CC BY
124
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС СБОРКИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКОГО ДАТЧИКА УСКОРЕНИЯ С МОДУЛИРУЮЩИМ ЭЛЕМЕНТОМ В ВИДЕ
ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ЛИНЗЫ
Щевелев А.С., аспирант
Пензенский государственный университет
При финансовой поддержке в форме гранта Министерства образования и науки РФ
Разработан технологический процесс сборки волоконно-оптического датчика ускорения (ВОДУ). В работе [1] предложена новая конструкция датчика (рисунок 1)
ВОДУ является оптическим прибором, так как его основная функция выполняется с помощью оптической системы - совокупности оптических деталей (оптических волокон, линз, призм и т.д.), отражающих, преломляющих и дифрагирующих поверхностей. Ввиду того, что световой поток “канализируется” по ОВ в зону измерения и обратно, имеет смысл объединить оптическую систему и подводящие и отводящие оптические волокна под одним термином - волоконно-оптический преобразователь.
Волоконно-оптические преобразователи (ВОП) по типу оптического канала (ОК) можно разделить на три больших класса:
- ВОП с открытым оптическим каналом;
- ВОП с закрытым оптическим каналом;
- ВОП без внешнего источника излучения (ИИ) и ПОВ.
Наиболее предпочтительным классом измерительных преобразователей ВОД являются ВОП с открытым оптическим каналом, так как данный класс позволяет изменять определенным образом конструктивные параметры ВОП, для увеличения
чувствительности и линеаризации выходной характеристики.
Одной из главных задач при проектировании ВОД является определение оптимальных параметров оптической системы, обеспечивающих достижение
максимальной чувствительности преобразования оптического сигнала, а так же передачу максимально возможной мощности излучения светового потока в зону преобразования оптического сигнала ВОП. В случае с чувствительным элементом в виде цилиндрической линзы это определение:
- положения подводящего и отводящих оптических волокон относительно линзы;
- параметров оптического волокна;
- диаметра и материала линзы.
Разработанный дифференциальный ВОДУ включает в себя волоконно-оптический преобразователь перемещений (ВОПП), состоящий из цилиндрической линзы 8, закрепленной на упругом элементе 7, выполненном в виде плоской пружины, а также одного подводящего 2 (ПОВ) и двух отводящих оптических волокон 3 (ООВ) (рисунок 1 и
2).
Рисунок 1 - Волоконно-оптический датчик ускорения
с модулирующим элементом в виде цилиндрической линзы
5
1
2
3
4
1
2
3
4
втулка 5 - установочные винты
наконечник ПОВ 6 - оптические волокна
наконечник ООВ 7 - упругий элемент
основание 8 - цилиндрическая линза
9 - крышка
Рисунок 2 - 3D модель дифференциального ВОДУ без крышки
Рассмотрим основные этапы процесса сборки данного датчика (см. рисунки 2, 3, 4):
1) Втулка 1 с ВОК временно неподвижно устанавливается в отверстие корпуса ВОДУ (см. рисунок 1).
2) Конец ПОВ и концы ООВ закрепляют неподвижно в металлических наконечниках 2 и 3, соответственно и заливают герметиком (рисунок 3). Оптические волокна должны выступать за детали 2 и 3 (до полировки) на 5 мм.
Рисунок 3 - Процесс изготовления преобразователя для ВОДУ с модулирующим элементом в виде цилиндрической линзы: а - наконечник для ПОВ; б - наконечник для ООВ
3) Жгуты волоконно-оптического кабеля (ВОК) укладываются в полость, размещенную радиально в корпусе датчика. Поверхность оптического волокна должна быть ровной и гладкой на ощупь. Не допускаются внутренние микротрещины, повреждения внешней оболочки. Для исключения поломов оптических волокон радиус скругления ВОК определяется выражением (1).
R = -п
Г
dn
V
tgQ
(1)
Для обеспечения точной сборки целесообразно, чтобы допуск на размер R был
l
положительным.
4) Наконечники с ПОВ и ООВ размещаются в отверстиях по обе стороны от центра корпуса датчика. Крепление наконечников осуществляется с помощью установочных винтов 5 (см. рисунок 2) .
5) Цилиндрическая линза фиксируется на упругом элементе (пружина) посредством двух металлических колец таким образом, чтобы не создавать препятствие световому потоку (рисунок 4).
Рисунок 4 - Сборочный чертеж блока модуляции
Кольца закрепляются на пружине точечной сваркой в месте соприкосновения друг с другом.
6) Установка упругого элемента производится с помощью установочного винта.
7) На корпус ВОДУ устанавливается крышка и сваривается с корпусом аргонодуговой сваркой, обеспечивающей герметичность датчика.
Заключение. Предложенное новое конструктивно-технологическое исполнение дифференциального датчика ускорения, основанного на волоконно-оптическом преобразователе перемещений, сохраняет работоспособность в жестких условиях ракетнокосмической техники и не требует сложных технологических и измерительных операций в процессе изготовления, сборки и настройки датчика что, соответственно, не ведет к лишним материальным затратам.
Литература
1 Бадеева Е.А., Гориш А.В., Котов А.Н., Мурашкина Т.И., Пивкин А.Г. Теоретические основы проектирования амплитудных волоконно-оптических датчиков давления с открытым оптическим каналом: Монография. - М.: МГУЛ, 2004. -246 с.
2 Серебряков Д.И., Кривулин Н.П. Моделирование распределения светового потока в оптической системе волоконно-оптического сигнализатора уровня жидкости: Монография. - Пенза.: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2007.
3 Зуев, В. Д. Методика определения конструктивных параметров волоконнооптического преобразователя с управляющим элементом в виде шаровой линзы / В. Д. Зуев, Н. П. Кривулин, В. С. Волков, Т. И. Мурашкина // Авиакосмическое приборостроение. - 2008. - № 10. - С. 27-29.
4 Мурашкина Т. И. Теория, расчет и проектирование волоконно-оптических измерительных приборов и систем / Учебное пособие. - Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 1999. - 133 с.
Сведения об авторах
Щевелев Антон Сергеевич - аспирант кафедры Приборостроения Пензенского государственного университета г.Пенза, ул.Красная, 40, тел.(8412) 36-84-59,
