Волоконно-оптический датчик давления

Авторы патента:


Волоконно-оптический датчик давления
Волоконно-оптический датчик давления
Волоконно-оптический датчик давления
Волоконно-оптический датчик давления

 


Владельцы патента RU 2474798:

Мурашкина Татьяна Ивановна (RU)

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. Техническим результатом является высокая точность измерения давления в условиях изменения температуры окружающей среды. Волоконно-оптический датчик давления содержит мембранный блок, в который входят мембрана и несущая ее деталь, штуцер, блок оптических волокон, в котором одни, срезанные под некоторым углом концы подводящих и отводящих оптических волокон расположены во втулке на детали треугольной формы и прижаты крышкой, а другие концы оптических волокон подстыковываются к источнику излучения и приемнику излучения. Несущая деталь имеет минимум две полости, соединенные отверстием меньшим диаметром, чем диаметры полостей, причем высота Н полости, в которой жестко закреплена мембрана, определяется выражением: Н=hМ+λ, где hМ - толщина мембраны; λ - длина волны светового потока. Штуцер имеет три полости. В полость меньшего размера на кольцевой выступ установлен мембранный блок, на который устанавливается во вторую полость блок оптических волокон, закрепленный во вновь введенный корпус. Штуцер и корпус между собой жестко соединены. 4 ил.

 

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 в различных отраслях народного хозяйства. Предлагаемый датчик может быть использован для измерения больших давлений в условиях изменения температуры окружающей среды в диапазоне ±100°С на изделиях ракетно-космической техники (и предположительно от минус 100 до +500°С в других отраслях).

Известны волоконно-оптические датчики давления (ВОДД), содержащие световодные жгуты, общие торцы которых установлены на фиксированном расстоянии от светоотражающей металлической мембраны, процесс измерения давления в которых осуществляется путем регистрации изменения интенсивности отраженного светового потока в зависимости от прогиба мембраны под действием давления [1. Жилин В.Г. Волоконно-оптические измерительные преобразователи скорости и давления. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - с.11-12; 2. Авдошин Е.С. Волоконная оптика в военной технике США // Зарубежная электроника, 1989. - №11. - с.98-99; 3. А.с. 1631329 G01L 11/00. Датчик давления; 4. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - с.40-41].

Недостатком таких датчиков является высокая температурная погрешность, обусловленная изменением геометрических параметров датчика. В частности, изменение начального расстояния между мембраной и торцом оптических волокон, обусловленное изменением температуры окружающей среды, ведет к возникновению температурной погрешности. Существенную долю в данную погрешность в датчиках давления вносит мембрана, что объясняется изменением ее геометрических размеров и модуля упругости материала мембраны. Кроме того, ВОДД отражательного типа имеют низкую чувствительность преобразования и малую глубину модуляции оптического сигнала в связи с потерями в зоне измерения из-за расхождения светового потока в пределах апертурного угла оптического волокна.

Известен волоконно-оптический датчик давления на основе оптического туннельного эффекта, в котором перечисленные недостатки вышеуказанных датчиков практически исключены [Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990. - с.188]. Датчик содержит подводящий и отводящий оптические волокна, оптическую призму, на которую нанесена кольцевая прокладка толщиной, приблизительно равной длине волны источника излучения, мембрану, воспринимающую измеряемое давление и перемещающуюся под действием давления относительно гипотенузной грани призмы.

Особо привлекательна в этом датчике возможность использования в качестве мембраны кварцевой пластины малых габаритов (радиус мембраны при измерении давления в диапазоне 0…300 кгс/см2 составит приблизительно 4…5 мм). Такое конструктивное решение позволяет снизить погрешность, обусловленную изменением конструктивных параметров датчика при изменении температуры окружающей среды. Использование кварцевого стекла позволяет свести данную составляющую погрешности до минимума. Так, например, температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) кварцевого стекла марки С5-1 составляет 5-10-7 1/°С, и при изменении температуры в диапазоне от минус 100 до +500°С относительное расширение материала составит приблизительно 0,0025%, изменение модуля Юнга приведет к дополнительной погрешности, не превышающей в данном диапазоне температур 1%.

Однако известный ВОДД на основе туннельного эффекта имеет ряд недостатков: конструкция датчика не приспособлена к работе в жестких условиях ракетно-космической техники и не технологична:

во-первых, конструкция негерметична (технологически трудно обеспечить герметичность узла "призма-мембрана");

во-вторых, узел стыковки ОВ с призмой достаточно сложный: в качестве основного оптического элемента (световода) используется прямоугольная призма, в основании которой лежит прямоугольный треугольник, поэтому для обеспечения угла падения света на отражающую поверхность, роль которой выполняет гипотенузная грань призмы, отличного от 45 градусов, необходимо призму дорабатывать (чтобы обеспечить необходимую чувствительность преобразования, необходимо достаточно точно до долей градуса выдерживать требуемый угол - чаще всего это угол 47 градусов). При доработке должны использоваться сложная дорогостоящая технологическая оснастка и специальное измерительное оборудование, что значительно удорожает процесс изготовления датчика;

в-третьих, необходимо точно установить торцы подводящих и отводящих оптических волокон относительно призмы;

в-четвертых, если датчик будет эксплуатироваться при воздействии вибраций, ударов и т.п., необходимо обеспечить надежный контакт между торцами оптических волокон и гранями призмы. Известная конструкция этого не обеспечивает.

