Неразрушающий способ определения напряжения в поверхностном слое изделия и определитель напряжения

Авторы патента:

G01L1/24 - путем измерения изменения оптических свойств напряженных материалов, например путем фотоупругого анализа напряжений

Владельцы патента RU 2534565:

Копылов Геннадий Алексеевич (RU)
Фёдорова Наталья Григорьевна (RU)

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 измерению механического напряжения в поверхностном слое изделия.

Известен способ определения остаточных напряжений [1], заключающийся в сравнении амплитудно-частотной характеристики эталона и образца. Это вихретоковый неразрушающий способ.

Недостатком этого способа является то, что его можно применять только для ферромагнитных материалов.

Известен способ определения напряжений в стальных конструкциях [2], заключающийся в многократном определении микротвердости поверхности изделия и сравнении ее с микротвердостью эталона.

Недостатком этого способа является повреждение поверхности, на которой определяется напряжение.

Известен способ определения механических напряжений в материале акустической тензометрией [3], заключающийся в регистрации изменения скорости распространения упругих (обычно ультразвуковых) волн под влиянием напряжения.

Недостатками этого способа являются: сложность проведения обследования, использование комплекса сложной аппаратуры, ограниченность реализации в условиях производства и эксплуатации, это контактный метод.

Известен рентгеновский метод определения напряжений, основанный на явлении рассеяния монохроматических рентгеновских лучей при прохождении через регулярную кристаллическую решетку материала [4]. При таком рассеянии происходит интерференция лучей.

Недостатком этого метода является то, что им можно определить только напряжения 2 и 3 родов в поверхностном слое материала детали без ее разрушения. При определении же напряжения первого рода (наиболее важного) этот метод дает большие погрешности.

Известен метод определения механических напряжений на основе тензометрирования, в частности электротензометрирования. Этот метод основан на том, что на деформируемую поверхность закрепляют тензорезистор [4], который воспринимает деформации объекта и изменяет при этом свое электрическое сопротивление. А по деформации рассчитывается и напряжение, под действием которого произошла эта деформация.

Недостатком этого метода является то, что для его использования необходим контакт с поверхностью измерения, что предопределяет его стационарность. Использовать его для движущихся объектов затруднительно.

Известен метод определения механических напряжений методом фотоупругости [5], заключающийся в том, что показатель преломления света изменяет свою величину при наличии напряжения.

Недостатком этого метода является то, что он хорошо измеряет напряжения в прозрачных материалах. Для непрозрачных (например, металлических) предметов этот метод позволяет получить только умеренную точность. Для этого метода необходимо на испытуемую деталь наклеивать тонкие пластинки из фотоупругого материала (толщиной 1-2 мм) специальным клеем, обеспечивая хороший контакт. А это сделать достаточно трудно, особенно на больших деталях или деталях сложной формы.

Наиболее близким техническим решением является метод голографической интерферометрии для определения механических напряжений [6]. Этот метод заключается в получении голограммы от испытываемой детали. Для получения изображения этой детали голограмму просвечивают пучком света. При напряжениях (деформациях) происходят фазовые искажения рассеянной волны, что сказывается на виде наблюдаемой картины: появляются интерференционные полосы.

Недостатками этого метода являются: многоступенчатость процесса, сложность определения напряжения, требуется высокая квалификация операторов, сложность и громоздкость оборудования, затруднения его использования в условиях производства и эксплуатации.

Технической задачей изобретения является разработка способа определения механических напряжений в поверхностном слое изделия, который позволяет создать компактное устройство для определения напряжения в любых условиях, в том числе и полевых, с разборкой и без разборки изделия.

Технический результат изобретения достигается тем, что способ определения механического напряжения в поверхностном слое изделия основан на направлении потока излучения на испытуемую поверхность и регистрации отраженного от нее потока.

На испытуемую поверхность направляется весь расфокусированный поток излучения, например лазерного, видимого диапазона и интенсивности, предпочтительно малой, и осуществляется регистрация величины отраженного потока с помощью фотоэлектрического приемника, например фототранзистора, сравнение этой величины с эталонной, заранее полученной при известных величинах механического напряжения, температуры и шероховатости в поверхностном слое, для данного источника излучения. Так как используется расфокусированный на какую-то площадь испытуемой поверхности поток, то полученная величина напряжения будет представлять из себя усредненное по площади падения светового потока напряжение. Если строго, то соседние участки на исследуемой поверхности имеют неодинаковое напряжение: хотя и незначительно, но напряжения в соседних участках будут отличаться. Поэтому использование расфокусированного светового луча даст более точное значение напряжения на испытуемой поверхности.

