Тензометрический преобразователь

Авторы патента:

Поярков Александр Владимирович (RU)

Бараков Владимир Николаевич (RU)

Паулиш Андрей Георгиевич (RU)

G01B11/16 - для измерения деформации твердых тел, например оптические тензометры

Владельцы патента RU 2564691:

Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" (ООО "ФИРМА ПОДИЙ") (RU)

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. Предложена конструкция тензометрического преобразователя, включающего нагрузочный элемент цилиндрической формы с разрезами, не нарушающими целостности цилиндра, и закрепляемый на контролируемом объекте, размещенный в нем пьезооптический преобразователь, состоящий из закрепленного в заведомо нагруженном состоянии фотоупругого элемента (ФЭ) с системой преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал и блока обработки сигнала, причем фотоупругий элемент имеет в плане крестообразную форму, фронтальные поверхности которого, параллельные направлению измеряемых усилий, являются оптически плоскими, а боковые поверхности ФЭ имеют постоянный и/или переменный радиус кривизны, при этом пьезооптический преобразователь имеет собственный корпус, который представляет собой цилиндр диаметром меньше, чем внешний диаметр ФЭ, и в котором выполнены отверстия, сквозь которые торцы боковых поверхностей ФЭ выступают за внешние габариты цилиндра, а в нагрузочном элементе напротив этих выступов на уровне размещения ФЭ выполнены четыре сквозных резьбовых отверстия, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и под углом 90 градусов относительно друг друга, под винты, обеспечивающие изначальную силовую нагрузку на ФЭ, при этом система преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал пьезооптического преобразователя включает механизмы вращения поляризатора и четвертьволновой пластины. Технический результат - упрощение конструкции, повышение ее надежности и точности измерения деформаций, уменьшение габаритов - достигается за счет того, что создание изначальной силовой нагрузки на ФЭ в двух взаимно ортогональных направлениях осуществляется контролируемым способом, пьезооптический преобразователь имеет собственный унифицированный корпус и может быть использован с нагрузочными элементами разных конструкций, при этом габаритный размер пьезооптического преобразователя в плоскости измеряемых напряжений не превышает размер ФЭ. 3 н. и 9 з.п. ф-лы, 8 ил.

Область техники

Уровень техники

Известно, что пьезооптические преобразователи, используемые для измерения деформаций (напряжений), обладают наибольшей чувствительностью по сравнению с другими, например с тензорезистивными, преобразователями (Слезингер И.И. Пьезооптические измерительные преобразователи. Измерительная техника, 1985, №11, с.45-48) [1].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому тензометрическому датчику является пьезооптический тензометрический датчик (Патент РФ №2454642 от 29.03.2011) [2]. Датчик состоит из нагрузочного элемента, закрепляемого на контролируемом объекте, пьезооптического преобразователя, преобразующего величину напряжений на фотоупругом элементе (ФЭ) в электрический сигнал, и блока обработки сигнала. Нагрузочный элемент представляет собой полый цилиндр с четырьмя продольными разрезами, не нарушающими целостности цилиндра, а фотоупругий элемент пьезооптического преобразователя закреплен в цилиндре таким образом, что оптическая ось пьезооптического преобразователя совпадает с осью цилиндра и перпендикулярна плоскости измеряемых деформаций. Закрепление фотоупругого элемента в пластине в заведомо нагруженном состоянии осуществляется за счет того, что внешний диаметр фотоупругого элемента превышает внутренний диаметр посадочного места внутри полого цилиндра на величину, достаточную для жесткого крепления за счет упругости стенок цилиндра. Закрепление ФЭ в изначально нагруженном состоянии позволяет измерять как деформации сжатия, так и деформации растяжения. Действие исходной силовой нагрузки в двух взаимно перпендикулярных направлениях обеспечивает термокомпенсацию преобразователя, так как при изменении температуры пластины ФЭ сжимается одинаково в перпендикулярных направлениях, то есть изотропно, что не приводит к появлению ложного сигнала на выходе пьезооптического преобразователя.

Недостатками данного тензометрического преобразователя являются: а) закрепление ФЭ в пластине осуществляется с помощью конуса Морзе, что требует весьма высокой точности в изготовлении как фотоупругого элемента, так и конусного отверстия, совпадающего с размерами ФЭ, что сопряжено с технологическими трудностями; б) величина исходной силовой нагрузки на ФЭ обеспечивается конструкцией нагрузочного элемента и не может быть изменена в процессе сборки датчика, что может приводить к невоспроизводимости параметров датчика; в) нагрузочный элемент является одновременно и корпусом пьезооптического преобразователя, поэтому при изменении конструкции нагрузочного элемента нужно менять конструкцию всего датчика, включая пьезооптический преобразователь.

