Датчик давления, использующий оптический метод преобразования информации



Датчик давления, использующий оптический метод преобразования информации
Датчик давления, использующий оптический метод преобразования информации
G01L7/00 - Измерение постоянного или медленно меняющегося давления газообразных и жидких веществ или сыпучих материалов с помощью элементов, чувствительных к механическому воздействию или давлению упругой среды (передача и индикация перемещений элементов, чувствительных к механическому воздействию, с помощью электрических или магнитных средств G01L 9/00; измерение разности двух или более величин давления G01L 13/00; одновременное измерение двух или более величин давления G01L 15/00; измерение давления в полых телах G01L 17/00; вакуумметры G01L 21/00; полые тела, деформируемые или перемещаемые под действием внутреннего давления, как таковые G12B 1/04)

Владельцы патента RU 2653596:

федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" (RU)

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода. Заявленный датчик давления содержит корпус, который имеет два отверстия, сообщающиеся с измеряемой средой, и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный двумя мембранами. В датчик дополнительно введены источник излучения, закрепленный на стойке, и две шторки с прорезями, закрепленные на той же стойке, а также две фотоприемные линейки, причем мембраны чувствительного элемента разделены на верхнюю и нижнюю и герметично по периметру прикреплены к корпусу, образуя безвоздушный зазор. При этом отверстия корпуса расположены выше и ниже зазора, а стойка размещена внутри зазора и прикреплена к корпусу. Фотоприемные линейки, размещенные в зазоре, прикреплены соответственно к верхней и нижней мембранам и обращены к соответствующим прорезям шторок. Технический результат - повышение эффективности и экономичности работы устройства. 1 ил.

 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода.

Известные механические и электромеханические датчики (Андреева, Л.Е. Упругие элементы приборов / Л.Е. Андреева. - М.: Машиностроение, 1980. - 230 с.) давления имеют шкаловую погрешность, причиной появления которой является неполное соответствие шкалы прибора его градуировке (для стандартной шкалы причиной шкаловой погрешности является неточная регулировка механизма под шкалу); погрешность, вызванную трением в подвижных частях передаточного механизма; а также погрешности, вызванные люфтами и неточной балансировкой подвижных частей.

В частотных преобразователях давления (Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы: учеб. пособие. В 2 ч. / сост. Е.В. Антонец, В.И. Смирнов, Г.А. Федосеева. - Ч. 1. - Ульяновск: УВАУГА, 2007. - 119 с.) изменение измеряемого давления (или разности давлений) вызывает изменение частоты колебаний чувствительного элемента (ЧЭ), в качестве которых используются натянутая струна, тонкостенный цилиндрический резонатор и тому подобные элементы. Изменение частоты колебаний ЧЭ приводит к изменению частоты выходного сигнала преобразователя. Частотные преобразователи обладают преимуществом перед рассмотренными выше электромеханическими преобразователями давления, потому что частота сигнала практически не изменяется при его усилении и передаче по линиям связи от преобразователя к потребителям или соответствующим указателям. Данные устройства используются в цифровых системах воздушных сигналов, предназначенных для измерения высотно-скоростных параметров полета самолета и выдачи результатов измерения потребителям.

Известен датчик давления с частотным выходом, в корпусе которого размещены анероидный чувствительный элемент и электромагнитные возбудитель и приемник колебаний, его чувствительный элемент, образованный двумя плоскими мембранами, изготовленными как одно целое с герметично скрепленными по контуру основаниями, соединен с корпусом перемычкой, расположенной радиально по отношению к центру чувствительного элемента (см. а.с. №263231 СССР). Однако наличие специального электромагнитного возбудителя вызывает появление температурных погрешностей датчика и приводит к относительно большим энергетическим затратам.