Испытуемая поверхность может быть неподвижной или подвижной. Эта поверхность будет поглощать часть энергии падающего потока, и чем выше температура исследуемой поверхности, тем большее поглощение падающего потока будет происходить [7]. Оставшаяся же часть падающей энергии будет рассеиваться и отражаться, и чем больше будет температура испытуемой поверхности, тем меньше будет отражаться падающей энергии. То же можно сказать и о шероховатости поверхности: чем выше класс чистоты, т.е. чем меньше шероховатость, тем больше, по величине, будет отраженный поток. Фотоэлектрический приемник регистрирует величину отраженного потока, падающего в него, в виде какого-то сигнала: электрического напряжения или тока. В зависимости от величины напряжения в поверхностном слое будет изменяться интенсивность отраженного потока, а следовательно, и величина сигнала в фотоприемнике (например, тока): или увеличиваться, или уменьшаться. Эта зависимость также будет связана с видом напряжения: напряжением сжатия или напряжением растяжения. При напряжении сжатия отраженный световой поток будет увеличиваться (поглощение световой энергии уменьшается), а при напряжении растяжения наоборот - уменьшаться (поглощение световой энергии увеличивается). В зависимости от величины отраженного светового потока, будет образовываться и величина электрического сигнала в приемнике, например в фототранзисторе.

Заявляемый способ реализуется в определителе напряжения, который содержит излучатель света в виде лазера, при этом определитель дополнительно содержит устройства расфокусировки падающего на испытуемую поверхность луча и фокусировки отраженного этой поверхностью потока; фотоприемник отраженного сигнала, в качестве которого применен фототранзистор; усилитель сигнала от фототранзистора; 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; двоичный счетчик импульсов, подсчитывающий число импульсов в пачке; дешифратор импульсов; блок определения температуры испытуемой поверхности; блок определения шероховатости испытуемой поверхности; устройство памяти эталонных кодов, где заранее записываются значения сигналов от известных механических напряжений, температур и шероховатостей испытуемой поверхности; 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, причем сформированный в фототранзисторе сигнал поступает в усилитель и, одновременно, на входы блоков определения температуры и шероховатости, с выхода усилителя - на вход компаратора, а с выхода компаратора - на схему «И», затем - на вход двоичного счетчика импульсов, далее - на вход дешифратора, с выхода дешифратора - на вход цифрового устройства сравнения, куда одновременно с этим сигналом приходят сигналы с устройства памяти эталонных кодов, в которое поступают сигналы с блоков определения температуры и шероховатости, обеспечивающие выдачу эталонных кодов именно для определенной в данном испытании температуре и шероховатости поверхности, а с выхода цифрового устройства сравнения - на вход устройства индикации.

Новыми признаками, обладающими существенными отличиями по способу, являются:

1. Использование электромагнитного излучения видимого диапазона частот и интенсивности, предпочтительно малой.

2. Использование расфокусированного луча для облучения испытуемой поверхности.

3. Определение напряжения в поверхностном слое по интенсивности отраженного от нее светового потока.

Существенными отличительными признаками по устройству являются:

- наличие расфокусирующей и фокусирующей систем;

- фотоприемник, например фототранзистор;

- система обработки сигналов от фотоприемника.

Использование новых признаков, в совокупности с известными, и новых связей между ними обеспечивает достижение технического результата изобретения, а именно: использование способа облучения исследуемой поверхности любым диапазоном излучения и любого энергетического уровня этого излучения для определения механического напряжения на этой поверхности; возможность создания компактного устройства, которое можно использовать в любых условиях, в том числе и полевых, как с разборкой изделия, так и без его разборки (в рабочем положении).

На фиг.1 приведена схема использования предлагаемого способа измерения напряжения в поверхностном слое изделия и структурная схема определителя напряжения, на фиг.2 - формирование сигналов в элементах системы обработки отраженного от исследуемой поверхности светового потока.

В предлагаемом способе используется (фиг.1) источник излучения, например лазер 1, расфокусирующее устройство, например линза 2, исследуемая поверхность 8, фокусирующее устройство, например линза 3, приемник отраженного сигнала, например фототранзистор 4.

