Волоконно-оптическое устройство измерения давления



Волоконно-оптическое устройство измерения давления
Волоконно-оптическое устройство измерения давления
Волоконно-оптическое устройство измерения давления

 


Владельцы патента RU 2509994:

Научная организация "Центр лазерной технологии и материаловедения" (Автономная некоммерческая организация) (RU)

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 относится к измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим устройствам измерения давления, температуры, и может быть использовано в нефтегазовой, химической промышленности для измерения давлений, температур жидких и газообразных сред, находящихся, в том числе, в трубопроводах, резервуарах.

Известно устройство для измерения давления, представляющее собой датчик, содержащий чувствительную мембрану и волоконно-оптический преобразователь, выполненный в виде световодов, соединенных с фотодетектором и излучателем (ЕР №1026439А2, кл. G01H 11/02, публ. 09.08.2000).

Недостатком данного устройства является относительно высокая погрешность измерения давления, т.к. не учитывается изменение показаний давления при изменении температуры контролируемой среды.

Известно волоконно-оптическое устройство измерения давления, содержащее оптоэлектронный блок с источником излучения, датчиками давления и температуры, каждый из которых имеет сообщающийся с измеряемой средой корпус, в котором расположена чувствительная мембрана, обращенный к мембране световод, оптически связанный с источником излучения и фотоприемником блока регистрации и обработки отраженных сигналов, осветительные каналы датчиков соединены между собой волоконно-оптическим разветвителем, при этом корпус датчика температуры имеет заглушку, изолирующую его чувствительную мембрану, от действия давления измеряемой среды (см. патент RU №2287792, публ. 10.04.2006).

При работе устройства под действием давления и температуры происходит деформация чувствительной мембраны датчика давления и деформация мембраны датчика температуры от теплового воздействия, при разности показаний на фотоприемниках определяется измеряемое давление.

Однако наличие в волоконно-оптическом устройстве двух датчиков, предназначенных для подсоединения к различным зонам измерения технологической среды, усложняет конструкцию устройства, а неоднородность температурного поля контролируемой среды приводит к нарушению точности измерения температуры, что снижает точность измерения давления среды.

Принцип работы устройства по данному изобретению основан на использовании амплитудных волоконно-оптических датчиков, существенным недостатком которых является слабая устойчивость к дестабилизирующим воздействиям. Колебания интенсивности излучения, вызванные изменениями мощности излучателя, чувствительности фотоприемника или потерь подводящих световодов, воспринимаются как полезный сигнал. Существенно влияют на характеристики элементов данных датчиков механические воздействия, вызванные вибрациями, ударами, колебаниями давления и т.д.

Вместе с тем, известны наиболее устойчивые к дестабилизирующим воздействиям волоконно-оптические устройства измерения давления, основанные на использовании интерферометрических волоконно-оптических датчиков, принцип действия которых заключается в преобразовании измеряемой физической величины в изменение оптической разности хода световых волн, например, в резонаторе Фабри-Перо, в последующем детектировании оптического сигнала и его математической обработке.

Волоконно-оптическое устройство измерения давления по патенту

RU №2334965, публ. 20.07.2007 выбрано в качестве ближайшего аналога заявляемого изобретения. Устройство содержит источники излучения в виде широкополосных полупроводниковых светодиодов, каждый из которых соединен с Y-образным волоконно-оптическим разветвителем, резонаторы Фабри-Перо, световоды которых соединены с выходом соответствующего волоконно-оптического разветвителя, первый резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей, отраженных от поверхности мембраны и торца световода, при воздействии давления и температуры измеряемой среды на базовое расстояние между отражающими поверхностями, второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды, вторые оптоволоконные выходы разветвителей сопряжены с блоком регистрации светового излучения, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь связана с процессором обработки цифровых сигналов, управляющие выходы процессора связаны с источниками излучения.

При реализации данного технического решения резонаторы Фабри-Перо располагаются в различных зонах измерения технологической среды, неоднородность температурного поля которой приводит к нарушению точности измерения давления среды.

Технический результат изобретения заключается в повышении точности измерения давления технологической среды.

