Способ натяжения волоконной решетки брэгга до заданной величины относительного удлинения



Способ натяжения волоконной решетки брэгга до заданной величины относительного удлинения
Способ натяжения волоконной решетки брэгга до заданной величины относительного удлинения
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 2756461:

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

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к исследованию и созданию чувствительных элементов спектральных датчиков и преобразователей физических величин. На упругом элементе в виде балки, выполненном из материала с положительным значением температурного коэффициента расширения, закрепляют дополнительный конструктивный элемент – термочувствительный элемент, выполненный из материала с отрицательным значением температурного коэффициента расширения. Сборку нагревают до заданной температуры. Волоконную решетку Брэгга с помощью закрепляющего материала закрепляют на термочувствительном элементе, выполненном из материала с отрицательным значением температурного коэффициента расширения. Сборку остужают. Посредством температурного удлинения термочувствительного элемента при его остывании осуществляют натяжение волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения. Технический результат – расширение арсенала способов натяжения волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения. 1 ил.

 

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к исследованию и 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.

Известно, что деформации решетки Брэгга, сопровождающиеся изменением ее внутренней структуры, изменяют спектральные свойства излучения, прошедшего через нее. Погрешность, вносимая посредством температурного расширения материалов чувствительного элемента в описанном устройстве, устранена за счет использования дополнительного чувствительного элемента, сформированного в фоточувствительном слое внутри упругой пластины. Однако в случае использования в качестве упругой пластины четырехслойного кремний-кварцевого компонента с фоточувствительной средой создание указанного брэгговского преобразователя балочного типа требует сложных технологических операций.

Для большинства известных преобразователей механических величин (силы, расхода потока жидких сред, давления, перемещения, деформаций) балочные упругие элементы являются широко распространенным техническим решением. На упругих балках закрепляют волоконные брэгговские решетки и контролируют их деформации, вызванные воздействием измеряемой физической величины. Для использования конкретных волоконных решеток Брэгга (в зависимости от назначения) необходимо осуществлять предварительные исследования их механических или спектральных свойств. Для этого волоконную решетку Брэгга закрепляют на балочном упругом элементе с определенной заданной величиной начального натяжения, выражающейся в значении относительного удлинения волокна. Такое натяжение волокна приводит к смещению брэгговского пика волоконной решетки в область спектра с линейной характеристикой чувствительности. Процесс преднатяжения волокна весьма трудоемкий и в большинстве случаев не позволяет добиться повторяемости.

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 может быть использовано для исследования свойств волоконных решеток Брэгга, однако не содержит решений для осуществления преднатяжения волокна.

Известен способ компенсации температурных деформаций в брэгговских преобразователях балочного типа, при реализации которого используются дополнительные термочувствительные элементы, на которых закрепляют оптическое волокно с волоконной решеткой Брэгга. Патент Российской Федерации на изобретение RU 2717170, МПК G01D 5/353, G12B 7/00, G01D 3/028, 18.03.2020. Данное техническое решение принято в качестве прототипа.

Компенсация температурных деформаций в описанном способе осуществлена за счет использования двух дополнительных конструктивных элементов - термочувствительных элементов, 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. В данном способе используется принцип изменения длины волокна за счет физических свойств материала конструктивных элементов. Способ является простым в реализации для обеспечения температурной компенсации удлинения чувствительного элемента в процессе его использования, однако не позволяет решить задачу преднатяжения волокна (см., RU 2589447, МПК G01B 11/16, G01D 5/353, 10.07.2016).

Задачей изобретения является разработка способа натяжения волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения, основанного на применении специального промежуточного конструктивного элемента на упругой пластине, что представляет практический интерес при исследовании свойств волоконных решеток Брэгга и при этом не требует сложной производственной технологии.

Техническим результатом является расширение арсенала способов натяжения волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения.

Технический результат достигается тем, что в способе натяжения волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения на упругом элементе в виде балки, выполненном из материала с положительным значением температурного коэффициента расширения, закрепляют дополнительный конструктивный элемент - термочувствительный элемент, выполненный из материала с отрицательным значением температурного коэффициента расширения, для фиксации оптического волокна с волоконной решеткой Брэгга на этом конструктивном элементе, сборку нагревают до заданной температуры, волоконную решетку Брэгга с помощью закрепляющего материала закрепляют на термочувствительном элементе, сборку остужают, посредством температурного удлинения термочувствительного элемента при его остывании осуществляют натяжение волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором схематично представлен упругий элемент 1 в виде балки, выполненный из материала с положительным значением температурного коэффициента расширения, с закрепленным на ней дополнительным конструктивным элементом - термочувствительным элементом 3, на котором посредством закрепляющего материала 4 закреплено оптическое волокно 2 с волоконной решеткой Брэгга (G). Термочувствительный элемент 3 выполнен из материала с отрицательным значением температурного коэффициента расширения (ТКР), что позволяет использовать соотношения температурных удлинений материалов для реализации натяжения волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения.

Длина деформируемой при натяжении области оптического волокна обозначена L0. Данная область ограничена точками закрепления волокна на конструктивном элементе 3.

Способ реализуется следующим образом.

На упругом элементе 1 в виде балки, выполненном из материала с положительным значением температурного коэффициента расширения, закрепляют дополнительный конструктивный элемент - термочувствительный элемент 3, выполненный из материала с отрицательным значением температурного коэффициента расширения с возможностью фиксации на нем оптического волокна 2 с волоконной решеткой Брэгга, сборку нагревают до заданной температуры, волоконную решетку Брэгга с помощью закрепляющего материала 4 закрепляют на термочувствительном элементе 3. Сборку остужают. Посредством температурного удлинения термочувствительного элемента 3 при его остывании осуществляют натяжение волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения.

В качестве закрепляющего материала 4 может быть использован, например, клей марки К300.

В качестве материалов с положительным и отрицательным ТКР могут быть применены, например, полимерные и композиционные материалы.

Термочувствительный элемент 3 может иметь строго определенную длину, которая необходима в каждом конкретном случае (в т.ч. с учетом температурного нагрева сборки) для обеспечения требуемого значения относительного удлинения волоконной решетки Брэгга. Эту длину, а также места закрепления оптического волокна подбирают опытным путем, исходя из поставленных конструкторских задач.

Благодаря закреплению на упругом элементе дополнительного конструктивного элемента - термочувствительного элемента, выполненного из материала с отрицательным значением температурного коэффициента расширения, для последующего его нагрева, фиксации на нем оптического волокна с волоконной решеткой Брэгга, реализовано натяжение волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения. Таким образом, физические свойства и конструктивные параметры дополнительного конструктивного элемента - термочувствительного элемента определяют величину относительного удлинения волоконной решетки Брэгга. Такое решение позволяет автоматизировать процесс создания сборок и добиться повторяемости параметров натяжения волокна в серийном производстве.

Упругий элемент 1 и дополнительный конструктивный элемент 3 могут быть выполнены в виде пластинок прямоугольной формы, а также содержать конструктивные вырезы, определяющие необходимую форму распределения деформации на их поверхности для реализации предлагаемого технического решения в широкой сфере исследований брэгговских волоконных решеток.

Способ натяжения волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения, в соответствии с которым на упругом элементе в виде балки, выполненном из материала с положительным значением температурного коэффициента расширения, закрепляют оптическое волокно с волоконной решеткой Брэгга, отличающийся тем, что на упругом элементе закрепляют дополнительный конструктивный элемент – термочувствительный элемент, выполненный из материала с отрицательным значением температурного коэффициента расширения, для фиксации оптического волокна с волоконной решеткой Брэгга на этом конструктивном элементе, сборку нагревают до заданной температуры, волоконную решетку Брэгга с помощью закрепляющего материала закрепляют на термочувствительном элементе, сборку остужают, посредством температурного удлинения термочувствительного элемента при его остывании осуществляют натяжение волоконной решетки Брэгга до заданной величины относительного удлинения.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области оптических волноводов. Волновод выполнен с возможностью передачи света в целевую область, причем волновод содержит вводной дифракционный оптический элемент (ДОЭ), размножающий ДОЭ и выводной ДОЭ, причем размножающий ДОЭ и выводной ДОЭ являются сегментированными, а период и эффективная толщина дифракционной структуры каждого сегмента выводного ДОЭ и размножающего ДОЭ связаны с расположением упомянутой целевой области таким образом, что для излучения, выводимого из волновода в направлении целевой области, дифракционная эффективность максимальна.

