УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИЙ Российский патент 2006 года по МПК G01B11/16 E21C39/00 

Изобретение относится к оптико-электронным приборам дистанционного бесконтактного контроля и обеспечивает постоянный контроль за деформациями и перемещениями объектов, находящихся в недоступных или труднодоступных местах.

Известно устройство для измерения перемещений (патент РФ 2059198, G 01 B 21/00, 1996.04.27). Устройство содержит лазер с изотропным резонатором, оптически связанные с лазером отражатель, предназначенный для крепления на объекте и четвертьволновую пластину, установленную между лазером и отражателем, два фотоприемника, соединенные с блоком обработки и оптически связанные с лазером через светоделитель, и три поляроида. Поляроид установлен между отражателем и четвертьволновой пластиной и ориентирован своей осью пропускания под углом 45° к осям четвертьволновой пластины, а поляроиды установлены перед фотоприемниками и ориентированы осями пропускания под углом 45° к друг другу. Устройство снабжено соленоидом и преобразователем частоты в ток, при этом лазер размещен продольно в соленоиде, подключенном через преобразователь частоты в ток к блоку обработки. Это обеспечивает подвижность зоны синхронизации фаз циркулярно поляризованных мод через внешний отражатель за счет автоматического внесения вспомогательного расщепления их частот, пропорционального скорости перемещения отражателя, тем самым расширяя диапазон скоростей отражателя, в котором сохраняется закон пропорциональности между углом поворота плоскости поляризации суммарного излучения лазера и перемещением отражателя, при этом повышается быстродействие.

Недостатками данного устройства являются низкая точность измерений и узкая область применения.

Известно устройство для измерения деформаций горных пород, принятое за прототип (А.с. СССР №1351261, E 21 C 39/00, 1995.12.27). Устройство включает приемник световой энергии в виде отражателя со светопроницаемым экраном и передатчик световой энергии в виде фокусирующей насадки из световолокон. К мерной ленте мерного прибора прикреплены приемный и передающий волоконные световоды. Их нижние торцы оптически связаны с приемником и передатчиком, а лента - с верхним торцом световода. Оптическая призма прибора связана с верхним торцом световода, а приемная поверхность фокусирующей насадки параллельна светоотражающей поверхности глубинного репера. В ходе работы устройства датчик перемещают вдоль скважины с реперами. На экране приемника появляется световой сигнал. При этом снимают отсчет по ленте. После производства замеров в направлении забоя датчик вынимают и по результатам замеров определяют деформации массива.

Недостатками данного устройства являются низкая точность измерений и узкая область применения.

Техническим результатом изобретения является повышение точности измерений, а также расширение области применения устройств данного типа за счет использования в недоступных и труднодоступных для контроля местах.

Технический результат достигается тем, что в устройстве для измерения деформаций, содержащем источник излучения, оптически связанный с ним отражатель, датчик перемещений, связанный с репером, и приемник излучения, согласно изобретению оно снабжено пластиной-поляризатором, закрепленной на отражателе, диафрагмой, четвертьволновой пластиной, анализатором, плосковыпуклой линзой, пентапризмой, плосковогнутой линзой, фотоумножителем, расположенными на одной оптической оси, а также регистратором и окуляром, причем датчик перемещений выполнен в виде связанной через катушку и нить с корпусом репера, содержащего распорный механизм, оси, на другом конце которой закреплен отражатель с пластиной-поляризатором, между которыми через перегородки установлена спиральная пружина двустороннего действия.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет повысить точность измерений, а также расширить область применения устройств данного типа за счет использования в недоступных и труднодоступных местах.

Устройство для измерения деформаций поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез устройства с принципиальной оптической схемой устройства, разрез Б-Б; на фиг.2 изображен датчик, разрез А-А.

На чертежах представлены:

1 - источник поляризованного излучения, например лазер;

2 - пластина-поляризатор;

3 - отражатель пластины-поляризатора;

4 - четвертьволновая пластина;

5 - анализатор;

6 - диафрагма;

7 - плосковыпуклая линза;

8 - пентапризма;

9 - фотоумножитель;

10 - окуляр;

11 - корпус;

12 - стекло;

13 - перегородки;

14 - ось вращения пластины-поляризатора 2 с закрепленной на ней шляпкой;

15 - катушка для нити;

16 - обойма пластины-поляризатора;

17 - спиральная пружина двустороннего действия;

18 - нить, например, из инварного сплава;

19 - распорный узел;

20 - корпус репера;

21 - фиксирующий замок;

22 - несущий стержень;

23 - скважина;

24 - порода;

25 - приводной ролик с резиновой футеровкой;

26 - прижимной ролик с резиновой футеровкой;

27 - передаточный ролик, находящийся в зацеплении с приводным роликом 25 и соединяющий его с помощью нити 18 с ось вращения 14;

28 - плосковогнутая линза;

29 - регистратор.