Для решения поставленного технического результата предложено волоконно-оптическое устройство измерения давления, содержащее источники излучения в виде широкополосных полупроводниковых светодиодов, каждый из которых соединен с Y-образным волоконно-оптическим разветвителем, резонаторы Фабри-Перо, световоды которых соединены с выходом соответствующего волоконно-оптического разветвителя, первый резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей, отраженных от поверхности мембраны и торца световода, при воздействии давления и температуры измеряемой среды на базовое расстояние между отражающими поверхностями, второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды, вторые оптоволоконные выходы разветвителей сопряжены с блоком регистрации светового излучения, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь связана с процессором обработки цифровых сигналов, управляющие выходы процессора связаны с источниками излучения, согласно изобретению, световоды обоих резонаторов Фабри-Перо 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, а в другой полости корпуса размещены изолированные друг от друга световоды резонаторов Фабри-Перо, световод первого резонатора соосен с вертикальной осью симметрии центральной части мембраны, световод второго резонатора радиально смещен относительно световода первого резонатора и торец его обращен к отражающей поверхности мембраны, выполненной на ее периферийном кольцевом участке, который изолирован от полости корпуса, сообщающейся с контролируемой средой.

Согласно изобретению световоды резонаторов Фабри-Перо размещены в соосных, сопряженных между собой втулках, одна из которых, внутренняя, предназначена для размещения световода резонатора Фабри-Перо, соосного с центральной частью мембраны, а другая втулка охватывает первую и предназначена для размещения в ней световода второго резонатора Фабри-Перо, при этом торец первой втулки имеет фланец, взаимодействующий с одной стороны с наружным торцом второй втулки, а с другой стороны с прижимной гайкой, взаимодействующей с наружной поверхностью корпуса.

Согласно изобретению оптическое волокно световода каждого резонатора выполнено одномодовым.

Согласно изобретению между корпусом и периферийным кольцевым участком мембраны со стороны ее противолежащей отражающей поверхности расположена прокладка, изолирующая данный участок мембраны от полости, сообщающейся с контролируемой средой.

Согласно изобретению фоторегистрирующий блок выполнен в виде спектрометра с дифракционной решеткой.

При реализации изобретения, благодаря размещению в корпусе изолированных друг от друга световодов обоих резонаторов Фабри-Перо, использованию мембраны с отражающей поверхностью для обоих резонаторов, обеспечивается возможность подсоединения корпуса к общей зоне измерения физических параметров технологической среды, что уменьшает влияние неоднородности температурного поля на измеряемые параметры и повышает точность измерения давления в заданной технологической зоне трубопровода или резервуара.

При анализе известного уровня техники не выявлено технических решений, имеющих аналогичную заявляемому техническому решению совокупность конструктивных признаков, что свидетельствует о соответствии заявляемого технического решении критериям изобретения: «новизна», «изобретательский уровень».

Изобретение может быть промышленно изготовлено на стандартном оборудовании при использовании для его изготовления унифицированных конструктивных узлов, элементов, деталей, используемых для изготовления различных волоконно-оптических систем, что свидетельствует о соответствии его критерию «промышленная применимость».

Изобретение подтверждается нижеприведенным его описанием.

На Рис.1 показана блок-схема волоконно-оптического устройства для измерения давления.

На Рис.2 показано конструктивное исполнение резонаторов Фабри-Перо.

На Рис.3 - то же, что на Рис.2, вид А.

Волоконно-оптическое устройство для измерения давления содержит:

- Источники излучения 1, каждый из которых выполнен в виде широкополосного полупроводникового светодиода;

- Y-образные волоконно-оптические разветвители 2, 3, входы которых соединены с источниками излучения 1; один из выходов каждого разветвителя оптически связан с резонатором Фабри-Перо.

Один из резонаторов Фабри-Перо предназначен для получения интерференции световых лучей отраженных от поверхности мембраны 4 и торца световода 5 при воздействии давления и температуры контролируемой среды на базовое расстояние «L» между ними. Второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды.

Вторые оптоволоконные выходы разветвителей 2 и 3 сопряжены с блоком регистрации 6 светового излучения, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь (АЦП) связана с процессором 7 обработки цифровых сигналов. Управляющие выходы процессора 7 связаны с источниками излучения 1.

Предпочтительно, в качестве регистрирующего блока 6 используют спектрометр с дифракционной решеткой, обеспечивающий детектирование спектрального распределения излучения.

Световод 5 первого резонатора Фабри-Перо и световод 8 второго резонатора Фабри-Перо расположены в корпусе 9, имеющем две полости, между которыми расположена мембрана 4. Одна из полостей 10 корпуса 9 сообщается с технологической средой и обращена к центральной части мембраны 4 со стороны противолежащей ее отражающей поверхности. В другой полости корпуса 9 размещены изолированные друг от друга световоды 5 и 8 резонаторов Фабри-Перо. Световод 5 первого резонатора Фабри-Перо соосен с вертикальной осью симметрии центральной части мембраны 4. Световод 8 второго резонатора радиально смещен относительно световода 5 первого резонатора и торец его обращен к отражающей поверхности мембраны 4, выполненной на ее периферийном кольцевом участке. Периферийный кольцевой участок изолирован от полости 10 корпуса посредством прокладки 11, расположенной между корпусом и периферийным кольцевым участком мембраны 4 со стороны ее противолежащей отражающей поверхности.

Оптическое волокно каждого световода выполнено одномодовым.

Световоды 5 и 8 резонаторов Фабри-Перо, расположенные в корпусе 9, изолированы друг от друга путем размещения их в соосных, сопряженных между собой втулках 12 и 13. Внутренняя втулка 12 предназначена для размещения соосного с центральной частью мембраны 4 световода 5 первого резонатора Фабри-Перо. Наружная втулка 13 охватывает втулку 12 и предназначена для размещения в ней световода 8 второго резонатора Фабри-Перо. Расположение световодов 5 и 8 во втулках 12 и 13 повышает точность их юстировки, что обеспечивает надежность приема отраженного излучения при работе каждого резонатора.

Втулка 12 имеет фланец 14, взаимодействующий через прокладку 15 с наружным торцом втулки 13 и с наружной стороны с прижимной гайкой 16, устанавливаемой на наружной поверхности корпуса 9. При данном конструктивном исполнении соосных, сопряженных между собой втулок 12 и 13 обеспечивается возможность регулирования посредством прокладки 15 (в том числе, сменной) и прижимной гайки 16 базовых расстояний «L» и «1», где «L» - заданное базовое расстояние между торцом световода 5 и отражающей поверхностью центральной части мембраны 4 первого резонатора Фабри-Перо, «1» - заданное базовое расстояние между торцом световода 8 и отражающей поверхностью периферийного кольцевого участка мембраны второго резонатора Фабри-Перо.

Базовые расстояния «L» и «1» определяются посредством математической обработки всего спектрального распределения излучения, отраженного от соответствующего резонатора Фабри-Перо. Предпочтительно, при длине волны излучения 0,8 мкм и при спектре излучения светодиода, имеющего ширину не менее 35 нм, база интерферометра находится в диапазоне 40 мкм - 150 мкм. Для измерения давления или температуры необходимо провести калибровку заявляемого устройства с помощью датчика-эталона. При этом строится зависимость базы калибруемого устройства от давления или температуры, измеряемых датчиком-эталоном. Далее полученная зависимость запоминается компьютером и в дальнейшем используется при измерении давления или температуры уже откалиброванным устройством.

Используемое в процессоре 7 программное обеспечение обеспечивает анализ, обработку спектров отраженного светового излучения с целью определения давления среды в соответствующей зоне измерения вне зависимости от температуры среды в данной зоне измерения.

В устройстве используют широкополосной полупроводниковый светодиод, например, SLD-34-MP, стандартные одномодовые волоконно-оптические ответвители, например, F-CPL-S22855 компании Newport, стандартные одномодовые волокна, например, HI780 компании Corning. Микропроцессорное устройство может быть выполнено на основе сигнального процессора, например, компании Analog Device.

Широкополосное излучение при поочередном включении светодиодов 1 через оптоволоконный выход в Y-образный разветвитель 2 или 3 попадает в световод 5 или 8 соответствующего резонатора Фабри-Перо, при отражении световое излучение приобретает периодическую модуляцию спектра за счет интерференции волны, отраженной от торца световода, и волны, отраженной от отражающей поверхности соответствующей части мембраны - центральной или ее периферийного кольцевого участка. Период этой модуляции определяется базой «L» или «1» резонатора. Отраженное излучение через волокно световода 5 или 8 проходит через разветвитель 2 или 3 в обратном направлении и через выходные волокна разветвителей проходит в коллиматор спектрометра, дифракционная решетка которого осуществляет спектральное разложение входного светового излучения и через фотоприемную линейку, преобразующую световые сигналы в электрические, последние поступают в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и далее цифровой сигнал поступает в процессор 7, где обеспечивается анализ, обработка спектра отраженного от соответствующего резонатора светового сигнала.

Работа устройства в целом основана на прямом спектральном детектировании и обработке оптического спектра излучения, отраженного от соответствующего резонатора с целью построения зависимости разности фаз интерферирующих волн от оптической частоты, что решается с помощью Фурье-преобразований и соответствующей фильтрации информационного сигнала для определения искомого давления технологической среды вне зависимости от ее температуры в контролируемой зоне.