Раскрытие изобретения

Задача изобретения заключается в создании такой конструкции тензометрического преобразователя, в которой, во-первых, закрепление ФЭ осуществляется более простым, по сравнению с конусом Морзе, способом, во-вторых, создание изначальной силовой нагрузки на ФЭ в двух взаимно ортогональных направлениях осуществляется контролируемым способом, в-третьих, пьезооптический преобразователь имеет собственный унифицированный корпус и может быть использован с нагрузочными элементами разных конструкций, при этом габаритный размер пьезооптического преобразователя в плоскости измеряемых напряжений не превышает размер ФЭ.

Технический результат - упрощение конструкции, повышение ее надежности и точности измерения деформаций, уменьшение габаритов.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, включающем нагрузочный элемент цилиндрической формы с разрезами, не нарушающими целостности цилиндра, и закрепляемый на контролируемом объекте, размещенный в нем пьезооптический преобразователь, состоящий из закрепленного в заведомо нагруженном состоянии фотоупругого элемента (ФЭ) с системой преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал и блока обработки сигнала, согласно изобретению фотоупругий элемент имеет в плане крестообразную форму, фронтальные поверхности которого, параллельные направлению измеряемых усилий, являются оптически плоскими, а боковые поверхности ФЭ имеют постоянный и/или переменный радиус кривизны, при этом пьезооптический преобразователь имеет собственный корпус, который представляет собой цилиндр диаметром меньше, чем внешний диаметр ФЭ, и в котором выполнены отверстия, сквозь которые торцы боковых поверхностей ФЭ выступают за внешние габариты цилиндра, а в нагрузочном элементе напротив этих выступов на уровне размещения ФЭ выполнены четыре сквозных резьбовых отверстия, расположенные в плоскости перпендикулярной оси цилиндра и под углом 90 градусов относительно друг друга, под винты, обеспечивающие изначальную силовую нагрузку на ФЭ, при этом система преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал пьезооптического преобразователя включает механизмы вращения поляризатора и четвертьволновой пластины.

Вращение поляризатора и четвертьволновой пластины пьезооптического преобразователя, в частности, может осуществляться с помощью винтов по принципу червячной передачи, причем роль червяка выполняет винт, а роль червячного колеса выполняет корпус поляризатора или четвертьволновой пластины, снабженный соответствующей резьбой, при этом винты снабжены стопорным кольцом, фиксирующим винт в корпусе пьезооптического преобразователя.

Для обеспечения надежного однородного контакта между нагрузочным элементом и контролируемым объектом отверстие для крепления может быть специально обработано, для чего в него вставляют винт, имеющий конус, равный по величине конусу на нагрузочном элементе, и внешнюю резьбу, аналогичную резьбе на нагрузочном элементе, и зажимают гайкой с контролируемым усилием, обеспечивающим пластическую деформацию и уплотнение материала контролируемого объекта.

Крепление ФЭ в преобразователе для предотвращения скалывания торцов фотоупругого элемента при затяжке его винтами осуществляют используя охранное кольцо, способное к упругой деформации, при этом внутренний диаметр кольца меньше внешнего диаметра фотоупругого элемента на заданную величину, причем перед размещением ФЭ в кольце последнее зажимают в двух взаимно перпендикулярных направлениях, составляющих 45 градусов с осями монтируемого ФЭ, после размещения в кольце ФЭ затяжку отпускают.

Для получения более однородного контакта между винтом и ФЭ могут быть размещены шарики заданного диаметра, при этом в охранном кольце в соответствующих местах должны быть изготовлены лунки, задающие центр приложения силы к охранному кольцу и к ФЭ.

Описание тензометрического преобразователя

Конструкция заявляемого тензометрического преобразователя поясняется Фиг.1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9.

На Фиг.1 показан пример фотоупругого элемента (ФЭ), который в плане имеет крестообразную форму, боковые поверхности которого имеют постоянный радиус кривизны. Изначально ФЭ упруго сжат в направлении осей Х и Y усилиями P_x=P_y. Рабочее (измеряемое) усилие ΔP_y прилагается вдоль оси Y. Данная конструкция ФЭ имеет два существенных преимущества. Во-первых, как показали расчеты, такая форма приводит к увеличению напряжения Δσ=σ_x-σ_y, в центральной части ФЭ по сравнению с круглым ФЭ при одинаковой внешней нагрузке. Увеличение напряжений происходит именно в той части ФЭ, где проходит световой пучок поляризованного света преобразователя. Например, для формы ФЭ, показанного на Фиг.1 (внешний диаметр ФЭ 12 мм, глубина «врезки» составляет d=2.55 мм, при этом радиус «врезки» равен 5 мм), увеличение Δσ по сравнению с круглым ФЭ составляет 32%. То есть, такая форма ФЭ приводит к увеличению эффективности преобразователя. Во-вторых, данная форма ФЭ позволяет разместить узлы крепления элементов пьезооптического преобразователя в промежутках между боковыми поверхностями ФЭ (заштрихованные области на Фиг.1), не выходя за габариты внешнего диаметра ФЭ. Таким образом, поперечный размер пьезооптического преобразователя не будет превышать диаметр ФЭ.

