RU150177U1 - DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION - Google Patents
DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION Download PDFInfo
- Publication number
- RU150177U1 RU150177U1 RU2014126720/28U RU2014126720U RU150177U1 RU 150177 U1 RU150177 U1 RU 150177U1 RU 2014126720/28 U RU2014126720/28 U RU 2014126720/28U RU 2014126720 U RU2014126720 U RU 2014126720U RU 150177 U1 RU150177 U1 RU 150177U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- intra
- wear
- temperature
- measuring
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Temperature Or Quantity Of Heat (AREA)
Abstract
1. Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении, содержащее последовательно соединенные источник лазерного излучения, светоделитель, и, как минимум, один измерительный волоконно-оптический световод, второй конец которого предназначен для размещения в изделии на глубине, равной или меньшей расстояния до трущейся поверхности, а также последовательно соединенные, как минимум, один передающий волоконно-оптический световод, детектор и контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении, причем первый конец передающего волоконно-оптического световода соединен со вторым выходом светоделителя, отличающееся тем, что на отрезке измерительного волоконно-оптического световода в области его второго конца сформирован внутриволоконный оптический датчик величины износа и температуры изделия при трении, источник лазерного излучения выполнен как источник непрерывного лазерного излучения, а светоделитель как оптический циркулятор.2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что источник непрерывного лазерного излучения выполнен широкополосным и имеет спектральный диапазон излучения, ширина которого перекрывает ширину спектрального рефлектометрического отклика внутриволоконного оптического датчика, лежащего в этом спектральном диапазоне, во всем диапазоне измеряемых температур.3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутриволоконный оптический датчик выполнен как внутриволоконная решетка Брэгга.4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что внутриволоконный оптический датчик выполнен как внутриволоконная длиннопериодная решетка.1. A device for measuring the amount of wear and temperature of the product during friction, containing a series-connected laser source, a beam splitter, and at least one measuring optical fiber, the second end of which is designed to be placed in the product at a depth equal to or less than the distance to friction surface, as well as sequentially connected at least one transmitting fiber optic fiber, a detector and a controller for determining the amount of wear and temperature of the product during friction, when The first end of the transmitting fiber-optic fiber is connected to the second output of the beam splitter, characterized in that on the segment of the measuring fiber-optic fiber in the region of its second end, an intra-fiber optical sensor for wear and temperature of the product during friction is formed, the laser radiation source is made as a continuous laser source radiation, and the beam splitter as an optical circulator. 2. The device according to claim 1, characterized in that the source of continuous laser radiation is made broadband and has a spectral range of radiation, the width of which overlaps the width of the spectral reflectometric response of an intra-fiber optical sensor lying in this spectral range over the entire range of measured temperatures. The device according to claim 1, characterized in that the intra-fiber optical sensor is designed as an intra-fiber Bragg grating. The device according to claim 1, characterized in that the intra-fiber optical sensor is designed as an intra-fiber long-period grating.
Description
Техническое решение относится к технике оптических измерений одновременно нескольких параметров изделий, в частности к устройствам для измерения величины износа и температуры изделий при трении, и может быть использовано как в процессе их эксплуатации, так и исследовании указанных характеристик при разработке. Рассматриваемые изделия, как правило, являются элементами различных двигателей, турбин, электрических машин, находящихся в контактном движении с другим изделием. Наиболее наглядным примером таких изделий является щеточно-коллекторный узел электрической машины, контролируемым изделием - его щетка, а измеряемыми параметрами - величина износа и температура щетки.The technical solution relates to the technique of optical measurements of several product parameters simultaneously, in particular, to devices for measuring the amount of wear and temperature of products during friction, and can be used both in the process of their operation and in the study of these characteristics during development. Products under consideration are, as a rule, elements of various engines, turbines, and electric machines that are in contact motion with another product. The most obvious example of such products is the brush-collector assembly of an electric machine, the product being controlled is its brush, and the measured parameters are the amount of wear and temperature of the brush.
