Рис.18-8. Принцип действия пьезооптического преобразователя механических напряжений
Рис.18-7. Принцип действия интерферометра Майкельсона
Рис.18-6. Схема светодальномера
Рис.18-5, б. Интенсивности верхнего и нижнего лучей
Рис.18-5, а. Схематическое устройство прибора бесконтактного контроля диаметра проволоки
Рис.18-3. Устройство преобразователя с плоскими параллельными растрами
Рис.18-2. Схематическое устройство автоматического экспонометра для кинокамеры
Световой поток Фx, проходя объектив 1 и диафрагму 2 и отражаясь от зеркального обтюратора 3, попадает на фоторезистор В в отрезок времени, когда не происходит экспонирования пленки 5. Исполнительным механизмом служит измерительный механизм ИМ логометра, обмотка 6 подключена к источнику питания через резистор R, а обмотка 7 — через фоторезистор В. Обмотки в и 7 создают встречные вращающие моменты, поворачивающие рамку, соединенную с диафрагмой 2. Движение диафрагмы 2 происходит до тех пор, пока сопротивление фоторезистора В не станет равным сопротивлению резистора R, которое используется для установки параметров экспозиции. В качестве фотоприемника применяются сернистокадмневые, селениднокадмиевые и сульфидно-кадмиевые фоторезисторы, отличающиеся высокой чувствительностью, малыми габаритами и дешевизной.
|
|
Фотоэлектрические преобразователи широко используются для измерения перемещений. Особенно высокой чувствительностью обладают преобразователи с растрами. Геометрические структуры элементов, образующих растр, весьма разнообразны. Устройство преобразователя с плоскими параллельными растрами показано на рис. 18-3, а.
Между источником света и приемником располагаются два растра, один из которых неподвижен, а второй перемещается. Сопряжение двух растров позволяет получить картину идущих поперек штрихов светлых и темных полос, называемых комбинационными или муаровыми полосами. Высокая чувствительность к перемещению получается за счет того, что перемещение муаровых полос ΔY оказывается во много раз больше перемещения растра ΔХ. В частности, при сопряжении двух параллельных растров, развернутых под некоторым малым углом а, получается комбинация светлых и темных полос, в преувеличенном виде показанная на рис. 18-3, б.
Коэффициент оптической редукции:
Kред =ΔY/ΔХ (18.1)
такого сопряжения при равных шагах растров ω1=ω 2=ω равен Kред=1/sin α.
Измерительные цепи, позволяющие реализовать второй и третий алгоритмы, т. е. измерение отношения и разности световых потоков. Однако особенность оптоэлектрическнх преобразователей заключается в том, что при современной технологии изготовления фотоприемников трудно подобрать пару фотоприемников, обладающих совершенно идентичными характеристиками не только при начальных условиях, но и под действием всех влияющих факторов. Неидентичность характеристик, как известно, сводит на нет преимущества дифференциального и логометрического включений преобразователей, позволяющих существенно повысить точность измерения при использовании преобразователей с идентичными характеристиками. Для того чтобы избежать этого недостатка, в оптоэлектрических преобразователях используются структуры с одним фотоприемником и временным разделением поступающих на пего потоков. Измерительная схема подобного преобразования показана на рис.18-4.
|
|
Рис.18-4. Измерительная схема преобразователя
Пучок света источника 1 при помощи зеркал 2 разделяется на два потока Ф0 и Фx. Интенсивность потока Фх зависит от измеряемой величины (например, прозрачности объекта 3). С помощью модулятора осуществляется периодическое освещение фоторезистора ФП измеряемым Фx и опорным Ф0 потоками. Синхронно с движением шторки Шт переключается ключ К, с помощью которого на вход интегратора (ФП, конденсатор С, усилитель Ус) через фоторезистор ФП подается ток от положительного и отрицательного полюсов источника напряжения Е. При этом ток, пропорциональный измеряемому потоку, заряжает конденсатор С, а ток, пропорциональный опорному потоку, — разряжает его. В конце второго такта модуляции на выходе интегратора устанавливается напряжение U', которое измеряется указателем Ук. Напряжение:
U=Е(G0-Gx)/(СfКЛ) (18.2),
где G0=SФ0 и Gx =SФx — проводимости фоторезистора при освещении потоками Ф0 и Фх соответственно; S — чувствительность фоторезнстора; fКЛ — частота переключения ключа.