На Фиг.2 показан пример конструкции пьезооптического преобразователя с поперечными габаритами, не превышающими размер ФЭ. Несущей конструкцией является корпус преобразователя (поз.1) в виде капсулы, собранной из двух половинок. В капсуле размещается крестообразный ФЭ (поз.2) таким образом, что торцы ФЭ через соответствующие отверстия в капсуле (поз.3) выступают наружу на пределы внешнего диаметра капсулы (вид А-А). Для внешнего диаметра ФЭ, равного 12 мм, диаметр капсулы составляет 11.8 мм. Внутри капсулы в соответствующих посадочных местах размещаются светодиод (поз.4), поляризатор с механизмом вращения (поз.5), четвертьволновая пластина с механизмом вращения (поз.6), диафрагма с двумя анализаторами (поз.7), фотодиод с несколькими (не менее двух) фоточувствительными элементами (поз.8), блок электронной обработки сигнала (поз.9). Капсула содержит отверстие (поз.10) для вывода сигнального кабеля через герметичный разъем, крепежные винты (поз.11) и винты механизма вращения (поз.12).

Сборка пьезооптического преобразователя производится следующим образом. В одну из половинок капсулы в соответствующие посадочные места укладываются узлы пьезооптического преобразователя: светодиод, поляризатор, четвертьволновая пластина, фотоупругий элемент, диафрагма, анализаторы, фотодиод, блок электронной обработки сигнала. Соединительные провода светодиода укладываются в соответствующие канавки в капсуле. Сигнальный провод выводится через выходное отверстие. Затем накладывается вторая половинка капсулы и обе половинки стягиваются винтами (поз.11). С целью обеспечения герметичности капсулы зазоры между торцами фотоупругого элемента и соответствующими отверстиями в капсуле (поз.3) промазываются герметиком (например, однокомпонентным герметиком ВГО-1). Кроме того, герметик обеспечивает дополнительную фиксацию фотоупругого элемента. Наличие герметика не влияет на работу преобразователя, так как герметик остается достаточно мягким и находится в местах, не влияющих на распределение напряжений в фотоупругом элементе при приложении рабочих нагрузок. Вращение поляризатора и четвертьволновой пластины при настройке пьезооптического преобразователя осуществляется с помощью винтов (поз.12) по принципу червячной передачи, причем роль червяка выполняет винт, а роль червячного колеса выполняет корпус поляризатора или четвертьволновой пластины, снабженный соответствующей резьбой (Фиг.3). Винты снабжены стопорным кольцом, фиксирующим винт в капсуле.

В качестве материала капсулы может быть использован пластик (например, полистирол или капролон), так как его легче обрабатывать по сравнению с металлом. Такая конструкция может быть изготовлена из ABS или PLA пластика с помощью 3D принтера.

В качестве материала фотоупругого элемента может быть использован, например, плавленый кварц, обладающий высоким порогом разрушения на сжатие, что обеспечивает высокий динамический диапазон измерений деформаций и надежность преобразователя. Кроме того, технология обработки плавленого кварца хорошо развита, что удешевляет конструкцию тензометрического преобразователя.

В качестве материала поляризатора и анализаторов могут быть использованы поляризационные пленки Polaroid. В качестве материала четвертьволновой пластины может быть использована пленка слюды заданной толщины, обеспечивающей сдвиг фазы на 90 градусов между двумя взаимно перпендикулярными поляризациями светового луча.

Блок обработки сигнала может иметь как аналоговый выход, так и цифровой выход.

На Фиг.4 изображен заявляемый тензометрический преобразователь, который включает в себя описанный пьезооптический преобразователь (поз.1) и нагрузочный элемент (поз.13) для крепления тензометрического преобразователя на контролируемом объекте. Нагрузочный элемент представляет собой полый цилиндр (поз.13) с четырьмя симметрично расположенными разрезами (поз.14), не нарушающими целостности цилиндра. Неразрезанная часть цилиндра содержит внешнюю резьбу (поз.15) для наворачивания крепежной гайки (поз.16). Цилиндр имеет четыре внешних выступа (поз.17) со сквозными резьбовыми отверстиями (поз.18), расположенными в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и под углом 90 градусов относительно друг друга. Начальная нагрузка на фотоупругом элементе обеспечивается винтами (поз.19), вкручиваемыми в данные отверстия и зажимающими фотоупругий элемент с фиксированным усилием. Винты изготавливаются из материала нагрузочного элемента. Внешняя поверхность цилиндра содержит конус (от 1 до 5 градусов) (поз.20), причем средний диаметр конуса равен диаметру монтажного отверстия в контролируемом объекте (поз.21). Для обеспечения скольжения при наворачивании гайки используется шайба (поз.22).

На Фиг.5 показан пример расположения крестообразного фотоупругого элемента в нагрузочном элементе (остальные элементы пьезооптического преобразователя отсутствуют).