Данные недостатки устранены в наиболее близком по технической сущности к предлагаемому изобретению ВОДД, содержащем подводящие и отводящие оптические волокна, мембрану, кольцевую прокладку, деталь треугольной формы [Пат. 2253850 РФ, МПК6 G01L 11/02, 19/04. ВОДД/ Е.А.Бадеева, А.В.Гориш, Т.И.Мурашкина, А.Г.Пивкин; опубл. 10.06.2005. Бюл. №16].

Однако датчик-прототип на основе туннельного эффекта имеет ряд недостатков:

- чтобы получить зазор между мембраной и торцом подводящих и оптических волокон, равный длине волны оптического излучения (для обеспечения туннельного эффекта), необходим сложный процесс напыления металлической прокладки на кварцевую мембрану, трудно поддающийся контролю;

- при соединении отдельных элементов датчика между собой, например, с помощью сварки возможен процесс сдавливания этой прокладки и, соответственно, требуемый зазор не будет обеспечен, соответственно, не будет достигнут требуемый уровень оптического сигнала для функционирования датчика;

- при сборке может возникнуть непараллельность двух поверхностей: поверхности мембраны и торцевой поверхности оптических волокон, обращенной к мембране, что резко снижает чувствительность преобразования оптического сигнала;

- требует сложных технологических и измерительных операций при изготовлении.

В конечном счете, требуемые метрологические характеристики датчика также не будут достигнуты.

Таким образом, в прототипе не достигается технический результат, выраженный в технологичности конструкции и высокой точности датчика. Предлагается новая конструкция ВОДД на туннельном эффекте, лишенная перечисленных выше недостатков, и процесс изготовления предложенного датчика.

Указанный технический результат достигается тем, что в ВОДД, содержащем мембранный блок, в который входят мембрана и несущая ее деталь, щтуцер, блок оптических волокон, в котором одни, срезанные под некоторым углом концы подводящих и отводящих оптических волокон расположены во втулке на детали треугольной формы и прижаты крышкой, а другие концы оптических волокон подстыковываются к источнику излучения и приемнику излучения, новым является то, что несущая деталь имеет минимум две полости, соединенные отверстием меньшим диаметром, чем диаметры полостей, причем высота Н полости, в которой жестко закреплена мембрана, определяется выражением:

где hМ - толщина мембраны;

λ - длина волны светового потока,

штуцер имеет три полости, причем в полость меньшего размера на кольцевой выступ установлен мембранный блок, на который устанавливается во вторую полость блок оптических волокон, закрепленный во вновь введенный корпус, внутренний размер которого равен внешним размерам блока оптических волокон, причем штуцер и корпус между собой жестко соединены.

Таким образом, предполагаемое изобретение представляет собой техническое решение задачи, являющееся модернизированным (новым), промышленно применимым и обладающим изобретательским уровнем, т.е. предлагаемое изобретение отвечает критериям патентоспособности.

На фигуре 1 приведена конструкция предлагаемого датчика, на фигурах 2, 3, 4 - этапы изготовления измерительного преобразователя волоконно-оптического датчика давления на основе туннельного эффекта, на фигуре 2а - формирование скошенных торцов оптических волокон, на фигуре 2б - крепление оптических волокон в металлической втулке, на фигуре 3а - размещение оптических волокон на "подушке", на фигуре 3б - крепление оптических волокон на "подушке" с помощью крышки и сварки, на фигуре 3в - полировка оптических волокон, на фигуре 4 - мембранный блок.

Датчик содержит мембранный блок 1, в который входит мембрана 2 и несущая ее деталь 3, блок оптических волокон 4, где расположены подводящие оптические волокна (ПОВ) 5 и отводящие оптические волокна (ООВ) 6, деталь треугольной формы 7 («подушка»), крышка 8, втулка 9, штуцер 10 и корпус 11, соединенные сваркой 12 (фиг.1).

