Дистанционный вибродатчик

Авторы патента:

G01H9/00 - Измерение механических колебаний или ультразвуковых, звуковых или инфразвуковых колебаний с использованием средств, чувствительных к излучению, например оптических средств

Владельцы патента RU 2494356:

Государственный научно-исследовательский испытательный институт проблем технической защиты информации Федеральной службы по техническому и экспортному контролю (RU)

Изобретение относится к технике преобразования вибрационных сигналов и может быть использовано в технических системах обнаружения и контроля вибраций объектов. Дистанционный вибродатчик содержит источник излучения, двухэлементный фотоприемник и вычитающее устройство, входы которого соединены с выходами элементов фотоприемника. Дополнительно в дистанционный вибродатчик введена оптическая фокусирующая система, расположенная перед источником излучения и обеспечивающая минимизацию поперечных размеров отраженного луча в месте приема. Технический результат - повышение чувствительности и увеличение дальности действия аппаратуры для обнаружения и контроля вибраций объектов. 2 ил.

Изобретение относится к технике преобразования вибрационных сигналов и может быть использовано в технических системах обнаружения и контроля вибраций объектов.

Известен волоконно-оптический преобразователь (ВОП) рефлектометрического типа, содержащий излучатель, передающий и приемный световоды и фотоприемник. Принцип действия ВОП указанного типа основан на зависимости поступающего в приемный световод потока отраженного излучения от направления его распространения; изменяющегося под действием вибраций объекта контроля.

Недостатками ВОП являются небольшая дальность действия (3…5 мм, с оптической насадкой - 0,15…0,2 м) и невысокая чувствительность (Е.А. Зак. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией, Москва, Энергоатомиздат, 1989, с.13, 69, 115).

Известен оптический преобразователь, состоящий из излучателя и фотоприемника (Патент РФ на полезную модель №62319 от 27.03.2007 г.). По сравнению с ВОП дальность действия и чувствительность оптического преобразователя увеличены за счет исключения из его состава передающего и приемного световодов и применения в качестве излучателя источника с небольшим углом расходимости оптического луча.

Недостатком оптического преобразователя является существенное влияние на его выходной сигнал амплитудных шумов излучателей, в качестве которых, как правило, используются лазеры и светодиоды, что ограничивает чувствительность преобразователя (Е.А. Зак. Волоконно-оптические преобразователи с внешней модуляцией, Москва, Энергоатомиздат, 1989, с.19-21).

Наиболее близким по технической сущности к заявленному устройству является детектор слабых вибраций, содержащий источник излучения, оптическую систему, состоящую из двух линз и расположенного между ними под углом 45° к направлению распространения излучения источника полупрозрачного зеркала, двухэлементный фотоприемник, ориентированный на прием отраженного от полупрозрачного зеркала излучения, и вычитающее устройство, входы которого подключены к выходам элементов фотоприемника (JP 56111430 А, WWW.fips.ru, Esp@cenet). Достоинством детектора слабых вибраций является реализация дифференциального приема, обеспечивающего повышение его чувствительности по сравнению с одноэлементным преобразователем. Это обусловлено тем, что при линейном перемещении оптического луча вдоль линии, соединяющей центры элементов фотоприемника, облученность одного элемента возрастает, а другого - убывает. Поэтому в вычитающем устройстве полезные составляющие сигналов с выходов элементов фотоприемника складываются, а синфазные помехи (помеховая амплитудная модуляция излучения) вычитаются.