Устройство для измерения деформаций содержит датчик, выполненный в виде корпуса 11, в котором за стеклом 12 размещают перегородки 13, разделяющие расположенные на оси 14 вращения пластины-поляризатора с закрепленной на ней шляпкой катушку 15 для нити 18 и спиральную пружину 17 двустороннего действия. На шляпке оси 14 вращения жестко, например с помощью клея, закрепляют пластину-поляризатор 2 с отражателем 3 пластины-поляризатора 2, помещенные в обойму 16 пластины-поляризатора. На катушку 15 наматывают нить 18, например инварного сплава - материала, имеющего наименьшую чувствительность к температурным перепадам. Источник 1 поляризованного излучения, например лазер, оптически связывают через пластину-поляризатор 2 с отражателем 3 с четвертьволновой пластинкой 4, связанную в свою очередь оптически через анализатор 5, диафрагму 6, плосковыпуклую линзу 7, пентапризму 8 с фотоумножителем 9 и окуляром 10. В скважине 23, пробуренной по породе 24, размещают корпус 20 репера, закрепленный на несущем стержне 22, размещенном в фиксирующем замке 21.

Работа устройства для измерения деформаций основана на принципе постоянства поляризации отраженной от пластинки-поляризатора 2 световой волны. При подаче света от источника 1 поляризованного излучения происходит ее отражение от отражателя 3 в соответствии с законами оптики. Далее свет через диафрагму 6 попадает на четвертьволновую пластинку 4, от которой свет попадает на анализатор 5 и через плосковыпуклую линзу 7 на пентапризму 8. После пентапризмы 8 свет разделяется и идет соответственно через плосковогнутую линзу 28 на фотоумножитель 9, далее к регистратору 29 и к окуляру 10. Свет, отраженный от пластинки-поляризатора 2, получает ее поляризацию, которую передает со световым потоком, имеющим минимумы и максимумы освещенности (из-за наличия в материале анизотропии - оптической оси, имеющей при пропускании света минимумы и максимумы освещенности). Это фиксируется регистратором 29. Окуляр 10 необходим для настройки устройства перед началом работы.

Устройство для измерения деформаций работает следующим образом, например при измерении деформаций пород с помощью глубинных реперов. Корпус 11 жестко закрепляют относительно контролируемого объекта. При перемещении породы 24 приводной ролик 25 вызывает вращение передаточного ролика 27. Совместно с вращением передаточного ролика 27 при помощи нити 18 вращается ось вращения 14 пластины-поляризатора 2. Для возможности регистрации знакопеременных перемещений в устройстве предусмотрена спиральная пружина 17 двустороннего действия, ликвидирующая провисание нити 18. Поворот пластинки-поляризатора 2 вызывает вращательное перемещение ее оптической оси. По величине вращательного перемещения оптической оси с помощью регистратора 29 определяют величины деформаций в труднодоступных местах.

Применение устройства для измерения деформаций обеспечивает следующие преимущества:

- повышение точности, оперативности и достоверности измерений;

- расширение области применения данного вида устройств;

- дистанционное снятие сигнала с устройства;

- возможность осуществления автоматизированного непрерывного контроля в недоступных и труднодоступных местах;

- возможность работы во взрывоопасной среде.

Устройство содержит источник излучения, оптически связанный с ним отражатель, датчик перемещений, связанный с репером, приемник излучения и пластину-поляризатор, закрепленную на отражателе. Также оно снабжено диафрагмой, четвертьволновой пластиной, анализатором, плосковыпуклой линзой, пентапризмой, плосковогнутой линзой и фотоумножителем, которые расположены на одной оптической оси. Для настройки устройства введен окуляр. Измерения деформаций фиксируются регистратором. Датчик перемещений выполнен в виде связанной через катушку и нить с корпусом репера, содержащего распорный механизм, оси, на другом конце которой закреплен отражатель с пластиной-поляризатором, между которыми через перегородки установлена спиральная пружина двустороннего действия, ликвидирующая провисание нити. Технический результат - повышение точности измерений, а также расширение области применения устройств данного типа за счет использования в недоступных и труднодоступных для контроля местах. 2 ил.

Устройство для измерения деформаций, содержащее источник излучения, оптически связанный с ним отражатель, датчик перемещений, связанный с репером, и приемник излучения, отличающееся тем, что оно снабжено пластиной-поляризатором, закрепленной на отражателе, диафрагмой, четвертьволновой пластиной, анализатором, плосковыпуклой линзой, пентапризмой, плосковогнутой линзой, фотоумножителем, расположенными на одной оптической оси, а также регистратором и окуляром, причем датчик перемещений выполнен в виде связанной через катушку и нить с корпусом репера, содержащего распорный механизм, оси, на другом конце которой закреплен отражатель с пластиной-поляризатором, между которыми через перегородки установлена спиральная пружина двустороннего действия.