Обоснование введенных признаков

Так как фотоупругий элемент в предлагаемой конструкции зажимается с помощью винтов, то нет необходимости изготавливать конус Морзе, что сопряжено с серьезными технологическими трудностями. Кроме того, степень сжатия фотоупругого элемента легко контролируется с помощью винтов и динамометрической отвертки, поэтому достаточно просто обеспечить одинаковую степень сжатия фотоупругого элемента в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Таким образом достигается эффект упрощения конструкции и методики монтажа фотоупругого элемента, снижения требований на точность изготовления деталей.

Конструкция тензометрического преобразователя является симметричной в плоскости измеряемых напряжений, поэтому при изменении температуры, как преобразователя, так и контролируемого объекта, фотоупругий элемент сжимается или разжимается изотропно, что не приводит к повороту вектора поляризации исходно поляризованного светового луча при прохождении через фотоупругий элемент. Благодаря этому достигается температурная независимость показаний тензометрического преобразователя.

В предлагаемой конструкции пьезооптический преобразователь имеет собственный унифицированный корпус и может быть использован с нагрузочными элементами разных конструкций, при этом габаритный размер пьезооптического преобразователя в плоскости измеряемых напряжений не превышает размер ФЭ. Таким образом достигается эффект миниатюризации тензометрического преобразователя и повышения функциональной гибкости конструкции тензометрического преобразователя.

На Фиг.6 показано вспомогательное устройство (поз.23), применяемое при монтаже тензометрического преобразователя на контролируемом объекте.

Способ монтажа тензометрического преобразователя

Монтаж тензометрического преобразователя на контролируемом объекте производится следующим образом. В контролируемом объекте, например в конструкции, содержащей металлическую пластину, изготавливается отверстие диаметром, равным среднему диаметру конуса нагрузочного элемента. Преобразователь вставляется в приготовленное отверстие и закрепляется с противоположной стороны гайкой с фиксированным усилием. Для обеспечения скольжения при наворачивании гайки используется шайба (поз.22 на Фиг.4). Для обеспечения однородности контакта нагрузочного элемента с контролируемым объектом используется устройство, показанное на Фиг.6 (поз.23). Устройство представляет собой винт, содержащий конус, равный по величине конусу на нагрузочном элементе (поз.20), а также внешнюю резьбу, аналогичную резьбе на нагрузочном элементе (поз.15). Данное устройство вставляется в отверстие в контролируемом объекте, диаметр которого равен среднему диаметру конуса нагрузочного элемента, и зажимается гайкой (поз.16) с контролируемым усилием, обеспечивающим пластическую деформацию материала контролируемого объекта. В результате деформации стенок отверстия, во-первых, формируется конусное отверстие, совпадающее с конусом нагрузочного элемента, во-вторых, материал стенок отверстия уплотняется, что предотвращает его дальнейшую пластическую деформацию. В результате обеспечивается надежный однородный контакт между нагрузочным элементом и контролируемым объектом.

Материал винта должен иметь величину порога пластической деформации больше, чем материал контролируемого объекта, например закаленная сталь 65Г.

На Фиг.7 показано охранное кольцо (поз.24), используемое для предотвращения скалывания торцов фотоупругого элемента при затяжке его винтами. Внутренний диаметр кольца меньше внешнего диаметра фотоупругого элемента на заданную величину. При этом винты упираются не в ФЭ, а в металлическое кольцо, и усилие более равномерно распределяется по контактной площадке ФЭ. В качестве материала кольца может быть использован инвар 36Н, так как его температурный коэффициент расширения близок к коэффициенту температурного расширения кварца. В результате при изменении температуры ФЭ плотность контакта между ФЭ и кольцом будет оставаться неизменной.

Для получения еще более однородного контакта между винтом и ФЭ могут использоваться шарики заданного диаметра, которые вставляются между винтом и охранным кольцом (поз.25). При этом в охранном кольце в соответствующих местах изготавливаются лунки (поз.26), задающие центр приложения силы к охранному кольцу и к ФЭ.

На Фиг.8 показан способ монтажа охранного кольца. Охранное кольцо зажимается в двух взаимно перпендикулярных направлениях, составляющих 45 градусов с осями монтируемого ФЭ, как показано стрелками Р. В результате охранное кольцо сжимается вдоль осей затяжки, при этом в направлении осей ФЭ охранное кольцо увеличивает свой диаметр (стрелки К). Затем внутрь кольца устанавливается ФЭ и затяжка отпускается. В результате охранное кольцо равномерно обжимает ФЭ, так как его внутренний диаметр меньше внешнего диаметра ФЭ на заданную величину. Для обеспечения надежного контакта торцы ФЭ, перед установкой в охранное кольцо, могут быть промазаны силикатным клеем с последующим термическим отжигом. В результате обеспечивается однородный контакт между ФЭ и охранным кольцом и равномерное распределение усилий по площади выступа ФЭ при затяжке его винтами.

