Волоконный тензодатчик Советский патент 1987 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к измерению деформаций и напряжений конструкций оптическими методами.

Цель изобретения - увеличение по- - мехозащищенности датчика при измере- НИИ деформаций за счет обеспечения возможности работы датчика в импульсном режиме,

На фиг.1 приведена схема тензодат чика, соединенного с блоком обработк и регистрации; на фиг.2 то же, чувствительного элементаj на фиг.З - то же управления блоком обработки и регистрации.

Волоконный тензодатчик содержит источник 1 света и расположенные последовательно вдоль хода пучка света чувствительный элемент 2, выполнен- ньш в виде двух световодов 3 и 4, фотоприемник 5, второй фотоприемник 6, расположенньй напротив боковой поверхности чувствительного элемента .на расстоянии от его торца, у которого расположен первый фотоприемник 5, равном минимальной длине биений. Световоды 3 и 4 коаксиально расположены один в другом,.внутренний из них имеет сплошное поперечное селение и OHJH оптически соединены между собой через разделительньй слой 7, световоды 3 и 4 покрыты защитным слоем 8, который в зоне между торцом световодов 3 и 4, у которого расположен первый фотоприемник 5, и вторым фото- приемником 6 выполнен светорассеиваю-

ЩИМ,

Блок обработки и регистрации содер жит два аналоговых усилителя 9 и 10, два пороговых элемента 11 и 12, четыр триггера 13-16, схему 17 управления к десятичный счетчик ,18.

Тензодатчик работает следующим образом.

Свет от источника 1 излучения вво- дится в стержневой световод 3 с показателем преломления п. Другой световод выполнен в виде трубки с показателем преломления п, причем световоды 3,4 разделены разделительным ело- ем 7 с показателем преломления п, а ,:верху покрыты защитным слоем 8 с показателем преломления п.. Показатели преломления и размеры слоев подбираются исходя из теории связи волново- дев. Взаимодействие между световодами выражается в том, что наблюдается периодический переход света из одного световода в другой. То расстояние.

0

5

0

е п с

на котором происходит переход энергии из одного световода в другой, назьша- ется длиной биения и обозначается L. При этом величина длины биения зависит от постоянных распространения световодов и коэффициента связи между ними.

При приложении усилия к чувствительному элементу, вдоль оси чувствительного элемента, происходит изменение показателя преломления, что приводит к изменению длины биения, причем изменение длины биения на выходе порогового элемента 11 будет наблюдаться как последовательность импульсов, количество которых зависит от величины механической деформации.. Для определения знака деформации служит второй фотоприемник 6, так как последовательность прохождения сигнала через фотоприемники 6 и 5 однозначно определяется направлением действия деформации. Сигналы с .фотоприемников 5,6 через усилители 9 и 10, пороговые элементы 11 и 12 поступают на триггеры 13 и 14, при этом предыдущая информация с этих триггеров переписывается на триггеры 15 и 16. Таким образом, в каждый момент времени имеется информация о настоящем и предшествующем состояниях пороговых элементов, на основе которой схема управления вьщает импульсы либо на счетньш вход, либо на вычитающий. При деформации одного знака каждому состоянию триг ге- ров 16 и 13 соответствует вполне определенное состояние триггеров 13 и 14. Так, например, если состояние триггеров 15 и 16 единичное, то состояние триггеров 14 и 13 должно быть соответственно О и 1, тогда импульсы подаются на счетньй вход. Если состояние триггеров иное, то импульсы подаются на вьтитающий вход.

Длина чувствительного элемента L выбирается исходя из соотношения L «L, а расстояние , на котором ус-.

тановлен второй фотоприемник, L

Таким образом, данный тензодатчик работает в импульсном режиме. Влияние различного рода помех приводит к изменению амплитуды сигнала, снимаемого с фотоприемника. Так, например, температурная нестабильность лазера составляет 1-1,5%/град., и изменение температуры на 10 град.., приводит к изменению выходного сигнала на 10-15% для датчиков, работающих с аналоговым

сигналом. Предлагаемый тензодатчик будет выдавать правильную информацию до тех пор, пока сигнал не упадет до уровня, соответствующего уровню единичного состояния триггера.

Формула изобретения Волоконный тензодатчик содержащий источник света, и расположенный последовательно вдоль хода пучка све та чувствительный элемент, вьшолнен- ный в виде двух световодов, и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью увеличения помехозащищенности, он снабжен вторым фото

.

10

15

приемником, расположенным напротив боковой поверхности чувствительного элемента на расстоянии от его торца, у которого расположен первый фотоприемник, равном минимальной длине биений, световоды коаксиально расположены один в другом, внутренний из них имеет сплошное поперечное сечение и они оптически соединены между собой через разделительный слой, световоды покрыты защитным слоем, который в зоне между торцом световодов, у которого расположен первый фотоприемник, и вторым фотоприемником выполнен светорассеивающим.

(PtfC. 2

Составитель Б. Евстратов Редактор М. Товтия Техред Л.Сердюкова ...

з1 Гз70/41 тираж 678Подписное.

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

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

Производственно

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

Фиб.З

Изобретение относится к измерению деформаций и напряжений конструк- ций оптическими методами. Цель изобретения - увеличение помехозащищенности измерения деформации за счет обеспечения возможности работы тен- зодатчика в импульсном режиме. Для этого тензодатчик содержит чувствительный элемент, выполненный в виде двух световодов, коаксиально расположенных один в другом, внутренний из них имеет сплошное поперечное сечение и они оптически соединены. При взаимодействии световодов происходит переход света из одного в другой. При приложении усилия к чувствительному элементу происходит изменение режима их взаимодействия. 3 ил. S 1сл