Полярископ шахтный компактный

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.

 

Изобретение относится к подземной, открытой и строительной геотехнологиям и может быть использовано как устройство для измерения характеристик механических напряжений при недропользовании в массиве пород, в бетонной и тюбинговой крепи горных выработок или тоннелей и метрополитенов, а также в несущих конструкциях мостов и виадуков, в теле высотных, гидротехнических и других ответственных сооружений с задачей оценки и расчета устойчивых параметров объектов.

Полярископы шахтные применяют для определения абсолютных и относительных (во времени) величин главных нормальных напряжений и их составляющих по конкретным направлениям внешних нагрузок в объектах исследования. Метод определения или расчета напряжений заключается в фотофиксации качественных и/или измерении количественных характеристик цветной интерференционной картины в оптически активных материалах, например стекло крон-флинт ГКФ-8 или синтетический каучук уретановый СКУ-10, из которых изготавливают фотоупругие датчики.

Фотоупругие датчики представляют собой круглые диски с зеркальным слоем на задней плоскости и осевым отверстием. Датчики устанавливают на напрягающий цемент в шпурах массива пород, в крепи выработок или в несущих элементах сооружений. Затем прибором измеряют характеристики цветной интерференционной картины, которые обусловлены напряженным состоянием исследуемого объекта [1, 2].

Известны конструкции полярископов шахтных [2, 3], оптические системы которых идентичны и состоят из следующих узлов (рис. 1,а и 1,б): лампа 1; поляроид-поляризатор 2; полупрозрачное зеркало 3; датчик фотоупругий 4 в шпуре или отверстии объекта 5; компенсатор поворотный КПК Берека 6; поляроид-анализатор 7; зрительная трубка, включающая: объектив 8, сетку 9 и окуляр диоптрийный 10; не обозначены линзы и защитные стекла.

Принципиальные отличия данных устройств заключаются в схемах освещения оптической системы, что значительно влияет на качество цветной картины, а также на технологию и стоимость изготовления приборов.

Аналогом изобретения является поляризационный шахтный прибор ПШП-Р (рудничный) [2]. В приборе применена Т-образная схема освещения: свет от лампы 1 проходит поляризатор 2, получает плоскую поляризацию, отражается от зеркала 3 и входит в датчик 4, где отражается от его зеркального покрытия, затем проходит поворотный компенсатор КПК 6, анализатор 7 и поступает в зрительную трубку (рис. 1,а). Из датчика 4 свет выходит в виде двух лучей, поляризованных в направлении действия главных напряжений, причем один из них опаздывает относительно другого. Эта разность хода лучей связана с разностью величин главных напряжений, действующих в объекте и в датчике, в нем установленном. Значения разности хода лучей фиксируют компенсатором 6.

Недостатками прибора ПШП-Р являются:

1. Потери светового потока, т.е. освещенности, контрастности, ухудшение качества интерференционной цветной картины, за счет удлинения и преломления трассы лучей при двойном прохождении через зеркало 3.

2. Усложнение конструкции и технологии сборки прибора из-за необходимости сопряжения двух ортогональных корпусов для установки зеркала 3 точно под углом 45°.

3. Большой вес прибора в комплекте - 11 кг.

Ближайшим прототипом заявляемого изобретения по совокупности существенных признаков является малогабаритный шахтный полярископ ПШ-3 [3]. Прибор собран по У-образной схеме освещения, исключающей зеркало 3. Свет от лампы 1 под острым углом к оптической оси прибора проходит поляризатор 2, входит в датчик 4, отражается от его зеркального покрытия, поступает в анализатор 7 и далее в зрительную трубку (рис. 1,б).

Недостатками прибора ПШ-3 являются:

1. Неопределенная глубина установки датчика 4 в связи с неизвестным значением угла входа света в оптическую схему (x°).

2. Искажение качественных и количественных характеристик информации, а именно потери светового потока, т.е. освещенности, контрастности и значений разности хода лучей за счет того, что свет входит в датчик 4 не по нормали к его плоскости.

3. Отсутствие поворотного компенсатора КПК обуславливает значительную трудоемкость фиксации разности хода поляризованных лучей и цветной интерференционной картины, которые получают в данном случае путем сложных манипуляций с отвесом и четвертьволновыми пластинами, приклеенными к поляроидам 2 и 7 (аналог компенсации по методу Тарди).

4. Сложность изготовления прилива для установки лампы 1.

Целью изобретения является уменьшение потерь светового потока, что позволит: повысить качество фотофиксации и/или измерения характеристик цветной интерференционной картины в фотоупругом датчике и создать компактный шахтный полярископ для изучения напряженного состояния горных и строительных объектов.

Сущность изобретения заключается в следующем.

В полярископе шахтном компактном использована соосная схема освещения оптической системы (рис. 2,а и 2,б). Свет от 4-х миниатюрных ламп (светодиодов) 1, расположенных в рефлекторе унитарного корпуса прибора диаметрально через 90°, параллельными пучками проходит поляризатор 2 и поляризуется. Далее по нормали входит в четыре характерные зоны фотоупругого датчика 4: а, б, в, г (соответственно зоны: I, II, III, IV [1]), отражается от его зеркального покрытия и получает разность хода поляризованных лучей. Затем лучи через отверстие в рефлекторе проходят поворотный компенсатор КПК Берека 6, с помощью которого измеряют величину разности хода в нанометрах. Наконец, лучи поступают в анализатор 7, где окончательно формируется интерференционная картина, фиксируемая визуально или фото- и видеоаппаратурой через зрительную трубку 8, 9 и 10.

Новая совокупность существенных признаков и наличие связей между ними, в частности, за счет применения в полярископе компактном соосной схемы освещения позволяет уменьшить потери светового потока, получить высокое качество интерференционной картины, а также упростить и облегчить конструкцию прибора. Достигают этого путем подачи пучков света от 4-х ламп (светодиодов) параллельно оси оптической системы и по нормали конкретно в четыре характерные зоны фотоупругого датчика, в котором под нагрузкой возникает разность хода поляризованных лучей и изначально формируется цветная интерференционная картина. Лампы устанавливают в унитарном (едином) корпусе совместно с оптической системой прибора, что обеспечивает уменьшение потерь и искажения светового потока за счет его подачи не под острым или прямым углом к оптической оси. Кроме того, отсутствие зеркала, прилива или ортогонального корпуса для установки освещения значительно упрощает и облегчает конструкцию прибора. Вес полярископа компактного составляет 2 кг, в комплекте 4 кг.

Источники информации

1. Инструкция по определению приращения напряжений с помощью фотоупругих датчиков: утв. МЧМ СССР 12.02.1975. - Свердловск: ИГД МЧМ СССР, 1977. - С. 4-7, 44 с.

2. Экспериментальные методы исследования деформаций и напряжений: справочное пособие. - Киев: «Наукова думка», 1981. - С. 446-447, 584 с.

3. Геомеханические системы диагностики и контроля состояния и свойств массива горных пород: сб. научн. тр. / ИГД СОАН СССР. - Новосибирск, 1978. - С. 104-106, 136 с.

1. Полярископ шахтный компактный для измерения параметров напряжений в объектах, включающий оптическую систему, схему освещения, поляризатор, компенсатор и анализатор, отличающийся тем, что с целью уменьшения потерь светового потока применена соосная схема освещения в унитарном корпусе, при которой 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.

2. Полярископ по п. 1, отличающийся тем, что пучки света подают от четырех ламп, расположенных в унитарном корпусе через 90°, конкретно в четыре характерные зоны фотоупругого датчика, где необходимо измерить разность хода поляризованных лучей, по нормали к его плоскости.



 

Похожие патенты:

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.

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.

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.
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.

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.

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.

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.

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

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

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.

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 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.

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.

Изобретение относится к измерениям в скважине в процессе бурения. Техническим результатом является увеличение срока службы забойного двигателя за счет снижения нагрузок на эластомерный статор. В частности, заявлен способ измерения проскальзываний и микрозаклиниваний в скважинном забойном двигателе, включающий: размещение в стволе скважины забойного двигателя с эластомерным статором и по меньшей мере одним волоконно-оптическим датчиком внутри эластомерного статора; получение значения измерения, соответствующего растяжению внутри эластомерного статора, от волоконно-оптического датчика; и обработку значения измерения для определения частоты по меньшей мере одного из микрозаклинивания и проскальзывания забойного двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 20 ил.

Изобретение относится к измерениям в скважине в процессе бурения. Техническим результатом является увеличение срока службы забойного двигателя за счет снижения нагрузок на эластомерный статор. В частности, заявлен способ измерения проскальзываний и микрозаклиниваний в скважинном забойном двигателе, включающий: размещение в стволе скважины забойного двигателя с эластомерным статором и по меньшей мере одним волоконно-оптическим датчиком внутри эластомерного статора; получение значения измерения, соответствующего растяжению внутри эластомерного статора, от волоконно-оптического датчика; и обработку значения измерения для определения частоты по меньшей мере одного из микрозаклинивания и проскальзывания забойного двигателя. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 20 ил.

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.

Наверх