На Фиг.9 показана схема еще одного нагрузочного элемента. Нагрузочный элемент (поз.13) представляет собой полый цилиндр с четырьмя продольными разрезами, не нарушающими целостности цилиндра. В стенках цилиндра на уровне крепления фотоупругого элемента выполнены четыре сквозных резьбовых отверстия (поз.18), лежащие в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и расположенные под углом 90 градусов относительно друг друга. Пьезооптический преобразователь в капсуле (поз.1) расположен внутри цилиндра так, что его оптическая ось совпадает с осью цилиндра. Фотоупругий элемент, расположенный в капсуле, зажимается винтами (поз.19), вкручиваемыми в отверстия (поз.18) с контролируемым усилием.

Нагрузочный элемент снабжен наружными выступами (поз.27) с монтажными отверстиями для крепления к контролируемому объекту. Для повышения надежности крепления нагрузочного элемента на наружных выступах могут быть выполнены зубья, лежащие в одной плоскости (поз.28).

Нагрузочный элемент с пьезооптическим преобразователем закрепляется на контролируемом объекте таким образом, чтобы ось пьезооптического преобразователя была перпендикулярна плоскости измеряемых деформаций. Деформация контролируемого объекта передается стенкам цилиндра и через них фотоупругому элементу пьезооптического преобразователя.

Описание работы устройства

Тензометрический преобразователь работает следующим образом. Тензометрический преобразователь закрепляют на контролируемом объекте с помощью нагрузочного элемента и гайки (поз.13, 16 на Фиг.4). Деформация растяжения или сжатия, возникающая в контролируемом объекте в направлении Х или Y (Фиг.1), передается на фотоупругий элемент через стенки нагрузочного элемента и винты, что приводит к дополнительному сжатию (+Δ) или растяжению (-Δ) фотоупругого элемента. В результате в пьезооптическом преобразователе возникает дополнительная разность фаз±Δ между взаимно перпендикулярными компонентами поляризации луча, прошедшего сквозь фотоупругий элемент, что приводит к изменению электрического сигнала на выходе фотоприемника пьезооптического преобразователя, который регистрируется и обрабатывается блоком обработки сигнала.

1. Тензометрический преобразователь, включающий нагрузочный элемент цилиндрической формы с разрезами, не нарушающими целостности цилиндра, и закрепляемый на контролируемом объекте, размещенный в нем пьезооптический преобразователь, состоящий из закрепленного в заведомо нагруженном состоянии фотоупругого элемента (ФЭ) с системой преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал и блока обработки сигнала, отличающийся тем, что фотоупругий элемент имеет в плане крестообразную форму, фронтальные поверхности которого, параллельные направлению измеряемых усилий, являются оптически плоскими, а боковые поверхности ФЭ имеют постоянный и/или переменный радиус кривизны, при этом пьезооптический преобразователь имеет собственный корпус, который представляет собой цилиндр диаметром меньше, чем внешний диаметр ФЭ, и в котором выполнены отверстия, сквозь которые торцы боковых поверхностей ФЭ выступают за внешние габариты цилиндра, а в нагрузочном элементе напротив этих выступов на уровне размещения ФЭ выполнены четыре сквозных резьбовых отверстия, расположенные в плоскости, перпендикулярной оси цилиндра, и под углом 90 градусов относительно друг друга, под винты, обеспечивающие изначальную силовую нагрузку на ФЭ, при этом система преобразования величины напряжений на ФЭ в электрический сигнал пьезооптического преобразователя включает механизмы вращения поляризатора и четвертьволновой пластины.

2. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения герметичности корпуса пьезооптического преобразователя зазоры между торцами фотоупругого элемента и стенками соответствующих отверстий в корпусе заполнены герметиком.

3. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что вращение поляризатора и четвертьволновой пластины пьезооптического преобразователя осуществляется с помощью винтов по принципу червячной передачи, причем роль червяка выполняет винт, а роль червячного колеса выполняет корпус поляризатора или четвертьволновой пластины, снабженный соответствующей резьбой, при этом винты снабжены стопорным кольцом, фиксирующим винт в корпусе пьезооптического преобразователя.

4. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что для крепления на исследуемом объекте внешняя поверхность цилиндра нагрузочного элемента в области контакта с контролируемым объектом выполнена в виде конуса (от 1 до 5 градусов), причем средний диаметр конуса равен диаметру монтажного отверстия в контролируемом объекте, а неразрезанная часть цилиндра нагрузочного элемента содержит внешнюю резьбу для наворачивания крепежной гайки.

5. Преобразователь по п. 1, отличающийся тем, что для крепления на исследуемом объекте цилиндр нагрузочного элемента в нижней части имеет выступы с монтажными отверстиями.

6. Преобразователь по п. 5, отличающийся тем, что для повышения надежности крепления нагрузочного элемента на наружных выступах выполнены зубья.

