Способ компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа



Способ компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа
Способ компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа
Способ компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа
G01D5/35316 - Передача выходного сигнала от датчика с использованием механических средств; средства преобразования выходного сигнала датчика в другую переменную величину, если форма или вид датчика не препятствуют средству преобразования; преобразователи, специально не предназначенные для особых переменных величин (G01D 3/00 имеет преимущество; средства, предназначенные специально для устройств, замеряющих не мгновенные, а некоторые другие значения переменной величины, G01D 1/00; датчики, см. соответствующие подклассы, например G01,H01; для преобразования только тока или только напряжения в механическое смещение G01R 5/00; специально предназначенные для высоковольтных или сильноточных измерительных устройств G01R 15/04, G01R 15/14; измерение тока или напряжения с использованием цифровой

Владельцы патента RU 2717170:

Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им.Н.Л.Духова" (ФГУП "ВНИИА") (RU)

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к созданию чувствительных элементов спектральных датчиков и преобразователей физических величин. На упругом элементе закрепляют два дополнительных конструктивных элемента – термочувствительных элемента, выполненных из материала, значение температурного коэффициента расширения которого больше значения температурного коэффициента расширения материала упругого элемента. На этих конструктивных элементах закрепляют волоконную решетку Брэгга. Посредством температурного удлинения дополнительных конструктивных элементов – термочувствительных элементов компенсируют температурное удлинение волоконной решетки Брэгга и соответственно температурную деформацию брэгговского преобразователя. Технический результат - расширение арсенала способов компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа. 3 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к созданию чувствительных элементов спектральных датчиков и преобразователей физических величин.

Из описания устройства спектрального преобразователя деформации (см. RU 149551, МПК G01D 5/353, 10.01.2015) известен способ создания брэгговского чувствительного элемента на упругой пластине в виде балки.

Как известно, деформации решетки Брэгга, сопровождающиеся изменением ее внутренней структуры, изменяют спектральные свойства излучения, прошедшего через нее. С целью учета погрешности, вносимой посредством температурного расширения материалов чувствительного элемента, в описанном устройстве использован дополнительный чувствительный элемент, который формируют в фоточувствительном слое, расположенном внутри упругой пластины.

Для большинства известных преобразователей механических величин (силы, расхода потока жидких сред, давления, перемещения, деформаций) балочные упругие элементы являются широко распространенным техническим решением, поскольку очень просты в изготовлении, и позволяют создавать различные схемы закрепления чувствительного элемента.

Однако, в случае использования в качестве упругой пластины четырехслойного кремний-кварцевого компонента с фоточувствительной средой, создание указанного брэгговского преобразователя балочного типа с элементом, позволяющим учитывать температурные деформации, требует сложных технологических операций.

Из описания устройства волоконно-оптического преобразователя деформации (см. RU 135119, МПК G01D 5/353, 27.11.2013) известен способ создания брэгговского чувствительного элемента на упругой пластине из монокристалла, выполненной в виде балки. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Компенсация температурных деформаций описанного брэгговского преобразователя осуществлена за счет использования дополнительных измерительных волоконных решеток Брэгга. Способ является простым с точки зрения конструкции чувствительного элемента, однако из-за использования нескольких волоконных решеток Брэгга он предполагает и более сложные алгоритмы обработки результирующего сигнала, в сравнении с обработкой сигнала от одной волоконной решетки. В ряде случаев, необходимость в обработке нескольких сигналов и последующий программный анализ температурных деформаций усложняет процесс преобразования и налагает ограничение на использование данного технического решения.

Задачей изобретения является разработка способа компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа, основанного на применении специальных конструктивных элементов упругой пластины, что представляет наибольший практический интерес и при этом не требует сложных технологий в процессе производства.

Техническим результатом является расширение арсенала способов компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа.

Технический результат достигается тем, что в способе компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа, на упругом элементе закрепляют два дополнительных конструктивных элемента – термочувствительных элемента, выполненных из материала, значение температурного коэффициента расширения которого больше значения температурного коэффициента расширения материала упругого элемента для фиксации оптического волокна с волоконной решеткой Брэгга на этих конструктивных элементах, волоконную решетку Брэгга с помощью закрепляющего материала закрепляют таким образом, чтобы с одного своего конца она была зафиксирована на одном из этих двух дополнительных конструктивных элементах, а с другого конца – на другом, посредством температурного удлинения дополнительных конструктивных элементов – термочувствительных элементов компенсируют температурное удлинение волоконной решетки Брэгга и, соответственно, температурную деформацию брэгговского преобразователя балочного типа.