1. Волоконно-оптическое устройство измерения давления, содержащее источники излучения в виде широкополосных полупроводниковых светодиодов, каждый из которых соединен с Y-образным волоконно-оптическим разветвителем, резонаторы Фабри-Перо, световоды которых соединены с выходом соответствующего волоконно-оптического разветвителя, первый резонатор 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 отражающими поверхностями, второй резонатор Фабри-Перо предназначен для получения интерференции отраженных световых лучей при температурном воздействии среды, вторые оптоволоконные выходы разветвителей сопряжены с блоком регистрации, фотоприемная линейка которого через аналого-цифровой преобразователь связана с процессором обработки цифровых сигналов, управляющие выходы процессора связаны с источниками излучения, отличающееся тем, что световоды обоих резонаторов Фабри-Перо 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, а в другой полости корпуса размещены изолированные друг от друга световоды резонаторов Фабри-Перо, световод первого резонатора соосен с вертикальной осью симметрии центральной части мембраны, световод второго резонатора радиально смещен относительно световода первого резонатора и торец его обращен к отражающей поверхности мембраны, выполненной на ее периферийном кольцевом участке, который изолирован от полости корпуса, сообщающейся с контролируемой средой.

2. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что световоды резонаторов Фабри-Перо размещены в соосных, сопряженных между собой втулках, одна из которых, внутренняя, предназначена для размещения световода резонатора Фабри-Перо, соосного с центральной частью мембраны, а другая втулка охватывает первую и предназначена для размещения в ней световода второго резонатора Фабри-Перо, при этом торец первой втулки имеет фланец, взаимодействующий с одной стороны с наружным торцом второй втулки, а с другой стороны с прижимной гайкой, взаимодействующей с наружной поверхностью корпуса.

3. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что оптическое волокно световода каждого резонатора выполнено одномодовым.

4. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что между корпусом и периферийным кольцевым участком мембраны со стороны ее противолежащей отражающей поверхности расположена прокладка, изолирующая данный участок мембраны от полости, сообщающейся с измеряемой средой.

5. Волоконно-оптическое устройство для измерения давления по п.1, отличающееся тем, что фоторегистрирующий блок выполнен в виде дифракционного спектрометра с линейкой фотоприемников.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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 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.

Изобретение относится в области сенсорной электроники и может быть использовано для измерения параметров технологических сред, в медицине. Амплитудный волоконно-оптический сенсор давления содержит кремниевый мембранный упругий элемент с жестким центром, оптическое волокно, закрепленное на кремниевом мембранном упругом элементе с возможностью перемещения вместе с жестким центром кремниевого мембранного упругого элемента пропорционально измеряемому давлению, и фотоприемник, причем в него введен дополнительный фотоприемник, при этом оба фотоприемника включены по дифференциальной схеме и размещены на отдельной кремниевой пластине, закрепленной параллельно указанному кремниевому мембранному упругому элементу. Технический результат - создание сенсора, имеющего монотонную преобразовательную характеристику с уменьшенной нелинейностью преобразовательной характеристики. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения давления жидкостей и газов. Фотоэлектрический сенсор давления содержит упругий элемент в виде основного профилированного кремниевого кристалла с опорной рамкой, измерительной квадратной диафрагмой с жестким центром и V-канавкой, проходящей по оси симметрии опорной рамки и жесткого центра через одну из сторон рамки, в которой расположено и клеевым способом закреплено оптоволокно, один принимающий излучение конец которого расположен за пределами упругого элемента, и интегральный фотодиод, при этом в фотоэлектрический сенсор давления согласно изобретению введены дополнительный кремниевый кристалл с двумя отверстиями, дополнительный интегральный фотодиод, две вспомогательные V-канавки, цилиндрические направляющие и U-канавка, над которой расположен другой свободный излучающий конец оптоволокна и которая проходит по оси симметрии опорной рамки, пересекая другую противоположную сторону рамки, и ширина которой больше размера фотодиода, оба фотодиода расположены на дополнительном кристалле один над другим, разделены узким промежутком и включены дифференциально, на диоды направлен излучающий конец оптоволокна, а сам дополнительный кристалл прикреплен к внешнему краю опорной рамки упругого элемента перпендикулярно плоскости измерительной квадратной диафрагмы, а точная оптическая центровка конструкции сенсора достигается с помощью отверстий на дополнительном кристалле, в которые входят цилиндрические направляющие, закрепленные во вспомогательных V-канавках, расположенных на опорной рамке упругого элемента по обе стороны от оптоволокна. Изобретение позволяет уменьшить нелинейность преобразовательной характеристики и начальный выходной сигнал. 3 ил.
Наверх