Волоконно-оптический датчик давления


 


Владельцы патента RU 2515116:

Карлов Кирилл Рудольфович (RU)

Изобретение относится к области физики, в частности, к средствам измерения давления рабочей среды, как жидкости, так и газа и может найти применение при измерении давления на отдаленных объектах с передачей информации по волоконно-оптическому каналу связи, в частности, для измерения давления скважинной жидкости в нефтяных и газовых скважинах. Задача изобретения состоит в упрощении конструкции волоконно-оптического датчика давления, его монтажа и исключение необходимости юстировки его сенсорных элементов в процессе сборки, а также в уменьшении габаритов датчика и, как следствие, повышении надежности и точности измерения давления. Поставленная задача решается путем создания волоконно-оптического датчика давления, содержащего корпус с двумя трубчатыми элементами, имеющими по меньшей мере один заглушенный торец, установленными в корпусе так, что второй торец первого трубчатого элемента соединен с корпусом и сообщается с каналом для подвода рабочей среды, а второй торец второго трубчатого элемента выполнен открытым и сообщается с внутренней полостью корпуса, в которую пропущено оптическое волокно с двумя решетками Брэгга, прикрепленное участками, содержащими решетки Брэгга, непосредственно к наружной цилиндрической поверхности трубчатых элементов так, что одна из решеток расположена на первом трубчатом элементе, а вторая - на втором. Задача решается также тем, что второй трубчатый элемент закреплен на внутренней стенке корпуса, а также тем, что второй трубчатый элемент закреплен на внутренней стенке корпуса соосно первому. Трубчатые элементы выполнены из одного и того же материала и с идентичными геометрическими размерами. Задача решается также тем, что участки оптического волокна, оснащенные решетками Брэгга, сориентированы вдоль образующей цилиндрической поверхности трубчатых элементов.

Предлагаемая конструкция волоконно-оптического датчика давления позволяет решить задачу качественного и надежного измерения давления рабочей среды отдаленных объектов с передачей информации по волоконно-оптическому каналу связи в режиме длительной, до нескольких лет, эксплуатации без промежуточных операций по обслуживанию и юстировке.

5 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Настоящее изобретение относится к области физики, в частности к средствам измерения давления рабочей среды как жидкости, так и газа и может найти применение при измерении давления на отдаленных объектах с передачей информации по волоконно-оптическому каналу связи, в частности, для измерения давления скважинной жидкости в нефтяных и газовых скважинах.

Известны волоконно-оптические датчики давления, которые различаются размещением сенсорных элементов и, как следствие, передачей их деформации к оптическому волокну с решетками Брегга.

Так известен волоконно-оптический датчик для измерения давления, содержащий два трубчатых элемента (сенсоры), которые установлены один в другом соосно (Международная заявка №WO1998N000358 с номером публикации W09932911 А1). На концах элементов закреплены участки оптического волокна, включающие дифракционные решетки Брегга. Деформация внутреннего трубчатого элемента обусловлена величиной давления рабочей среды и величиной температуры датчика, деформация наружного трубчатого элемента обусловлена только величиной температуры датчика.

Недостатками таких устройств является сложность монтажа сенсоров датчика, сложная юстировка устройства и необходимость индивидуальной тарировки каждого из сенсоров вследствие разнознаковой деформации двух последовательно установленных участков оптического волокна, оснащенных двумя решетками Брегга, жестко прикрепленных к двум подвижным точкам сенсоров и базовой точке корпуса датчика.

Наиболее близким заявляемому техническому решению является волоконно-оптический датчик давления, содержащий корпус, в котором закреплены два трубчатых элемента, имеющие, по меньшей мере, один заглушенный торец, и установленные в корпусе так, что второй торец первого трубчатого элемента соединен с корпусом и сообщается с каналом для подвода рабочей среды, а второй торец второго трубчатого элемента выполнен открытым и сообщается с внутренней полостью корпуса, в который пропущено оптическое волокно с двумя решетками Брэгга (Международная заявка №WO2000CH00370 с номером публикации WO0114843 А1).