Устройства для измерения величины износа и температуры изделий при трении выполняются, как правило, встроенными в контролируемое изделие, и, например, содержат расположенные в изделии два контрольных электрических проводника, изолированных от тела изделия, на определенной глубине и регистрирующую аппаратуру (см. А.с. 1809481 СССР, МПК5 H01R 39/58. Устройство для контроля износа щетки / Н.Н. Павлуцкий; опубл. 15.04.1993, Бюл. №14). При этом контролируется пороговая величина износа изделия, определяемая глубиной расположения контрольных электрических проводников, при достижении которой трущимися изделиями разрушается изоляция проводников, проводники замыкаются элементами второго трущегося изделия и в систему регистрации поступает электрический сигнал о достижении порога износа.Devices for measuring the amount of wear and temperature of products during friction are, as a rule, built into the controlled product, and, for example, contain two control electrical conductors located in the product, isolated from the body of the product, at a certain depth and recording equipment (see A.с 1809481 USSR, IPC5 H01R 39/58. Device for controlling brush wear / NN Pavlutsky; publ. 15.04.1993, Bull. No. 14). At the same time, the threshold value of the wear of the product is determined, which is determined by the depth of the control electrical conductors, at which the rubbing products break the insulation of the conductors, the conductors are closed by the elements of the second rubbing product, and an electrical signal is received to the registration system to reach the wear threshold.
Недостатком устройства является отсутствие контроля температуры, которая имеет большое значение для оценки процесса и условий трения. Для измерения температуры необходима установка дополнительного датчика. Обеспечивается лишь пороговая индикация величины износа. Кроме того, в ряде применений, например, в электрических машинах, на контрольные электрические проводники может поступить высокое напряжение питания двигателей, что может привести к выходу из строя измерительной части устройства или потребовать применения специальных дополнительных мер по развязке измерительной части по напряжению.The disadvantage of this device is the lack of temperature control, which is of great importance for assessing the process and friction conditions. To measure the temperature, an additional sensor is required. Only a threshold indication of the amount of wear is provided. In addition, in a number of applications, for example, in electric machines, the control electric conductors can receive a high voltage supply of the motors, which can lead to failure of the measuring part of the device or require special additional measures to decouple the measuring part from the voltage.
Известно волоконно-оптическое устройство для контроля величины износа изделий (см. Пат. 4884434 США, 73/7, G01M 11/08. Датчик износа / Т. Сатаке, Е. Имада; опубл. 05.12.1989), которое содержит в качестве встроенных контрольных проводников несколько петель из отрезков волоконно-оптических световодов, расположенных на различной глубине изделия. Каждый отрезок подключен к источнику лазерного излучения и детектору. При достижении величины износа глубины залегания первой петли отрезок волоконно-оптического световода разрывается, что приводит к формированию на выходе детектора сигнала о соответствующей величине износа, и т.д.A fiber-optic device is known for monitoring the amount of wear of products (see US Pat. No. 4884434, 73/7, G01M 11/08. Wear Sensor / T. Satake, E. Imada; publ. 05.12.1989), which contains control conductors several loops of segments of fiber optic optical fibers located at different depths of the product. Each segment is connected to a laser source and a detector. When the amount of wear of the depth of the first loop is reached, the length of the fiber optic fiber is torn, which leads to the formation of a corresponding value of wear at the detector output, etc.
Данное устройство позволяет избавиться от недостатков устройств, использующих электрические контрольные проводники и возможности поступления высоковольтных напряжений на измерительные схемы. Недостатком устройства является отсутствие контроля температуры, которая имеет большое значение для оценки процесса и условий трения. Для измерения температуры необходима установка дополнительного датчика. Кроме того, обеспечивается лишь пороговая индикация величины износа, хотя и формируется несколько порогов измерения.This device allows you to get rid of the disadvantages of devices that use electrical control conductors and the possibility of high-voltage voltages on the measuring circuit. The disadvantage of this device is the lack of temperature control, which is of great importance for assessing the process and friction conditions. To measure the temperature, an additional sensor is required. In addition, only a threshold indication of the amount of wear is provided, although several measurement thresholds are generated.
