Устройство для измерения механических величин

 

Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для измерения механических величин при разработке многофункциональных инклинометров. Цель - повышение надежности работы при упрощении технологии изготовления. Устройство содержит оптические датчики (Д) механических величин, связанные с источником 1 света, подключенным к входу первого разделителя (Р) 3 света по частоте. Выходы Р 3 через подводящие световоды (СВ) 4 подключены к входам Д. Выходы Д через отводящие СВ 5 соединены с входами узла 6 уплотнения света, выход которого подключен к СВ 7. Конец СВ 7 связан через второй Р 8 с приемником 9 света. Выход приемника 9 света соединен через блок 10 обработки информации с блоком 11 индикации. При этом Р 3,8 выполнены в виде голографической дифракционной решетки с максимумом интенсивности дифрагированного света в спектре ±1 порядка. В зависимости от разрядности кода Д делят полосы спектра с Р 3 на участки, которые в соответствии с кодовой маской каждого Д поступают через СВ 5 в узел 6. Пучок световых волн с узла 6 несет информацию о состоянии каждого Д, которую посредством СВ 7 через Р 8 вводят в блок 11. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (!9) (! I) (я)5 Е 21 В 47/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР Я с

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

\»

\ (21) 4484615/31-03 (22) 20.06;88 (46) 30.12.90. Бюл. N 48 (71) Фрунзенский политехнический институт (72) Г.А.Тюняев, А.Б.Рычков, В.M.ÆóðàâëåB, А,В.Шишеня и Е.В.Индейкин (53) 622,241.7 (088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N. 926260, кл. Е 21 В 47/022, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 1180493, кл. Е 21 В 47/022, 1984. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН (57) Изобретение относится к промысловой геофизике и предназначено для измерения механических величин при разработке многофункциональных инклинометров. Цель изобретения — повышение надежности работы при упрощении технологии изготовления. Устройство содержит оптические датчики (Д) механических величин, связанные с источником 1 света, подключенным к входу первого разделителя (P) 3 света по частоте. Выходы Р 3 через подводящие световоды (СВ) 4 подключены к входам Д. Выходы Д через отводящие CB 5 соединены с входами узла 6 уплотнения света, выход которого подключен к СВ 7. Конец СВ 7 связан через второй P 8 с приемником 9 света.

Выход приемника 9 света соединен через блок 10 обработки информации с блоком 11 индикации. При этом Р 3, 8,выполнены в виде голографической дифракционной решетки с максимумом интенсивности дифрагированного света в спектре ":1 порядка. В зависимости от разрядности кода Д делят полосы спектра с Р 3 на участки, которые в соответствии с кодовой маской каждого Д поступают через СВ 5 в узел 6. Пучок световых волн с узла 6 несет информацию о состоянии каждого Д, которую посредством

CB 7 через P 8 вводят в блок 11. 1 з.п. ф-лы, 7 ил. i 617136

Изобретение относится к ехнике гео, физических исследований скважи,. и мажет

1, быть исгальзовано при p;.-;.>ðçáoTKB :.а тога, баритных многофункциональных ин:слина, метров, а также приборов для, одновременнога измерения нескольких механических параметров — угла вращения, взаимного положения тел, перемещения л тд.

Цель изобретения — повь. шение надежности работы при упрощении технологии изготовления за счет увеличенля эффективности использования полосы частот.

Н3 фиг. 1 прМВВрВНо устройства для _#_3мерения механических величин; на фиг, 2— . пример рыполнения датчика зенитного угла; на фиг. 3 — разделитель све. п". частоте на основе голографической дифрак;ионной решетки; на фиг. 4 — пример размещения дополнительных подводящих светавадов в. фокальной плоскости разделителя света; на фиг, 5 — сечение А-А на фиг, 4; на фиг. 6— размещение светавода с квадратным сечением; на фиг, 7 — пример размещения датчиков на гидротехническом саару>кении, Устройство для измерения механических величин (фиг. 1) содержит параллельно установленнь|е оптические датчики Д1...Д;ч механических. величин, которые связаны с источником 1 света, размещенным вне датчиков, основным подводящим световсдам

2, связанным с входом перьога разделителя света по частоте, ВыхОды разделителя 3 через допалнител ьн ые подводя.цие све аводы 4 подключены к схода . датчиков, Выходы датчиков через д:..: полнительные отводящие световады 5 с :единены с соответствующими входами узла 6 уплотнения света, выход которага подключен к основному отводящему светаваду (, Светавод 7 связан через второй разделитель 8 света па частоте с приемником 9 света, который размеще -: вне датчлкав

Д>...Ди, Db!xop, прлемника 9 света связан через блок 10 обработки информации с блоком 11 индикации. Разделители 3 и 8 ".âåòà по частоте выполнены в виде голографической дифракцианнай решетки с максим.мом интенсивности дифрагираваннага света в спектре 1 порядка.