Указанное техническое решение позволяет решать задачу измерения давления рабочей среды (жидкость или газ) с передачей информации по волоконно-оптическому каналу связи, однако оно имеет ряд существенных недостатков. Такими недостатками, кроме названных выше, является то, что конструкция датчика для обеспечения рабочего диапазона по величине измеряемого давления требует предварительного трудоемкого расчета геометрических параметров обоих трубчатых элементов исходя из соблюдения жестких рамок прочностных характеристик оптического волокна и частотных характеристик решеток Брегга. Это, в свою очередь, накладывает определенные ограничения на габариты датчика в зависимости от диапазона измеряемого давления. Конструкция датчика в процессе его монтажа требует строгого регламентированного предварительного натяжения оптического волокна с решетками Брегга, что значительно усложняет монтаж датчика и его юстировку.

Задача, на решение которой направлено заявляемое техническое решение, состоит в упрощении конструкции волоконно-оптического датчика давления и монтажа, при которых отсутствует необходимость юстировки его сенсорных элементов в процессе сборки, в упрощении схемы расчета давления с учетом поправки на изменение температуры датчика, а также в уменьшении габаритов датчика и, как следствие, в повышении надежности и точности измерения давления.

Поставленная задача решается путем создания волоконно-оптического датчика давления, содержащего корпус, в котором закреплены два трубчатых элемента, имеющие, по меньшей мере, один заглушенный торец и установленные в корпусе так, что второй торец первого трубчатого элемента соединен с корпусом и сообщается с каналом для подвода рабочей среды, а второй торец второго трубчатого элемента выполнен открытым и сообщается с внутренней полостью корпуса, через которую пропущено оптическое волокно с двумя решетками Брэгга, прикрепленное участками, содержащими решетки Брэгга, непосредственно к наружной цилиндрической поверхности трубчатых элементов так, что одна из решеток расположена на первом трубчатом элементе, а вторая - на втором.

Задача решается также тем, что второй трубчатый элемент пристыкован к первому с образованием заглушки между ними. Задача решается также тем, что второй трубчатый элемент закреплен на внутренней стенке корпуса. Задача решается также тем, что второй трубчатый элемент закреплен на внутренней стенке корпуса соосно первому.

Задача решается также тем, что трубчатые элементы выполнены из одного и того же материала и с идентичными геометрическими размерами. Задача решается также тем, что участки оптического волокна, оснащенные решетками Брэгга, сориентированы вдоль образующей цилиндрической поверхности трубчатых элементов.

Изобретение поясняется чертежами (Фиг.1-3). Волоконно-оптический датчик, представленный на Фиг.1, состоит из цилиндрического корпуса 1, внутренняя полость которого 2 герметично закрывается по торцам заглушками 3 и 4. Внутри цилиндрического корпуса 1 закреплено два трубчатых элемента (сенсора) 5 и 6. Первый трубчатый элемент 5 своим открытым торцом крепится к заглушке 3. Второй торец первого трубчатого элемента 5 закрывается заглушкой 7. Внутри заглушки 3 корпуса 1 выполнен канал 8 для подвода рабочей среды в полость первого трубчатого элемента 5. Таким образом, внутри трубчатого элемента 5 образуется полость 9, гидравлически связанная с измеряемой средой. Второй трубчатый элемент 6 своим заглушенным торцом 10 соосно соединяется с заглушенным торцом первого трубчатого элемента 5. Внутренняя полость второго трубчатого элемента 11 сообщается с внутренней полостью 2 корпуса 1. Оптическое волокно 12 с решетками Брегга 13 и 14 вводится в полость 2 корпуса 1 через отверстие 15 в заглушке корпуса 3 и выводится из него через отверстие 16 в заглушке корпуса 4. После сборки датчика отверстия 15 и 16 герметизируются.

Участки оптического волокна, в которых выполнены решетки Брегга 13 и 14, крепятся на внешней поверхности трубчатых элементов 5 и 6 таким образом, что участок оптического волокна с решеткой Брегга 13 крепится снаружи первого трубчатого элемента 5 на его цилиндрической поверхности в зоне его деформации, а участок оптического волокна с решеткой Брегга 14 крепится снаружи второго трубчатого элемента 6 также на цилиндрической поверхности в зоне деформации. При этом участки оптического волокна с выполненными в них решетками Брегга 13 и 14 сориентированы вдоль образующей цилиндрической поверхности трубчатых элементов 5 и 6. Жесткое крепление участков оптического волокна с решетками Брегга 13 и 14 к поверхности трубчатых элементов 5 и 6 выполняется посредством клеевой композиции 17.

Заявляемое техническое решение, в отличие от прототипа, где оптическое волокно с двумя решетками Брегга подвешивается между трех точек, соответствующих корпусу датчика и двум трубчатым элементам, имеющим разнонаправленную деформацию и которые могут работать на сжатие только при условии предварительного, строго дозированного натяжения оптического волокна, позволяет значительно упростить конструкцию датчика, его монтаж и юстировку. Это достигается за счет того, что решетка Брегга, жестко прикрепленная к трубчатому элементу в зоне его деформации, работает как на растяжение элемента, так и на его сжатие. Заявляемое техническое решение позволяет также значительно уменьшить габариты датчика, поскольку активная длина трубчатого элемента в зоне его деформации ограничивается длиной участка оптического волокна с решеткой Брегга, что составляет несколько миллиметров.

На Фиг.2 и Фиг.3 представлено заявляемое устройство в других возможных вариантах его исполнения. На Фиг.2 представлена схема датчика, в котором трубчатые элементы 5 и 6 (см. Фиг.1) образованы разделением цилиндрического элемента 18 заглушкой 19 на две части. Эта заглушка 19 формирует внутри указанного цилиндрического элемента 18 две полости 9 и 11. Указанная на Фиг.2 конструкция датчика позволяет упростить задачу достижения идентичности геометрических размеров и материала при выполнении двух трубчатых элементов 5 и 6. Это, в свою очередь, позволяет упростить конструкцию датчика и удешевить его изготовление.

На Фиг.3 представлена схема датчика, в которой трубчатые элементы 5 и 6 закреплены на внутренней стенке корпуса 1, в частности на заглушке 3. Указанная схема позволяет сократить габаритную длину датчика, что может быть полезно при решении ряда технических задач.

Сборка датчика и его элементов выполняется без промежуточных тарировок и юстировки и на завершающем этапе заключается в монтаже и герметизации заглушки 4 корпуса 1.

Работа волоконно-оптического датчика заключается в следующем.

Датчик помещают в рабочую среду, например в нефтяную скважину, заполненную скважинной жидкостью или газом. Рабочая среда через канал 8 поступает во внутреннюю полость 9 первого трубчатого элемента 5. В зависимости от величины давления и температуры среды, в которую помещен датчик, происходит деформация (удлинение) трубчатого элемента 5, которая фиксируется решеткой Брегга 13, жестко закрепленной на наружной цилиндрической поверхности трубчатого элемента 5. Величина деформации второго трубчатого элемента 6 обусловлена только температурой среды, в которую помещен датчик. Эта деформация фиксируется решеткой Брегга 14.

Преобразование деформации трубчатого элемента (сенсора) и решетки Брегга, жестко к нему прикрепленной, в оптический сигнал, его передача по волоконно-оптическому тракту к компьютеризированному прибору-регистратору для оптико-электронной обработки результатов измерения выполняется согласно традиционной схеме анализа обратного Рамановского рассеивания. Данная схема включает следующие основные блоки. Оптический блок, включающий лазерный высокочастотный излучатель, узел ввода в оптическое волокно лазерного излучения и вывода из него обратного отраженного излучения, узел оптического анализатора и фотоприемников. Электронный блок, включающий узел преобразования оптического сигнала в электронный, узел синхронизации основного импульсного излучения с обратным излучением, узел математической обработки результатов измерения, включающий ряд компьютерных программ и библиотек. Блоки визуализации результатов измерения и интерфейс для передачи результатов измерения операторам.

Основным условием и расчетными параметрами при конструировании датчика по предлагаемому техническому решению являются: обеспечение сопоставимости величины деформации трубчатого элемента (сенсора) с прочностными характеристиками оптического волокна на растяжение в зоне решетки Брегга и частотных характеристик решетки Брегга при максимальном уровне измеряемого давления. Для определенного типа оптического волокна это выполняется расчетом геометрических параметров трубчатого элемента (диаметр и толщина стенки, длина трубчатого элемента в зоне решетки Брегга) и материала, из которого изготовлен трубчатый элемент, с соответствующими деформационными характеристиками, в частности модулем Юнга.

Давление рабочей среды определяется по следующей схеме. Определяется деформация первого и второго трубчатых элементов (сенсоров) согласно основным положениям теории упругости. Как указано выше, деформация первого трубчатого элемента 5 определяется величинами давления рабочей среды и температуры датчика. Деформация второго трубчатого элемента 6 определяется только температурой датчика. Т.е. деформация первого трубчатого элемента характеризуется формулой:

Δl1=Δlp+Δlt, где Δl1 - деформация (удлинение) первого трубчатого элемента;

Δlp - деформация в результате действия давления;

Δlt - деформация в результате действия температуры.

Деформация второго трубчатого элемента характеризуется формулой:

Δl2=Δlt.

При выполнении первого и второго трубчатых элементов из одного и того же материала и с одинаковыми геометрическими размерами величина деформации, обусловленная изменением температуры, для первого и второго трубчатых элементов одинакова. Следовательно, величина деформации, обусловленная изменением давления, будет определяться простой зависимостью:

Δlp=Δl1-Δl2.

Из этого следует, что величина давления рабочей среды определяется как разность деформаций первого и второго трубчатых элементов.

В процессе завершающей сборки и герметизации внутреннего пространства цилиндрического корпуса 1 заглушкой 4 пространство внутри корпуса 1 и, в частности полости 2 и 11, естественным образом заполняется, например, атмосферным воздухом. При величине абсолютного давления в корпусе, равного 1 кг/см2, фиксируемое решетками Брегга давление характеризует избыточное давление рабочей среды относительно атмосферного. При этом делается предположение, что увеличение объема трубчатого элемента 5 в результате его максимального упругого удлинения при измерении максимальной величины давления, а также повышение давления внутри корпуса в результате нагрева датчика до максимальной рабочей температуры мало в сравнении с объемом внутреннего пространства корпуса и не приведет к повышению давления внутри корпуса и соответствующему искажению результатов измерения. С другой стороны, создание внутри корпуса 1 определенного давления, например вакуума, или подача в указанное пространство изменяющегося давления в соответствии с изменением основного измеряемого давления, характеризующего определенный технологический процесс, позволит использовать датчик для решения специальных задач.

Заключительным этапом изготовления датчика, после герметизации корпуса датчика и отверстий ввода и вывода оптического волокна, является тарировка трубчатых элементов (сенсоров) совместно с жестко прикрепленными к ним дифракционными решетками Брегга. Данные тарировки заносятся в соответствующий математический аппарат программного обеспечения компьютеризированного прибора-регистратора.

Основными отличиями заявляемого технического решения являются прежде всего крепление участков оптического волокна с решетками Брегга непосредственно на наружной цилиндрической поверхности трубчатых элементов (сенсоров), выполнение трубчатых элементов из одного и того же материала и с одинаковыми геометрическими размерами, а также возможность изготовления двух трубчатых элементов как одного трубчатого элемента, разделенного на две полости внутренней заглушкой. Все это значительно упрощает конструкцию датчика, его монтаж, а исключение операции по юстировке в свою очередь способствует изготовлению относительно дешевого датчика давления длительного применения, имеющего стабильные характеристики, и не требующего промежуточного обслуживания и юстировки в процессе эксплуатации.

Предлагаемая конструкция волоконно-оптического датчика давления позволяет решить задачу качественного и надежного измерения давления рабочей среды отдаленных объектов с передачей информации по волоконно-оптическому каналу связи в режиме длительной, до нескольких лет, эксплуатации без промежуточных операций по обслуживанию и юстировке. Применение датчиков заявляемой конструкции возможно при проведении исследовательских работ и длительного мониторинга в нефтяных и газовых скважинах, на опасных объектах, где исключено присутствие человека в процессе их эксплуатации, например, в зонах повышенной радиации или загазованности.

