Оптико-волоконный датчик силы Советский патент 1986 года по МПК G01L1/24 

122

ром друг против друга, размещены nepe-i- дающие 8, промежуточные 9 и приемные 10 волоконные световоды (ВС). В торцах втулок выполнены проточки 11, 12, 13 и 14, в которых размещены свето- направляющие патрубки 15 и 16, обеспечивающие центровку концов ВС 8, 9 и 10, Под действием растягивающего усилия несущий стержень 1 удлиняется, увеличивая расстояние между торцами ВС 8, 9 и 10 и соответственно толщину слоя светопоглощающей жидкости 21 и 22, что приводит к про

1

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в автоматизированных системах контроля и управления)технологичес- эсими процессами, например, в нефтедобывающей промьшшенности и, в частности, в бурении глубоких нефтяных и газовых скважин при контроле веса бурового инструмента.

Цель изобретения - повышение чувствительности и линейности преобразования силы в информационный сигнал

На фиг.1 показан датчик, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1.

Оптико-волоконный датчик силы состоит из упругого несущего стержня 1, снабженного двумя буртиками 2 и 3. На буртиках 2 и 3 диаметрально противоположно и попарно соосно закреплены втулки 4-7, внутри которых со стороны их торцов, расположенных друг против друга, размещены волоконные световоды соответственно передающие 8, промежуточные 9 и приемные 10, одни концы которых герметично встроены на уровне торцов втулок, ориентированных друг против друга. В торцах втулок вьтолнены проточки 11-14, в которых размещены светонаправляющие патрубки 15 и 16, снабженные пpoдoJЙ5HЫми пазами 17 и 18. Патрубки охватывают кон1да волоконных световодов, а втулки снаружи герметично охвачены эластичными оболочками 19 и 20, причем вся полость внутри оболочек заполнена

порциональному изменению светового потока. По величине измененного светового потока в измерительном блоке 26 вырабатывается информационный сигнал, пропорциональный измеряемому усилию. Приток или отток светопоглощающей жидкости 21 и 22 при упругой деформации несущего стержня 1- обеспечивается пазами 17 и 18 в патрубках 15 и 16. Эластичные оболочки 19 и 20 обеспечивают герметичность конструкции. 3 ил.

0

светопоглощающей жидкостью 21 и 22, например тетраэтилсвинцом или раствором хлористого цинка. Эти жидкости имеют плотность, близкую к плотности оптического волокна.

Другие концы волоконных световодов подсоединены через оптический разъем 23 волоконной линией связи 24 и 25 к измерительному блоку 26. Элементы, размещенные на упругом несущем стержне, закрыты кожухом 27.

Волоконно-оптический датчик силы работает следующим образом.

Из измерительного блока 26 све- 5 товой потокф , например, генерируемый фотодиодом по волоконной линии связи 25 через оптический разъем 23 поступает в передающий волоконный световод 8 и проходит через слой светопоглощающей жидкости 22, заполняющей пространство между торцами передающего 8 и промежуточного 9 волоконных световодов и таким образом попадает в промежуточный конный световод 9. Из световода 9 световой поток через второй слой поглощающей жидкости 21 попадает в приемный волоконный световод 10. Далее световой поток ср через оптический разъем 23, линию связи 24 возвращается в измерительный блок 26. Так как световой поток ф проходит через светопоглощающую жидкость 21 и 22, то вследствие частичного поглощения, пропорционального расстоянию I между торцами указанных волоконных световодов и коэффициенту пог0

5

0

лощения к светопоглощающей жидкости 21 и 22, световой поток также пропорционально уменьшается до величины информационного светового потока 9, равного

Ф

, -кГ

в измерительном блоке 26 информационный световой поток Ф преобразуется в электрический сигнал, соответствующий отсутствию растягивающих усилий на несущем упругом стержне 1, т.е. Р, 7 0.