Сущность изобретения поясняется на фиг. 1, где схематично представлен брэгговский преобразователь балочного типа, в виде упругого элемента 1, с закрепленными на нем двумя дополнительными конструктивными элементами – термочувствительными элементами 3 и 4, между которыми, посредством закрепляющего материала 5, закреплено оптическое волокно 2 с волоконной решеткой Брэгга (G). Дополнительные конструктивные элементы – термочувствительные элементы 3 и 4 выполнены из материала, значение температурного коэффициента расширения которого больше значения температурного коэффициента расширения материала упругого элемента 1. Это позволяет использовать соотношения температурных удлинений материалов для реализации эффекта компенсации в преобразователе.

Длина деформируемой под действием внешней силы F области оптического волокна обозначена L0. Данная область определена точками закрепления волокна на конструктивных элементах 3 и 4 брэгговского преобразователя.

На фиг.2 схематично представлено температурное удлинение области оптического волокна L0 , в виде приращения L0 + ΔLT , закрепленного на упругом элементе 1, при отсутствии в брэгговском преобразователе конструктивных решений, обеспечивающих компенсацию температурных деформаций (т.е. при отсутствии конструктивных элементов, обеспечивающих компенсацию температурного удлинения волоконной решетки Брэгга).

На фиг.3 схематично представлена компенсация удлинения области L0 за счет температурного удлинения конструктивных элементов 3 и 4, закрепленных на упругом элементе 1.

Способ реализуется следующим образом.

На упругом элементе 1 брэгговского преобразователя деформации балочного типа, закрепляют два дополнительных конструктивных элемента – термочувствительных элемента, выполненных из материала, значение температурного коэффициента расширения которого больше значения температурного коэффициента расширения материала упругого элемента 1 с возможностью фиксации на этих конструктивных элементах оптического волокна 2 с волоконной решеткой Брэгга, волоконную решетку Брэгга с помощью закрепляющего материала 5 закрепляют таким образом, чтобы с одного своего конца она была зафиксирована на конструктивном элементе 3, а с другого - на конструктивном элементе 4. Посредством температурного удлинения дополнительных конструктивных элементов, превышающего температурное удлинение материала упругого элемента, компенсируют температурное удлинение волоконной решетки Брэгга и, соответственно, температурную деформацию брэгговского преобразователя.

В качестве закрепляющего материала 5 может быть использован, например, клей марки К300.

При изготовлении упругого элемента из стали, в качестве материала дополнительных конструктивных элементов 3 и 4 может быть применена, например, бериллиевая бронза марки БрБ2. При использовании для упругого элемента монокристаллического материала, а также кварца, в качестве материала дополнительных конструктивных элементов 3 и 4 могут быть применены полимерные композиционные материалы.

Дополнительные конструктивные элементы – термочувствительные элементы 3 и 4 могут иметь такие соотношения длин, которые необходимы в каждом конкретном случае температурного режима работы устройства и конструктивных особенностей прибора. Эти величины, а также места закрепления оптического волокна подбирают опытным путем, исходя из поставленных конструкторских задач.

Благодаря закреплению на упругом элементе брэгговского преобразователя балочного типа дополнительных конструктивных элементов – термочувствительных элементов, выполненных из материала, значение температурного коэффициента расширения которого больше значения температурного коэффициента расширения материала упругого элемента 1, деформации упругого элемента, вызванные воздействием внешней силы F могут быть преобразованы волоконной решеткой Брэгга (G) без учета влияния температурных деформаций упругого элемента на результат измерений. Таким образом, достигается эффект компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа.

Упругий элемент 1, а также дополнительные конструктивные элементы 3 и 4 могут быть выполнены в виде пластинок прямоугольной формы, или трапецеидальной, при этом, упругий элемент и дополнительные конструктивные элементы могут содержать конструктивные вырезы, определяющие необходимую форму распределения деформации на их поверхности для реализации предлагаемого технического решения в широкой сфере брэгговских преобразователей.

В результате поиска, на основании источников патентной и технической информации, не обнаружены способы с совокупностью существенных признаков, совпадающих с изобретением. Предлагаемое изобретение представляет собой техническое решение обладающее новизной и изобретательским уровнем.

