Волоконный тензодатчик

 

Изобретение относится к измерению деформаций и напряжений конструкций оптическими методами. Цель изобретения - увеличение помехозащищенности измерения деформации за счет обеспечения возможности работы тензодатчика в импульсном режиме. Для этого тензодатчик содержит чувствительный элемент, выполненный в виде двух световодов, коаксиально расположенных один в другом, внутренний из них имеет сплошное поперечное сечение и они оптически соединены. При взаимодействии световодов происходит переход света из одного в другой . При приложении усилия к чувствительному элементу происходит изменение режима их взаимодействия. 3 ил. S 1сл

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) (б)) 4 G 01 В 11/16

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ, г

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К ASTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3854578/25-28 (22) 14. 12.84 (46) 28.02.87. Бюл. У 8 (71) Московский авиационный институт им. Серго Орджоникидзе (72) И.Д. Абугова, В.И. Бусурин, Н.И. Прохоров, В.И. Садовников, Т.С. Султан-Заде, Д.С. Ташкин и Н.П. Удалов (53) 531.781.2(088.8) (56) Патент СИА 11 4295738, кл. G 01 В 11/16, 356-32, 1980.

Авторское свидетельство СССР

У 905635, кл. G Ot В 11/16, 1981. (54) ВОЛОКОННЫЙ ТЕНЗОДАТЧИК (57) Изобретение относится к измерению деформаций и напряжений конструк ций оптическими методами. Цель изобретения — увеличение помехозашищенности измерения деформации за счет обеспечения возможности работы тензодатчика в импульсном режиме. Для этого тензодатчик содержит чувствительный элемент, выполненными в виде двух световодов, коаксиапьно расположенных один в другом, внутренний из них имеет сплошное поперечное сечение и они оптически соединены.

При взаимодействии световодов происходит переход света из одного в другой. При приложении усилия к чувствительному элементу происходит измене- Я ние режима их взаимодействия. 3 ил.

1293482

Изобретение относится к измерению деформаций и напряжений конструкций оптическими методами.

Цель изобретения — увеличение по-мехозащищенности датчика при измерении деформаций за счет обеспечения возможности работы датчика в импульсном режиме.

На фиг.1 приведена схема тензодатчика, соединенного с блоком обработки 0 и регистрации; на фиг.2 — то же, чувствительного элемента, на фиг.3 — то же управления блоком обработки и регистрации.

Волоконный тензодатчик содержит источник 1 света и расположенные последовательно вдоль хода пучка света чувствительный элемент 2, выполнен ный в виде двух световодов 3 и 4, фотоприемник 5, второй фотоприемник 6, .расположенный напротив боковой поверхности чувствительного элемента .на расстоянии от его торца, у которого расположен первый фотоприемник 5, равном минимальной "длине биений".

Световоды 3 и 4 коаксиально расположены один в другом, внутренний из них имеет сплошное поперечное сечение и они оптически соединены между

30 собой через разделительныи слои 7, световоды 3 и 4 покрыты защитным слоем 8, который в зоне между торцом световодов 3 и 4, у которого расположен первый фотоприемник 5, и вторым фотоприемником 6 выполнен светорассеиваю- 35 щим.

Блок обработки и регистрации содержит два аналоговых усилителя 9 и 10, два пороговых элемента 11 и 12, четыре триггера 13-16, схему 17 управления и 0 десятичный счетчик,18.

Тензодатчик работает следующим образом.

Свет от источника 1 излучения вводится в стержневой световод 3 с показателем преломления и„, Другой световод выполнен в виде трубки с показателем преломления n, причем световоды 3,4 разделены разделительным слоем 7 с показателем преломления и, а

:верху покрыты защитным слоем 8 с показателем преломления п4. Показатели преломления и размеры слоев подбираются исходя из теории связи волноводов. Взаимодействие между световодами выражается в том, что наблюдается пе. риодический переход света из одного световода в другой. То расстояние, на котором происходит переход энергии из одного световода в другой, называется "длиной биения" и обозначается

L<, При этом величина "длины биения" зависит от постоянных распространения световодов и коэффициента связи между ними.

При приложении усилия к чувствительному элементу, вдоль оси чувствительного элемента, происходит изменение показателя преломления, что приводит к изменению "длины биения", причем изменение "длины биения" на выходе порогового элемента 11 будет наблюдаться как последователЬность импульсов, количество которых зависит от величины механической деформации. Для определения знака деформации служит второй фотоприемник 6, так как последовательность прохождения сигнала чеI рез фотоприемники 6 и 5 однозначно определяется направлением действия деформации. Сигналы с фотоприемников

5,6 через усилители 9 и 10, пороговые элементы 11 и 12 поступают на триггеры 13 и 14, при этом предыдущая информация с этих триггеров переписывается на триггеры 15 и 16. Таким образом, в каждый момент времени имеется информация о настоящем и предшествующем состояниях пороговых элементов, на основе которой схема управления выдает импульсы либо на счетный вход, либо на вычитающий. При деформации одного знака каждому состоянию триггеров 16 и 15 соответствует вполне определенное состояние триггеров 13 и 14.

Так, например, если состояние триггеров 15 и 16 единичное, то состояние триггеров 14 и 13 должно быть соответственно "0" и "i", тогда импульсы подаются на счетный вход. Если состояние триггеров иное, то импульсы подаются на вычитающий вход. . Длина чувствительного элемента Ь выбирается исходя из соотношения

L 9 L, а расстояние 2, на котором ус-. тановлен второй фотоприемник, 6 C 1. 8 мин

Таким образом, данный тензодатчик работает в импульсном режиме. Влияние различного рода помех приводит к изменению амплитуды сигнала, снимаемого с фотоприемника. Так, например, температурная нестабильность лазера составляет 1-1,5Е/град., и изменение температуры на 10 град., приводит к изменению выходного сигнала на 10-15Х для датчиков, работающих с аналоговым з 12934 сигналом. Предлагаемый тензодатчик будет выдавать правильную информацию до тех пор, пока сигнал не упадет до уровня, соответствующего уровню единичного состояния триггера. 5

Формула изобретения

Волоконный тензодатчик, содержащий источник света, и расположенный последовательно вдоль хода пучка све- 1О та чувствительный элемент, выполненный в виде двух световодов, и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью увеличения помехозащищенности, он снабжен вторым фото82 приемником, расположенным напротив боковой поверхности чувствительного элемента на расстоянии от его торца, у которого расположен первый фотоприемник, равном минимальной длине биений, световоды коаксиально расположены один в другом, внутренний иэ них имеет сплошное поперечное сечение и они оптически соединены между собой через разделительный слой, световоды покрыты защитным слоем, который в зоне между торцом световодов, у которого расположен первый фотоприемник, . и вторым фотоприемником выполнен светорассеивающим.

1293482

Ntg

Составитель Б. Евстратов

Техред Л.Сердюкова Корректор И. рдейи

Редактор М. Товтин

Заказ 370/41 Тираж 678

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Подписное

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4