7. Способ обработки отверстия в контролируемом объекте для крепления в нем нагрузочного элемента тензометрического преобразователя по п. 1, отличающийся тем, что для обеспечения надежного однородного контакта между нагрузочным элементом и контролируемым объектом, в отверстие вставляют винт, имеющий конус, равный по величине конусу на нагрузочном элементе, и внешнюю резьбу, аналогичную резьбе на нагрузочном элементе, и зажимают гайкой с контролируемым усилием, обеспечивающим пластическую деформацию и уплотнение материала контролируемого объекта.

8. Способ крепления ФЭ в преобразователе по п. 1, отличающийся тем, что для предотвращения скалывания торцов фотоупругого элемента при затяжке его винтами крепление ФЭ осуществляют используя охранное кольцо, способное к упругой деформации, при этом внутренний диаметр кольца меньше внешнего диаметра фотоупругого элемента на заданную величину, причем перед размещением ФЭ в кольце последнее зажимают в двух взаимно перпендикулярных направлениях, составляющих 45 градусов с осями монтируемого ФЭ, после размещения в кольце ФЭ затяжку отпускают.

9. Способ по п. 8, отличающийся тем, что для получения более однородного контакта между винтом и ФЭ вставляют шарики заданного диаметра, при этом в охранном кольце в соответствующих местах изготавливают лунки, задающие центр приложения силы к охранному кольцу и к ФЭ.

10. Способ по п. 8, отличающийся тем, что для получения более однородного контакта между винтом и ФЭ торцы ФЭ перед установкой в охранное кольцо промазывают силикатным клеем с последующим термическим отжигом.

11. Способ по п. 8, отличающийся тем, что коэффициент температурного расширения материала охранного кольца совпадает с коэффициентом температурного расширения материала ФЭ.

Изобретение относится к трубопроводному транспорту и может быть использовано для диагностики технического состояния надземных переходов магистральных трубопроводов, а также автоматического восстановления геометрии трубы надземного перехода по результатам диагностики.

Распределенный волоконно-оптический сенсор температуры повышенной чувствительности // 2552399

Изобретение относится к устройствам измерения распределения температуры, в котором оптическое волокно используется в качестве чувствительного элемента, а именно является чувствительным элементом распределенного датчика температуры, в котором используется способ, основанный на явлении вынужденного рассеяния Мандельштамма-Бриллюэна (ВРМБ), возникающего в оптическом волокне.

Способ бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве и устройство для его осуществления // 2551396

Изобретение относится к способу бесконтактных измерений геометрических параметров объекта в пространстве. При реализации способа на поверхности объекта выделяют одну и/или более обособленную зону, для которой можно заранее составить несколько разных упрощенных математических параметрических моделей на основании заранее известных геометрических закономерностей исследуемого объекта, характеризующих форму, положение, движение, деформацию.

Способ определения деформации материала в зоне стружкообразования при резании // 2549907

Способ относится к исследованиям деформации материала в процессе механической обработки резанием. Деформируемую в процессе резания поверхность образца освещают когерентным монохроматическим излучением.

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.

Способ диагностирования состояния конструкции // 2539106

Изобретение относится к области неразрушающего контроля и касается способа диагностирования состояния конструкции. Способ включает в себя формирование на участке вероятного возникновения дефекта конструкции датчика.

Способ измерения деформаций // 2537105

Изобретение относится к области экспериментальных методов исследования механических напряжений и деформаций в деталях машин и элементах конструкций и может быть использовано для определения пластических деформаций изделия в машиностроении, авиастроении и других отраслях промышленности. Способ осуществляют следующим образом.

Тензометрический датчик // 2530467

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

Способ контроля внешнего композиционного армирования строительных конструкций // 2519843

Изобретение относится к области разработки, производства и монтажа строительных конструкций преимущественно из бетона, покрытого армирующим композиционным материалом.

Устройство оптической идентификации измерительных каналов системы встроенного неразрушающего контроля на основе волоконно-оптических брэгговских датчиков // 2510609

Изобретение относится к приспособлениям для регистрации сигналов с набора волоконно-оптических брэгговских датчиков системы встроенного неразрушающего контроля (ВНК) объекта.

Способ измерения относительной продольной деформации поверхности и экстензометр для его осуществления // 2575795