Недостатками детектора являются ограниченная чувствительность и дальность действия вследствие прохождения зондирующего и отраженного от контролируемого объекта излучения через оптическую систему. Это обусловлено следующими причинами. Во-первых, наличие полупрозрачного зеркала приводит к уменьшению мощности сигнала на входе фотоприемника в четыре раза, что при прочих равных условиях влечет за собой пропорциональное снижение чувствительности детектора. Во-вторых, внешняя линза оптической системы, расположенная между контролируемым объектом и полупрозрачным зеркалом, также способствует уменьшению чувствительности детектора, так как при прохождении через нее отраженного от объекта луча амплитуда его угловых и, соответственно, линейных колебаний относительно фотоприемника уменьшается. В третьих, для обеспечения максимальной для детектора данной конструкции чувствительности контролируемая поверхность должна находиться в фокусе внешней линзы конденсора. При изменении указанного расстояния относительно фокусного значительная часть отраженного излучения не попадает в фотоприемник, что приводит к уменьшению мощности принимаемого излучения и, соответственно, снижению чувствительности детектора. Поэтому дальность детектора слабых вибраций объектов соизмерима с фокусным расстоянием внешней линзы его оптической системы.

Технический результат, достигаемый в заявленном изобретении, заключается в повышении чувствительности и увеличении дальности действия аппаратуры для обнаружения и контроля вибраций объектов.

Указанный технический результат достигается тем, что в детектор слабых вибраций, содержащий источник излучения, двухэлементный фотоприемник и вычитающее устройство, входы которого соединены с выходами элементов фотоприемника, дополнительно введена оптическая фокусирующая система, расположенная перед источником излучения.

Изобретение поясняется фигурами 1 и 2, на которых проиллюстрирована зависимость освещенности фотоприемника в прототипе от положения контролируемой поверхности относительно фокуса внешней линзы оптической системы (фигура 1), а также состав и схема размещения элементов заявленного устройства при обнаружении и контроле вибраций контролируемой поверхности (фигура 2).

На фигуре 1(а) изображен ход падающих (сплошные линии) и отраженных (пунктирные линии) элементарных оптических лучей при нахождении контролируемой поверхности 1 в фокусе внешней линзы 2 оптической системы. Отраженный от поверхности 1 поток излучения, проходя через линзу 2, совпадает по направлению с падающим потоком и, отражаясь от полупрозрачного зеркала, поступает на фотоприемник 4. На фигуре 1(6) показано, что при увеличении расстояния до контролируемой поверхности значительная часть отраженного излучения не попадает в линзу 2. Согласно фигуре 1(в), при уменьшении расстояния до контролируемой поверхности отраженный от нее и прошедший через линзу 2 световой пучок имеет расходящийся характер, поэтому значительная его часть в фотоприемник также не попадает.

На фигуре 2 представлен дистанционный вибродатчик, содержащий двухэлементный фотоприемник 4, источник излучения 5, оптическую фокусирующую систему 6, расположенную перед источником излучения, и вычитающее устройство 7, входы которого соединены с выходами элементов фотоприемника, а выход является выходом вибродатчика.

Источник излучения 5 с оптической фокусирующей системой 6 и фотоприемник 4 располагают на некотором расстоянии от контролируемой поверхности 1 в пределах дальности действия преобразователя и ориентируют в пространстве таким образом, чтобы оптический луч 8, отражаясь от зеркально отражающей поверхности 1, перекрывал одновременно оба элемента фотоприемника 4. Если пренебречь потерями в среде распространения, световой поток на входе фотоприемника равен произведению мощности зондирующего излучения на коэффициент отражения контролируемой поверхности и при одинаковой мощности источника излучения в четыре раза больше потока излучения на входе фотоприемника прототипа за счет отсутствия полупрозрачного зеркала 3 (фиг.1). В результате примерно во столько же раз повышается чувствительность заявленного устройства по сравнению с прототипом.

Входным сигналом для фотоприемника 4 является линейное перемещение оптического луча 8 относительно элементов фотоприемника, возникающее при угловых (пространственных) колебаниях контролируемой поверхности. При уменьшении поперечных размеров оптического луча в месте приема при неизменной амплитуде его линейных перемещений увеличивается амплитуда сигнала на выходе элементов фотоприемника за счет увеличения доли перемещаемой относительно них мощности излучения. Для минимизации поперечных размеров отраженного луча в месте приема предназначена оптическая фокусирующая система 6, в качестве которой могут использоваться, например, линзы или квазителескопические оптические системы (Ю.М.Климков. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. - М.: Сов. радио, 1978, с.91). В результате увеличивается чувствительность дистанционного вибродатчика по сравнению с прототипом, так как, во-первых, внешняя линза 2 в прототипе не предназначена для фокусировки излучения на фотоприемнике, во-вторых, линза, установленная перед фотоприемником, уменьшает амплитуду линейных перемещений относительно него отраженного луча.