Датчик зенлтнога угла (фиг. 2) вклк>ч-.;ВТ корпус 12 сква>киннага прибора, с которым жестко связаны опоры 13. В опарах на подшипниках 14 установлена рамка 15, ось ваащения которой совпадает с осью прибора, В жестко связанном с рамкал держателе 16, содержащем отвес 17, установлен с возможностью вращения в падшипнлках 18 диск

19, ась вращения которого перпендикулярна оси прибора. Диск 19 имеет отвес 20. На диск 19 нанесена кодовая маска, состоящая

20 из канцентрична расположенных кОдОВых дорожек, G!T!ilBH! B >!HGCTKH каждОй из KOTO ых имеют вазможность пропуска света определеннай длины вогны, Г а обе стороны

5 диск- 19 по его радиусу расположены Друг против друга дополнительные подводящий и отводящий световоды 4 и 5.

Разделитель света (фиг. 3) содержит основной подводящий световод 2, располо10 женную HG pBccTGAHMN f1! От него линзу Л1, голографическую дифракционную .решетку (ГР), вторую тонкую линзу Л2 и расположенныее в линейку в области спектра ч-1 порядка на расстоянии h от нее в факальной плоско15 сти (ФП), две группы I и и дополнительных подводящих светавадоВ 4..

При размещении дополнительных подводящих световодов в фокальной плоскости разделителя све а приняты следуюшие обозначения (фиг. 4 и 5): L — расстояние между рабочими участками световодов;

dl — рабочий диаметр световодав; дав диаметр внешней части световода; ФП— факальная плоскость разделителя света;

25 1 ..Ф llj л;, лц — 1, —,--- паласы спектра, вводимые в светазады I u ll групп, В качестве светавадав могут быть использованы световоды ленточного типа или

30 лругие светавады с различной формой поперечного сечения: круглого, прямоугольного или квадратного (фиг. 6, где d — величина пропускаю.цей части светавода). В качестве узла уплотнения света мажет быть исполь35 заван разделитель света {фиг. 3) или любой оптический м. льтиплексор — демультиплексао.

Гидротехническое сооружение (фиг. 7) состоит из проводящего 21 и отводящего 22

40 трубопроводов, расположенных на небольшом расстоянии друг ат друга. Каждый трубопровод 22 снабжен затвором 23, регулирующим расход воды, Оси 24 затворов 23 жестко связаны с асями оптических кодовых дат,иков Д ) ...Дм, которые пас редством дополнительных подводящих и отводящих световодав 4 и 5 включены в устройство для измерения механических величин {фиг, 1), В

5 качестве,д атчика полаженля затвора может быть использован датчик, изображенный на фиг. 2, Отвес 20 в этом случае не нужен, Устройство для измерения механических величин (фиг, 1) рабатае, следующим

10 образом, Свет от источника 1 с,вета попадает в основной подводящий световод 2 и по нему поступает на вход первого разделителя 3 света, где происходит деление спектра ис15 тачника I света на М полос, каждая из которых передается дальше по одному из N

1617136

«5 дополнительных подводящих световодов 4 к своему кодовому датчику Д1...Дg механической величины. Внутри датчика происходит деление поступающей полосы спектра на и участков в соответствии с разрядностью кода, которые, проходя через кодовую маску, поступают (или не поступают) в дополнительный отводящий световод 5 в зависимости от кодовой комбинации. Полосы спектра с датчиков Д1...Ди по N дополнительным отводящим световодам 5 поступают на узел 6 уплотнения, где световые волны объединяются в один пучок и по основному отводящему световоду. 7 поступают на вход второго разделителя 8 света.

Последний разделяет поступивший спектр на N полос, которые идут на приемник 9 света. Затем информация обрабатывается блоком10обработки и выводи ся на блок11 индикации.

Если датчики аналоговые, то И полос света также поступают на них с подводящих световодов 4, а в отводящие световоды 5 с каждого датчика поступает не комбинация частот, а непрерывный спектр частот, обрезанный под действием контролируемого параметра. Очевидно, что возможна реализация данного устройства в случае, когда имеются кодовые и аналоговые датчики, Разделитель света (фиг. 3 и 4) работает следующим образом.

Свет с торца подводящего световода 2 собирается тонкой линзой Л1 в параллель.ный пучок и падает на голографическую дифракционную. решетку (ГР), после про хождения через которую разделяется на участки, с максимумами интенсивности дифрагированного света в спектре ++1 порядка. Собира.ощая тонкая линза Л2 фокусирует эти участки в фокальHîé плоскости (ФП) в виде двух полосок. Торцы N дополнительных подводящих световадов 4 размещены в линию в фокальной плоскости и разделены на две группы: М/2 световодов первой группы размещены в области спектра+1 порядка; N/2 световодов второй группы размещены в области спектра -1 порядка или наоборот, Начало рабочей чФсти первого световада первой группы совпадает с началом полосьi спектра.

