Волоконно-оптический преобразователь вибрации



Волоконно-оптический преобразователь вибрации
Волоконно-оптический преобразователь вибрации
Волоконно-оптический преобразователь вибрации
Волоконно-оптический преобразователь вибрации
Волоконно-оптический преобразователь вибрации
Волоконно-оптический преобразователь вибрации
Волоконно-оптический преобразователь вибрации

 


Владельцы патента RU 2537474:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям и датчикам вибрации, и служит для решения задачи виброконтроля в условиях вибрационных нагрузок больших электрических машин (турбогенераторы, гидроэлектрические насосы/генераторы, электродвигатели, силовые трансформаторы). Волоконно-оптический преобразователь вибрации содержит несущее основание, элемент вибрации, оптические световоды, относительно торцов которых на расстоянии сформирована отражающая поверхность, каждый из оптических световодов выполняет одновременно функцию подвода и отвода светового потока, несущее основание из пластины монокристалла изготовлено за одно целое с элементом вибрации, сверху и снизу несущего основания закреплены световоды, оси которых перпендикулярны отражающей поверхности, причем продолжения осей указанных световодов пересекают ее верхнюю и нижнюю границы. Технический результат - повышение точности, надежности и срока эксплуатации волоконно-оптического преобразователя вибрации и датчиков/измерителей, в составе которых он используется. 2 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим измерителям и датчикам вибрации, и служит для решения задачи виброконтроля в условиях вибрационных нагрузок больших электрических машин (турбогенераторы, гидроэлектрические насосы/генераторы, электродвигатели, силовые трансформаторы).

Известен волоконно-оптический преобразователь углового перемещения, содержащий подводящий и отводящие оптические волокна, относительно общего торца которых на расстоянии X0 установлена перемещающаяся на угол α отражающая поверхность, неподвижная линия отражающей поверхности расположена относительно оптической оси подводящего оптического волокна на расстоянии L, оптическая ось подводящего оптического волокна расположена относительно оптической оси отводящих оптических волокон на расстоянии D, причем конструктивные параметры связаны между собой выражением

,

где rc, ΘNA - радиус сердцевины и апертурный угол оптического волокна соответственно. Патент Российской Федерации №2419765, МПК G01B 21/00, 2011 г., аналог.

Известен волоконно-оптический преобразователь перемещения, содержащий подводящие и отводящие оптические волокна, относительно общего торца которых на расстоянии Х0 установлена перемещающаяся, в соответствии с измеряемым перемещением Z, поверхность с зеркальной и поглощающей частями, отличающийся тем, что Х0=dOB/2tgΘNA, где dOB, ΘNA - внешний диаметр и апертурный угол оптического волокна соответственно, зеркальная часть выполнена в виде горизонтальной полосы шириной b, равной диаметру сердцевины dC оптического волокна, и верхняя граница которой установлена относительно оптической оси подводящего оптического волокна при Z=0 на расстоянии H=(dOB/2-dC/2). Патент Российской Федерации №2308677, МПК: G01B 11/00, 2007 г., прототип.

Недостатком вышеприведенных волоконно-оптических преобразователей является пониженная точность, надежность и срок эксплуатации из-за старения оптических волокон. Старение оптического волокна приводит к ослаблению его пропускной способности, интенсивность оптического сигнала уменьшается. Ввиду того, что значение измеряемого параметра в амплитудных преобразователях связано именно с интенсивностью этого сигнала, возникает снижение точности измерений.

Технический результат изобретения - повышение точности, надежности и срока эксплуатации волоконно-оптического преобразователя вибрации и датчиков/измерителей, в составе которых он используется.

Технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическом преобразователе вибрации, содержащем несущее основание, элемент вибрации, оптические световоды, относительно торцов которых на расстоянии сформирована отражающая поверхность, каждый из оптических световодов выполняет одновременно функцию подвода и отвода светового потока, несущее основание из пластины монокристалла изготовлено за одно целое с элементом вибрации, сверху и снизу несущего основания закреплены световоды, оси которых перпендикулярны отражающей поверхности, причем продолжения осей указанных световодов пересекают ее верхнюю и нижнюю границы. На поверхностях несущего основания выполнены канавки для укладки световодов. При работе в высокотемпературных средах конструктивные элементы изготовлены из материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты температурного расширения.

Сущность изобретения поясняется на фигурах 1-7.