Дальность действия предлагаемого устройства определяется возможностями фокусирующей системы по формированию поперечных размеров оптического луча в месте приема, соизмеримых с размерами чувствительных элементов фотоприемника. При использовании квазителескопических систем фокусирование (концентрация) излучения обеспечивается на сравнительно больших расстояниях (Ю.М.Климков. Основы расчета оптико-электронных приборов с лазерами. - М.: Сов. радио, 1978, с.91). Кроме того, с учетом малости угловых колебаний луча 8 его линейные перемещения относительно элементов фотоприемника 4 пропорциональны расстоянию между контролируемой поверхностью и фотоприемником. Оба фактора способствуют увеличению дальности действия предлагаемого устройства относительно прототипа.

Дистанционный вибродатчик, содержащий источник излучения, двухэлементный фотоприемник и вычитающее устройство, входы которого соединены с выходами элементов фотоприемника, отличающийся тем, что дополнительно введена оптическая фокусирующая система, расположенная перед источником излучения, обеспечивающая минимизацию поперечных размеров отраженного луча в месте приема.

Изобретение относится к области измерительной техники, а именно к виброметрии, и может быть использовано для измерения амплитуды механических колебаний поверхностей твердых тел в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот, в частности для измерения амплитуды колебаний многополуволновых излучателей переменного сечения ультразвуковых колебательных систем, используемых в составе аппаратов, предназначенных для интенсификации технологических процессов.

Распределенная волоконно-оптическая система регистрации виброакустических сигналов // 2485454

Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для регистрации вибраций, шумов и акустических сигналов. .

Устройство для визуализации пространственно-неоднородных акустических полей от микрообъектов // 2470268

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано для получения информации о структуре акустических полей при разработке акустоэлектронных приборов, для регистрации акустических полей при физических исследованиях волновых процессов в акустике, для контроля структур в непрозрачных для видимого света объектах.

Способ бесконтактного измерения нановибраций поверхности // 2461803

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники. .

Способ контроля наличия акустических колебаний // 2450249

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к акустическим измерениям, и может быть использован при контроле наличия акустических колебаний при работе акустических приборов ультразвуковой частоты.

Устройство для дистанционного измерения вибрационных параметров объекта // 2447410

Изобретение относится к области виброметрии широкого класса объектов. .

Индикатор ультразвука // 2446384

Изобретение относится к технике обработки и отображения информации и может быть использовано для отображения различной информации. .

Способ идентификации источников шума транспортного средства // 2439528

Изобретение относится к технической акустике. .

Способ исследования колебаний // 2415387

Изобретение относится к области оптической виброметрии и может быть использовано в оптическом приборостроении, лазерной флоуметрии, разработке устройств для измерения расхода жидкостей и газов.

Датчик вибраций и перемещений // 2396524

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения и регистрации механических колебаний различных объектов, оборудования и сооружений, например на атомных электростанциях, а также на объектах с вредными условиями труда.

