Волоконно-оптический преобразователь давления



Волоконно-оптический преобразователь давления
Волоконно-оптический преобразователь давления

 


Владельцы патента RU 2457453:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) (RU)

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения давления. Устройство включает источник оптического излучения, приемник оптического излучения, чувствительный элемент, содержащий отражательную мембрану, устройство ориентации оптического излучения и прокладку, расположенную между отражательной мембраной и устройством ориентации оптического излучения. Преобразователь давления дополнительно содержит блок обработки информации, волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом. Устройство ориентации оптического излучения выполнено в виде пластины из кварцевого стекла в форме параллелепипеда с зеркальным напылением по всей поверхности за исключением части поверхности, расположенной под мембраной. Технический результат - упрощение конструкции и улучшение габаритных характеристик. 2 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения давления, способным работать при высоких температурах.

Известен волоконно-оптический преобразователь давления, состоящий из источника оптического излучения, световода, передающего оптическое излучение от источника оптического излучения к чувствительному элементу, чувствительного элемента, состоящего из призмы полного внутреннего отражения и отражательной мембраны, световода, передающего оптическое излучение от чувствительного элемента к приемнику оптического излучения, приемника оптического излучения [1] (прототип).

Недостатком такого устройства является конструкция, в которой из-за расположения подводящего и отводящего оптическое излучение световодов не удается изготовить компактное изделие.

Технический результат, создаваемый изобретением, - упрощение конструкции волоконно-оптического преобразователя и улучшение габаритных характеристик.

Для достижения указанного технического результата предлагается волоконно-оптический преобразователь давления, включающий источник оптического излучения, чувствительный элемент, содержащий отражательную мембрану, устройство ориентации оптического излучения, и прокладку, расположенную между отражательной мембраной и устройством ориентации оптического излучения, приемник оптического излучения, отличающийся тем, что волоконно-оптический преобразователь давления дополнительно содержит блок обработки информации, волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом, устройство ориентации оптического излучения выполнено в виде пластины из кварцевого стекла в форме параллелепипеда с зеркальным напылением по всей поверхности за исключением части поверхности, расположенной под мембраной.

На фиг.1 представлена структурная схема волоконно-оптического преобразователя давления на основе оптического туннельного эффекта.

На фиг.2 представлена конструкция чувствительного элемента волоконно-оптического преобразователя давления на основе оптического туннельного эффекта.

Волоконно-оптический преобразователь давления на основе оптического туннельного эффекта содержит источник оптического излучения 1, световод 2, передающий оптическое излучение от источника к волоконно-оптическому ответвителю 3, световода 4, осуществляющего передачу оптического излучения от волоконно-оптического ответвителя 3 к чувствительному элементу 5 и обратно, световода 6, передающего оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя 3 к приемнику оптического излучения 7, блок обработки информации 8. Блок обработки информации 8 осуществляет расчет измеренного значения давления Ризм, соответствующего значению давления на входе Рвх.

Чувствительный элемент 5 волоконно-оптического преобразователя давления на основе оптического туннельного эффекта состоит из пластины из кварцевого стекла 9, отражательной мембраны 11 и прокладки 10, расположенной между пластиной и мембраной.

Волоконно-оптический преобразователь давления на основе оптического туннельного эффекта работает следующим образом. Источник оптического излучения 1 генерирует оптическое излучение заданной мощности и подает его в световод 2, который передает оптическое излучение к волоконно-оптическому ответвителю 3. Волоконно-оптический ответвитель 3 обеспечивает передачу оптического излучения из световода 2 в световод 4. По световоду 4 оптическое излучение вводится в пластину из кварцевого стекла 9. В зависимости от зазора между пластиной из кварцевого стекла 9 и отражательной мембраной 11, за счет оптического туннельного эффекта, часть оптического излучения покинет пластину. Зазор между мембраной 11 и пластиной 9 может меняться под действием давления Рвх, что приводит к изменению потока оптического излучения, передаваемого к приемнику оптического излучения 7. Уменьшение зазора приводит ко все большему проникновению оптического излучения в отражательной мембрану и поглощению оптического потока. Оптическое излучение, которое останется в пластине из кварцевого стекла, отразившись от грани, расположенной напротив световода 4, вернется обратно в световод 4 и через волоконно-оптический ответвитель 3 попадет в световод 6, а затем на приемник оптического излучения 7, где преобразуется в электрический сигнал. Блок обработки информации 8 преобразует электрический сигнал в измеренное значение давления Ризм.

Изобретение может быть использовано для измерения давления в газовых и жидких средах.

Литература

1. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики. М.: Энергоатомиздат, 1990, 256 с.

Волоконно-оптический преобразователь давления, включающий источник оптического излучения, чувствительный элемент, содержащий отражательную мембрану, устройство ориентации оптического излучения, прокладку, расположенную между отражательной мембраной и устройством ориентации оптического излучения, приемник оптического излучения, отличающийся тем, что волоконно-оптический преобразователь давления дополнительно содержит блок обработки информации, волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом, при этом устройство ориентации оптического излучения выполнено в виде пластины из кварцевого стекла в форме параллелепипеда с зеркальным напылением по всей поверхности, за исключением части поверхности, расположенной под мембраной.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для измерения давления. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим датчикам давления (ВОДД), и может быть использовано в различных измерительных системах для контроля давления.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в волоконно-оптических датчиках, предназначенных для измерения температуры различных объектов, а также для измерения деформации, перемещения.