На фиг.1 схематично представлен волоконно-оптический преобразователь вибрации, где: 1 - верхний световод, 2 - нижний световод, 3 - отражающая поверхность, 4 - элемент вибрации, 5 - несущее основание из пластины монокристалла.

На фиг.2 представлено поперечное сечение несущего основания 5, отображающее взаимное расположение верхнего и нижнего световодов.

На фиг.3 представлен разрез в направлении Б-Б элементов преобразователя, изображенных на фиг.2, отображающий взаимное расположение осей световодов и границ отражающей поверхности 3.

На фиг.4 представлены графики изменения интенсивности световых потоков, отраженных от поверхности 3 при амплитуде вибраций ±Δ.

На фиг.5 схематично представлено расположение сечений световодов, при крайнем положении верхнего световода 1 относительно верхней границы отражающей поверхности 3.

На фиг.6 схематично представлено расположение сечений световодов, при совпадении расположения осей верхнего световода 1 и нижнего световода 2 соответственно с верхней и нижней границами отражающей поверхности 3.

На фиг.7 схематично представлено расположение сечений световодов, при крайнем положении нижнего световода 2 относительно нижней границы отражающей поверхности 3.

Волоконно-оптический преобразователь вибрации содержит элемент вибрации 4, изготовленный за одно целое с несущим основанием 5. Для верхнего 1 и нижнего 2 световодов в несущем основании 5 могут быть вырезаны продольные направляющие канавки.

Отражающая поверхность 3 строго ориентирована относительно торцов верхнего 1 и нижнего 2 световодов, а именно, продолжения осей указанных световодов пересекают ее верхнюю и нижнюю границы.

При отсутствии вибраций половина светового потока, направленного из верхнего 1 и нижнего 2 световодов на эту отражающую поверхность 3, отражается обратно, а вторая половина потока рассеивается.

Это достигается тем, что в исходном положении оси верхнего световода 1 и нижнего световода 2 соответственно совпадают с верхней и нижней границами отражающей поверхности 3 (см. фиг.6).

Световой поток коллимирован для того, чтобы исключить световые потери из-за расходимости света.

Волоконно-оптический преобразователь вибрации работает следующим образом.

Вибрация контролируемой большой электрической машины (турбогенератора, гидроэлектрического насоса/генератора, электродвигателя, силового трансформатора) воздействует на волоконно-оптический преобразователь вибрации, вызывая в нем смещения элемента вибрации 4 и, соответственно, отражающей поверхности 3, в пределах ±Δ. Эти перемещения отражающей поверхности 3 определяют площади отражения световых потоков верхнего 1 и нижнего 2 световодов (см. фиг.5-7).

Изменения отраженных световых потоков для верхнего 1 и нижнего 2 световодов имеют обратную зависимость: увеличение интенсивности отраженного сигнала для верхнего световода 1 сопровождается уменьшением интенсивности отраженного сигнала для нижнего световода 2, и наоборот.

Анализ изменения во времени значений интенсивностей отраженных световых потоков позволяет определить частоту вибрации, в то время как анализ разности значений интенсивностей отраженных световых потоков позволяет определить амплитуду вибрации.

Измерение осуществляется дифференциальным методом. Сигналы с обратно зависимыми значениями интенсивности отражения для каждого световода 1 и 2 (фиг.4) позволяют исключить необходимость учета потерь, из-за старения оптической линии передачи сигнала.

Калибровка волоконно-оптического преобразователя вибрации, при которой суммарный отраженный поток с обоих световодов 1 и 2 принят равным значению "единица" (фиг.4), позволяет повысить точность измерений и увеличить сроки эксплуатации волоконно-оптического преобразователя вибрации.

Для обеспечения термостойкости при необходимости применения волоконно-оптического преобразователя вибрации в высокотемпературных средах его конструктивные элементы изготовлены из материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты температурного расширения.

1. Волоконно-оптический преобразователь вибрации, содержащий несущее основание, элемент вибрации, оптические световоды, относительно торцов которых на расстоянии сформирована отражающая поверхность, отличающийся тем, что каждый из оптических световодов выполняет одновременно функцию подвода и отвода светового потока, несущее основание из пластины монокристалла изготовлено за одно целое с элементом вибрации, сверху и снизу несущего основания закреплены световоды, оси которых перпендикулярны отражающей поверхности, причем продолжения осей указанных световодов пересекают ее верхнюю и нижнюю границы.

