[发明专利]晶体型压力、应力或加速度传感器及光学测量方法

摘要

本发明为一种晶体型压力、应力或加速度传感器及光学测量方法。传感器包括：激光二极管准直光源、起偏器、传感元件、检偏器、光电探测器和信号处理与调制控制单元；传感元件为兼有电光效应和弹光效应的-43m和23点群的立方晶体。在立方晶体的上下表面的(111)晶面上垂直施加待测应力P和补偿电场。本方法通过调整补偿电场，使得晶体内因压力产生的弹光双折射能够被电光双折射所补偿，由补偿电场获取被测压力、应力或加速度的大小。本发明的π/2光学偏置通过将晶体设计成菲涅尔菱形或在垂直于晶体(111)晶面上预加四分之一波电场产生。本发明响应速度快、具有抗电磁干扰能力、可实现闭环测量，光学传感单元结构简单、体积小。

主权项

一种光学晶体型压力、应力或加速度传感器，其特征在于，包括光学传感单元和信号处理与调制控制单元；光学传感单元包括：激光二极管准直光源、起偏器、传感元件、检偏器和光电探测器；信号处理与调制控制单元包括：信号处理电路、电压比较器、调制电压控制器和输出显示单元；传感元件为兼有电光效应和弹光效应的‑43m和23点群的立方晶体，立方晶体的上表面为(111)晶面；设被测的压力、应力或者加速度对应的应力为P，待测应力P作用方向垂直于立方晶体（111）晶面；激光二极管准直光源发出的光，经起偏器起偏为偏振方向与晶体[111]晶向成45°角的线偏振光，线偏振光沿平行于晶体(111)晶面的方向入射晶体，则线偏振光因晶体双折射产生的相位延迟变成椭圆偏振光；椭圆偏振光经检偏器，输出的光信号被光电探测器探测转换为电信号输出给信号处理电路，信号处理电路对电信号进行降噪处理和检测，得到电压Uo；信号处理电路将电压Uo输入电压比较器，在电压比较器中与参考电压Uom比较，输出电压偏差量ΔU给调制电压控制器；调制电压控制器根据电压偏差量ΔU调制施加在立方晶体上下面的电压U，使得ΔU=0，此时施加在立方晶体上下面的电压U对应产生的电场E0为： E 0 = - 6 p 44 s 44 P / ( 3 r 41 ) 调制电压U经过输出显示单元变换和显示，作为传感器的输出信号，根据U进一步得到待测应力P。