Изобретение относится к полимерному материалу, обладающему оптически детектируемым откликом на изменение нагрузки (давления), включающему полиуретановый эластомер, адаптированный для детектирования изменения нагрузки, содержащий алифатический диизоцианат, полиол с концевым гидроксилом и фотохимическую систему, включающую флуоресцентные молекулы для зондирования расстояния, модифицированные с превращением в удлиняющие цепь диолы, в котором мольное соотношение диолов и полиолов находится в диапазоне от приблизительно 10:1 до около 1:2, а фотохимическая система выбрана из группы, состоящей из системы эксиплекса и резонансного переноса энергии флуоресценции (FRET).

Изобретение относится к волоконно-оптической измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим измерительным системам измерения давления, температуры, деформации, перемещения.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства и, в первую очередь, для измерения давлений в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов на изделиях ракетно-космической техники.

Изобретение относится к области технической физики и, в частности, может служить для измерения давления нефтепродуктов в резервуарах нефтехранилищ. .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим преобразователям давления, и может быть использовано для измерения широкого диапазона давлений жидких и газообразных сред в условиях повышенных температур.

Изобретение относится к оптоволоконным технологиям

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано при конструировании и в процессе сборки волоконно-оптических датчиков давления на основе оптического туннельного эффекта