2. Волоконно-оптический преобразователь вибрации по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях несущего основания выполнены канавки для укладки световодов.

3. Волоконно-оптический преобразователь вибрации по п.1 или 2, отличающийся тем, что при работе в высокотемпературных средах конструктивные элементы изготовлены из материалов, имеющих близкие по значению коэффициенты температурного расширения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области акустики и предназначено для создания акустических волн в газовой среде. Способ генерирования акустических волн осуществляется путем образования колебательного тела из облака ионизированного газа в электростатическом поле с последующим моделированием колебательного тела высокочастотным электрическим полем, при этом в качестве электростатического поля используется переменное электрическое поле.

Изобретения относятся к контрольно-измерительной технике и могут быть использованы на объектах, оснащенных системами вибрационного контроля. Способ включает использование датчиков целостности исследуемого объекта, которые установлены непосредственно на исследуемом объекте, и удаленного датчика, который расположен на расстоянии от исследуемого объекта, регистрацию колебаний от внешних источников на исследуемом объекте и на расстоянии от исследуемого объекта.

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для вибродиагностики машин в условиях производства или/и эксплуатации при отсутствии машин-эталонов с известными погрешностями.

Изобретение относится к вибродиагностике машин и механизмов и может использоваться для диагностирования машин в условиях производства или/и эксплуатации при отсутствии машин-эталонов с известными погрешностями, т.е.

Группа изобретений относится к области измерительной техники и может быть использована для контроля состояния вращающихся лопаток газотурбинных двигателей. Настоящее изобретение раскрывает способ определения событий вибраций с резонансной частотой в узле вращающихся лопаток, установленных на роторе, и ряд отстоящих друг от друга по периферии стационарных зондов таймирования, связанных с лопатками, обнаруживают моменты, когда лопатки проходят соответствующие зонды.

Группа изобретений относится к частотному анализу данных. В частности, к анализу данных испытаний самолетов на допуск к области полетных режимов.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для выделения и фильтрации исследуемых сигналов из воспроизводимого стационарного случайного процесса и измерения в реальном времени параметров сигнала.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для вибродиагностики оборудования, оказывающегося в опасных зонах при подаче на него напряжения (высоковольтных камерах, в герметизированных отсеках, отсеках обрабатывающих центров с работающим высокоскоростным оборудованием), а также мотор-вентиляторов, применяемых на железнодорожном транспорте.

Изобретение относится к области испытаний на механические воздействия (вибрационные испытания) аппаратуры. .

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано при испытании объектов машиностроения, стройиндустрии, бытовой техники и других изделий на вибропрочность и виброустойчивость.

Изобретение относится к испытательному оборудованию и может быть использовано в различных отраслях промышленности для испытания изделий на виброустойчивость в трех взаимно перпендикулярных положениях. Устройство содержит вибратор со столом, на котором установлено приспособление для закрепления в нем испытываемого изделия. Приспособление имеет возможность производить переориентацию и фиксацию изделия в трех взаимно перпендикулярных положениях без снятия его с приспособления. В корпусе приспособления установлены две, одна в другой, подвижные рамки с взаимно перпендикулярными осями вращения, вокруг которых рамки могут поворачиваться на 90°, причем каждая из них имеет свое устройство фиксации после переориентации, выполненное в виде дискового тормоза и клинового зажима. Внутренняя рамка имеет механизм передачи крутящего момента от привода к изделию. На основании вибратора установлен портал в виде стойки и опоры, на горизонтальной балке которой на специальных кронштейнах установлены два валика, шкив выходного вала их поочередно соединяется резиновым пассиком с рабочим шкивом приспособления при испытаниях в динамическом режиме изделия. Технический результат заключается в возможности проведения испытания изделий на виброустойчивость по трем взаимно перпендикулярным направлениям за одну установку изделия в приспособление, а также обеспечивающего возможность проведения испытания изделий в статическом и динамическом режимах состояния изделия. 13 ил.

Изобретение относится к области механики сплошных сред и предназначено для оценки напряженно-деформированного состояния объектов механических систем. Способ заключается в измерении пространственной вибрации, накапливании массива векторных величин деформаций и воспроизведении пространственного годографа измерительной точки. При этом синхронно с измерениями осуществляют аналитический синтез 3D-суперпозиции спектра измерений и накапливают массив векторных величин напряжений. Диагностику напряженно-деформированного состояния объекта осуществляют по визуальному образу, представленному в виде пространственной трехмерной диаграммы физического состояния объекта мониторинга в измерительной точке, представляющей в связанном виде законы Гука и Пуассона. Технический результат заключается в реализации возможности отражения в реальном времени текущего ресурса конструкционной прочности объекта мониторинга, повышении достоверности оценки физического состояния объектов мониторинга. 5 ил.