Одни концы ПОВ 5 и ООВ 6, расположенные в зоне измерения, срезаны под некоторым углом Θ, определяемым выражением

где n1, n2, n3 - коэффициенты преломления сердцевины оптического волокна, среды между мембраной и оптическими волокнами, мембраны соответственно,

пропущены через втулку, уложены на детали треугольной формы 7 и прижаты крышкой 8. Другие концы ПОВ 5 и ООВ 6 подстыковываются к источнику излучения (ИИ) 13 и приемнику излучения (ПИ) 14 соответственно. "Подушка" 7 представляет собой деталь треугольной формы с углом при вершине, равным 2θ, с углублением, повторяющим форму оптического волокна, соответственно глубина и ширина углубления соответствуют внешним размерам оптического волокна. Длина основания треугольника в сечении А-А равна b-dOB. Для исключения поломов оптических волокон угол при вершине закруглен, причем расчетный радиус округления поверхности углубления, на которую укладывается оптическое волокно, определяется выражением (3)

Несущая деталь 3 имеет минимум две полости (в приведенном на фиг.4 примере - три полости), соединенные отверстием меньшим диаметром, чем диаметры полостей, причем высота Н полости, в которой жестко закреплена мембрана 2, определяется выражением (1).

Штуцер 10 имеет три полости. С помощью резьбовой части штуцера датчик закрепляется на объекте, и через нее подается среда, давление которой необходимо измерить. В полость меньшего размера на кольцевой выступ установлен мембранный блок 1 таким образом, чтобы мембрана 2 была обращена к блоку оптических волокон 4. Мембранный блок 1 прижимается блоком оптических волокон 4, закрепленным в корпусе 11. Внутренние размеры корпуса 11 равны внешним размерам блока оптических волокон 4. Для обеспечения жесткости и герметичности конструкции штуцер 10 и корпус 11 между собой жестко соединены сваркой 12, а внутренняя полость корпуса 11 залита герметиком 15.

Для обеспечения туннельного эффекта зазор между мембраной 2 и полированной поверхностью оптических волокон 5 и 6 должен быть примерно равным длине оптического излучения ИИ 13, то есть λ. Соответственно размеры мембраны выбираются таким образом, чтобы прогиб ее под действием давления был меньше длины волны. Например, если используется инфоракрасное излучение на длине волны 0,85 мкм, то зазор должен быть примерно равным 1 мкм, а прогиб мембраны не должен превышать этого значения.

Необходимый зазор h задается высотой Н полости, в которой закреплена мембрана 2, и высотой hМ мембраны 2 в несущей детали, причем высота углубления определяется выражением (1) и при необходимости доводится до требуемого значения с помощью полировки.

Датчик работает следующим образом (см. фиг.1).

От источника излучения ИИ 13 световой поток Ф0 по ПОВ 5 направляется в сторону мембраны 2 под углом Θ, значение которого задается формой и размерами "подушки" 7, и выбирается из условия обеспечения максимальной чувствительности преобразования и глубины модуляции оптического сигнала из выражения (2) [Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики: Физические основы, вопросы расчета и применения. - М.: Энергоатомиздат, 1990].

Под действием контролируемого давления Р мембрана 2 прогибается, и в центральной части зазор между мембраной и рабочими торцами оптических волокон будет меньше первоначального значения Х0. В результате этого изменяется отражательная способность для электромагнитных волн в области срезанных торцов оптических волокон, соответственно изменяется интенсивность отраженного под углом Θ от данной области светового потока Ф(Р), несущего информацию об измеряемом давлении Р и поступающего по ООВ 6 на ПИ 14. Приемник излучения ПИ 14 преобразует оптический сигнал в электрический.

Рассмотрим основные этапы процесса сборки данного датчика (см. фиг.2, 3, 4):

1. Сборка блока оптических волокон 4.

1.1. Оптические волокна 5 и 6 временно неподвижно закрепляются в металлические наконечники 16 (фиг.2).

1.2. Оптические волокна, закрепленные в наконечниках 16, срезаются под углом Θ и полируются по сечению А-А, после этого наконечники 16 удаляются (фиг.2а).

1.3. Концы двух оптических волокон 5 и 6, у которых рабочие торцы срезаны под углом Θ, вклеиваются в металлическую втулку 9 из стали 29НК на расстоянии b относительно друг друга таким образом, чтобы свободные концы волокон выступали над поверхностью пластины на высоту l, определяемую из выражения (4)

1.4. Оптические волокна 5 и 6 укладываются на "подушку" 7 под радиусом

Для обеспечения точной сборки целесообразно, чтобы допуск на размер R был положительным. Это позволит в случае необходимости довести его до требуемого значения (фиг.3а).

1.5. Чтобы оптические волокна лежали на "подушке" 7, они к ней сверху прижимаются металлической крышкой 8, которая с помощью сварки 17 скрепляется со втулкой 9. Крышка 8 по центру имеет сквозное отверстие шириной, равной диаметру оптического волокна, и длиной а=2HtgΘ, где H≈dOB. Свободное пространство под крышкой заполняется клеящим составом, например ситаллоцементом 18 (фиг.3б).

