RU140216U1

RU140216U1 - OPTICAL PRESSURE INDICATOR

Info

Publication number: RU140216U1
Application number: RU2013152350/28U
Authority: RU
Inventors: Сергей Александрович Даниленко; Олег Валерьевич Индришенок; Андрей Сергеевич Титов; Дмитрий Иванович Уткин
Priority date: 2013-11-26
Filing date: 2013-11-26
Publication date: 2014-05-10

Abstract

1. Оптический индикатор давления, содержащий корпусной элемент с опорной поверхностью, мембрану с жестким центром, элемент осевого смещения, оптико-волоконный модуль с оптическими волокнами, отличающийся тем, что оптико-волоконный модуль содержит отсчетное устройство со шкалой для визуального контроля давления жидкости или газа, элемент осевого смещения содержит световозвращающий указатель с отражающим покрытием, расположенный параллельно торцам оптических волокон, на торцах волокон установлены градиентные микролинзы, а отсчетное устройство снабжено фокусирующим элементом.2. Оптический индикатор давления по п. 1, отличающийся тем, что отражающее покрытие выполнено на основе микрошариков из стекла.1. An optical pressure indicator comprising a housing element with a supporting surface, a membrane with a rigid center, an axial displacement element, an optical fiber module with optical fibers, characterized in that the optical fiber module contains a reading device with a scale for visual monitoring of liquid or gas pressure , the axial displacement element contains a retroreflective pointer with a reflective coating located parallel to the ends of the optical fibers, gradient microlenses are installed at the ends of the fibers, and the reference troystvo provided with focusing elementom.2. The optical pressure indicator according to claim 1, characterized in that the reflective coating is made on the basis of glass beads.

Description

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к индикаторам давления, и может быть использована для визуального контроля давления жидкости или газа.The utility model relates to measuring technique, namely to pressure indicators, and can be used to visually monitor the pressure of a liquid or gas.

Известен волоконно-оптический датчик давления, содержащий корпус, прокладку, на которую опирается втулка, рабочий и дополнительный жгуты подводящих и отводящих оптических волокон, общие торцы которых закреплены во втулке, мембрану радиусом R с зеркальной поверхностью, которая установлена относительно общего торца рабочего жгута с зазором x₀, общий торец дополнительного жгута, расположенный напротив зеркальной поверхности мембраны с зазором x₀, оптические оси подводящих и отводящих оптических волокон дополнительного жгута, расположенные относительно оптических осей подводящих и отводящих оптических волокон рабочего жгута соответственно на расстоянии А, определяемом выражением:

A fiber optic pressure sensor is known, comprising a housing, a spacer on which the sleeve rests, a working and additional optical fiber supply and outlet bundles, the common ends of which are fixed in the sleeve, a membrane of radius R with a mirror surface, which is mounted relative to the common end of the working bundle with a gap x ₀ , the common end face of the additional bundle, located opposite the mirror surface of the membrane with a gap x ₀ , the optical axis of the input and output optical fibers of the additional bundle, is located relative to the optical axes of the input and output optical fibers of the working harness, respectively, at a distance A, defined by the expression:

где r_c - радиус сердцевины оптического волокна, α - максимальный угол прогиба мембраны, W - максимальный прогиб центра мембраны, x₀=d_OB/2tgθ_NA, где d_OB, θ_NA - диаметр и апертурный угол оптического волокна соответственно. Патент Российской Федерации №2308689, МПК: G01L 11/02, G01L 19/04, 2007 г.where r _c is the radius of the core of the optical fiber, α is the maximum deflection angle of the membrane, W is the maximum deflection of the center of the membrane, x ₀ = d _OB / 2tgθ _NA , where d _OB , θ _NA are the diameter and aperture angle of the optical fiber, respectively. Patent of the Russian Federation No. 2308689, IPC: G01L 11/02, G01L 19/04, 2007