Группа изобретений относятся к исследованиям скважин и может быть использована для мониторинга внутрискважинных параметров. Техническим результатом является оптимизация, автоматизация, повышение эффективности процесса добычи нефти, в т.ч. за счет повышения скорости и достоверности мониторинга внутрискважинных параметров по всей длине скважины. Способ мониторинга внутрискважинных параметров, при котором с помощью источника лазерного излучения формируют заданной длительностью и частотой световой импульс, поступающий в оптоволоконный кабель, где по всей длине кабеля выделяют излучение рассеяния. Излучение рассеяния, поступающее в блок обработки, преобразуют в электрический сигнал и усиливают, затем из него выделяют полезный сигнал, поступающий на вход второго контроллера, где определяют частоту смещения полезного сигнала относительно частоты генерации источника лазерного излучения, а затем по ее значению вычисляют текущее значение параметра изменения давления, полученные данные сравнивают с заданными в первом контроллере, при отклонении от которых автоматически регулируют процесс добычи нефти в соответствии с изменением притока, определяемого путем непрерывного измерения изменения давления, в скважине управляют частотой вращения вала электродвигателя, при значении параметра изменения давления меньше заданной величины увеличивают частоту вращения вала электродвигателя, при значении параметра изменения давления больше заданным значением уменьшают. 5 н. и 11 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим устройствам измерения давления. Устройство содержит широкополосные полупроводниковые светодиоды, Y-образные волоконно-оптические разветвители и резонаторы Фабри-Перо. Один из резонаторов Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей, отраженных от поверхности мембраны и торца световода, при воздействии давления и температуры контролируемой среды на базовое расстояние между ними. Второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды. Вторые оптоволоконные выходы разветвителей сопряжены с регистрирующим блоком, Фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь связана с процессором обработки цифровых сигналов. Световоды первого и второго резонаторов расположены в корпусе, имеющем две полости, между которыми расположена мембрана. Одна из полостей корпуса сообщается с контролируемой средой и обращена к центральной части мембраны со стороны противолежащей ее отражающей поверхности. В другой полости корпуса размещены изолированные друг от друга световоды резонаторов. Технический результат - повышение точности измерений за счет уменьшения влияния неоднородности температуры. 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относятся к измерительной технике и предназначено для измерения давления (как статического, так и динамического) газов и жидкостей. Датчик давления состоит из записанной на оптическом световоде по меньшей мере одной волоконно-оптической решетки Брэгга (ВБР), мембраны, корпуса, при этом мембрана жестко прикреплена к световоду и имеет возможность движения по осевой линии относительно корпуса, оптический световод жестко прикреплен к торцу корпуса по его осевой линии. Также датчик может состоять из мембраны, корпуса, записанной на оптическом волокне по меньшей мере одной волоконно-оптической решетки Брэгга (ВБР), базового элемента крепления, элемента приложения торцевой нагрузки, направляющей. При этом базовый элемент крепления и элемент приложения торцевой нагрузки соединены с оптическим волокном таким образом, что место соединения не касается ВБР, а направляющая соединена с базовым элементом крепления и корпусом, мембрана закреплена в корпусе. Элемент приложения торцевой нагрузки касается мембраны по осевой линии. Техническим результатом является обеспечение малых массогабаритных параметров, повышение точности измерения, уменьшение влияния внешних воздействий на точность измерения, упрощение конструкции датчика. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к датчикам разности давления, и может быть использовано в различных измерительных системах для контроля давления. Заявленный датчик разности давлений имеет корпус, выполненный из составных частей, между которыми установлена силовая мембрана, образуя две камеры в корпусе, сочленяемые стенки корпуса выполнены с выемками, образуя опорные поверхности для силовой мембраны, в каждой составной части корпуса установлена измерительная мембрана, центры мембран соединены элементами передачи деформации с центром силовой мембраны с противоположных ее сторон, преобразователи выполнены в виде оптического волокна, закрепленного на поверхности каждой измерительной мембраны, а чувствительные элементы выполнены в виде волоконных брэгговских решеток, закрепленных в чувствительных зонах измерительных мембран. Техническим результатом изобретения является повышение точности и скорости измерения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим датчикам давления, и может быть использовано в измерительных системах для контроля давления. Техническим результатом изобретения является повышение точности оптического детектора разности давлений. Оптический детектор разности давлений содержит корпусной элемент с опорными поверхностями, две камеры, упругие элементы, шток, оптические световоды, относительно торцов которых на расстоянии сформирована отражающая поверхность. Упругие элементы закреплены соосно друг относительно друга. Оси оптических световодов перпендикулярны отражающей поверхности, причем продолжения осей указанных световодов пересекают ее левую и правую границы. Направления смещений отражающей поверхности совпадают с осью каждого из упругих элементов. Упругие элементы изготовлены из монокристаллического кремния. Конструктивные элементы изготовлены из материалов с близкими коэффициентами температурного расширения. 2 з.п. ф-лы. 8 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к универсальным оптическим первичным преобразователям амплитудного типа, и может быть использовано в измерительных системах для контроля давления (в т.ч. разности давлений), вибраций, деформаций, перемещений и силы. Преобразователь механических величин в оптический сигнал включает упругую трубку-капилляр, закрепленную на несущем фланце с зажимом, рычаг для восприятия измеряемой физической величины, размещенный на упругой трубке-капилляре, внутри упругой трубки-капилляра расположены неподвижное основание. При этом световоды закреплены на противолежащих сторонах неподвижного основания, а светоотражающий элемент размещен на регулирующем винте, при этом границы светоотражающего элемента совпадают с осями световодов. Технический результат - расширение области применения и диапазона измеряемых физических величин, упрощение технологии изготовления, повышение ремонтопригодности и точности измерений. 5 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства и, в первую очередь, для измерения разности давления в условиях воздействия внешних дестабилизирующих факторов на изделиях ракетно-космической техники, АЭС, нефтегазовой отрасли и др. Устройство содержит корпус, в котором установлены металлические мембраны плюсовой и минусовой камер, имеющие жесткие центры, соединенные между собой штоком с отверстием, соосно с которым расположены подводящий и отводящие оптические волокна двух измерительных каналов. В приемном торце жгута отводящих волокон расположены приемные торцы отводящих оптических волокон. При этом корпус выполнен из двух частей, один торец которых предназначен для крепления на объекте, во внутренней полости корпусов расположена вновь введенная несущая деталь, в углублениях которой закреплены мембраны. Корпуса плюсовой и минусовой камер и несущая деталь жестко соединены между собой, поверх данного соединения установлено кольцо, имеющее прорезь для установки оптических волокон в центральной части несущей детали и для крепления втулки со жгутом оптических волокон, один торец которой повторяет контур прорези кольца. Корпус, кольцо и втулка со жгутами волокон жестко и герметично соединены между собой, а шток выполнен с боковыми выемками, внутри которых выполнена шторка, в центре которой расположено отверстие, причем высота выемок больше или равна высоте шторки. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения давлений. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к оптоволоконным технологиям, в частности к оптическим датчикам давления и температуры, в конструкции которых использованы оптические волокна. Устройство для измерения давления и температуры в потоке газа и/или жидкости содержит корпус датчика, мембрану, жестко прикрепленную к торцу корпуса, волоконно-оптический световод с защитным покрытием, расположенный в корпусе, по меньшей мере, одну дифракционную решетку Брэгга, нанесенную на волоконно-оптический световод, и волоконно-оптический кабель, закрепленный в корпусе и соединенный с системой обработки сигнала. Устройство снабжено, выполненным на торце корпуса со стороны мембраны, средством соединения с напорным устройством, по меньшей мере, одной структурой с поверхностным рельефом в соответствии с геометрией дифракции Брэгга, выполненной на поверхности мембраны внутри корпуса датчика. Волоконно-оптический световод соединен с волоконно-оптическим кабелем и прикреплен к корпусу и к мембране с образованием подмембранной полости. При этом, по меньшей мере, одна дифракционная решетка Брэгга, нанесенная на волоконно-оптический световод, расположена вне зоны крепления световода к корпусу. Система обработки сигнала содержит соединенные волоконно-оптическим кабелем оптический разветвитель, полупроводниковый источник света, оптический анализатор спектра и соединенный с ним регистратор. 2 н. и 6 з.п.ф-лы, 5 ил.
Наверх