1.6. Часть оптических волокон, которая оказалась выше крышки на величину Н, срезается вдоль поверхности Б-Б и полируется (фиг.3б).

2. Сборка мембранного блока 1 (фиг.4).

2.1. Мембрана жестко закрепляется в мембранном блоке с помощью ситаллоцемента 19.

2.2. Необходимый зазор h задается высотой Н полости, в которой закреплена мембрана 2, и высотой hМ мембраны 2 в несущей детали, причем высота углубления определяется выражением (1) и при необходимости доводится до требуемого значения с помощью полировки.

3. Сборка волоконно-оптического датчика давления.

3.1. Мембранный блок 1 вставляется в штуцер 10, а блок оптических волокон 4 устанавливается в корпусе 11.

3.2. Штуцер 10 и корпус 11 между собой жестко соединяются с помощью импульсной сварки 12 таким образом, чтобы совпали их оси симметрии.

Технический результат предлагаемого изобретения следующий.

В предлагаемой конструкции исключены сложные технологические сборочные операции.

Предложенная новая конструкция волоконно-оптического датчика давления на туннельном эффекте работоспособна в жестких условиях ракетно-космической техники и не требует сложных технологических и измерительных операций при изготовлении.

Такая конструкция датчика обеспечивает более высокую точность измерения давления в условиях изменения температуры окружающей среды. Одновременно данное техническое решение не требует существенного усложнения конструктивного и схемного решения датчика, соответственно, не ведет к лишним материальным затратам.

Волоконно-оптический датчик давления, содержащий мембранный блок, в который входят мембрана и несущая ее деталь, штуцер, блок оптических волокон, в котором одни срезанные под некоторым углом концы подводящих и отводящих оптических волокон расположены во втулке на детали треугольной формы и прижаты крышкой, а другие концы оптических волокон подстыковываются к источнику излучения и приемнику излучения, отличающийся тем, что несущая деталь имеет минимум две полости, соединенные отверстием, меньшим диаметром, чем диаметры полостей, причем высота Н полости, в которой жестко закреплена мембрана, определяется выражением:
Н=hМ+λ,
где hМ - толщина мембраны;
λ - длина волны светового потока,
штуцер имеет три полости, причем в полость меньшего размера на кольцевой выступ установлен мембранный блок, на который устанавливается во вторую полость блок оптических волокон, закрепленный во вновь введенный корпус, внутренний размер которого равен внешним размерам блока оптических волокон, причем штуцер и корпус между собой жестко соединены.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к оптоволоконным технологиям. .

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения давления. .

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.

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.

Изобретение относится к области измерения статических и динамических давлений на основе использования оптических интерферометрических схем и оптических волокон. Оптоволоконный интерферометрический датчик статического и динамического давления содержит лазерный источник света, входное оптическое волокно, расположенный в корпусе чувствительный к давлению элемент в виде мембраны, выходное оптическое волокно и фотоприемник с устройством обработки фотоэлектрического сигнала. При этом датчик снабжен установленным в центральной части корпуса промежуточным неподвижным двусторонним зеркалом, имеющим отражающие верхние и нижние поверхности, нижним неподвижным зеркалом, входным микрообъективом со световым делителем и выходным микрообъективом. Нижняя поверхность мембраны имеет зеркальное покрытие, измерительное плечо датчика образовано зеркальной поверхностью мембраны и верхней поверхностью неподвижного промежуточного зеркала, а опорное плечо датчика образовано нижней зеркальной поверхностью промежуточного зеркала и верхней зеркальной поверхностью нижнего неподвижного зеркала, причем расстояния между мембраной, двусторонним промежуточным зеркалом и нижним зеркалом равны между собой. Технический результат - обеспечение возможности плавного изменения чувствительности и динамического диапазона оптоволоконного датчика в широких пределах. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике. Микромеханический волоконно-оптический датчик давления выполнен на основе оптического волокна, содержащего участки ввода и вывода излучения, а также участок, размещенный в пропускном канале корпуса. При этом пропускной канал включает участок для размещения оптического кабеля параллельно основанию корпуса и выполнен в виде паза с рифленой поверхностью в основании. Волокно в пазу прижато к вершинам выступов рифленой поверхности пластинами и выполнено с решетками Брега. Пластины выполнены в виде кремниевых кристаллов, на которых сформированы мембраны одинаковой толщины hм, при этом первая мембрана имеет один квадратный жесткий центр, размещенный в центре, вторая мембрана - два одинаковых квадратных жестких центра, расположенных вдоль участка оптического волокна на расстоянии l по обе стороны от центра мембраны. Техническим результатом является повышение точности измерения за счет повышения чувствительности микромеханического волоконно-оптического датчика давления. 3 з.п. ф-лы, 4 ил., 1 табл.
Наверх