Так как напряжение испытуемой поверхности определяется напряжением ее участков, имеющим неодинаковую величину, поэтому осуществляется расфокусировка падающего на контролируемую поверхность луча, чтобы усреднить часть этого луча с какой-то площади поверхности. Следует отметить такое же положение, связанное с температурой поверхности и ее шероховатостью. Каждый участок на поверхности будет отражать падающий луч индивидуально. Однако, если взять определенную площадь исследуемой поверхности (площадь падающего луча), то ее отражательная способность будет определять отражательную способность всей исследуемой поверхности. В данном случае делается выборка из всей совокупности, где вся испытуемая поверхность есть исследуемая совокупность участков, а площадь падающего на поверхность луча - выборка из этой совокупности. Поэтому падающий луч расфокусируется. И, наоборот, чтобы собрать фотоприемником как можно больше энергии отраженного от исследуемой поверхности потока, отраженный луч фокусируется на фотоприемнике, например фототранзисторе, в котором под действием этого луча появляется сигнал в виде электрического напряжения или тока. Чем больше напряжение в поверхностном слое, тем больше (или меньше, в зависимости от вида напряжения: сжатие или растяжение) по величине будет отраженный поток и возникающий в фотоприемнике сигнал.

Полученный от отраженного луча в фотоприемнике сигнал сравнивается с эталонными сигналами, полученными заранее от напряженных поверхностей с известной величиной и типом напряжения (при известных температуре и шероховатости), и с которыми из них совпадает по величине, такое напряжение и будет иметь проверяемая поверхность.

Определитель напряжения (Фиг.1) содержит световой излучатель, например лазер 1, расфокусирующее устройство, например линзу 2, фокусирующее устройство, например линзу 3, фотоприемник 4, например фототранзистор, фотоусилитель 5, компаратор 6, схему «И» 7, исследуемую поверхность 8, генератор линейно изменяющегося напряжения 9, генератор импульсов образцовой частоты 10, двоичный счетчик импульсов 11, дешифратор 12, блок определения температуры исследуемой поверхности 16, блок определения шероховатости исследуемой поверхности 17, устройство памяти эталонных кодов 14, устройство сравнения 13 (цифровое), устройство индикации 15.

Определитель напряжения работает следующим образом.

Излучатель 1, например лазер, образует падающий луч и направляет его на расфокусирующее устройство 2, например линзу (если лазерный луч расфокусирован, то устройства 2 не требуется). Затем лазерный (или любой другой) луч падает на исследуемую поверхность 8 под любым углом, обеспечивающим отражение части падающего излучения (угол падения должен быть всегда одинаковым и равным углу падения при формировании эталонных кодов). С площади падающего на поверхность луча происходит отражение части энергии этого луча (форма сечения отраженного луча повторяет форму пятна падающего на поверхность луча, будь то эллипсовидная или любая другая). Энергия отраженного потока может быть очень малой, источник излучения 1 может представлять из себя световой источник с очень слабой энергией, с рассеиванием в пространстве. Поэтому на пути отраженного потока устанавливается фокусирующее устройство 3, обеспечивающее сбор рассеянной в отраженном луче энергии в фокусе, где располагается фотоприемник 4, например фототранзистор. Однако и в этом случае величина образующегося под действием энергии этого отраженного и сфокусированного светового потока электрического напряжения (или тока) может оказаться небольшой, поэтому после фотоприемника в определителе напряжения установлен усилитель 5 этого напряжения (или тока), обеспечивающий работу всех последующих за ним элементов устройства. С фотоприемника сигнал одновременно поступает, кроме усилителя 5, на блоки определения температуры 16 и шероховатости 17 (их устройство см., например, соответственно, в [8, 9]). В предлагаемом определителе напряжения используется принцип действия времяимпульсного преобразования, основанного на преобразовании значения измеряемого напряжения Ux с выхода усилителя 5 во временной интервал, с последующим кодированием этого интервала методом последовательного счета в пачку импульсов. Значение напряжения Ux, посредством сравнения его компаратором 6 с линейно изменяющимся напряжением U1 генератора 9 (см. фиг.2, наклонная прямая; горизонтальная прямая - это Ux), преобразуется в импульс напряжения U2 длительностью ∆t, который поступает на схему «И» 7, где кодируется в пачку коротких импульсов генератора 10 импульсов образцовой частоты U3. Подсчет числа импульсов «n» в пачке осуществляется в двоичном счетчике импульсов 11, куда со схемы «И» 7 поступает сигнал U4:

n=∆t/To=Ux/CTo=foUo/C,

где С - коэффициент, характеризующий скорость изменения напряжения U(t), т.е. U1 в генераторе линейно изменяющегося напряжения 9;

То, fo - период и частота выходного напряжения U3 генератора импульсов образцовой частоты 10.