Прототипом технического решения является устройство (см. Пат. 8571813 США, 702/34, G01/N 3/56. Волоконно-оптическая сенсорная система для определения износа поверхностей / Джонстон Р.Т.; опубл. 29.10.2013), которое содержит последовательно соединенные источник лазерного излучения, светоделитель, и, как минимум, один измерительный волоконно-оптический световод, второй конец которого размещен в изделии на глубине равной или меньшей расстояния до трущейся поверхности, а также последовательно соединенные, как минимум, один передающий волоконно-оптический световод, детектор и контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении, причем первый конец передающего волоконно-оптического световода соединен со вторым выходом светоделителя, а на втором конце измерительного волоконно-оптического световода дополнительно сформирован участок из переизлучающего материала.The prototype of the technical solution is a device (see US Pat. 8571813 USA, 702/34, G01 /
Прототип работает следующим образом. Переизлучающий материал возбуждается импульсным излучением источника лазерного излучения через светоделитель, и, как минимум, один измерительный волоконно-оптический световод и переизлучает световую энергию на другой длине волны в результате, например, люминесценции. Таким материалом может быть фосфор. Для измерения величины износа и температуры изделия при трении используются характеристики переизлучающего материала. Детектор, отличающийся возможностью проведения как амплитудных, так и спектральных измерений с определением длин волн поступающего на него излучения, регистрирует через светоделитель и передающий волоконно-оптический световод излучение от переизлучающего материала и определяет величину износа по амплитудным характеристикам переизлучения, изменяющимся при стирании переизлучающего материала, и температуру - по спектральным характеристикам переизлучения, а именно, зависящей от температуры длине волны переизлучения.The prototype works as follows. The re-emitting material is excited by pulsed radiation from a laser source through a beam splitter, and at least one measuring fiber optic fiber re-emits light energy at a different wavelength as a result of, for example, luminescence. Such material may be phosphorus. To measure the amount of wear and temperature of the product during friction, the characteristics of the re-emitting material are used. A detector characterized by the possibility of performing both amplitude and spectral measurements with determining the wavelengths of the radiation arriving at it, detects radiation from the re-emitting material through a beam splitter and a fiber-optic optical fiber and determines the amount of wear based on the amplitude characteristics of re-radiation, which changes when the re-emitting material is erased, and temperature - according to the spectral characteristics of re-radiation, namely, the temperature-dependent wavelength of re-radiation.
Прототип в отличие от описанных выше аналогов позволяет одновременно измерять как величину износа, так и температуру изделия, которая имеет большое значение для оценки процесса и условий трения, и соответственно к оценке качества работы изделия в целом.The prototype, in contrast to the analogs described above, allows you to simultaneously measure both the amount of wear and the temperature of the product, which is of great importance for assessing the process and friction conditions, and accordingly to assessing the quality of the product as a whole.
Недостатком прототипа является сложность конструкции, определяемая, в том числе, необходимостью использования химически активного переизлучающего материала, его установки в изделие и обеспечения надежного контакта с волоконно-оптическим световодом. Использование переизлучающего материала, позволяет постоянно контролировать величину износа, однако, используется относительно небольшая толщина переизлучающего материала, что приводит к необходимости использования нескольких волокон, расположенных в изделии на различных глубинах, для обеспечения заданного диапазона измерений величины износа. Сам метод измерения величины износа громоздок и сложен при реализации. Следует отметить относительно невысокую точность и измерения температуры при использовании метода люминесценции.The disadvantage of the prototype is the design complexity, determined, inter alia, by the need to use chemically active re-emitting material, install it in the product and ensure reliable contact with the fiber optic fiber. The use of re-emitting material allows you to constantly monitor the amount of wear, however, a relatively small thickness of the re-emitting material is used, which leads to the need to use several fibers located in the product at different depths to ensure a given measurement range of the amount of wear. The method of measuring wear is cumbersome and difficult to implement. It should be noted the relatively low accuracy and temperature measurements using the luminescence method.
Решаемая техническая задача заключается в повышении диапазона непрерывного измерения величины износа, приходящегося на одно волокно, повышение точности измерений величины износа и температуры, упрощении конструкции устройства.The technical problem to be solved is to increase the range of continuous measurement of the amount of wear per fiber, increase the accuracy of measurements of the amount of wear and temperature, and simplify the design of the device.