1. Волоконно-оптический датчик давления, содержащий корпус, в котором закреплены два трубчатых элемента, имеющие, по меньшей мере, один заглушенный торец, установленные в корпусе так, что второй торец первого трубчатого элемента соединен с корпусом и сообщается с каналом для подвода рабочей среды, а второй торец второго трубчатого элемента выполнен открытым и сообщается с внутренней полостью корпуса, через которую пропущено оптическое волокно с двумя решетками Брэгга, отличающийся тем, что оптическое волокно участками, содержащими решетки Брэгга, прикреплено непосредственно к наружной цилиндрической поверхности трубчатых элементов так, что одна из решеток расположена на первом трубчатом элементе, а вторая - на втором.

2. Волоконно-оптический датчик по п.1, отличающийся тем, что второй трубчатый элемент пристыкован к первому с образованием заглушки между ними.

3. Волоконно-оптический датчик по п.1, отличающийся тем, что второй трубчатый элемент закреплен на внутренней стенке корпуса.

4. Волоконно-оптический датчик по п.1, отличающийся тем, что трубчатые элементы выполнены из одного материала.

5. Волоконно-оптический датчик по п.1 и п.4, отличающийся тем, что трубчатые элементы выполнены идентичными с одинаковыми геометрическими размерами.

6. Волоконно-оптический датчик по п.1, отличающийся тем, что решетки Брэгга сориентированы вдоль образующей цилиндрической поверхности трубчатых элементов.



 

Похожие патенты:

Система содержит источник света для передачи света на поверхность вала через множество пучков оптических волокон, расположенных во множестве местоположений вблизи поверхности в по существу аксиальном направлении между концами по меньшей мере одного вала; высокотемпературный зонд отражения на основе пучка волокон для обнаружения света, отраженного от поверхности вала, механизм измерения для определения крутящего момента или вибрации на валу.

Изобретение относится к волоконно-оптическим датчикам и может использоваться для проверки и измерения параметров напряжения. Техническим результатом является повышение точности измерения.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано для создания распределительных систем измерения температуры и деформации. Бриллюэновская система для отслеживания температуры и деформации содержит одно- или двухстороннее волокно с множеством волоконных брэгговских решеток (ВБР) на разных длинах волн и лазерную систему с задающей накачкой, настраиваемую в диапазоне существенно большем, чем бриллюэновский сдвиг.

Изобретение относится к электрическому кабелю с встроенным датчиком деформации, пригодным, в особенности, для измерения статических и динамических деформаций, в частности деформаций изгиба.

Электрический кабель, содержащий тензометрический датчик, продольно простирающийся вдоль кабеля и включающий в себя тензометрическое оптическое волокно, установленное в изгибающейся нейтральной области, окружающей и включающей в себя изгибающуюся нейтральную продольную ось электрического кабеля, и по меньшей мере два продольных структурных элемента, по меньшей мере где по меньшей мере один из по меньшей мере двух продольных структурных элементов представляет собой сердечник, содержащий электрический проводник, в котором тензометрический датчик встроен в переносящий растяжение наполнитель, механически связывающий по меньшей мере один из по меньшей мере двух продольных структурных элемента с тензометрическим датчиком.

Изобретение относится к способам оперативного диагностирования деталей из полимерных композиционных материалов (ПКМ) в эксплуатации и может быть использовано для выявления появляющихся дефектов изделий, агрегатов, узлов и деталей в авиакосмической, авиационной, судостроительной и других отраслях машиностроения.

Изобретение относится к области диагностики механических свойств конструкций из полимерных и металлополимерных композиционных материалов и может быть использовано для определения деформации конструкций.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для измерения деформаций или напряжений в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно измерениям напряжений в полом изделии и толщины его стенки поляризационно-оптическим методом, и может быть использовано в широких областях техники, в том числе электронной.

Изобретение относится к устройству и способу определения вектора силы и может быть использовано в тактильном датчике для руки робота. .