На рис. 18-5,а показано схематическое устройство прибора бесконтактного контроля диаметра проволоки. Световой поток, создаваемый источником 1, делится диафрагмой 2 с двумя отверстиями на два луча. Верхний луч частично перекрывается проволокой 3, нижний луч проходит через оптический клин 6. Матовая пластинка 4 рассеивает свет, чтобы облучение фотоприемника ФП было равномерным. Заслонка 7 колеблется между сдвинутыми отверстиями диафрагмы, модулируя световой поток па входе ФП. Если интенсивности верхнего и нижнего лучей не равны (рис.18-5,6), на выходе ФП появляется переменная составляющая напряжения, управляющая двигателем Д. Двигатель перемещает клин 6 до уравнивания интенсивностей лучей. Выходной величиной прибора служит угол поворота двигателя, отсчитываемый по шкале 5.
Схемы измерения фазового сдвига на частотах оптического диапазона.
На рис. 18-6 приведена схема светодальномера, который состоит из генератора Г1 гармонических колебаний, полупроводникового.лазера Г, фотоприемника ФП и фазометра. Излучение лазера Г, модулированное по амплитуде, распространяется до уголкового отражателя УО, установленного на расстоянии Dx от дальномера. Отраженное излучение возвращается к фотоприемнику ФП. Время распространения волны до отражателя и обратно составляет:
t=2Dxn/c (18.3)
За это время фаза напряжения, питающего лазер, изменится на величину φx=ω0t=ω02Dxn/c, где ω0 — частота модуляции; n — показатель преломления среды. Сдвиг фаз φx измеряется с помощью фазометра.
Порог чувствительности современных промышленных высокочастотных фазометров составляет около 0,10, что при частоте модуляции f0=10 МГц и n≈1 соответствует Dxmin=4 мм. Стабильность результатов измерения определяется стабильностью частоты модуляции и постоянством условий на пути светового потока.
|
|
На рис. 18-7 показан принцип действия интерферометра Майкельсона, в котором для измерения фазового сдвига оптических колебаний использовано преобразование на основе явления интерференции фазового сдвига в интенсивность света. Интерферометр состоит из лазера Г, светоделителя СД, двух зеркал 31 и 32. Пучок света Ф0 проходит через светоделитель СД и разделяется на два пучка Ф1 и Ф2, которые, отразившись от зеркал, вновь попадают на светоделитель, где объединяются и интерферируют. Полученный в результате интерференции пучок света Ф преобразуется фотоприемником ФП. Разность фаз φ зависит от разности длин оптического пути:
φ=2π(l 1- l 2)/λ (18.4)
и длины волны λ излучения. Предположим, что под действием измерь величины зеркало 31 переместилось на расстояние l x от исходного положения, определяемого расстоянием l 0= l 1= l 2. В этом случае фаза изменится на величину φx=2π l 1/λ=2πNx, где Nx= l x/λ — общее число полных периодов фазы, укладывающихся на отрезке l x.
Таким образом, считая число экстремумов функции U=0,5U0(1+cos2π l x/λ) и зная длину волны >. излучения, можно измерить перемещение l x.
На рис. 18-8 показан принцип действия пьезооптического преобразователя механических напряжений, основанного на явлении фотоупругости.
Первоначально изотропный упругий чувствительный элемент в виде прямоугольной прозрачной призмы 3 находится в условиях одноосного напряженного состояния под действием силы Fx, Пучок света от источника 1 поляризуется поляризатором 2 (например, поляроидной пленкой) в плоскости, наклоненной под углом 45° к направлению главной деформации, которое в данном случае совпадает с направлением действия силы Fx. Поляризованные лучи А и В проходят через упругий элемент 3 и фазовую пластину 4 на анализаторы 5А и 5В, один из которых скрещен с поляризатором 2, а второй параллелен ему. После анализаторов лучи А и В падают соответственно на фотоприемники 6А и 6В.