Изобретение относится к средствам измерения относительной продольной деформации на поверхности материальных тел. Экстензометр содержит два референтных тела в виде заостренных инденторов, при этом один индентор жестко связан с корпусом прибора, другой установлен с возможностью перемещения, а также систему передачи этих перемещений. В корпусе прибора дополнительно установлены лазер с оптической системой коллимации излучения, фокусирующая линза, фокус которой совпадает с контролируемой поверхностью, светоделительное зеркало, линза, координатно-чувствительный фотоэлектрический преобразователь и арретир для маятника. Подвижный индентор выполнен с оптическим референтным элементом, центр кривизны которого совмещен с острием индентора и с контролируемой поверхностью, и жестко установлен на шарнирно подвешенном в верхней части корпуса маятнике. Между подвижным и неподвижным инденторами подвешен электромагнит. Сущность: расстояние «А» между острыми кромками двух инденторов измеряют до установки на поверхность. Маятник арретируют, подключают источник света, мнимый фокус луча которого совмещают с острием подвижного индентора, при этом изображение фокальной точки лазерного луча, отраженного от сферического зеркала, с оптическим увеличением «К» фокусируют в положении, соответствующем среднему положению светового пятна на координатно-чувствительном фотоэлектрическом преобразователе, и регистрируют условно нулевую координату «Б» энергетического центра светового пятна. В заарретированном состоянии устанавливают экстензометр на деформируемую поверхность и разарретируют маятник, далее поджимают маятник с подвижным индентором и сферическим зеркалом к деформируемой поверхности посредством электромагнита. Регистрируют координату энергетического центра светового пятна «В», нагружают деформируемую балку и регистрируют координату энергетического центра светового пятна «Г». Относительную продольную деформацию вычисляют по формуле. Технический результат: повышение степени точности определения координат выбранных базовых точек, точности измерения расстояния между острыми кромками инденторов и их взаимных перемещений из-за деформации поверхности, в том числе с учетом структурной неоднородности деформируемого материала. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

Способ определения величин деформаций стенки резервуара вертикального цилиндрического // 2581722

Изобретение относится к области геодезического контроля вертикальных цилиндрических резервуаров. В заявленном способе определения величин деформаций стенки резервуара производят сканирование внешней поверхности резервуара при помощи наземного лазерного сканера. Определяют пространственные координаты по осям X, Y, Z точек отражения лазерного луча от поверхности резервуара в условной системе координат. Выполняют регистрацию сканов между собой, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, производят обработку данных результатов наземного лазерного сканирования с помощью программного обеспечения, позволяющего выполнить привязку сканов к заданной системе координат. Передают полученную цифровую информацию в компьютерную программу, производят построение цифровой точечной трехмерной модели внешней поверхности стенки резервуара, далее выполняют развертывание полученной объединенной цифровой точечной трехмерной модели на плоскость, получают развертку в виде плоской точечной модели поверхности, в которой координата Z показывает удаление любой точки от вертикальной оси вышеупомянутого резервуара, а также взаимное отклонение от вертикали между точками, выполняют построение карты деформаций боковой поверхности стенки резервуара в виде изолиний, оценивают характер и величину деформаций стенки резервуара путем сравнения фактических значений деформаций стенки по оси Z с требованиями нормативных значений. Технический результат - повышение точности и достоверности определения величин деформаций стенки резервуара вертикального цилиндрического. 1 ил.

Способ изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации // 2589447

Изобретение относится к области прецизионного приборостроения и может быть использовано при создании первичных чувствительных элементов оптических преобразователей деформаций спектрального типа. В заявленном способе изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации на поверхности упругого элемента располагают нефоточувствительное оптическое волокно и наносят слой оптически-прозрачного нефоточувствительного стеклокристаллического материала, сборку из упругого элемента, оптического волокна и стеклокристаллического материала помещают в печь, где производят пайку соединения металл-стекло. Далее извлекают из печи и остужают со скоростью не более 5-8°C/мин в структуре нефоточувствительного оптического волокна, покрытого слоем затвердевшего оптически-прозрачного нефоточувствительного стеклокристаллического материала. При этом в зоне максимальной деформации упругого элемента формируют решетку Брэгга, а материалы конструктивных составляющих чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации выбирают с близкими значениями коэффициента температурного расширения. Технический результат - упрощение технологии изготовления чувствительного элемента спектрального преобразователя деформации и повышение точности спектрального преобразования. 2 ил.

Хрупкое покрытие для исследования деформаций и напряжений // 2592889

Изобретение относится к определению напряженно-деформированного состояния металлических конструкций высокорисковых объектов нефтяной, газовой и химической отраслей промышленности, систем транспорта и переработки нефти и газа с помощью тензочувствительных хрупких покрытий, что позволяет получить наглядную картину наибольшей концентрации напряжений, получить данные для оценки и прочности потенциально опасных объектов. Хрупкое покрытие для исследования деформаций и напряжений выполнено из смеси эпоксидной смолы ЭД-20, отвердителя полиэтиленполиамина (ПЭПА) и фреона-26 при следующем соотношении компонентов, мас. %: смола 20-60, отвердитель 1-3, фреон 79-37. Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности ранней диагностики и увеличение чувствительности метода. 1 табл.