Изобретение относится к системе «интеллектуального» троса для моста с использованием встроенных датчиков на основе волоконных решеток Брэгга (FBG) и может использоваться в тросовых несущих конструкциях вантовых, подвесных, арочных и других видов мостов. Система включает в себя анкерный стакан, пластину для разделения проволок, присоединительные муфты, датчик на основе волоконной дифракционной решетки и сам трос. Датчик на основе волоконной дифракционной решетки включает в себя тензометрический датчик 9 с волоконной дифракционной решеткой и датчик температуры с волоконной дифракционной решеткой. Концы оптических волокон тензометрического датчика 9 и датчика температуры выводятся наружу. Собранный тензометрический датчик 9 жестко соединяется со стальной проволокой в присоединительной муфте. Собранный датчик температуры подвешивается к стальной проволоке в присоединительной муфте. Отверстия пробиты в пластине для разделения проволок. Защитная стальная трубка заранее заглублена в передней части в присоединительную муфту и в анкерный стакан. Система улучшает выживаемость датчиков и оптоволокна в процессе изготовления и эксплуатацию троса, обеспечивает надежность заделки датчиков и позволяет эффективно и точно передать сигналы от волоконных дифракционных решеток из троса наружу. 11 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложен тензометрический преобразователь, включающий нагрузочный элемент, закрепляемый на контролируемом объекте, пьезооптический преобразователь, преобразующий в электрический сигнал величину напряжений на фотоупругом элементе, который закреплен в заведомо нагруженном состоянии, и блок обработки сигнала. Нагрузочный элемент представляет собой пластину с цилиндрическим отверстием, в котором фотоупругий элемент цилиндрической формы регулируемо зажат в направлении действия измеряемых деформаций с помощью двух стержней, изготовленных из материала с коэффициентом температурного расширения, большим, чем соответствующий коэффициент пластины. При этом длина стержней рассчитана таким образом, что обеспечивает неизменность величины исходного сжатия от изменения температуры. Технический результат - повышение точности измерений при одновременном упрощении конструкции устройства. 6 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Предложен тензометрический датчик, включающий нагрузочный элемент, представляющий собой полый цилиндр, закрепляемый на контролируемом объекте, пьезооптический преобразователь, преобразующий в электрический сигнал величину напряжений на фотоупругом элементе, который закреплен в заведомо нагруженном состоянии, и блок обработки сигнала. При этом оптическая ось пьезооптического преобразователя совпадает с осью цилиндра и перпендикулярна плоскости измеряемых деформаций, а нагрузочный элемент представляет собой сплошной полый цилиндр из упругого материала с толщиной стенок, обеспечивающей необходимую упругость нагрузочного элемента в направлении измеряемых деформаций и определяющей чувствительность тензометрического датчика, который с торцов герметично закрыт, а с внешней стороны снабжен жесткими выступами, предназначенными для крепления тензометрического датчика на контролируемом объекте и передачи деформации этого объекта на фотоупругий элемент. Технический результат - повышение функциональных возможностей устройства. 8 з.п. ф-лы, 14 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и используется при определении механического напряжения в поверхностном слое изделия. Сущность изобретения заключается в том, что на испытуемую поверхность направляется весь расфокусированный поток излучения видимого диапазона и любой интенсивности и осуществляется регистрация величины отраженного потока с помощью фотоприемника, сравнение этой величины с эталонной, заранее полученной при известных величинах механического напряжения, температуры и шероховатости в поверхностном слое, для данного источника излучения. Определитель напряжения содержит лазер, устройства расфокусировки падающего на испытуемую поверхность луча и фокусировки отраженного этой поверхностью потока; фотоприемник отраженного сигнала; усилитель сигнала от фотоприемника; компаратор, сравнивающий поступающее на него напряжение с усилителя с линейно изменяющимся напряжением генератора и формирующий импульс напряжения; схема «И», кодирующая поступающий на нее с компаратора импульс в пачку коротких импульсов генератора образцовой частоты; блок определения температуры; блок определения шероховатости испытуемой поверхности; устройство памяти эталонных кодов; цифровое устройство сравнения, осуществляющее сравнение полученного с исследуемой поверхности сигнала с эталонными сигналами, полученными при известных температуре и шероховатости; устройство индикации, где высвечивается величина напряжения испытуемой поверхности. Технический результат - определения напряжения в поверхностном слое исследуемого изделия. 2 н.