Интенсивность света, попадающего па приемник 6В, определяется выражением
I1=I0sin2[(2πΔ/λ+α0)/2] (18.5).
|
|
Интенсивность света, попадающего на приемник 6B — как I2=I0cos2[(2πΔ/λ+α0)/2], где α 0 — фазовый сдвиг, вносимый пластиной 4. Зависимость разности хода Δ от деформации ε11 определяется как:
(18.6),
где n0 - показатель преломления фотоупругого материала в ненапряженном состоянии; l - длина образца в направлении просвечивания; р11 и р12 — упругооптические коэффициенты, являющиеся тензорами четвертого ранга. Выходное напряжение диагонали моста, в который включены фотоприемники, пропорционально разности их освещенностей:
UBЫХ=UA-UB=kI0cos(2πΔ/λ+α0) (18.7)
При α0=π/2 и малых α=2πΔ/λ можно считать cos(π/2+α)≈α и.
На основе пьезооптических преобразователей в МГУ им. М. В. Ломоносова (Институт механики) разработан ряд приборов: датчики давления, акселерометры, силоизмерители, тензометры. В частности, пьезооптические акселерометры имеют предел измерений 50—1000 g при собственной частоте 4—15 кГц, порог чувствительности около 10-4 (от предела измерений) и погрешности 0,2—1,5%. При измерении статических величин температурная погрешность cоставляет 0,1 % /К (дрейф нуля) и 0,05—0,1 % /К (изменение чувствительности).
На рис. 18-9 показан принцип действия устройства “Трансоптик”, предназначенного для дистанционного измерения тока в линиях электропередачи.
Рис.18-9. Принцип действия устройства “Трансоптик”
“Трансоптик” представляет собой измерительную систему с фарадеевским датчиком 1 (стеклянный стержень из тяжелого флинта), размещенным вблизи провода 2 линии электропередачи, в которой требуется измерить ток IХ. Плоскополяризованное излучение Ф0 от лазера 3 проходит в стержень 1 и, отразившись от торца с зеркальным покрытием, возвращается на землю к приемной части.
Приемная часть системы содержит компенсационный фарадеевский датчик 4 с обмоткой, подключенной через резистор 5 и амперметр к выходу усилителя 6; два фотодиода 7 и 8, подключенных к инвертирующему и неинвертирующему входам усилителя 6, и бианализатор 9, световые потоки Ф1 и Ф2 на выходе которого равны, если в системе не происходит поворота плоскости поляризации. При прохождении светового луча через датчик 1 плоскость поляризации луча поворачивается на угол ψ, пропорциональный напряженности Нx и, следовательно, току Ix. В компенсационном датчике 4 ток Iк направлен так, что сводит эффект вращения плоскости поляризации в датчике 1 к нулю, т. е. ψх-ψк =0. При идентичных оптических элементах датчиков 1 и 4 ψх=ψк при Iк=Ix/ωк, где ωк — число витков датчика 4. Подобные системы называют иногда оптикоэлектронными трансформаторами тока.
Схема измерения частоты и длины волны излучения оптического диапазона. На рис. 18-10 показана структурная схема преобразователя с гетеродинным преобразованием частоты.
Рис.18-10. Структурная схема преобразователя с гетероидным преобразованием частоты
Преобразователь содержит источник опорного сигнала ИОС частоты ν0, светоделитель СД, фотоприемник ФП, усилитель Ус и частотомер. На светоделитель поступают два пучка света: пучок света, частоту которого ν х нужно определить, и опорный пучок. Эти пучки складываются и посылаются на фотоприемник. Световой поток, поступающий на фотоприемник, кроме постоянной составляющей Ф, содержит низкочастотную составляющую:
Ф(t)=Фmcos(νx-ν 0)t (18.8).