Из уравнения видно, что число импульсов «n» пропорционально напряжению Ux с усилителя 5. Выбирая коэффициент пропорциональности fo/C=10^m (m - целое число), можно получить показания значений напряжения Ux в требуемых единицах измерения (В, мВ и т.д.). Затем в дешифраторе 12 этот сигнал дешифрируется и поступает в устройство сравнения (цифровое) 13, куда одновременно с этим сигналом приходят сигналы с устройства памяти эталонных кодов 14 (заранее сняты с эталонов механического напряжения при разных температурах и шероховатостях их поверхности). Но перед этим в устройство памяти 14 поступают сигналы с блоков температуры 16 и шероховатости 17, которые обеспечивают выдачу на устройство сравнения 13 эталонных сигналов, полученных для шероховатости и температуры, которыми обладает в данный момент исследуемая поверхность. В устройстве 13 сравниваются эти сигналы, и когда сигнал с дешифратора 12 будет равен или близок к одному из эталонных сигналов с устройства памяти эталонных кодов, то с выхода устройства сравнения 13 на устройство индикации подается сигнал в виде величины напряжения с указанием его типа, например «10 Па сжатия» или «10 Па растяжения» - высвечивается на индикаторе.

Использование заявляемого изобретения позволяет использовать способ облучения исследуемой поверхности для определения напряжения в ее поверхностном слое, причем площадь этой поверхности любая и любой диапазон измеряемых напряжений, при этом улучшаются условия работы и повышается производительность труда, появляется возможность создания малогабаритного и легкого определителя напряжения, который можно было бы использовать в любых условиях, в том числе и в полевых, с разборкой и без разборки изделий (в рабочем положении).

Источники информации

1. А.с. СССР №1566234 «Способ определения остаточных напряжений».

2. Патент РФ на изобретение №2389988 «Способ определения механических напряжений в стальных конструкциях».

3. ГОСТ Р 52731 - 2007. Контроль неразрушающий. Акустический метод контроля механических напряжений. Общие требования.

4. Лекции по ФОПИ - файл Мех напр сила момент, doc

5. И.В. Савельев. Курс физики. Учебное пособие в трех томах. Том 2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика, третье издание, стереотипное. - СПб.: Лань, 2007. - 480 с.

6. Леонид Борыняк, Юрий Непочатов. Голографический интерферометр для определения деформационных полей перемещений в изделиях микроэлектроники// Технологии в электронной промышленности, №3, 2007.

7. Григорьянц А.Г. Основы лазерной обработки материалов. - М.: Машиностроение, 1989. - С.65.

8. Патент РФ №2445589 С1 "Способ измерения температуры поверхности и измеритель». Опубликовано: 20.03.2012. Бюл. №8.

9. Патент РФ №2375677 С1 «Измеритель шероховатости». Опубликовано: 10.12.2009. Бюл.№34.

1. Неразрушающий способ определения напряжения в поверхностном слое изделия, использующий световое излучение, отличающийся тем, что на испытываемую поверхность направляется излучение видимого диапазона в виде расфокусированного потока излучения любой интенсивности и осуществляется регистрация величины отраженного потока с помощью фотоэлектрического приемника, сравнение этой величины с эталонной, заранее полученной при известных величинах механического напряжения, температуры и шероховатости в поверхностном слое, для данного источника излучения.

2. Определитель напряжения по п.1, использующий световое излучение, отличающийся тем, что он содержит излучатель света видимого диапазона, при этом определитель дополнительно содержит 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; двоичный счетчик импульсов, подсчитывающий число импульсов в пачке; дешифратор импульсов; блок определения температуры испытуемой поверхности; блок определения шероховатости испытуемой поверхности; устройство памяти эталонных кодов, где заранее записываются значения сигналов от известных механических напряжений, температур и шероховатостей испытуемой поверхности; 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, причем сформированный в фототранзисторе сигнал поступает в усилитель и, одновременно, на входы блоков определения температуры и шероховатости, с выхода усилителя - на вход компаратора, а с выхода компаратора - на схему «И», затем - на вход двоичного счетчика импульсов, далее - на вход дешифратора, с выхода дешифратора - на вход цифрового устройства сравнения, куда одновременно с этим сигналом приходят сигналы с устройства памяти эталонных кодов, в которое поступают сигналы с блоков определения температуры и шероховатости, обеспечивающие выдачу эталонных кодов именно для определенной в данном испытании температуры и шероховатости поверхности, а с выхода цифрового устройства сравнения - на вход устройства индикации.

Похожие патенты:

Тензометрический датчик // 2530467

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре.

Тензометрический преобразователь // 2530466

Система "интеллектуального" троса для моста с использованием встроенных датчиков с волоконными дифракционными решетками // 2522679

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.

Волоконно-оптический датчик давления // 2515116

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.

Волоконно-оптическая система и способ измерения множественных параметров турбомашинной системы // 2513646

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.