Решаемая техническая задача в устройстве для измерения величины износа и температуры изделия при трении, содержащем последовательно соединенные источник лазерного излучения, светоделитель, и, как минимум, один измерительный волоконно-оптический световод, второй конец которого предназначен для размещения в изделии на глубине равной или меньшей расстояния до трущейся поверхности, а также последовательно соединенные, как минимум, один передающий волоконно-оптический световод, детектор и контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении, причем первый конец передающего волоконно-оптического световода соединен со вторым выходом светоделителя, достигается тем, что на отрезке измерительного волоконно-оптического световода в области его второго конца сформирован внутриволоконный оптический датчик величины износа и температуры изделия при трении, источник лазерного излучения выполнен как источник непрерывного лазерного излучения, а светоделитель как оптический циркулятор.The technical problem to be solved is a device for measuring the amount of wear and temperature of a product during friction, which contains a laser radiation source, a beam splitter, and at least one measuring optical fiber, the second end of which is designed to be placed in the product at a depth equal to or less than the distance to the rubbing surface, as well as connected in series to at least one transmitting fiber-optic optical fiber, a detector and a controller for determining the amount of wear and temperature rounds of the product during friction, the first end of the transmitting fiber optic fiber connected to the second output of the beam splitter, is achieved by the fact that on the segment of the measuring fiber optic fiber in the region of its second end, an intra-fiber optical sensor for wear and temperature of the product during friction is formed, a laser radiation source made as a source of continuous laser radiation, and the beam splitter as an optical circulator.
Источник непрерывного лазерного излучения может быть выполнен широкополосным и имеет спектральный диапазон излучения, ширина которого перекрывает ширину спектрального рефлектометрического отклика внутриволоконного оптического датчика, также лежащего в этом спектральном диапазоне, во всем диапазоне измеряемых температур.A source of continuous laser radiation can be made broadband and has a spectral range of radiation, the width of which overlaps the width of the spectral reflectometric response of an intra-fiber optical sensor, also lying in this spectral range, in the entire range of measured temperatures.
Устройство может быть выполнено с использованием внутриволоконного оптического датчика на основе внутриволоконной решетки Брэгга.The device can be performed using an intra-fiber optical sensor based on an intra-fiber Bragg grating.
Устройство может быть выполнено с использованием внутриволоконного оптического датчика на основе внутриволоконной длиннопериодной решетки.The device can be performed using an intra-fiber optical sensor based on an intra-fiber long-period grating.
На фиг. 1 изображена структурная схема устройства с изделием.In FIG. 1 shows a block diagram of a device with an article.
На фиг. 2 представлен алгоритм работы контроллера определения величины износа и температуры изделия при трении.In FIG. 2 shows the algorithm of the controller for determining the amount of wear and temperature of the product during friction.
Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении (фиг. 1) содержит последовательно соединенные источник 1 лазерного излучения, оптический циркулятор 2, и, как минимум, один измерительный волоконно-оптический световод 3, а также последовательно соединенные, как минимум, один передающий волоконно-оптический световод 4, детектор 5 и контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении 6, причем первый конец передающего волоконно-оптического световода 4 соединен со вторым выходом оптического циркулятора 2. Кроме того на отрезке длиной L измерительного волоконно-оптического световода 3 в области его второго конца сформирован внутриволоконный оптический датчик 7 величины износа и температуры изделия 8 при трении, размещенный в изделии 8 на глубине H равной или меньшей расстояния R до трущейся поверхности, источник 1 лазерного излучения выполнен как источник непрерывного лазерного излучения.A device for measuring the amount of wear and temperature of the product during friction (Fig. 1) contains a
Устройство может быть выполнено с использованием широкополосного источника 1 непрерывного лазерного излучения и имеет спектральный диапазон излучения, ширина которого перекрывает ширину спектрального рефлектометрического отклика внутриволоконного оптического датчика 7, также лежащего в этом спектральном диапазоне, во всем диапазоне измеряемых температур.The device can be made using a
Устройство может быть выполнено с использованием внутриволоконного оптического датчика 7 на основе внутриволоконной решетки Брэгга.The device can be performed using an intra-fiber
Устройство может быть выполнено с использованием внутриволоконного оптического датчика 7 на основе внутриволоконной длиннопериодной решетки.The device can be performed using an intra-fiber
Рассмотрим работу устройства для измерения величины износа и температуры изделия при трении.Consider the operation of the device for measuring the amount of wear and temperature of the product during friction.
