Метрологическое обеспечение измерительных систем (стр. 40 )

Второй особенностью конструкции ВОСТ является то, что она обеспечивает получение информативной избыточности (дополнительной информации). Последняя достигается за счёт формирования и преобразования в напряжения не только мощностей модулированных потоков излучения Фм1 и Фм2, но и мощностей ряда дополнительных потоков излучения, несущих информацию о параметрах ФД 23 и 29, СД 30 и 31, а также о температуре окружающей среды.

Рассмотрим процесс модуляции потока оптического излучения измеряемым давлением . Как было сказано выше, модуляция потока оптического излучения в информативно-избыточном ВОСД осуществляется путём изменения расстояния между центром зеркальной поверхности мембраны 12 и плоскостью, в которой расположены торцы приёмных ВС 4 и 5, под действием измеряемого давления .

Поток оптического излучения , генерируемый СД 31, по передающему ВС 6 поступает на выход ОЭП 3 и через ВОК 2 передаётся на вход ВОПД 1. Поток оптического излучения поступает на зеркальную поверхность мембраны 12, отражается от неё и формирует в плоскости торцов приёмных ВС 4 и 5 освещённую кольцевую зону (рис. 2).

а) при , ,

б) при , , ,

Рис. 2. Графические построения, иллюстрирующие процессы взаимодействия
потока оптического излучения с зеркальной поверхностью мембраны

Площадь освещённой кольцевой зоны связана с расстоянием следующим уравнением величин:

,

где и – внутренний и наружный радиусы освещённой кольцевой зоны, причём и ; и – апертурный угол и радиус сердцевин ВС 4–6, причём ; .

В начальном положении мембраны 12 (при равенстве значений давления во внутренней полости ВОПД 1 и измеряемого давления ) площади и освещённых частей сердцевин ВС 4 и 5 равны по значению (рис. 2, а). При увеличении давления , расстояние  уменьшается (рис. 2, б).

ФП давления в расстояние для закреплённой по контуру плоской мембраны в области малых перемещений описывается линейным уравнением величин [7]:

,

где – начальное расстояние между центром мембраны 12 и плоскостью, в которой расположены торцы приёмных ВС 4 и 5; – прогиб центра мембраны, причём ; – коэффициент преобразования давления в прогиб мембраны, причём ; и – значения радиуса и толщины мембраны; – значение модуля Юнга материала мембраны; – коэффициент Пуассона материала мембраны.

Изменение расстояния приводит к изменению площадей освещённых частей сердцевин ВС 4 и 5 (рис. 2, б). На основе графических построений и теоретических исследований [1, 5] получены зависимости площадей и от расстояния :

	(1)
	(2)

где ; ; .

Исследования показали, что для обеспечения корректной работы ВОПД с бинарным выходом должно выполняться следующее условие: . Это обусловлено тем, что в случаях, когда , освещённой кольцевой зоной перекрываются торцы только первой группы ВС 4 (рис. 2, б). При этом торцы второй группы ВС 5 остаются неосвещёнными.

Для определения оптимального значения начального расстояния рассмотрим приведенные на рис. 3 графики зависимостей (1) и (2). Указанные графики получены для ВОПД, в котором используются ВС с диаметром сердцевины , диаметром оболочки и апертурным углом .

Рис. 3. Графики зависимостей и

Анализ графиков зависимостей (1) и (2) показал, что при строгом подходе:

– начальное расстояние между центром зеркальной поверхности мембраны 12 и плоскостью, в которой расположены торцы приёмных ВС 4 и 5, необходимо уставить равным 376,8 мкм;

– минимальное допустимое расстояние между центром зеркальной поверхности мембраны 12 и плоскостью, в которой расположены торцы приёмных ВС 4 и 5, должно составлять не менее . Это означает, что максимальный прогиб центра мембраны 12 не должен превышать .

В результате изменения площадей и (при изменении давления ) изменяются и мощности потоков оптического излучения и , принимаемых торцами первой и второй групп приёмных ВС 4 и 5, соответственно: