Способ динамической градуировки датчиков давления и устройство для его осуществления Советский патент 1986 года по МПК G01L27/00 

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, а именно к способам динамической градуировки датчиков давления и устройствам их осуществления.

Цель изобоетения - уменьшение погрешности и повышение достоверности градуировки.

Сущность способа заключается в следующем.

Импульс давления задают путем создания ударной акустической волны импульсным лазером. Для этого направляют поток импульсного лазерного излучения параллельно плоскости воспри нимающего давление элемента датчика. Фокусируют этот поток в точку на центральной нормали воспринимающего давление элемента на расстоянии от его центра. Обеспечивают энергетическую освеп1;енность в фокусе до создани пробоя воздуха и ударной акустическо волны. Это достигается при уровнях энергетической освещенности что обеспечивается современными импульсными лазерами в сочетании с соответствующими оптическими систамами

Далее формируют -импульсный поток акустического излучения по нормали к нлоскостн вос11ринимагаще1 о давление элемента датчика с длительностью импульса S и регистр лруют реакцию датчика давления на воздействие импульсного акустического излучегн-ш,

Длительность 1: импульса лазерног излучения определяют из соотношения

С 0,08/f,

где f - макси.мальная частота прн градуировке.

Расстояние от точки фокуса до центра воспринимающего давление элемента с радиусом г определяют как

,

где ,03-0505 коэффициент, зав1- С-Я щий от точности градуировки.

На фиг.1 показано устройство, реализующее способ; на фиг. 2 - конструкция формирователяJ на фиг.З то ;ке, вид сверху; на фиг.4 - вариант конструкции формирователя; на фиг.5 - то же, вид сверху.

Устройство состоит лз импульсного лазера 1 с фоку сиру блоком 2 и формирователем 3, расположенных на одной оптической оси. Формирователь . 3 акустически связан с воспринимаю- давление элементом датчика 4 дав-

,

558812

ления. Датчик 4 давления электрически связан с усилителем-преобразователем 5, выход которого связан с входом преобразователя Фурье 6 и первыми

5 входами блока 7 интегрирования со сбросом и коррелятора 8.

Вторые входы блока 7 интегрирования со сбросом и коррелятора 8 сое- динешз между собой и электрическим

О выходом импульсного лазера 1. Выход блока 7 интегрирования со сбросом соединен с первым регистратором 9. Первый и второй выходы преобразователя Фурье 6 подключены соответственно 5 к второму и третьему регистраторам 10 и 11. Выход коррелятора 8 соединен с четвертьи регистратором 12.

Устройство работает следующим образом.

20 с импульсного лазера 1 направляют поток импульсного лазерного излучения . параллельно плоскости воспринимающего давление элемента датчика 4 давления. Фокусируют этот поток фокусирующим бло2- ком 2 в точку на пересечении с центральной юрмалью воспринимающего давление элемен-та. Обеспечивают энергетическую освещенность в фокусе

1 I Т

10 Вт/м до создания пробоя возду30 ха II ударной акустической волны. Формирователем 3 формируют импульсный поток акустического излучения по нормали к плоскости воспринимаюа1его давление элемента датчика 4 давления с

35 длительностью импульса. С датчика 4 давления сигнал поступает на усилитель-преобразователь 5, где сигнал с датчика преобразуется в электрический сигнал заданного уровня. С усили40 теля-преобразователя 5 электрический сигнал поступает на блок 7 интегрирования со сбросом, где формируется сигнал, отражающий переходную характеристику датчрпса 4 давления. Пере45 ходная характеристика фиксируется

первым регистратором 9. Сигнал с усилителя-преобразователя 5 поступает также на преобразователь Фурье 6, на двух выходах которого формируются

50 сигналы, отражающие амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики, фиксируемые соответственно вторым и третьим регистраторами 10 и 11. .Кроме того 5 сигнал с усилителя-преоб55 разователя 5 поступает на коррелятор

8, на выходе.-которого формируется с.иг;1ал5 отражающий импульсную характеристику датчика 4 давления. Коррелятор 8 дает возможност-ь получения достоверной информации при малых отношениях сигнал/шум. Электрическая связь импульсного лазера 1 с блоком 7 интегрирования со сбросом и корре- лятором 8 необходима для согласованной работы измерительной системы устройства.

Длительность импульса лазерного излучения определяют из соотношения

,08/f,

где f - максимальная частота при градуировке .

Расстояние L от точки фокуса до центра воспринимающего давление элемента с радиусом г определяют как

L ,

где ,03 - 0,05 - коэффициентузависящий от точности градуировки.

Коэффициент 0,08 и 0,03 - 0,05 выбраны из условия обеспечения динамической градуировки датчиков давления с погрешностями, не превьшающими 0,5-1%

В устройство для реализации способа динамической градуировки датчиков давления предложено выполнение формирователя 3 (фиг.1) Б виде рефлектора (фиг.2). Со стороны одного торца 13 рефлектора имеется выемка, образующая акустическую полость 14, ограниченную отражающей поверхностью 15 параболит. ческой формы. В корпусе 16 перпендикулярно торцовой поверхности со стороны расширенной части акустической полости 14 выполнена центральная оптическая щель 17 на глубину радиуса R торца и длиной i центрального осевого размера акустической полости 14. На поверхность 15 акустической полости 14 напротив оптической щели 17 нанесено оптически погло щающе е покрытие 18. Между другим торцом 19 корпуса 16 и суженной частью акустической полости 14 по оси, перпендикулярной направлению оптической щели 17, выполнено сквозное отверстие 20 для осуществления поворота рефлектора. Фокусное расстояние рефлектора определяется из соотношения

Р rV4Z,

где Z - коэффициент, определяемый углом поворота рефлектора, г - радиус воспринимающего давления элемента датчика давле- ния.