Волоконно-оптический датчик спиральной структуры // 2512136

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

Система на основе вынужденного рассеяния мандельштама-бриллюэна с множеством вбр // 2511066

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.

Электрический кабель с датчиком изгиба и системой контроля и способ обнаружения изгиба в по меньшей мере одном электрическом кабеле // 2510904

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

Электрический кабель с тензометрическим датчиком и системой контроля, и способ для обнаружения растяжения, по меньшей мере, в одном электрическом кабеле // 2510865

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.

Способ неразрушающего контроля деталей из полимерных композиционных материалов // 2488772

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.

Устройство для измерения деформаций и способ измерения деформаций // 2540258

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.

Система контроля технического состояния конструкций летательного аппарата (варианты) // 2544028

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.

Фотоупругий элемент // 2552128

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.

Устройство обработки сигнала пьезооптического преобразователя // 2565856

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.

Микромеханический волоконно-оптический датчик давления // 2571448

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.

Датчик и способ измерения // 2573614

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.

Полярископ шахтный компактный // 2587101

Изобретение относится к подземной, открытой и строительной геотехнологиям и может быть использовано для исследования параметров механических напряжений в массиве пород, в крепи горных выработок, метрополитенов и тоннелей, а также в несущих конструкциях мостов и гидротехнических сооружений. Полярископ включает оптическую систему, схему освещения, поляризатор, компенсатор и анализатор. С целью уменьшения потерь светового потока применена соосная схема освещения в унитарном корпусе. Потоки света от ламп, направленные параллельно оси оптической системы, поступают в поляризатор, отражаются по нормали от зеркала датчика, установленного в шпуре, проходят в компенсатор, которым измеряют полученную разность хода поляризованных лучей, и входят в анализатор, где формируется интерференционная картина, фиксируемая через зрительную трубу. Технический результат - уменьшение потерь и искажений светового потока, упрощение и облегчение конструкции прибора. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Способ изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации // 2611589

Изобретение относится к области оптического приборостроения и может быть использовано при создании первичных чувствительных элементов волоконно-оптических датчиков и преобразователей деформаций спектрального типа. В заявленном способе изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации на поверхности упругого элемента располагают оптическое волокно с волоконной брэгговской решеткой, на волоконную брэгговскую решетку наносят слой эластичного адгезионного материала таким образом, чтобы участок оптического волокна на всей длине волоконной брэгговской решетки был закреплен на поверхности упругого элемента. При этом сборку выдерживают до полного затвердевания эластичного адгезионного материала и на края затвердевшего эластичного адгезионного материала наносят слой неэластичного адгезионного материала, таким образом, чтобы оптическое волокно за пределами длины волоконной брэгговской решетки было жестко закреплено на поверхности упругого элемента, сборку выдерживают до полного затвердевания неэластичного адгезионного материала. Технический результат - повышение точности спектрального преобразования деформации. 1 ил.

Способ исследования термических напряжений, возникающих в твердом материальном теле, поляризационно-оптическим методом на модели из пьезооптического материала при воздействии на нее локального теплового потока с определением теоретического коэффициента концентрации термических напряжений // 2621458

Способ исследования термических напряжений, возникающих в твердом материальном теле, поляризационно-оптическим методом включает в себя следующие этапы. Модель из пьезооптического материала нагревают локальным тепловым потоком. Регистрируют возникающую интерференционную картину. Охлаждают модель и исследуют распределение изоклин и изохром-полос, количество и порядок полос-изохром с помощью поляризационного микроскопа. Определяют теоретический коэффициент концентрации термических напряжений как отношение между возникающими максимальными и номинальными напряжениями или как отношение максимального порядка изохромы-полосы к номинальному порядку изохромы-полосы. Технический результат заключается в обеспечении возможности определения концентрации термических напряжений при воздействии на материальное тело локальным тепловым потоком. 34 з.п. ф-лы, 8 ил.

Волоконно-оптический датчик давления // 2628734

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в различных системах контроля и измерения давления. Волоконно-оптический датчик давления, выполненный на основе оптического волокна, содержит корпус, имеющий канал для подвода рабочей среды, оканчивающийся заглушкой, и оптическое волокно с двумя решетками Брэгга и в качестве чувствительного элемента. Заглушка выполнена в виде мембраны, на обратной стороне которой выполнены стойки, в которых жестко закреплено оптическое волокно. Первый участок оптического волокна с решеткой Брэгга расположен между стойками, а второй участок оптического волокна с решеткой Брэгга расположен с обратной стороны стойки. Технический результат – повышение точности измерения. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.