Известен волоконно-оптический датчик давления, содержащий корпус, подводящие и отводящие оптические волокна, относительно общего торца которых с зазором установлена кварцевая мембрана, жестко закрепленная в штуцере, кольцевую прокладку толщиной, равной длине волны источника излучения, волокна вклеенные в корпусе на расстоянии друг от друга, свободные концы которых выступают над поверхностью корпуса, кольцевую прокладку выполненную в виде металлической пленки, напыленной по периметру, введенную деталь с треугольником в сечении с углом при вершине 2θ с боковым углублением, повторяющим форму и размеры оптических волокон, металлическую крышку с центральным сквозным отверстием шириной, равной диаметру оптического волокна d_ов и длиной а, определяемой выражением a=2d_OBtgθ, расположенную и жестко закрепленную между корпусом и штуцером, прижимающую оптические волокна к детали с треугольником в сечении, оптические волокна, расположенные выше крышки, срезанные и отполированные под определенным углом к продольной оси волокон. Патент Российской Федерации №2253850, МПК: G01L 11/02, G01L 19/04, 2005 г. Прототип.A fiber optic pressure sensor is known comprising a housing, optical fiber inlet and outlet, relative to the common end of which there is a quartz membrane fixed with a gap, rigidly fixed in the fitting, an annular gasket with a thickness equal to the wavelength of the radiation source, fibers glued in the housing at a distance from each other the free ends of which protrude above the surface of the housing, an annular gasket made in the form of a metal film sprayed around the perimeter, an inserted part with a triangle in cross section with an angle apex 2θ with a lateral recess of the same shape and size of optical fibers, the metal cover with a central through-hole width equal to the diameter of the optical fiber d _s and length as defined by the expression a = 2d _OB tgθ, disposed and rigidly secured between the body and the fitting, crimping optical fibers to the part with a triangle in cross section, optical fibers located above the lid, cut and polished at a certain angle to the longitudinal axis of the fibers. Patent of the Russian Federation No. 2253850, IPC: G01L 11/02, G01L 19/04, 2005. Prototype.

Аналог и прототип используют источник излучения и приемник излучения с целью реализации измерительной функции датчиков. Аналог имеет в своем составе блок преобразования информации (БПИ), где формируется разность электрических сигналов и излучающий светодиод, формирующий световой поток. В прототипе указано на соответствие толщины кольцевой прокладки, выполненной в виде металлической пленки, напыленной по периметру, длине волны излучения. Таким образом, для реализации датчика-прототипа необходим излучатель, имеющий вполне определенный спектр излучения. Указано также, что используемый в прототипе приемник излучения осуществляет преобразование оптического сигнала в электрический. Как известно, использование оптико-электронных преобразователей и источников излучения со специальными спектральными параметрами, неизбежно потребляющих в процессе своего функционирования электроэнергию, свидетельствует о энергозависимости процессов измерения при использовании вышеупомянутых датчиков. Таким образом, недостатком аналога и прототипа является энергозависимость процессов измерения.The analogue and prototype use a radiation source and a radiation receiver in order to implement the measuring function of the sensors. The analogue incorporates an information conversion unit (BPI), where the difference of the electrical signals and the emitting LED, which forms the light flux, are formed. The prototype indicates the correspondence of the thickness of the annular gasket made in the form of a metal film sprayed around the perimeter, the radiation wavelength. Thus, for the implementation of the prototype sensor, an emitter having a well-defined emission spectrum is required. It is also indicated that the radiation detector used in the prototype converts an optical signal into an electrical one. As you know, the use of optoelectronic converters and radiation sources with special spectral parameters, which inevitably consume electricity during their operation, indicates the volatility of the measurement processes using the above-mentioned sensors. Thus, the disadvantage of analogue and prototype is the volatility of the measurement processes.

Задача полезной модели - создание энергонезависимого оптического индикатора давления для визуального контроля давления жидкости или газа.The objective of the utility model is to create a non-volatile optical pressure indicator for visual monitoring of liquid or gas pressure.

Технический результат - исключение энергозависимости процесса измерений.The technical result is the exclusion of the volatility of the measurement process.

Технический результат достигается тем, что в оптическом индикаторе давления, содержащем корпусной элемент с опорной поверхностью, мембрану с жестким центром, элемент осевого смещения, оптиковолоконный модуль с оптическими волокнами, оптико-волоконный модуль содержит отсчетное устройство со шкалой для визуального контроля давления жидкости или газа, элемент осевого смещения содержит световозвращающий указатель с отражающим покрытием, расположенный параллельно торцам оптических волокон, на торцах волокон установлены градиентные микролинзы, а отсчетное устройство снабжено фокусирующим элементом. Отражающее покрытие выполнено на основе микрошариков из стекла.The technical result is achieved by the fact that in the optical pressure indicator containing a housing element with a supporting surface, a membrane with a rigid center, an axial displacement element, an optical fiber module with optical fibers, an optical fiber module contains a reading device with a scale for visual monitoring of liquid or gas pressure, the axial displacement element contains a retroreflective pointer with a reflective coating located parallel to the ends of the optical fibers, gradient mic rolls, and the reading device is equipped with a focusing element. The reflective coating is made on the basis of glass beads.