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к устройствам измерения деформации. Устройство для измерения деформаций содержит два или более датчиков деформации, каждый из которых способен измерять деформацию и каждый из которых выполнен так, что он может быть приспособлен для взаимодействия с конструкцией, которую требуется контролировать, так что деформация конструкции может детектироваться датчиком деформации, одну или более точек отсчета положения, расположенных в заданном положении относительно двух или более датчиков деформации. Одна или более точек отсчета положения выполнены так, что они подходят для взаимодействия с измерительным средством. Одно или более измерительных средств, выполнены с возможностью взаимодействия с одной или более точками отсчета положения, так что может быть определена угловая ориентация одной или более точек отсчета положения. Способ измерения деформации в конструкции заключается в детектировании информации, измерении угловой ориентации, определении угловой ориентации. Техническим результатом изобретения является повышение точности измерения деформации. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области авиации, в частности к системам контроля состояния летательных аппаратов в процессе эксплуатации. Система контроля технического состояния конструкций летательного аппарата содержит датчики технического состояния лопастей винта вертолета или консолей крыла самолета и блок-регистратор, размещенный на их борту. На каждой лопасти винта вертолета и каждой консоли крыла самолета установлены не менее двух волоконно-оптических тензодатчиков на основе брэгговской решетки и не менее двух виброакустических датчиков. Система включает волоконно-оптические магистральные кабели, оптические разъемы, электрические шины управления, оптические свитчи, волоконно-оптические измерительные линии. В вертолетную систему контроля дополнительно входит оптический вращающийся соединитель. Блок-регистратор содержит блок опорного сигнала, блок волоконно-оптической коммутации, блок источника света, блок спектрального анализа, блок управления и анализа информации, блок хранения информации, имеет вход-выход электрического сигнала управления и вход электропитания, блок электропитания. Тензодатчики и виброакустические датчики вмонтированы в толщу композиционного материала в самые нагруженные части лонжеронов лопастей винта вертолета и консолей крыла самолета. Достигается возможность контроля технического состояния лонжеронов лопастей и консолей крыла, выполненных из композиционных материалов, при производстве и эксплуатации авиационной техники. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 5 ил.
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Согласно изобретению фотоупругий элемент имеет в плане крестообразную форму, фронтальные поверхности которого, параллельные направлению прилагаемых усилий, являются оптически плоскими, а боковые поверхности фотоупругого элемента имеют постоянный и/или переменный радиус кривизны. Технический результат - увеличение напряжений в центральной (рабочей) части фотоупругого элемента и, как следствие, повышение чувствительности пьезоэлектрических датчиков, использующих данные фотоупругие элементы. 3 ил.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности к средствам для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством пьезооптических преобразователей, и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре. Устройство обработки сигнала пьезооптического преобразователя содержит оптически связанные источник света, поляризационно-оптическую систему, включающую фотоупругий элемент, два фотоприемника, источник опорного напряжения. При этом выход каждого фотоприемника подключен ко входу соответствующего преобразователя ток-напряжение, выходы которых подключены ко входу дифференциального усилителя и ко входу суммирующего усилителя. Выход суммирующего усилителя подключен ко входу усилителя сигнала ошибки. Ко второму входу усилителя сигнала ошибки подключен источник опорного напряжения, а к выходу усилителя - источник света. Выход дифференциального усилителя подключен к выходному интерфейсу. Техническим результатом является расширение полосы частот регистрируемого сигнала, повышение надежности и точности измерения деформаций, повышение помехоустойчивости, миниатюризация, расширение области применения. 3 з.п. ф-лы, 1 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 к области оптических измерений и касается способа и датчика для измерения температуры и механических напряжений. Измерения осуществляются датчиком, который содержит первый путь распространения оптического излучения, который является конфигурируемым для взаимодействия со структурой, свойства которой должны быть измерены; второй путь распространения оптического излучения, который является конфигурируемым для взаимодействия со структурой, свойства которой должны быть измерены; третий путь распространения оптического излучения. Кроме того, датчик содержит средство для усиления сигнала, который распространяется по третьему пути распространения оптического излучения таким образом, что сигнал усиливается прежде, чем он начнет распространение по второму пути распространения оптического излучения, и средство предотвращения распространения сигналов из второго пути распространения оптического излучения в третий путь распространения оптического излучения. Технический результат заключается в повышении точности и дальности измерений. 2 н. и 13 з.п. ф-лы. 7 ил.
Наверх