Способ компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа, в соответствии с которым на упругом элементе в виде балки закрепляют оптическое волокно с волоконной решеткой Брэгга, отличающийся тем, что на упругом элементе закрепляют два дополнительных конструктивных элемента – термочувствительных элемента, выполненных из материала, значение температурного коэффициента расширения которого больше значения температурного коэффициента расширения материала упругого элемента для фиксации оптического волокна с волоконной решеткой Брэгга на этих конструктивных элементах, волоконную решетку Брэгга с помощью закрепляющего материала закрепляют таким образом, чтобы с одного своего конца она была зафиксирована на одном из этих двух дополнительных конструктивных элементах, а с другого конца – на другом, посредством температурного удлинения дополнительных конструктивных элементов – термочувствительных элементов компенсируют температурное удлинение волоконной решетки Брэгга и соответственно температурную деформацию брэгговского преобразователя балочного типа.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области измерений индукции магнитного поля с помощью магнитометра, например, феррозондового типа. Сущность изобретения заключается в преобразовании индукции магнитного поля ВМП в цифровой или аналоговый сигнал S1(ВМП) с последующей компенсацией температурной погрешности первичного датчика.

Изобретение относится к области измерительной техники и промышленной электроники и служит для измерения давлений на поверхности изделий дренажным методом. Предлагаемый преобразователь давления многоканальный содержит блок из 32 (возможно другое количество) кремниевых датчиков давления, блок пассивной компенсации температурной погрешности и начального разбаланса датчиков давления, мультиплексор сигналов измерительных элементов, блок управления мультиплексором от микроконтроллера, измерительный усилитель, аналого-цифровой преобразователь, микроконтроллер, термостабилизатор преобразователя, включающий датчик температуры, управляемые нагревательные элементы, равномерно распределенные по всей площади теплопроводящей рамки, ПИ-регулятор температуры, формирователь напряжений питания элементов преобразователя.

Изобретение может использоваться в приборостроении для защиты оптико-электронных приборов (ОЭП) от влияния окружающей среды, в том числе от температурных воздействий.

Изобретение относится к способам автофокусировки оптико-электронных приборов с высоким качеством изображения в широком интервале рабочих температур. Способ автофокусировки тепловизионного канала оптико-электронной системы поиска и сопровождения цели, при котором определяют функциональную зависимость величины перемещения фокусирующей линзы от текущей рабочей температуры, далее по сигналу с датчика температуры перемещают фокусирующую линзу объектива оптико-электронной системы в положение, соответствующее данной текущей рабочей температуре, при этом датчик температуры размещают внутри корпуса объектива, определяют функциональную зависимость величины перемещения фокусирующей линзы от текущей рабочей температуры объектива экспериментально, на одном или нескольких образцах для начала и окончания работы тепловизионного канала с учетом глубины резкости и степени нагрева объектива, далее проводят аппроксимацию полученных функций, из которых определяют результирующую функцию, соответствующую наилучшему качеству изображения во всем диапазоне рабочих температур и записывают ее в память блока управления, во время эксплуатации тепловизионного канала оптико-электронной системы поиска и сопровождения цели по сигналу с датчика температуры объектива электропривод в соответствии с результирующей функцией под действием управляющего сигнала с блока управления перемещает фокусирующую линзу в положение, соответствующее данной текущей рабочей температуре.

Изобретение относится к приборостроению, в частности к прецизионным измерительным устройствам, и предназначено для получения высокоточных трехкомпонентных значений ускорения силы тяжести по взаимно ортогональным осям, характеризующим вектор силы тяжести в заданной точке пространства с целью формирования массива данных для комплексного изучения гравитационного поля.

Изобретение относится к электротехническим средствам обеспечения рабочих характеристик электронных изделий (ЭИ) в бортовой аппаратуре путем термостабилизации поверхности корпуса ЭИ.

Изобретение относится к устройствам волоконно-оптической связи и может быть использовано, в частности, в устройствах компенсации вариаций временной задержки информационных сигналов, переданных на конец многокилометровой волоконно-оптической линии.

Изобретение относится к области магнитных измерений и может быть использовано для измерений компонент и полного вектора индукции магнитного поля Земли. Сущность изобретения заключается в том, что предлагается способ определения температурных характеристик трехкомпонентного магнитометра (ТМ), в котором нагреванием или охлаждением ТМ в заданном диапазоне температур оказывают на него воздействие температуры до полного установления ее внутри ТМ для необходимого количества значений диапазона температур и при каждом значении определяют параметры характеристики преобразования ТМ ориентацией его геометрических осей относительно осей опорной системы координат.

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей параметров движения - угловых скоростей и линейных ускорений для инерциальных навигационных систем и пилотажных систем управления подвижных объектов.

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано для определения плотности жидкости. В предложенном в изобретении способе, или системе измерения, соответственно, предусмотрен контактирующий с жидкостью (FL) вибрационный корпус (10), который приводится в состояние вибрации таким образом, что он испытывает, по меньшей мере, частично, механические колебания с резонансной частотой (резонансные колебания), зависящей от плотности жидкости, контактирующей с первой поверхностью (10+) вибрационного корпуса, а также от температуры вибрационного корпуса.