Комплексный способ определения напряженно-деформированного состояния объектов геотехнологии // 2597660

Изобретение относится к подземной, открытой и строительной геотехнологиям и может быть использовано как деформационный способ комплексного определения параметров напряженного состояния и упругих характеристик массива пород, крепи горных выработок, метрополитенов и тоннелей, а также конструкций мостов и гидротехнических сооружений. Заявленный комплексный способ определения напряженно-деформированного состояния объектов геотехнологии заключается в измерении деформаций между стенками разгрузочной щели, отличающийся тем, что с целью исследования напряженно-деформированного состояния объектов разработан комплексный способ определения его параметров, основанный на применении кольцевой разгрузочной щели для измерения деформаций частичной разгрузки со стороны массива и деформаций полной разгрузки в обуренном керне, в центральном шпуре которого затем устанавливают прессиометр, задают пошаговую нагрузку в керне и измеряют наведенные деформации; при этом деформации трех видов: частичной разгрузки массива, полной разгрузки и наведенные в керне измеряют по схеме установки реперных линий, составляющих тензор плоских деформаций. Технический результат заключается в повышении эффективности исследований, в повышении информативности способа разгрузки за счет единовременной ее фиксации в конкретной плоскости по определенным линиям, которые представляют компоненты тензора плоской деформаций, а также в снижении трудоемкости эксперимента за счет применения современного автономного бурового оборудования, а также измерительных средств и аппаратуры. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

Способ бесконтактного определения рельефа поверхности материалов // 2606703

Изобретение относится к области метрологии, в частности к системам для определения положения неровностей поверхности, их размеров и количества на расстоянии. Заявленный способ бесконтактного определения рельефа поверхности материалов включает получение информации об объекте с помощью считывающего устройства, обработку информации путем формирования универсальной матрицы поверхности, состоящей из информационных ячеек, содержащих информацию об эталонных и фактических координатах меток поверхности. При этом дополнительно формируют колористическую матрицу путем считывания информации с поверхности, освещенной двумя встречными световыми потоками с различной длиной волны, направленными к ней под острыми углами, информацию идентифицируют в соответствии с последовательностью цветов «первый цвет - смешение первого и второго цвета - второй цвет» как выпуклость на поверхности объекта, а последовательность «первый цвет - отсутствие цвета - второй цвет» как углубление на поверхности объекта. Далее колористическую матрицу поверхности объекта накладывают на универсальную матрицу поверхности и фактическую матрицу объекта и получают топографическую карту поверхности объекта, затем по информации об эталонных координатах каждой метки, содержащейся в универсальной матрице поверхности, определяют размеры идентифицированных выпуклостей и углублений на поверхности объекта и рассчитывают их высоту, глубину и количество. Технический результат - расширение и уточнение показателей, характеризующих сложную поверхность. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ // 2609443

Система контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ содержит крупногабаритную платформу, с закрепленными на ней базовым контрольным элементом и двумя контрольными элементами, представляющими собой призмы с аттестованными между собой зеркальными гранями и размещенными в вершинах треугольника, образованного нормалями к граням контрольных элементов. На каждой стороне треугольника расположено по одному двухкоординатному автоколлиматору. Дополнительно в систему контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ включен двухкоординатный автоколлиматор, размещенный между двумя контрольными элементами с другой стороны платформы. Технический результат заключается в повышении точности системы контроля угловых деформаций крупногабаритных платформ, упрощение ее конструкции и алгоритма обработки информации. 4 ил.

Волоконно-оптический тензодатчик на основе соединенных фотонно- кристаллических пластинчатых элементов, система и способ изготовления и применения // 2617913

Изобретение относится к волоконно-оптическим измерителям. Система на основе тензодатчика, а также способ его изготовления и применения включают в себя: оптическое волокно, генератор оптических сигналов, передающий оптический сигнал через указанное оптическое волокно. Фотонно-кристаллические пластинчатые элементы в указанном оптическом волокне, разделенные участком оптического волокна. Фотодатчик, обнаруживающий отраженный оптический сигнал от указанных фотонно-кристаллических пластинчатых элементов. Обрабатывающее устройство, вычисляющее механическую деформацию, на основании отраженного оптического сигнала, обнаруженного фотодатчиком. Технический результат заключается в создании оптоволоконного тензодатчика с возможностью выбора длины волны испускаемого света, работы с лазерными источниками или без них и взаимодействия с несколькими тензодатчиками на одном и том же оптоволокне. 3 н. и 12 з.п. ф-лы, 7 ил.

Определение скорости распространения поверхностной волны // 2621444

Изобретение относится к определению скорости распространения поверхностной волны. Устройство для определения скорости распространения поверхностной волны содержит источник когерентного света для формирования по меньшей мере первого и второго световых пятен на поверхности. Камера захватывает по меньшей мере одно несфокусированное изображение по меньшей мере части поверхности, содержащей световые пятна. Несфокусированное изображение содержит объекты изображений световых пятен для световых пятен, при этом объекты изображений световых пятен имеют спекл-структуры. Анализатор определяет скорость распространения в соответствии с разностью во времени между изменениями двух спекл-структур. Изобретение позволяет обеспечивать определение скорости распространения на основании пространственного анализа спекл-структур и осуществлять эффективное дистанционное измерение скоростей пульсовой волны, например, в тканях животного или человека. 2 н. и 11 з.п. ф-лы, 14 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.