Известен также частотный преобразователь (Авиационные приборы и пилотажно-навигационные комплексы: учеб. пособие. В 2 ч. / сост. Е.В. Антонец, В.И. Смирнов, Г.А. Федосеева. - Ч. 1. - Ульяновск: УВАУ ГА, 2007. - 119 с.) с тонкостенным цилиндрическим резонатором, в котором чувствительным элементом является упругая цилиндрическая трубка, разделяющая внутренний объем корпуса на две герметичные полости П1 и П2. В полость П1 подается давление р1 (полное), а в полость П2 - давление р2 (статическое). При этом на трубку действует разность давлений ри=р1-р2. Для возбуждения колебаний трубки используется электромагнит, сила притяжения которого деформируют трубку в поперечном направлении. При подаче в обмотку электромагнита электрического тока круглое поперечное сечение трубки преобразуется в сечение овальной формы, а после отключения тока - обратно. При этом возникают поперечные колебания цилиндра, частота которых зависит от действующего на трубку избыточного давления ри. Данный датчик менее чувствителен к вибрациям, однако наличие специального электромагнитного возбудителя также вызывает появление температурных погрешностей датчика и приводит к относительно большим энергетическим затратам.

Технический результат - повышение эффективности и экономичности работы устройства.

Указанный технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее корпус, который имеет два отверстия, сообщающиеся с измеряемой средой, и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный двумя мембранами, особенностью является то, что в устройство дополнительно введены источник излучения, закрепленный на стойке, и две шторки с прорезями, закрепленные на той же стойке, а также две фотоприемные линейки, причем мембраны чувствительного элемента разделены на верхнюю и нижнюю и герметично по периметру прикреплены к корпусу, образуя безвоздушный зазор, при этом отверстия корпуса расположены выше и ниже зазора, стойка размещена внутри зазора и прикреплена к корпусу, а фотоприемные линейки, также размещенные в зазоре, прикреплены соответственно к верхней и нижней мембранам и обращены к соответствующим прорезям шторок.

Сущность изобретения поясняется схемой устройства, представленного на чертеже. Устройство содержит корпус 1 с двумя отверстиями, соответственно для измерения статического (Рст) и полного (Рполн) давлений, причем отверстия расположены выше и ниже зазора, образованного мембранами 2 и 3. Мембраны 2 и 3 анероидного чувствительного элемента разнесены по высоте, образуя зазор, из которого выкачан воздух, и герметично по периметру прикреплены к корпусу. Внутри безвоздушного зазора к стойке 4 прикреплен источник излучения 5 и две шторки 7 с прорезями 8. Две фотоприемные линейки 6 крепятся соответственно к верхней и нижней мембранам 2 и 3, причем указанные линейки обращены к соответствующим прорезям шторок 7.

Работа устройства осуществляется следующим образом. В исходном состоянии мембраны 2 и 3 упругого чувствительного элемента занимают определенное положение. Оптическая энергия от источника излучения 5 через прорези 8 шторок 7 попадает в виде оптических пятен на фотоприемные линейки 6, прикрепленные к верхней и нижней мембранам 2 и 3.

В фотоприемных линейках 6 отдельные фоточувствительные элементы (пиксели) расположены вдоль одной координаты. Принцип работы данных устройств заключается в формировании внутри каждого пикселя электрического сигнала, пропорционального поглощенной им оптической энергии. Достигается это благодаря фоточувствительному р-n переходу (как и в обычном фотодиоде), через который происходит разряд конденсатора фотоприемного элемента. Чем больше будет оптическая мощность, попадающая на пиксель, тем больше будет ток фотодиода и, следовательно, тем быстрее будет разряжаться конденсатор. В конце цикла измерения происходит считывание остаточного заряда конденсаторов пикселей.

При изменении статического (Рст) и (или) полного (Рполн) давлений мембраны 2 и 3 упругого чувствительного элемента деформируются, при этом фотоприемные линейки 6, прикрепленные к верхней и нижней мембранам 2 и 3 смещаются, вызывая смещения на них оптических пятен от источника излучения 5 через прорези 8 шторок 7. При последовательном опросе пикселей на выходе фотоприемных многоэлементных устройств будет формироваться электрический сигнал, у которого изменение амплитуды во времени отображает распределение оптической мощности в пространстве фотоприемного устройства. Иными словами, на выходе фотоприемных устройств будут формироваться цифровые сигналы, пропорциональные соответственно статическому и полному давлениям.

Предлагаемое устройство лишено вышеперечисленных недостатков аналогов: высокая чувствительность фотоприемного устройства требует минимальной деформации упругого элемента, что позволит избавиться от целого ряда погрешностей: остаточной деформации, нелинейности, упругих несовершенств материала, температурных колебаний, от воздействия линейных ускорений, от воздействия вибраций, от изменения свойств материала с течением времени и т.п. Бесконтактный съем информации и работа информационной системы в условиях вакуума значительно повысят эффективность процессов измерения. Отметим также значительное уменьшение энергопотребления.

Для расчета аэрометрических параметров: относительной барометрической высоты, приборной скорости, истинной воздушной скорости, вертикальной скорости, отклонения от заданной высоты и числа Маха - в вычислитель непрерывно должна поступать следующая информация: Рст - статическое давление, Рполн - полное давление, Ро - давление, относительно которого измеряется высота (выставляется вручную), Тт - температура заторможенного набегающего воздушного потока. Очевидно, что предлагаемый датчик давления совместно с датчиком температуры позволяет определить все перечисленные аэрометрические параметры.

Датчик давления, содержащий корпус, который имеет два отверстия, сообщающиеся с измеряемой средой, и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный двумя мембранами, отличающийся тем, что в устройство дополнительно введены источник излучения, закрепленный на стойке, и две шторки с прорезями, закрепленные на той же стойке, а также две фотоприемные линейки, причем мембраны чувствительного элемента разделены на верхнюю и нижнюю и герметично по периметру прикреплены к корпусу, образуя безвоздушный зазор, при этом отверстия корпуса расположены выше и ниже зазора, стойка размещена внутри зазора и прикреплена к корпусу, а фотоприемные линейки, также размещенные в зазоре, прикреплены соответственно к верхней и нижней мембранам и обращены к соответствующим прорезям шторок.



 

Похожие патенты:

Измерительный преобразователь (260) технологической переменной для восприятия технологической переменной технологической текучей среды в промышленном процессе включает в себя технологическую прокладку (200), имеющую поверхность, выполненную с возможностью образования уплотнения с поверхностью технологического резервуара.

Изобретение относится к испытательной технике и может быть использовано для фиксации эпюры давления в соединениях с натягом, собранных тепловым способом. Заявленное устройство для фиксации эпюры давления содержит чувствительный элемент в виде шариков, расположенных в один слой между поверхностями, при этом устройство содержит втулку, снабженную пружиной сжатия, установленной с зазором на штоке, диаметр которого на участке сопряжения с внутренней контактной поверхностью контролируемой охватывающей детали меньше на удвоенный диаметр шарика, а его длина равна длине внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали, причем втулка и шток образуют кольцевую полость, заполненную шариками по всему объему, количество которых по окружности внутренней контактной поверхности контролируемой охватывающей детали определяют по предложенному соотношению.

Изобретение относится к области «Физика материального контактного взаимодействия» и касается способа определения по данным удельного сцепления Сстр, угла внутреннего трения и удельного веса материальной структурированной среды, и по показателю угла внутреннего трения среды в нарушенном состоянии показателя удельного сцепления и удельного веса среды в нарушенном состоянии.