Устройство для визуализации акустического поля в оптически отражающей упругой поверхности // 2505806

Изобретение может использоваться для неразрушающего контроля материалов. Устройство содержит лазер, делитель, первую и вторую линзы и последовательно соединенные генератор ультразвуковой частоты и пьезокерамический излучатель, находящийся в емкости, в которой также размещены на одной линии с излучателем исследуемый образец и собирающая акустическая линза. Стенка емкости в направлении образца от излучателя выполнена оптически отражающей. Емкость выполнена герметичной и наполнена инертным газом под давлением, обеспечивающим минимум переотражений на границах сред образца и газа. Оптически отражающая поверхность выполнена из двух оптически прозрачных тонких и прочных стенок, между которыми тонким слоем находится ртуть. Лазер при записи звукового изображения работает в ждущем импульсном режиме. Один из расщепленных делителем пучков лазера коллимируется первой линзой и далее, отражаясь от оптически отражающей упругой поверхности емкости, падает на голографическую пластину, а второй пучок коллимируется второй линзой и падает на ту же поверхность голографической пластины, формируя голографическую интерферограмму. Технический результат - повышение разрешающей способности устройства, увеличение его помехозащищенности и повышение простоты контроля. 1 ил.

Способ определения амплитуды нановибраций по сигналу лазерного автодина // 2507487

Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерений вибраций. Способ измерения амплитуды нановибраций ξ заключается в том, что освещают объект лазерным излучением, преобразуют отраженное от него излучение в электрический (автодинный) сигнал, раскладывают сигнал в спектральный ряд и измеряют значение амплитуды гармоники Sx на частоте колебания объекта Ω. При этом на объект накладывают дополнительные механические колебания на частоте Ω1 с минимальной амплитудой, измеряют максимальное значение гармоники S1max, на частоте Ω1 при увеличении амплитуды дополнительных механических колебаний, увеличивают амплитуду дополнительных механических колебаний до появления на автодинном сигнале интерференционных максимумов и минимумов на выделенном участке времени между точками, соответствующими крайним положениям смещения объекта, вычисляют отношение времени убывания tdec автодинного сигнала ко времени его нарастания tinc на выделенном участке времени. В том случае, если значение tdec/tinc больше 1, то вычисляют tinc/tdec, по зависимости tdec/tinc(C) или tinc/tdec(C) определяют уровень внешней оптической обратной связи С, вычисляют Sx/S1max, по зависимости S1/S1max(ξ, S) при определенном ранее С находят ξ. Технический результат изобретения - повышение точности измерения амплитуд нановибраций. 17 ил., 1 табл.

Волоконно-оптическая система и способ измерения множественных параметров турбомашинной системы // 2513646

Система содержит источник света для передачи света на поверхность вала через множество пучков оптических волокон, расположенных во множестве местоположений вблизи поверхности в по существу аксиальном направлении между концами по меньшей мере одного вала; высокотемпературный зонд отражения на основе пучка волокон для обнаружения света, отраженного от поверхности вала, механизм измерения для определения крутящего момента или вибрации на валу. Вал содержит механизм кодирования, выполненный посредством измененной текстуры в виде клиновидной канавки на поверхности вала, путем изменения глубины поверхности. Глубина клиновидной канавки обеспечивает сигнал передней рабочей точки и сигнал задней рабочей точки таким образом, что соответствующая временная задержка может быть обнаружена из любого из двух местоположений клиновидной канавки для определения значения угла закручивания вала путем дифференцирования их характеристик шаблона отражения в течение каждого цикла вращения. Технический результат - повышение надежности измерения статического и динамического крутящего момента, линейных и нелинейных вибраций на вращающихся валах. 2 н. и 21 з.п. ф-лы, 24 ил.

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта // 2516346

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта содержит непрерывный полупроводниковый лазер, оптический модулятор, предназначенный для формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов длительностью в диапазоне от 50 нс до 500 нс и частотой следования от 200 Гц до 50 кГц, чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля, узел ввода оптического излучения в чувствительный элемент и вывода рассеянного излучения, фотоприемник, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, и узел обработки сигнала с процессором, при этом непрерывный полупроводниковый лазер снабжен брэгговским селективным отражателем с возможностью сужения полосы непрерывного излучения лазера до уровня менее 100 кГц, а оптический модулятор выполнен в виде акустооптического модулятора на бегущей акустической волне с возможностью формирования периодической последовательности прямоугольных импульсов с коэффициентом гашения К≥10×lg(T×f), где Т - длительность импульса, f - частота следования. Техническим результатом от применения изобретения является повышение дальности действия, чувствительности и разрешающей способности устройства. 8 з.п. ф-лы, 5 ил.