Варианты реализации настоящего изобретения в целом относятся к системам и способам квантования сигналов и, более конкретно, относятся к системам и способам квантования сигналов для измерения или обнаружения иным образом одного или более условий окружающей среды.

Группа изобретений относится к диагностике приборов, используемых в системах управления технологическими процессами. Во время перевозки или других операций по перемещению необходимо защитить регулятор уровня жидкости от повреждений путем ручного зацепления механизма блокировки рычага для закрепления рычага в сборе регулятора уровня жидкости.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства опроса чувствительного элемента. Устройство включает в себя генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля и блок обработки сигнала.

Изобретение касается стартера-генератора коленчатого вала, имеющего статор (3), ротор (4), держатель (2) ротора и соединенный без возможности вращения с держателем ротора зубчатый венец (5) стартера, который расположен на цилиндрической боковой поверхности (2a) держателя (2) ротора.

Изобретение относится к волоконно-оптическому кабелю для измерения температуры, давления и деформации. Волоконно-оптический кабель для измерения распределений давления, температуры и деформации содержит внутренний слой, сформированный из защищающей оптическое волокно металлической трубки и металлических проводов, поддерживающих защищающую оптическое волокно металлическую трубку, причем защищающая оптическое волокно металлическая трубка и металлические провода совместно расположены коаксиально вокруг центральной оси волоконно-оптического кабеля.

Изобретение относится к системе (101, 201, 301) считывания положения коленчатого вала для двигателя, при этом система (101, 201, 301) считывания положения коленчатого вала содержит: импульсный диск (103, 203, 303); и датчик (105, 205, 305) положения, выполненный с возможностью обнаруживать угловое положение импульсного диска (103, 203, 303), при этом датчик (105, 205, 305) положения дополнительно выполнен с возможностью проходить через отверстие (121, 221, 321) в стенке (111, 211, 311) кожуха двигателя, причем датчик (105, 205, 305) положения имеет корпусной участок (123, 223, 323) и считывающий участок (125, 225, 325), при этом считывающий участок (125, 225, 325) находится на дальнем конце корпусного участка (123, 223, 323), при этом дальний конец корпусного участка находится рядом с импульсным диском (103, 203, 303) в установленной конфигурации, причем корпусной участок (123, 223, 323) имеет продольную ось (117, 217, 317), которая наклонена относительно радиальной плоскости импульсного диска (103, 203, 303), при нахождении в установленной конфигурации.

Изобретение относится к средствам измерения угловых перемещений. Волоконно-оптический датчик угла поворота состоит из лазерного диода, микроконтроллера, оптического делителя мощности, двух фотодетекторов и двух отрезков оптического волокна.

Предложенная группа изобретений относится к интерференционным датчикам, а также к способам проведения измерений с использованием указанных датчиков. Указанный датчик содержит чувствительный элемент, при помощи которого измеряемая величина индуцирует относительный фазовый сдвиг между двумя волнами, по меньшей мере один детектор, измеряющий сигнал интерференции между двумя волнами, и дополнительно включает в себя блок обнаружения фазового сдвига, имеющий в качестве входного сигнала сигнал интерференции и определяющий первую меру, представляющую собой главное значение (ϕ, 13) относительного фазового сдвига, и блок обнаружения контраста, имеющий в качестве входного сигнала сигнал интерференции, для определения второй меры (А, 12), представляющей собой взаимную корреляцию между двумя волнами, а также блок обработки для преобразования первой и второй мер в значение (x) измеряемой величины.

Изобретение может быть использовано в датчиках положения. Способ определения взаимного положения между первым элементом (3) и вторым элементом (4) осуществляется посредством узла датчика положения.

Изобретение относится к волоконно-оптической измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения во взрывоопасных и жестких условиях производства и эксплуатации.

Изобретение относится к области измерительной техники и касается устройства опроса чувствительного элемента. Устройство включает в себя генератор лазерного излучения с импульсным лазером и волоконно-оптическим усилителем, спектральный фильтр компонентов рассеяния, по крайней мере два фотоприемных модуля и блок обработки сигнала.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к созданию чувствительных элементов спектральных датчиков и преобразователей физических величин. На упругом элементе закрепляют два дополнительных конструктивных элемента – термочувствительных элемента, выполненных из материала, значение температурного коэффициента расширения которого больше значения температурного коэффициента расширения материала упругого элемента. На этих конструктивных элементах закрепляют волоконную решетку Брэгга. Посредством температурного удлинения дополнительных конструктивных элементов – термочувствительных элементов компенсируют температурное удлинение волоконной решетки Брэгга и соответственно температурную деформацию брэгговского преобразователя. Технический результат - расширение арсенала способов компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа. 3 ил.

Наверх