Изобретение относится к физике материального контактного взаимодействия и рассматривает предельное состояние материальной среды под нагрузкой.Сущность изобретения состоит в том, что при испытании материальной среды на сжимаемость и сдвиг истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды на глубине h от поверхности полупространства под штампами различной формы и жесткости определяют по зависимости: при (структурированная среда); (кГ/см2) при (нарушенная среда);где - главное нормальное сжимающее давление (кГ/см2); - главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение (кГ/см2); - давление связности среды (кГ/см2); - гравитационное (бытовое) давление структурированной среды (кГ/см2); - гравитационное давление среды с нарушенной структурой (кГ/см2);Ратм=1/033 (кГ/см2) - атмосферное давление на поверхности Земли; (кГ/см2) - действующее сжимающее давление в массиве; - действующие в массиве среды отрицательные тангенциальные напряжения (кГ/см2); (кГ/см3) - удельный вес среды в нарушенном состоянии; (кГ/см2) - среднее критическое (разрушающее) для среды давление сжатия, (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде под штампом принимают отрицательными по величине, при этом истинное предельное состояние растяжения-сжатия массива материальной среды по данным компрессионно-сдвиговых испытаний ее образцов на сжатие определяют по зависимостям: (кГ/см2) при (структурированная среда); (кГ/см2) при (нарушенная среда);где γстрh=ратм=1,033 (кГ/см2), - главное отрицательное тангенциальное срезающее напряжение в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2), - главное нормальное сжимающее давление в компрессионно-сдвиговом приборе (кГ/см2), а тангенциальные напряжения сдвига в среде образца под штампом компрессионного прибора принимают отрицательными по величине, а истинное предельное состояние массива материальной среды по данным одноосного сжатия-растяжения образца среды определяют по зависимостям: - при сжатии; - при растяжении,а тангенциальные напряжения сдвига в образце принимают положительными по величине при растяжении и сжатии.

Изобретение относится к области физики материального контактного взаимодействия и касается способа определения на заданной глубине h>106⋅С/γ (м) массива связной среды гравитационного (бытового) давления по зависимости , (МПа), где Сстр (МПа) - удельное сцепление, γ (Н/м3) - удельный вес структурированной среды, - ее угол внутреннего трения, для среды с нарушенной структурой , .

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерениям величины давления фундаментной плиты на грунт таких сооружений, как реакторные отделения АЭС, мосты, плотины, высотные и промышленные здания, и может быть использовано в системах мониторинга за напряженно-деформированным состоянием грунтов.

Изобретение относится к устройствам пневмоавтоматики для космической техники и может быть использовано в различных областях промышленности для работы со сжатыми газами при необходимости понижения давления газа до заданной величины и автоматического поддержания этого давления в заданных пределах.

Изобретение относится к области «физика материального взаимодействия». Способ определения механических параметров нарушенной материальной среды в условиях фиксированного внешнего воздействия заключается в том, что фиксируют определяющий для исследуемой среды физический параметр внешнего воздействия - температуру Т(°С), плотность ρ (кг/см3), ускорение гравитационного притяжения (g, м/с2) и движения материального тела (α, м/с2), световое излучение, радиоактивность, электрическое и магнитное воздействие, устанавливают требуемый механический параметр материальной среды с учетом влияния физических определяющих параметров внешнего воздействия, определяют угол внутреннего трения и удельное сцепление cстр (кГ/см2) структурированной (природной) среды.

Изобретение относится к вакуумметрии и средствам измерения парциальных давлений газов и предназначено для контроля общего давления, плотности и химического состава газа в контролируемом объеме.

Описаны встраиваемые регуляторы давления. Представленный в качестве примера регулятор давления включает корпус, снабженный резьбой для подключения резьбовым соединением к порту другого регулятора давления.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода. Заявленный датчик давления содержит корпус, который имеет два отверстия, сообщающиеся с измеряемой средой, и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный двумя мембранами. В датчик дополнительно введены источник излучения, закрепленный на стойке, и две шторки с прорезями, закрепленные на той же стойке, а также две фотоприемные линейки, причем мембраны чувствительного элемента разделены на верхнюю и нижнюю и герметично по периметру прикреплены к корпусу, образуя безвоздушный зазор. При этом отверстия корпуса расположены выше и ниже зазора, а стойка размещена внутри зазора и прикреплена к корпусу. Фотоприемные линейки, размещенные в зазоре, прикреплены соответственно к верхней и нижней мембранам и обращены к соответствующим прорезям шторок. Технический результат - повышение эффективности и экономичности работы устройства. 1 ил.

Наверх