Устройство с формирователем, выполненным в виде описанного рефлекs

5

0

5 0 5 0

5

0

5

тора, работает следующим образом. Импульсный луч лазера попадает через оптическую щель 17 в акустическую полость 14. Оптический фокус лазерно-. го луча находится внутри акустической полости 14. В результате создания пробоя воздуха образуется ударная волна, которая формируется с помощью отражающей поверхности 15 параболической формы в параллельный пучок импульсного акустического из лучения, чем улучшается форма импульса и эксплуатационные качества устройства, а также улучшаются метрологические характеристики. Наличие оптически поглощающего покрытия 18 дает возможность исключить влияние волн отражения, могущих улучшить форму акустического пучка. -Оптическая щель 17 дает возможность не только упростить настройку акустической системы устройства, но и осуществлять градуировку датчиков давления при разном угловом направлении акустического пучка излучения по отношению к поверхности воспринимающего давление элемента датчика. Для осуществления поворота рефлектора используется сквозное отверстие 20.

На фиг.З показана конструктивная схема другого выполнения формирователя в виде рефлектора. В этом рефлекторе оптическая щель 21 выполнена сквозной. Таким образом, отпадает необходимость в оптически поглощающем покрытии 18.

Формула изобретения

1. Способ динамической градуировки датчиков давления, заключающийся в создании давления на воспринимающий элемент датчика, регистрации реакции датчика на воздействие импульса давления и обработке сингалов для полу- чения динамических характеристик, отличающийся тем, что, с целью уменьшения погрешности и повышения достоверности градуировки, направляют поток импульсов лазерного излучения параллельно плоскости воспринимающего элемента, фокусируют этот поток в точку на центральной нормали воспринимающего давление элемента, смещенную на расстояние от его центра, обеспечивает энергетическую освещенность в фокусе до возникновения пробоя воздуха и ударной акустической.

волны, формируют импульсный поток акустического излучения по нормали к плоскости воспринимающего элемента .датчика с длительностью импульса и для регистрации реакции датчика давления на импульс давления используют воздействие акустического излучения, при этом длительность С импульса лазерного излучения выбирают из соотношения

0,08f, где f максимальная частота при

градуировке,

а расстояние L от точки фокуса до центра воспринимающего элемента с радиусом г выбирают как

L kr -f

где ,03-0,05 - коэффициент, зависящий от точности градуировки.

2. Устройство для динамической градуировки датчиков давления., содержащее импульсный лазер с фокусирующей системой, усилитель-преобразователь, первый и второй регистраторы, отличающее ся тем, что, с целью уменьшения погрешности, оно дополнительно снабжено формирователем, преобразователем Фурье, блоком

интегрирования со сбросом, коллектором,, третьим и четвертым регистраторами, при этом импульсньш лазер с фокусирующей системой и формирователь расположены на одной оптической оси, усилитель-преобразователь выходом связан с входом преобразователя Фурье и первыми входами блока интегрирования со сбросом и коррелятором, вторые входы которых соединены мелсду

10

25

15

ь е

25588Г6

собой и с электрическим выходом импульсного лазера, выход блока интегрирования со сбросом соединен с первым регистратором, первый и второй выходы преобразователя Фурье подключены соответственно к второму и третьему регистраторам, а выход коррелятора соединен с четвертым регистратором.

3.Устройство по п.2, отличающееся тем, что формирователь выполнен в виде рефлектора, на одном торце корпуса которого выполнена выемка, образующая акустическую полость, ограниченную акустической отражающей поверхностью параболической формы, в корпусе перпендикулярно поверхности со стороны расширенной части акустической полости выполнена центральная оптическая щель на глубину радиуса торца и длину центрального осевого размера акустической полости, на поверхность которой напротив оптической щели нанесено оптически поглощающее покрытие, между другим торцом корпуса и суженной частью акустической полости по оси перпендикулярно направлению оптической щели выполнено сквозное отверстие, а фокусное расстояние Ф рефлектора удовлетворяет соотношению

,

где L - коэффициент, определяемый углом поворота рефлектора, г - радиус воспринимаемого элемента датч ика давления.

4..Устройство по пп. 2 и 3, отличающееся тем, что, в нем

20

30

35

оптическая щель выполнена сквозцой.

13

фиг.З

ФигЛ

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и позволяет уменьшить погрешность и повысить достоверность градуировки, С лазера 1 направляют поток лазерного излучения параллельно плоскости давления датчика 4 давления. Формирователем 3 формируют импульсный поток акустического излучения по нормали к плоскости воспринимающего давления датчика 4, с которого сигнал поступает на усилитель-преобразователь 5, где преобразуется в электрический сигнал заданного уровня и поступает на блок 7 интегрирования со сбросом. Там формируется сигнал, отражающий переходную характеристику датчика 4 давления. Переходная характеристика фиксируется регистратором 9. Сигнал с усили- ; теля-преобразователя 5 поступает так- на преобразователь 6 Фурье, где формируются сигналы, отращающие амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики., фиксируемые регистрами 10 и 11. Электрическая связь лазера 1 с блоком 7 интегрирования и коррелятором 8 необходима для согласования работы измерительной системы устройства. 3 с.п. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил. . /

Редактор В.Иванова

Составитель Е.Подымов

Техред И.Верес Корректор Т.Колб

Заказ 4813/41Тираж 778 . Подписное

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

фиг. 5