Преобразователь давления Советский патент 1982 года по МПК G01L11/02 

Изобретение относится к волоконно-оптическим измерительным преобразователям и может найти широкое применение для измерения давления в условиях действия повышенных электромагнитных помех, во взрывоопасных и агрессивных средах, а также при повышенной (пониженной) температуре.

Известны волоконно-оптические преобразователи давления, содержащие источник излучения, один или несколькр фотоприемников,отражатель,прикрепленный к мембране, и волоконные световоды 1.

Недостатком этих устройств является незначительная чувствительность и точность, так как они зависят от диаметра используемых световодов, при этом рабочий ход мембраны должен бь1Ть не менее диаметра световодов. Для увеличения чувствительности и точности,следует уменьшать размеры волокон, что, в свою очередь, приводит к существенному увеличению оптических потерь и снижению уровня сигнала.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по- технической сущности является преобразователь давления, содержащий источник излучения, два

фотоприемника, включенные в дифферен циально-мостовую схему, излучающий и два фотоприемных световода, мембрану с отражателем, перемещающимся поперек световодов и жесткое основание, на котором они закреплены 2.

Устройство характеризуется недостаточно высокой точностью и чувствительностью j ограниченными минималь10ным диаметром световодов, которые принципиально не могут быть сделацы меньше длины волны света , и пределом дифракционной разрешимости света,, который накладывает ограничения на

15 уменьшение размеров подвижного отражателя. Кроме того, в преобразователе присутствуют значительные френелевские потери - потери света на отражение при выходе из световода в

20 воздух - на зеркале и при вводе в фотоприемный световод.

Цель изобретения - повышение чувствительности и точности за счет уменьшения френелевскиз ;, потерь света

25 на отражение.

Поставленная цель достигается тем, что в преобразователе давления, содержащем корпус с воспринимающей давление мембраной, основание, источник

30 излучения и два фотоприемника, подключенные соответственно к излучающ му и двум фотоприемным световодам, мембрана установлена на основании с зазором и снабжена со стороны измеряемого давления жестким центром в , виде сферического сегмента, геометр ческий центр которого размещен на обращенной к мембране поверхности основания, в котором с противополож ной стороны выполнена выемка, геометрический центр сферической повер ности которой совпадает с центром сферического сегмента, радиус которого равен радиусу сферической поверхности выемки, при этом торцы из лучающего и первого фотоприемного световода установлены диаметрально противоположно на сферических поверхностях мембраны и .основания, а торец второго фотоприемного светово да установлен на сферической поверх ности основания симметрично первому относительно поверхности основания, обращенной к мембране. На чертеже изображена конструкци преобразователя давления. Преобразователь давления содержит источник излучения 1, фотоприем ники 2 и 3, включенные по дифференциальной схеме в цепь измерительног моста 4, а также объединенные корпу сом 5 излучающий 6 и два фотоприемHUX 7 и 8 световода, например волоконно-оптических, подключенных соот ветственно к излучателю 1 и фотопри емникам 2 и 3, мембрану 9, установленную на основании 10 с зазором, и прокладку 11. Основание 10 выполнено прозрачкым, в середине одной из его сторон сделана выемка 12 со сферической по верхностью 13. На мембране 9 выполнен жесткий центр в виде сферическо го сегмента 14, радиус которого -равен радиусу сферической поверхности 13. Геометрический центр сферических поверхностей 13 и 14 расположен на обращенной к мембране 9 поверхности основания 10. Торцы излучающего 6 и фотоприемного 7 световода установлены на сферической поверхности 13 выемки. 12, а торец другого фотоприемного световода 8 установлен на сферическом сегменте 14. Ось излучающего световода 6--совпадает с осью фотоприемного световода 8 и . проходит по диаметру сфер под таким углом к оси основания, что для осевых лучей, выходящих из излучанхцего световода 6, выполняется условие пол ного внутреннего отражения от границы поверхности основания с воздухом Торцы двух фотоприемных световодов 7 и 8 расположены симметрично друг другу относительно плоскости основания, обращенной -к мембране. Толщина кольцевой прокладки 11 имеет такую величину, что для осевых лучей выполняется условие равенства отражательной и пропускательной способности. .Преобразователь давления работает следующим Образом. . В исходном положении при отсутствии давления зазор между мембраной 9 и плоскостью основания 10 равен толщине разделяющей их прокладки 11. При этом осевые лучи, выходящие из излучающего световода 6 и падающие на основание 10, разделяются на две равные части - отраженную и преломленную, прошедшую через воздушный зазор. Отраженный и преломленный световые потоки попадают на симметрично расположенные два фотоприемных световода 7 и 8, в результате чего. на фотоприемники 2 и 3 попадает в исходном состоянии одинаковое количество световой энергии. После преобразования световой энергии в электрическую сигналы двух дифференциальных каналов поступ ают в мостовую измерительную схему 4, на выходе которой после вычитания сигнала в исходном состоянии напряжение равно нулю. При подаче давления на мембрану 9 она прогибается, уменьшая тем самым вели 1ину воздушного зазора, что приводит к увеличению доли прошедшего светового потока и соответствующему уменьшению величины отраженного светового потока. При создании разрежения наблюдается обратная картина. Поэтому .в результате подачи давления (создания разряжения) создается разбаланс мостовой cxewttJ и на выходе ее появляется сигнал, величина которого пропорциональна давлению. Таким образом, использование преобразователя давления позволяет путем уменьшения френелевских потерь света на отражение повысить чувствительность и точность устройства. Формула изобретения Преобразователь .давления, содержащий корпус с воспринимающей давление мембраной, основание, источник излучения и два фотоприемника, подключенные соответственно к излучающему и двум фотоприемным световодам, отличающийся тем, что, с целью повышения чувствительности и точности за счет уменьшения френелевских потерь света на отражение, мембрана установлена на основании с зазором и снабжена со стороны измеряемого давления жестким центром в виде сфе зического сегмента, геометрический центр которого размещен на обращенной к мембране поверхности основания, в котором с противополож.ной стороны выполнена выемка, геометрический центр сферической порерхности которой совпадает с центром сферического сегмента, радиус которого равен радиусу сферической поверхности выемки, при этом торцы излучающего и первого фотоприемного световода установлены диаметрально противоположно на сферических поверхностях мембраны и основания, а торец второго фотоприемного световода установлен на сферической поверхности основания симметрично первому относительно -поверхности основания, обращенной к мембране.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Великобритании № 1549227, кл. G 1 А, 1979.

2.патент США № 3782667, кл. 73-406, 1974 tпрототип).

//

13 /