Сущность полезной модели поясняется на фигурах 1-4.The essence of the utility model is illustrated in figures 1-4.

На фиг.1 схематично представлен оптический индикатор давления, где: 1 - корпусной элемент, 2 - опорная поверхность, 3 - камера для приема большего измеряемого давления P₁, 4 - камера для приема меньшего давления P₂, 5 - мембрана, 6 - жесткий центр, 7 - элемент осевого смещения, 8 - световозвращающий указатель, 9 - оптико-волоконный модуль, 10 - оптические волокна, 11 - градиентные микролинзы, 12 - фокусирующий элемент, 13 - отсчетное устройство.Figure 1 schematically shows an optical pressure indicator, where: 1 is a housing element, 2 is a supporting surface, 3 is a chamber for receiving a greater measured pressure P ₁ , 4 is a chamber for receiving a lower pressure P ₂ , 5 is a membrane, 6 is a rigid center, 7 — axial displacement element, 8 — retroreflective pointer, 9 — optical fiber module, 10 — optical fibers, 11 — gradient microlenses, 12 — focusing element, 13 — readout device.

На фиг.2 схематично изображено распределение оптических волокон 10 по функциональному назначению в оптико-волоконном модуле 9: волокна, подводящие световой поток обозначены цифрой "0", отводящие - “1”.Figure 2 schematically shows the distribution of the optical fibers 10 according to their functional purpose in the optical fiber module 9: the fibers supplying the light flux are indicated by the number "0", the discharge ones are indicated by "1".

На фиг.3 схематично представлен элемент отображения величины измеряемого давления в виде отсчетного устройства 13 со шкалой 14, граница световозвращающего указателя 8 изображена в нулевой отметке шкалы.Figure 3 schematically shows the display element of the measured pressure in the form of a reading device 13 with a scale of 14, the border of the retroreflective pointer 8 is shown at the zero mark of the scale.

На фиг.4 схематично представлен вариант исполнения световозвращающего указателя 8, где 15 - микрошарики из стекла, 16 - слой адгезионного материала.Figure 4 schematically shows an embodiment of a retroreflective pointer 8, where 15 are glass beads, 16 is a layer of adhesive material.

Оптический индикатор давления содержит корпусной элемент 1 с опорной поверхностью 2, мембрану 5 с жестким центром 6 и закрепленным на ней элементом осевого смещения 7 со световозвращающим указателем 8, оптико-волоконный модуль 9 с оптическими волокнами 10, подводящими и отводящими световой поток, с отсчетным устройством 13, фокусирующим элементом 12 и градиентными микролинзами 11.The optical pressure indicator comprises a housing element 1 with a supporting surface 2, a membrane 5 with a rigid center 6 and an axial displacement element 7 fixed thereon with a retroreflective pointer 8, an optical fiber module 9 with optical fibers 10 supplying and discharging the light flux with a reading device 13, the focusing element 12 and the gradient microlenses 11.

Мембрана 5 закреплена периферийной частью в корпусном элементе 1 и разделяет полость оптического индикатора давления на две камеры.The membrane 5 is fixed by the peripheral part in the housing element 1 and divides the cavity of the optical pressure indicator into two chambers.

При измерениях давление среды подают в камеру 3, а камера 4 сообщена с атмосферой.When measuring the pressure of the medium is fed into the chamber 3, and the chamber 4 is in communication with the atmosphere.

При измерениях абсолютного давления камера 4 защищена от внешней среды и вакуумирована.When measuring absolute pressure, the chamber 4 is protected from the external environment and is evacuated.

Камера 3 предназначена для приема большего измеряемого давления P₁ (давление среды), а камера 4 - для приема меньшего давления P₂ (давление атмосферы или вакуума).Chamber 3 is designed to receive a larger measured pressure P ₁ (medium pressure), and chamber 4 is designed to receive a lower pressure P ₂ (atmospheric or vacuum pressure).

Мембрана 5 снабжена жестким центром 6 - концентратором осевой деформации мембраны.The membrane 5 is equipped with a rigid center 6 - a hub axial deformation of the membrane.

Элемент осевого смещения 7 со световозвращающим указателем 8 направляет отраженное излучение к оптическим волокнам 10.The axial displacement element 7 with a retroreflective pointer 8 directs the reflected radiation to the optical fibers 10.

Световозвращающий указатель 8 расположен параллельно торцам оптических волокон 10 и предназначен для отражения внешнего светового потока, естественно поступающего через эти волокна, для последующей визуальной оценки уровня давления среды.The retroreflective pointer 8 is located parallel to the ends of the optical fibers 10 and is intended to reflect the external light flux naturally entering through these fibers, for subsequent visual assessment of the pressure level of the medium.