Под действием растягивающего усилия Р i О, приложенного к упругому несущему стержню 1, происходит его удлинение, пропорциональное приложенному усилию.

При удлинении упругого несущего стержня 1 увеличивается расстояние между его буртиками 2 и 3 и, следовательно, торцами втулок 4-7, а так как с торцами втулок 4-7 связаны передающий 8, промежуточный 9 и приемный 10 волоконные световоды, то пропорциональуо приложенному усилию PY происходит пропорциональное увеличение расстояния I между торцами волоконных световодов, при этом увеличивается толщина слоя светопоглощающей жидкости 21, 22 на величину А Г, что приводит к пропорциональному изменению в сторону уменьшения светового потока ф-ф,/(2 +Д1). По величине измененного светового потока Т в измерительном блоке 26 вырабатывается информационный сигнал, пропорциональный измеряемому усилию р . Патрубки 15 и 16 обеспечивают центровку концов волоконных световодов 8-10 и одновременно являются каналом для светового потока за счет отражения его от своих внутренних стенок. Наличие пазов 17 и 18 в патрубках 15 и 16 обеспечивает подток ши отток светопоглощающей жидкости 21 к 22 к торцам или от торцов волоконных световодов 8-10 при упругой деформации несущего стержня 1. Эластичные чехлы 19 и 20 обеспечивают герметизацию конструкции.

В оптико-волоконном датчике измерение силы происходит за счет изменения (увеличения) коэффициента поглощения светового потока при увеличении расстояния между торцами светоизлучающего и светопринимающего оптических волок он при втягивании в это расстояние светопоглощающей жидкости. При этом поглощение (за- тухание) светового потока пропорционально расстоянию между торцами, а следовательно, и приложенной к упругому несущему стержню силе.

Введение в предлагаемое устройство светопоглощающей жидкости в зазор между торцами светоизлучающе- го и светоприемного оптических волокон обеспечивает поглощение света в зависимости от изменения зазора между торцами за счет их расхождения. Наличие буртиков на силоизмеритель- ном стержне позволяет закрепить торцы оптических волокон посредством втулок, в которых они расположены, а

светонаправляющие патрубки обеспечивают направление светового потока на торец светоприемного оптического волокна и одновременно обеспечивают центровку втулок. Эластичный чехол

предохраняет светопоглощающую жидкость от утечки.

Формула изобретения

Оптико-волоконный датчик силы,- содержащий измерительный блок, волоконные световоды, соединяющие измерительный блок с силочувствитель- пым элементом, отличающи йс я тем, что, с целью повышения чувствительности и линейности преобразования силы в информационный сигнал, силочувствительный элемент, выполненный в виде несущего стержня, снабжен

двумя буртиками, на них диаметрально противоположно и попарно соосно закреплены втулки, внутри которых со стороны торцов, расположенных с зазором друг против друга, размещены волоконные световоды, чьи концы герметично встроены в соответствующих торцах втулок, снабженных проточками, в которых размещены свето- направляющие.патрубки с пазами, охватывающие одновременно противолежащие волоконных световодов, причем втулки снаружи герметично охвачены эластичными оболочками, полость которых и зазор, между светоиз- лучающими и светоприемными торцами волоконных световодов заполнены светопоглощающей жидкостью.

д

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в автоматизированных системах контроля и управления технологическими процессами. Целью изобретения является повыпение чувствительности и линейности преобразования силы в информационный сигнал. Датчик силы состоит из чувствительного элемента в виде упругого несущего стержня 1, на котором размещены буртики 2 и 3. На них диаметрально противоположно и попарно соосно закреплены втулки 4, 5, 6 и 7, внутри которых со стороны торцов, расположенных с зазоСП с д к 4 05 o

Редактор М.Товтин

Составитель В.Маслов

Техред И.Поповичi Корректор Е.Сирохман

Заказ 1941/39 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.Ужгород, ул.Проектная, 4