Распределенный датчик акустических и вибрационных воздействий // 2532562

Изобретение относится к области распределенных измерений, а именно к распределенным датчикам акустических и вибрационных воздействий. В распределенном датчике акустических и вибрационных воздействий, содержащем чувствительный элемент в виде волоконно-оптического кабеля и оптически соединенный с ним через оптический интерфейс когерентный фазочувствительный оптический рефлектометр, содержащий оптически соединенные с интерфейсом источник периодической последовательности оптических импульсов и приемник рассеянного излучения с фотодетектором, предназначенный для преобразования рассеянного оптического излучения в электрический сигнал, подаваемый в блок обработки, причем источник периодической последовательности оптических импульсов и блок обработки электрически соединены с блоком управления и синхронизации, а источник периодической последовательности оптических импульсов и/или приемник рассеянного излучения выполнен многоканальным с числом каналов не менее двух и с возможностью регистрации рефлектограмм, формирующихся в каждом из каналов, приемник рассеянного излучения содержит неравноплечный интерферометр Маха-Цендера или Майкельсона с фарадеевскими зеркалами, при этом интерферометр имеет не менее двух выходных каналов, каждый из которых соединен с фотодетектором, а блок управления и синхронизации выполнен с возможностью обеспечения разделения и независимой обработки сигналов с каждого из выходных каналов интерферометра. Техническим результатом изобретения является повышение гарантированной чувствительности и дальности действия распределенного датчика акустических и вибрационных воздействий. 4 з.п. ф-лы, 7 ил.

Способ измерения вибраций // 2535237

Изобретение относится к измерительной технике. На исследуемый объект наносят светоотражающие метки круглой формы. Формируют бинарные изображения меток и следов их вибрационного размытия. При отсутствии вибраций определяют координаты центра тяжести каждой метки, ее площадь и по площади ее радиус. Формируют две дополнительные матрицы, каждая из которых состоит из фрагментов, координаты центра тяжести каждого из которых совмещают с координатами центра тяжести соответствующей метки. Для каждой метки формируют области пересечения, подсчитывают общее количество областей пересечения метки и количество областей пересечения метки, центры тяжести которых совпадают с центром тяжести метки, определяют координаты центров тяжести областей пересечения метки, которые не совпадают с центром тяжести метки, и среди них находят тот, расстояние от которого до центра тяжести метки максимально, фиксируют его как центр тяжести наиболее удаленной от метки ее области пересечения. Полуширину следа вибрационного размытия метки определяют как произведение количества областей пересечения метки, центры тяжести которых совпадают с центром тяжести метки, и ширины кольца. Направление проекции вектора амплитуды виброперемещения метки определяют как угол наклона отрезка прямой, соединяющего центр тяжести метки с центром тяжести наиболее удаленной от него ее области пересечения. Величину этой проекции определяют как разность между длиной этого отрезка и полушириной следа вибрационного размытия метки. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 4 ил.

Способ измерения вибраций // 2535522

Изобретение относится к измерительной технике. На исследуемый объект в качестве тест-объекта наносят светоотражающие метки круглой формы. Формируют бинарные изображения этих меток и следов их вибрационного размытия. При отсутствии вибраций определяют координаты центра тяжести каждой метки, ее радиус. При наличии вибраций формируют дополнительную матрицу, каждый фрагмент которой представляет собой соответствующий след вибрационного размытия метки, повернутый на 90° относительно центра тяжести метки. Для каждой метки формируют по две области непересечения, каждая из которых представляет собой область связанных элементов, принадлежащих следу вибрационного размытия метки, но не принадлежащих соответствующему ей фрагменту дополнительной матрицы. Определяют координаты центров тяжести областей непересечения метки. Из центра тяжести каждой метки через центр тяжести одной из ее областей непересечения проводят направляющий луч этой метки. Определяют координаты двух характеристических точек метки. Полуширину следа вибрационного размытия метки определяют как разность между расстоянием от центра тяжести этой метки до ее первой характеристической точки. Величину проекции вектора амплитуды виброперемещения метки определяют как разность между полушириной следа вибрационного размытия этой метки и ее радиусом. Направление этой проекции определяют как угол наклона направляющего луча метки в плоскости изображения. Технический результат - расширение функциональных возможностей. 7 ил.