Распределение оптических волокон (фиг.2) позволяет достичь равномерного распределения освещения на поверхности световозвращающего указателя 8 и повысить достоверность получаемой информации, заключенной в отраженном световом потоке, для визуального контроля давления жидкости или газа.The distribution of optical fibers (figure 2) allows to achieve a uniform distribution of lighting on the surface of the retroreflective index 8 and to increase the reliability of the information contained in the reflected light flux for visual control of the pressure of a liquid or gas.

Градиентные микролинзы 11 представляют собой волоконные оптические элементы с плавно изменяющимся по сечению показателем преломления. Собирают естественно поступающий на оптический индикатор давления внешний световой поток для оптических волокон. Оптические волокна 10 являются многомодовыми.Gradient microlenses 11 are fiber optical elements with a smoothly varying refractive index over the cross section. The external light flux for optical fibers naturally arriving at the optical pressure indicator is collected. The optical fibers 10 are multimode.

Отсчетное устройство 13 предназначено для визуального контроля давления посредством фокусирующего элемента 12, формирующего изображение световозвращающего указателя 8 в вид, удобный для зрительного восприятия.The reading device 13 is designed to visually control the pressure by means of a focusing element 12, forming an image of the retroreflective pointer 8 in a view convenient for visual perception.

Световозвращающий указатель 8 содержит отражающее покрытие, в частности, на основе микрошариков из стекла (фиг.4). Для усиления яркости отраженного светового потока на микрошариках наносят слой отражателя из алюминия.The retroreflective pointer 8 comprises a reflective coating, in particular based on glass beads (FIG. 4). To enhance the brightness of the reflected light flux, a reflector layer of aluminum is applied to the microspheres.

Оптический индикатор давления работает следующим образом.The optical pressure indicator works as follows.

Под действием давления P₁, превышающего величину давления P₂, мембрана 5 прогибается в сторону камеры 4, сдвигая вдоль своей оси элемент осевого смещения 7. Этот сдвиг приводит к смещению световозвращающего указателя 8 в том же направлении. Световой поток, естественным образом поступающий через подводящие волокна оптиковолоконного модуля 9, отражается, и посредством отводящих волокон направляется к отсчетному устройству 13.Under the action of pressure P ₁ exceeding the value of pressure P ₂ , the membrane 5 bends towards the chamber 4, shifting the axial displacement element 7 along its axis. This shift displaces the retroreflective index 8 in the same direction. The luminous flux naturally entering through the supply fibers of the optical fiber module 9 is reflected, and through the output fibers is directed to the reading device 13.

Отсчетное устройство 13 отображает величину смещения световозвращающего указателя 8, соответствующую давлению среды в камере 3. Шкала 14 обеспечивает визуальную оценку уровня давления среды, причем отрицательные значения в маркировке шкалы соответствуют прогибу мембраны при давлении-разрежения.The reading device 13 displays the offset value of the retroreflective pointer 8, corresponding to the pressure of the medium in the chamber 3. The scale 14 provides a visual assessment of the pressure level of the medium, and negative values in the marking of the scale correspond to the deflection of the membrane under pressure-rarefaction.

Для устойчивости оптического индикатора давления к воздействиям односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением, корпусной элемент 1 снабжен опорной поверхностью 2.For stability of the optical pressure indicator to the effects of one-sided overload by working overpressure, the housing element 1 is provided with a supporting surface 2.

Благодаря отсутствию в полезной модели таких оптико-электронных компонентов как приемник оптического излучения, источник оптического излучения, а также устройств обработки и анализа информации, процесс измерения, основанный на визуальной оценке уровня давления среды является, является энергонезависимым.Due to the absence in the utility model of such optoelectronic components such as an optical radiation receiver, an optical radiation source, and information processing and analysis devices, the measurement process based on a visual assessment of the pressure level of the medium is non-volatile.

Claims

1. An optical pressure indicator comprising a housing element with a supporting surface, a membrane with a rigid center, an axial displacement element, an optical fiber module with optical fibers, characterized in that the optical fiber module contains a reading device with a scale for visual monitoring of liquid or gas pressure , the axial displacement element contains a retroreflective pointer with a reflective coating located parallel to the ends of the optical fibers, gradient microlenses are installed at the ends of the fibers, and the reference troystvo provided with a focusing element.

2. The optical pressure indicator according to claim 1, characterized in that the reflective coating is made on the basis of glass beads.