Изобретение относится к испытательной технике, а именно к установкам для испытания на вибрацию в трех взаимно перпендикулярных положениях прицела, при воздействии условий внешней среды. Стенд для испытаний прицела на вибрацию содержит вибровозбудитель со столом, устройство для размещения испытываемого изделия в форме куба с крышкой, который жестко скреплен со столом вибровозбудителя. На наружных поверхностях куба выполнены окна под электрические разъемы, и объектив прицела, и ребра жесткости, в верхней части куба расположены две направляющие с пазами, образующие усеченную призму, крышка куба выполнена в виде плиты - имитатора объекта, к которой закреплен прицел, и содержит выступ, взаимодействующий с пазами направляющих. В частном случае для ограничения продольных перемещений и усилий на крепежные элементы плиты - имитатора объекта, контактирующие поверхности отверстий плиты - имитатора объекта и крепежных элементов выполнены с уклоном конуса, равным 2. Технический результат - повышение точности измерения перегрузок вибропередачи в требуемом диапазоне частот прицела путем повышения жесткости конструкции стенда. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области измерительной технике и касается оптико-электрического преобразователя механических волн. Преобразователь механических волн содержит осветитель, водяную емкость с зеркальным узлом и стойку, поддерживающую светочувствительный элемент. Осветитель установлен на демпфере под углом к вертикали. Лучи от осветителя падают на зеркальный узел, находящийся в водяной емкости, и отражаются от него на светочувствительный элемент, установленный на текстолитовой стойке. Размер чувствительной площадки светочувствительного элемента выбирают из условия равенства размеру светового пятна отраженного излучения. Технический результат заключается в повышении чувствительности и надежности устройства. 1 ил.

Способ проверки затяжки сердечника статора электрической машины, содержащей сердечник (2) статора и ротор (3), образующие воздушный зазор (5) между собой, причем способ включает в себя этапы, на которых вводят контрольно-измерительный прибор (12), который соединен с подвижной опорой (10), в воздушный зазор (11), вводят пластину (21) между стальными листами (5) сердечника статора и приводят пластину (21) во вращение, располагают локально контрольно-измерительный прибор (12) и осуществляют локальную проверку определенных зон сердечника (2) статора генератора. Устройство для реализации способа, содержащее подвижную опору (10), вводимую в воздушный зазор (11) между сердечником (2) статора и ротором (3), приводимую во вращение пластину (21) между стальными листами (5) сердечника, и контрольно-измерительный прибор (12), установленный на подвижной опоре (10). Техническая задача - выполнение проверки для определения затяжки сердечника статора без необходимости извлечения ротора с помощью предложенного способа и устройства, а также уменьшение риска повреждения сердечника статора и/или ротора в результате проверки. 2 н. и 6 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к вибрационной технике. Способ предполагает использование вибратора, в котором пьезоэлемент выполняют в виде пакета пьезокерамических колец, при этом внутри колец располагают цилиндрическую оправку. Ось симметрии оправки располагают перпендикулярно основанию, а диск располагают в ее верхней части так, что он контактирует с верхним пьезокерамическим кольцом пакета пьезокерамических колец пьезоэлемента, а на верхней поверхности диска устанавливают измерительные пьезоэлементы, контактирующие с двухступенчатым цилиндрическим диском, к верхней части которого присоединяют наконечник. Внешний диаметр диска выполняют равным внешнему диаметру пакета пьезокерамических колец, а основание представляет собой прямоугольной формы пластину с четырьмя пазами для крепления к исследуемому объекту. При этом нижнюю плоскость цилиндрической оправки располагают с зазором по отношению к верхней плоскости основания, а токонепроводящий корпус выполняют в виде цилиндрической обечайки. В верхней деформируемой части основания наклеивают тензодатчики, а в цилиндрической оправке выполняют полость и заполняют ее элементами, создающими дополнительное стохастическое движение. Технический результат - расширение частотного диапазона виброускорений. 2 ил.