Указатель положения поглощающего стержня в активной зоне реактора // 2540441

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для контроля положения поглощающих стержней различного функционального назначения в активной зоне реактора, а также различных механических узлов и оборудования, например, на атомных электростанциях. Указатель положения поглощающего стержня в активной зоне реактора типа РБМК-1000 содержит сервопривод, включающий последовательно соединенные электродвигатель постоянного тока, понижающий редуктор с электромагнитной муфтой успокаивающей вибрации, электромагнитную муфту останова стержня, транспортного барабана с металлической лентой, на конце которой закреплен поглощающий стержень, редуктор с нелинейным передаточным числом и сельсин-датчик. При этом сельсин-датчик через кабельную трассу соединен последовательно с блоком резистивных делителей фазовых напряжений, замыкающих фазовые обмотки синхронизации ротора сельсин-датчика, вычислительным комплексом и дешифратором адреса, преобразующими фазовые напряжения обмоток синхронизации сельсин-датчика в цифровой код, характеризующий адрес и положение поглощающего стержня в активной зоне реактора. Эта информация передается на мнемотабло указателя положения стержней и через дополнительный разъем по интерфейсу RS-485 поступает в локальную информационную сеть энергоблока. Технический результат заключается в повышении надежности, точности регистрации положения стержней, увеличении четкости отображения результатов измерений и уменьшении энергоемкости. 4 ил.

Способ бесконтактного оптического измерения параметров вибрации механизмов, конструкций и биологических объектов // 2546714

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к оптическим способам измерения параметров вибрации объектов. Формируют сигнал видеоизображения исследуемого объекта с помощью видеокамеры, производят последующую оцифровку указанного сигнала с помощью аналогово-цифрового преобразователя, обрабатывают оцифрованное видеоизображение с помощью ЭВМ, получают информацию об абсолютных параметрах вибрации точек исследуемого объекта на видеоизображении. Технический результат - повышение эффективности вибродиагностики, расширение области ее применения и повышение точности измерения параметров вибраций. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.

Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта // 2550768

Группа изобретений относится к измерительной технике. Устройство для мониторинга виброакустической характеристики протяженного объекта согласно первому варианту реализации содержит передатчик оптического излучения, два приемника, два чувствительных элемента, выполненных в виде оптического волокна, два разветвителя, три канала связи, два ответвителя, три усилителя. В качестве волокон использованы каналы связи волоконно-оптической линии передачи, длина которой не меньше половины длины чувствительного элемента. При этом выход передатчика подсоединен только одним первым каналом связи к каждому из входов двух разветвителей, каждый из которых соответственно подсоединен к одному из чувствительных элементов, выход одного из разветвителей соответственно подсоединен посредством второго канала связи ВОЛП к входу одного приемника оптического излучения, а выход другого из разветвителей посредством третьего канала связи - к входу другого приемника оптического излучения. Согласно второму варианту реализации, выход передатчика подсоединен только одним первым каналом связи ВОЛП к входу первого разветвителя, который подсоединен к одному концу первого чувствительного элемента, который противоположным концом подсоединен к входу второго разветвителя, подсоединенного к второму чувствительному элементу, выход одного из разветвителей соответственно подсоединен посредством второго канала связи ВОЛП к входу одного приемника оптического излучения, а выход другого из разветвителей посредством третьего канала связи - к входу другого приемника оптического излучения. Технический результат - повышение точности измерения. 2 н. и 5 з.п. ф-лы, 3 ил.