Регулируемая волоконно-оптическая пассивная линия задержки имеет корпус, выполненный в виде пластины с двумя пазами прямоугольного сечения, пересекающимися под углом, в одном из которых размещена фиксированная обойма, с параллельно установленными входным и выходным граданами, к торцам которых приклеена согласующая треугольная призма, один из углов которой равен углу пересечения пазов в корпусе, и подпружиненный ползун с отражающей треугольной прямой призмой, высота которой больше диаметра расширяемого светового потока.

Регулируемая волоконно-оптическая пассивная линия задержки имеет корпус с оптическими кабелями, выполненный в виде пластины с двумя пазами прямоугольного сечения, пересекающимися под острым углом, где один из пазов проходит вдоль всей пластины, второй замкнут и выполнен в виде кармана, в котором размещена четырехугольная прямая призма из оптически прозрачного материала.

Изобретение относится к волоконно-оптическим технологиям, в частности к оптическим волокнам, которые имеют в сердцевине квазираспределенные структуры волоконных брэгговских решеток (ВБР) отличающиеся периодами на едином отрезке оптического волокна. Способ формирования массива ВБР с различными длинами волн отражения с использованием интерферометра Тальбота заключается в облучении одномодового оптического волокна с химическим составом сердцевины 3.5% GeO2, 96.5% SiO2, предварительно подвергнутого низкотемпературной водородной обработке, импульсами KrF эксимерной лазерной системы, устанавливаемого в магнитные держатели с натяжением не более 0,02 Н, для записи каждой отдельной решетки массива ВБР рассчитывают период интерференционной картины для угла поворота зеркал интерферометра в соответствии с предварительно определенным экспериментальным путем эффективным показателем преломления.

Изобретение относится к волоконно-оптической измерительной технике и может быть использовано для измерения перемещения во взрывоопасных и жестких условиях производства и эксплуатации. Устройство содержит многополюсную кодирующую магнитную линейку (МПКМЛ), сопряженную с объектом измерения, и считывающий модуль.

Изобретение относится к области технологий волоконно-оптической связи. Устройство контроля лазерной длины волны содержит два оптических приёмника и фильтр.

Изобретение относится к волоконно-оптическим технологиям, в частности к процессу формирования волоконных брэгговских решеток (ВБР) в световедущей части двулучепреломляющих оптических волокон (ОВ). В способе записи брэгговской решетки лазерным излучением в двулучепреломляющее оптическое волокно, включающем облучение волокна с удаленным защитным покрытием двумя лазерными пучками, формирующими интерференционную картину, волокно предварительно облучают пучком когерентного источника излучения, ширина которого превышает диаметр волокна и направленным перпендикулярно оси оптического волокна.

Группа изобретений относится к оптическим волокнам, в структуре световедущей части которых сформированы брэгговские решетки. Оптическое волокно с фторполимерным защитным покрытием, прозрачным на длине волны лазерного источника, позволяет записывать брэгговскую решетку прямо через такое покрытие.

Изобретение относится к области приборостроения, преимущественно прецизионного, и может быть использовано при создании первичных чувствительных элементов оптических преобразователей деформаций спектрального типа. В способе закрепления оптического волокна с брэгговской решеткой на поверхности упругого элемента располагают графитовые пластины с обеспечением зазора между ними, зажимают их, в зазор помещают оптическое волокно с брэгговской решеткой, чтобы брэгговская решетка оказалась в зоне максимальной деформации поверхности упругого элемента, зазор в области брэгговской решетки заполняют стеклокристаллическим материалом, сборку помещают в печь, где производят пайку соединения металл - стекло, извлекают из печи и остужают со скоростью не более 3-5°С/мин.

Изобретение относится к технологическим средствам соединения линий оптической связи. .

Изобретение относится к устройствам для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и может быть использовано при разработке стендов для отработки движителей для воздушной и водной среды. Стенд для измерения тяги и реактивного момента воздушного винта и динамических характеристик воздушного винта с двигателем содержит основание и установленный с возможностью перемещения относительно основания подвижный элемент с моторной базой, на которую устанавливают двигатель с воздушным винтом, и рычагом, с которым сопряжен датчик усилия для определения реактивного момента, а также соединенный с подвижным элементом датчик усилия для измерения тяги.
Наверх