Изобретение относится к области транспортного машиностроения. Испытательный стенд для исследовательских и доводочных работ по оценке влияния внешнего воздействия дождя на виброакустику автомобиля содержит установку имитации дождя, состоящую из четырех регулируемых по высоте телескопических стоек с установленным на них дождевальным устройством, устройство подачи воды с расходомером и запорной арматурой, измерительную и анализирующую виброакустическую аппаратуру, установленную в салоне исследуемого ТС, размещенного под дождевальным устройством. Дождевальное устройство выполнено в виде открытого корпуса с дном, перфорированным сквозными отверстиями. Установка имитации дождя выполнена с возможностью перемещения посредством колес со стопорным механизмом, закрепленных на регулируемых телескопических стойках. Стенки открытого корпуса дождевального устройства образованы скрепленными между собой фигурными планками с угловым и Z-образным профилем. Дно открытого корпуса, перфорированное сквозными отверстиями, выполнено в виде съемной панели. Достигается повышение качества исследовательских и доводочных работ за счет реализации возможности исследования влияния внешнего воздействия дождя на виброакустический комфорт в условиях свободного звукового поля внешней среды. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к оборудованию для испытаний приборов на вибрационные и ударные воздействия. Устройство содержит основание, на котором посредством, по крайней мере, трех виброизоляторов закреплена переборка, представляющая собой одномассовую колебательную систему. В качестве генератора гармонических колебаний использован эксцентриковый вибратор, расположенный на переборке, a на переборке установлена стойка для испытания собственных частот упругих элементов рессорных и тарельчатых виброизоляторов разной длины, геометрических параметров, а также разной величины масс, закрепленных на концах этих испытываемых элементов. При этом колебания массы, закрепленной на каждом упругом элементе, фиксируются индикатором перемещений, по показаниям которого определяется резонансная частота, соответствующая параметрам каждого упругого элемента. На основании и переборке закреплены датчики виброускорений, сигналы от которых поступают на усилитель, затем осциллограф, магнитограф и компьютер для обработки полученной информации, при этом для настройки работы стенда используется частотомер и фазометр. Технический результат заключается в расширении технологических возможностей испытаний объектов, имеющих несколько упругих связей с корпусными деталями. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Использование: испытательная техника, использующая электродинамические вибростенды. Сущность: электродинамический вибростенд предназначен для испытаний многорезонансных изделий синусоидальной вибрацией переменной частоты с использованием автоматического управляющего устройства, содержащего цепь дополнительной отрицательной обратной связи с заграждающим фильтром (9), выполненным в виде последовательно соединенных между собой выделителя основной гармоники (10) с переменной частотой и устройства вычитания (11), выход которого подключен к входу усилителя мощности (3), а входы - соответственно к выходам выделителя (10) и виброизмерительного преобразователя (7), установленного на изделии (6). При испытании изделия (6) из-за нелинейных эффектов возбуждения и передачи синусоидальной вибрации с переменной частотой возникают паразитные высокочастотные гармоники, которые выделяются заграждающим фильтром (9), подаются в противофазе через усилитель мощности (3) в подвижную катушку (4) электродинамического возбудителя и подавляют такие же гармоники, возникающие из-за указанных нелинейностей в механической подсистеме «подвижная часть возбудителя + изделие». Технический результат: существенное уменьшение искажений режимов виброиспытаний многорезонансных изделий. 1 ил.

Изобретение относится к области испытательной техники, в частности к методам сейсмических испытаний опор конструкций линий электропередач. Способ включает установку, по меньшей мере, одной опоры линии электропередач в грунтовой лоток сейсмоплатформы, заполненный грунтом или имитирующей грунт смесью с плотностью, соответствующей плотности грунта, для установки в который предназначена испытуемая опора линии электропередач, закрепление на одной или нескольких траверсах опоры линии электропередач, грузов, вес которых соответствует весу проводов и/или волоконно-оптического кабеля между опорами линий электропередач, для сооружения которой предназначена испытуемая опора линии электропередач, приведение грунтового лотка в колебательное движение с одним или несколькими выполняемыми последовательно режимами с соблюдением определенных условий, извлечение испытуемой опоры линии электропередач из грунтового лотка после его остановки и проверка сохранения целостности составляющих ее элементов и/или их соединений. Технический результат заключается в обеспечении моделирования условий реального землетрясения и реальных условий закрепления в грунте и нагружения опоры линии электропередач. 12 з.п. ф-лы, 2 ил., 1 табл.
Наверх