Преобразователь давления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

«и 966514

Союз Советских

Социалистических

Республик (С ф

I/

). 3, сФ" г г (61) Дополнительное к авт. свид-ву

f51) М. Кл.з (22) Заявлено 2703.81 (21) 3266498/18-10 с присоединением заявки №вЂ”

G L 11/00 (53) УДК 531. 787 (088. 8) Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет—

Опубликовано 15.10.82. Бюллетень ¹ 38

Дата опубликования описания 151082 (72) Авторы изобретения

В.И.Пасынков и В.А.Кузьмин

Московский ордена Ленина авиационный инсти им .Серго Орджоникидзе! (71) Заявитель (54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ

Изобретение относится к волоконно-оптическим измерительным преобразователям и может найти широкое применение для измерения давления в условиях действия повышенных. электромагнитных помех, во взрывоопасных и .агрессивных средах, а также при повышенной (пониженной) температуре.

Известны волоконно-оптические преобразователи давления, содержащие источник излучения, один или несколько фотоприемников, отражатель,прикрепленный к мембране, и волоконные световоды (1).

Недостатком этих устройств является незначительная чувствительность и точность, так как они зависят от диаметра используемых световодов, при этом рабочий ход мембраны должен быть не менее диаметра световодов.

Для .увеличения чувствительности и точности, следует уменьшать размеры волокон, что, в свою очередь, приводит к существенному увеличению оптических потерь и снижению уровня сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по. технической сущности является преобразователь давления, содержащий источник излучения, два фотоприемника, включенные в дифференциально-мостовую схему, излучающий и два фотоприемных световода, мембрану с отражателем, перемещающимся поперек световодов и жесткое основание, на котором они закреплены (2).

Устройство характеризуется недостаточно высокой точностью и чувствительностью, ограниченными минимальным диаметром световодов, которые принципиально не могут быть сделаны меньше длины волны света, и пределом дифракционной разрешимости света,. который накладывает ограничения на уменьшение размеров подвижного отражателя. Кроме того, в преобразователе присутствуют значительные френелевские потери — потери света на отражение при выходе из светоВода в воздух -на зеркален при вводе вфотоприемный световод.

Цель изобретения — повышение чувствительности и точности эа счет уменьшения френелевских, потерь света на отражение.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе давления, содержащем корпус с воспринимающей давление мембраной, основание, источник излучения и два фотоприемника, под966514 этом осевые лучи, выходящие из излу-10 чающего световода б и падающие на основание 10, разделяются на две равные части — отраженную и преломленную, прошедшую через воздушный зазор. Отраженный и преломленный све15 товые потоки попадают на симметрич" но расположенные два фотоприемных . световода 7 и 8, в результате чего. на фотоприемники 2 и 3 попадает в исходном состоянии одинаковое количество световой энергии. После преобразования световой энергии в электрическую сигналы двух дифференциальных каналов поступают в мостовую измерительную схему 4, на выходе которой после вычитания сигнала в исходном состоянии напряжение равно нулю.

При подаче давления на мембрану 9 она прогибается, уменьшая тем самым величину воздушного зазора, что приводит к увеличению доли прошедшего световоЗ0 го потока и соответствующему уменьшению величины отраженного светового потока. При создании разрежения наблюдается обратная картина. Поэтому .в. результате подачи давления (соэдаÇ5 ния разряжения) создается разбаланс мостовой схемы и на выходе ее появляется сигнал, величина которого пропорциональна давлению.

Таким образом, использование пре40 образователя давления позволяет путем уменьшения френелевских потерь света на отражение повысить чувствительность и точность устройства.

Формула изобретения

65 ключенные соответственно к излучающему и двум фотоприемным световодам, мембрана установлена на основании с зазором и снабжена со стороны измеряемого давления жестким центром в виде сферического сегмента, геометрический центр которого размещен на обращенной к мембране поверхности основания, в котором с противоположной стороны выполнена выемка, геометрический центр сферической поверх ности которой совпадает с центром сферического сегмента, радиус которого равен радиусу сферической поверхности выемки, при этом торцы излучающего и первого фотоприемного световода установлены диаметрально противоположно на сферических поверхностях мембраны и .основания, а торец второго фотоприемного световода установлен на сферической поверхности основания симметрично первому относительно"поверхности основания, обращенной к мембране.

На чертеже изображена конструкция преобразователя давления.

Преобразователь давления содержит источник излучения 1, фотоприемники 2 и 3, включенные по дифференциальной схеме в цепь измерительного моста 4, а также объединенные корпусом 5 излучающий б и два фотоприем.ных 7 и 8 световода, например волоконно-оптических, подключенных соответственно к излучателю 1 и фотоприемникам 2 и 3, мембрану 9, установленную на основании 10 с зазором, и прокладку 11.

Основание 10 выполнено прозрачным, в середине одной из его сторон сделана выемка 12 со сферической поверхностью 13. На мембране 9 выполнен жесткий центр в виде сферического сегмента 14, радиус которого .равен радиусу сферической поверхности

13. Геометрический центр сферических поверхностей 13 и 14 расположен на обращенной к мембране 9 поверхности основания 10. Торцы излучающего 6 и фотоприемного 7 световода установлены на сферической поверхности 13 выемки. 12, а торец другого фотоприемного световода 8 установлен на сферическом сегменте 14. Ось излучающего световода 6 совпадает с осью фотоприемного световода 8 и . проходит по диаметру сфер под таким углом к оси основания, что для осевых лучей, выходящих из излучающего световода 6, выполняется условие голного внутреннего отражения от границы поверхности основания с воздухом.

Торцы двух фотоприемных световодов

7 и 8 расположены симметрично друг другу относительно плоскости основания, обращенной к мембране. Толщина кольцевой прокладки 11 имеет такую величину, что для осевых лучей выполняется условие равенства отражательной и пропускательной способности. .Преобразователь давления работает следующим образом.

В исходном положении при отсутствии давл ния зазор между мембраной 9 и плоскостью основания 10 равен толщине разделяющей их прокладки 11. При

Преобразователь, давления, содержащий корпус с воспринимающей давление мембраной, основание, источник излучения и два фотоприемника, подключенные соответственно к излучающему и двум фотоприемным световодам, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности за счет уменьшения френелевских потерь света на отражение, мембрана установлена на основании с зазором и снабжена со стороны измеряемого давления жестким центром в виде сфеРического сегмента, геомет. рический центр которого размещен на обращенной к мембране поверхности основания, в котором с противополож.ной стороны выполнена выемка, геометрический центр сферической поВерхнос966514

t 1

Составитель В.Казаков

Редактор Т.Митрович Техред С.Мигунова Корректор С.Шекмар

Заказ 7831/58 Тираж 887 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Филиал ППП "Патент", r.Óæãîðoä, ул.Проектная, 4 ти которой совпадает с центром сферического сегмента, радиус которого равен радиусу сферической поверхности выемки, при этом торцы излучающего и первого фотоприемного световода установлены диаметрально противоположно на сферических поверхностях мембраны и основания, а торец второго фотоприемного световода установлен на сферической поверхности основания симметрично первому относительно -поверхности основания, обращенной к мембране.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Великобритании

Р 1549227, кл. G 1 А, 1979.

2. Патент США Р 3782667, кл. 73-406, 1974 (прототип).