В каждый из световодов вводится поло:в N са спектра Л),,;=;-- шириной бр, находящаяся напротив его рабочеи части. Полоса

Я спектра Ail;;;=- c- — шириной L, приходящаяся на расстояние между рабочими участками соседних световодов, первой группой не используется. Начало рабочей

«0 г,; части первого световода второй группы смещена относительно начала спектра на расе N стояние L и полосы спектра Ь4,1=1 —, не

2 вошедшие в световоды первой группы, вводятся в световоды второй группы. В результате заданный спектр разделяется на N полос шириной /Я и при =бр используется полностью.

В качестве примера оптического датчика рассмотрим работу датчика для измерения зенитного угла (фиг. 2). Полоса спектра

А 1 с одного из выходов первого разделителя 3 света по дополнительному подводящему световоду 4 попадает на кодовую маску диска 19, Активные участки каждой из концентрично расположенных кодовых дорожек имеют возможность пропуска света определенной длины волны. Пройдя через соответствующие активные участки, сеет определенных длин волн попадает в дополнительный отводящий световод 5.

В исходном состоянии, когда корпус 12 прибора расположен вертикально, нэ диске

19 устанавливается нулевая кодовая комбинация, При отклонении корпуса от вертикали в любом направлении рамка 15 под действием отвеса i 7 ориентируется вместе с преобразователем угол — код в апсидальной плоскости, а кодовый диск 19 под действием отвеса 20 возвращается в исходное положение, поворачиваясь вокруг своей ос:. . В 1есте с корпусом отклоняются и торцы световодов 4 и 5. Угол отклонения равен зенитному углу, значение которого считывается с кодовой маски отводящим световоnoM „".

При измерении механической величины, например, при необходимости фиксации 30 положений каждого затвора гидротехнического сооружения (фиг. 7) в диапазоне 0-90"- с шагом 3, достаточно использовать датчик положения на 31 значение. Весь диапазон спектра А, подаваемь и от ис гочника 1 света (фиг. 1), делится первым разделителем 3 света íà N полос

). = ЛА1 + ЛЯ2 +... + Ю44

На;;аждый датчик поступает полоса спектра Л.1;, которая, в свою очередь, разделяется в дг,чике, например, на 5 участков

11+.,2 . 3+ 4+

Kaæäoì/ полО.i.ению К-го затвора сооТ ветствует комбинация участков спектра в дополн:.,тельном отводящем световоде 5.

При определенных положениях затворов, например

1617136

1-й повернут на 27О, 2-й повернут на З, 30

?9

76

7Ц

N-й повернут на 6ОО.

В дополнительных отводящих световодах 5 присутствуют следующие участки спектра в 1-MA,I f41, во 2-м Лг, 1 в N-м4 4,. ! которые через узел 6 уплотнения, основной световод 7, второй разделитель 8 света по ступают на приемник 9 света. Затем информация обрабатывается блоком 10 обработки и на блоке 11 индикации вы.,водятся положения каждого из N затворов гидротехнического сооружения.

Повышение надежности работы устройства и упрощение технологии его изготовления обеспечиваются данным конструктивным ре( шением за счет увеличения эффективности использования полосы частот спектра.

Формула изобретения

1. Устройство для измерения механических величин, содержащее параллельно установленные оптические датчики, связанные основными подводящим и отВО" дящим световодами с размещенными вне датчиков источником и приемником света, выход которого через блок обработки инфор5 мации связан с блоком индикации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы при упрощении технологии изготовления, оно снабжено двумя разделителями света по частоте, дополни10 тельными подводящими и отводящими световодами и узлом уплотнения света, при этом основной подводящий световод связан с входом первого разделителя света по частоте, выходы которого. через дополнитель15 ные подводящие световоды подключены к входам датчиков, выходы датчиков через дополнительные отводящие световоды соединены с соответствующими входами узла уплотнения света, а выход этого узла

20 подключен к основному отводящему световоду, который связан с приемником света через второй разделитель света по частоте.

2. Устройство пои. 1, о тл ичà ю ще ес я тем, что разделитель света по частоте

25 выполнен е виде голографической дифракционной решетки с максимумом интенсивности дифрагирован ного света в спектре 1 порядка, ° ° °

1617136

Составитель А.Цветков

Техред M.Ìîðãåíòàë Корректор А.Обручар

Редактор И.Касарда

Заказ 4105 Тираж 489 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Произаодстеенно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина; 101