Исследование влияния температуры на характеристики пьезооптических датчиков механических напряжений

Отрицательное влияние температуры на характеристики датчиков разных видов является общейпроблемой, с необходимостью решения которой сталкиваются все разработчики датчиков. Этапроблема актуальна и для датчиков механических напряжению любого типа: тензорезисторных,волоконно-оптических и пьезоэлектрических. Изменение температуры приводит к изменениямчувствительности датчика, дрейфу нуля, снижению точности. Недавно был предложен новые датчикидеформаций на основе пьезооптического эффекта, которые отличаетсяот других более чем на три порядка бóльшим коэффициентомтензочувствительности [1]. Тем не менее, этим датчикам такжеприсущи зависимости характеристик от температуры. Исследованиепричин возникновения данных зависимостей было проведенотеоретически, с помощью численного моделирования иэкспериментально. Теоретический анализ показал, что параметрыоптических элементов пьезооптического датчика (свойстваполяризаторов и анализаторов, коэффициенты преломления слюды иплавленого кварца, модуль Юнга и пьезооптический коэффициенткварца) практически не зависят от температуры в диапазоне –40 —+50°С. Исключение составляет длина волны излучения фотодиода (660нм), которая меняется на ~15 нм. Это изменение относительно слабовлияет на выходной сигнал и не объясняет экспериментальные данные.Численное моделирование напряжений возникающих в системедатчик–адаптивный элемент–контролируемый объект при изменениитемпературы показало существенную температурную зависимостьвеличины напряжений на датчике из-за асимметрии контролируемогообъекта. Если симметрия объекта отличается от осесимметричной, то внём возникают несимметричные напряжения, которые и фиксируетдатчик. Поэтому одной из причин температурных зависимостейпоказаний датчика является сам объект контроля, что нужно учитыватьпри монтаже датчика и его эксплуатации. Численное моделированиепреобразований фазы и амплитуды световой волны при прохожденииоптических элементов пьезооптического преобразователя быловыполнено методом матричной алгебры с использованием матриц Мюллера и параметров Стокса.Моделирование показало, что температурная зависимость выходного сигнала датчика возникает вслучае неточности установки оптических осей одновременно двух или более элементов схемы. Врезультате моделирование позволило определить допуски на точность установки элементовоптической схемы, изменить конструкцию датчика и существенно снизить влияние температуры наего характеристики.