракции катаракты методом ультразвуковой факоэмульсификации. Инструмент содержит корпус с размещенным в нем волноводом, состоящим из концентратора ультразвуковых колебаний с иглой на рабочем конце,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509544
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.10.2014
№216.012.fc6c

Тензометрический преобразователь

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложен тензометрический преобразователь, включающий нагрузочный элемент, закрепляемый на контролируемом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530466
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fc6d

Тензометрический датчик

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложен тензометрический датчик, включающий нагрузочный элемент, представляющий собой полый цилиндр,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530467
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.06.2015
№216.013.507f

Фотоупругий элемент

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552128
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.10.2015
№216.013.8146

Тензометрический преобразователь

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564691
Дата охранного документа: 10.10.2015
27.11.2015
№216.013.94f5

Многофункциональная аналитическая система для определения характеристик оптического сигнала кругового дихроизма биологически активного материала

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в клинической медицине и биохимии. Многофункциональная аналитическая система для определения характеристик оптического сигнала кругового дихроизма биологически активного материала приспособлена для работы в шести режимах: режиме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569752
Дата охранного документа: 27.11.2015
25.08.2017
№217.015.a0be

Пироэлектрический детектор миллиметрового излучения (варианты)

Изобретение относится к технике измерений, в частности к измерению интенсивности электромагнитного излучения с пространственным и поляризационным разрешением. Пироэлектрический детектор миллиметрового излучения выполнен на основе пироэлектрической пленки с системой считывания сигнала, в котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606516
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.c79e

Способ контроля параметров движения подъемного устройства

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для оперативного контроля качества монтажа и параметров движения движущейся части подъемного устройства, например лифта, и может быть использовано в подъемниках различного назначения, в которых используется лебедочный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618862
Дата охранного документа: 11.05.2017
25.08.2017
№217.015.d143

Способ электрохимической размерной обработки вращающимся электродом с эксцентриситетом рабочей поверхности

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки и может быть использовано, например, при финишной обработке профиля двигательной лопатки. При осуществлении способа используют стержневой электрод-инструмент, содержащий цилиндрическую державку с центральным каналом для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622075
Дата охранного документа: 09.06.2017
Показаны записи 1-10 из 13.
20.05.2013
№216.012.423d

Матричный преобразователь терагерцевого излучения (варианты)

Устройство относится к измерительной технике. Матричный преобразователь терагерцевого излучения, состоящий из диэлектрической пленки, на которой со стороны падения терагерцевого излучения выполнена частотно-избирательная поверхность, а на противоположной стороне нанесен сплошной слой с...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002482527
Дата охранного документа: 20.05.2013
20.03.2014
№216.012.ab35

Ультразвуковой инструмент факоэмульсификатора с крутильными колебаниями

Изобретение относится к медицине, а именно к офтальмологии, и может быть использовано для экстракции катаракты методом ультразвуковой факоэмульсификации. Инструмент содержит корпус с размещенным в нем волноводом, состоящим из концентратора ультразвуковых колебаний с иглой на рабочем конце,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002509544
Дата охранного документа: 20.03.2014
10.10.2014
№216.012.fc6c

Тензометрический преобразователь

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложен тензометрический преобразователь, включающий нагрузочный элемент, закрепляемый на контролируемом...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530466
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fc6d

Тензометрический датчик

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложен тензометрический датчик, включающий нагрузочный элемент, представляющий собой полый цилиндр,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530467
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.06.2015
№216.013.507f

Фотоупругий элемент

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002552128
Дата охранного документа: 10.06.2015
10.10.2015
№216.013.8146

Тензометрический преобразователь

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002564691
Дата охранного документа: 10.10.2015
27.11.2015
№216.013.94f5

Многофункциональная аналитическая система для определения характеристик оптического сигнала кругового дихроизма биологически активного материала

Изобретение относится к области медицины и может быть использовано в клинической медицине и биохимии. Многофункциональная аналитическая система для определения характеристик оптического сигнала кругового дихроизма биологически активного материала приспособлена для работы в шести режимах: режиме...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002569752
Дата охранного документа: 27.11.2015
25.08.2017
№217.015.a0be

Пироэлектрический детектор миллиметрового излучения (варианты)

Изобретение относится к технике измерений, в частности к измерению интенсивности электромагнитного излучения с пространственным и поляризационным разрешением. Пироэлектрический детектор миллиметрового излучения выполнен на основе пироэлектрической пленки с системой считывания сигнала, в котором...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002606516
Дата охранного документа: 10.01.2017
25.08.2017
№217.015.c79e

Способ контроля параметров движения подъемного устройства

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для оперативного контроля качества монтажа и параметров движения движущейся части подъемного устройства, например лифта, и может быть использовано в подъемниках различного назначения, в которых используется лебедочный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002618862
Дата охранного документа: 11.05.2017
25.08.2017
№217.015.d143

Способ электрохимической размерной обработки вращающимся электродом с эксцентриситетом рабочей поверхности

Изобретение относится к области размерной электрохимической обработки и может быть использовано, например, при финишной обработке профиля двигательной лопатки. При осуществлении способа используют стержневой электрод-инструмент, содержащий цилиндрическую державку с центральным каналом для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002622075
Дата охранного документа: 09.06.2017
+ добавить свой РИД