Если разностная частота νBЫХ=νx-ν 0 находится в полосе пропускания электронной схемы, то измерение этой частоты частотомером при известном значении ν0 позволяет найти νx=ν ВЫХ +ν0.
Устройства с интерференционным преобразованием частоты строятся на базе интерферометров с использованием модуляции излучения по частоте.
В принципе в перевозке почти каждого вида груза участвует не один вид транспорта. Перевозку морем, по реке, железной дорогой, самолетом, как правило, дополняет доставка груза автомобилем.
Перевозкой груза в смешанном сообщении сегодня считают ту, в которой доставку груза от отправителя к получателю осуществляют, по крайней мере, два различных вида транспорта, когда она выполняется на этом маршруте под ответственностью только одного перевозчика, по единому транспортному документу, подтверждающему заключение договора перевозки, и оплачивается по единой сквозной тарифной ставке. Такая перевозка определяется еще термином — «прямое смешанное сообщение».
В Конвенции Организации Объединенных Наций о международных смешанных (multimodal) перевозках грузов используется термин " международная смешанная перевозка ", определяемая как "перевозка грузов по меньшей мере двумя разными видами транспорта на основании договора смешанной перевозки из места в одной стране, где грузы поступают в ведение оператора смешанной перевозки, до обусловленного места доставки в другой стране".
За рубежом они получили наименование «комбинированных» (от англ, глагола to combine — смешивать) или «мультимодальных» (от словосочетания «multi-modal»; «много» — multi; modal — вид, форма) в отличие от перевозок, выполняемых одним видом транспорта — «singlemodal», «unimodal» — «перевозки в прямом (железнодорожном, водном и т. п.) сообщении».
Европейская конференция министров транспорта (ЕКМТ) определяет:
a. мультимодальные перевозки как "перевозки грузов по меньшей мере двумя разными видами транспорта";
b. интермодальные перевозки как перевозки грузов (в одной и той же грузовой единице или на одном и том же транспортном средстве) последовательно используемыми видами транспорта без обработки самих грузов при изменении вида транспорта.
Термин " комбинированные перевозки " используется ЕЭК ООН в том же значении, что и вышеприведенное определение интермодальных перевозок.
В соответствии с правилами применения Рекомендации № 19 ЕЭК/ФАЛ "Классификатор видов транспорта" используется следующее определение: "Комбинированные перевозки: Комбинированное использование транспортных средств, когда одно (пассивное) транспортное средство перевозится на другом (активном) транспортном средстве, которое является таковым и потребляет энергию".
Для целей транспортной политики ЕКМТ ограничивает значение термина "комбинированные перевозки" "интермодальными перевозками, в рамках которых бoльшая часть европейского рейса приходится на железнодорожный, внутренний водный или морской транспорт и любой первоначальный и/или конечный отрезок пути, на котором используется автомобильный транспорт, является максимально коротким".
Транспортно-технологическая система интермодальных перевозок оперирует не с грузом вообще, а с определенной его массой, консолидированной (consolidated) в определенном весовом, объемном, штучном количестве и размещенной (юнитизированной) в или на грузовом модуле — укрупненной грузовой единице УГЕ, которую принято обозначать также аббревиатурой — УЛД (Unit Load Device). К УЛД относят: контейнеры, трейлеры, съемный кузов автомобиля, лихтеры (lighters), контейнерные платформы — флеты (flats). В авиации к категории УЛД причисляют также поддоны (pallets).
Таким образом, интермодальным сообщением называется транспортно-технологическая система организации перевозок с использованием в перевозочном процессе нескольких видов транспорта, при которой перевозка «грузового места», т. е. груза в грузовом модуле или самого модуля порожнем, выполняется под ответственностью одного перевозчика, по единому документу, по варианту «от двери до двери» и «точно в срок», оплачивается по единой сквозной ставке, с освобождением грузоотправителя от забот в части выбора маршрута, средств транспорта, портов, складских помещений, перегрузочного оборудования.