Подключают компоненты схемы согласно фиг. 1, подключают источник лазерного излучения 1, детектор 5 и контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении 6 к источникам питания, осуществляют запись программы обработки сигнала согласно алгоритму приведенному на фиг. 2 в контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении 6. В изделии 8 располагают часть измерительного волоконно-оптического световода 3, второй конец которого размещен в изделии 8 на глубине H равной или меньшей расстояния R до трущейся поверхности изделия 8 и какого-либо другого изделия (на фиг. 1 не показано). При этом на отрезке длиной L измерительного волоконно-оптического световода 3 в области его второго конца (расстояние от края оптического датчика до края измерительного оптического световода должна быть не менее требуемой разрешающей способности измерения величины износа изделия при трении) сформирован внутриволоконный оптический датчик 7 величины износа и температуры изделия при трении. Внутриволоконный оптический датчик 7 может быть построен на основе внутриволоконной решетки Брэгга, а так же - на основе внутриволоконной длиннопериодной решетки. Расстояние H-L=P величина постоянная и определяет разницу между глубиной установки внутриволоконного оптического датчика и его длиной. Величина P может быть равно 0, а R=H, что и будет принято для упрощения пояснения работы устройства.The components of the circuit according to FIG. 1, a
Тогда величина износа изделия при трении будет определяться как:Then the amount of wear of the product during friction will be determined as:
т.е. для измерения величины износа изделия при трении осуществляют измерение длины внутриволоконного оптического датчика 7.those. to measure the amount of wear of the product during friction, the length of the fiber
Для измерения температуры изделия при трении производят измерение центральной резонансной длины волны λi рефлектометрического отклика внутриволоконного оптического датчика 7, которая при калиброванном значении температуры TC после установки в изделие равна для решетки Брэгга:To measure the temperature of the product during friction, the central resonance wavelength λ i of the reflectometric response of the intra-fiber
а для длиннопериодной решетки:and for a long-period grating:
где n - эффективный показатель преломления основной моды сердцевины решетки Брэгга; Δn - разность эффективных показателей преломления сердцевины и оболочки длиннопериодной решетки; ΛBG и ΛLPG - соответственно период решетки Брэгга и длиннопериодной решетки (См. Васильев, С.А. Волоконные решетки показателя преломления и их применения / С.А. Васильев, О.И. Медведков, И.Г. Королев, А.С. Божков, А.С. Курков, Е.М. Дианов // Квантовая электроника. - 2005. - Т. 35, №12. - С. 1085-1103).where n is the effective refractive index of the main mode of the core of the Bragg grating; Δn is the difference between the effective refractive indices of the core and shell of the long-period grating; Λ BG and Λ LPG , respectively, the period of the Bragg lattice and the long-period lattice (See Vasiliev, S.A. Fiber gratings of the refractive index and their applications / S.A. Vasiliev, O.I. Medvedkov, I.G. Korolev, A. S. Bozhkov, A.S. Kurkov, E.M. Dianov // Quantum Electronics. - 2005.- V. 35, No. 12. - S. 1085-1103).
При изменении температуры изменяется центральная резонансная длина волны рефлектометрического отклика, которая является функцией температуры изделия, а ее изменение описывается следующим выражением для внутриволоконной решетки Брэгга, встроенной в изделии:As the temperature changes, the central resonance wavelength of the reflectometric response changes, which is a function of the temperature of the product, and its change is described by the following expression for the Bragg intra-fiber lattice integrated in the product:
где ΔT - изменение температуры; α - коэффициент теплового расширения кварцевого стекла.where ΔT is the temperature change; α is the coefficient of thermal expansion of quartz glass.
Соотношение (3) дает типичный сдвиг λBG в зависимости от температуры ~0,01 нм/°C. (См. там же).Relation (3) gives a typical shift of λ BG depending on the temperature of ~ 0.01 nm / ° C. (See ibid.)
Для внутриволоконной длиннопериодной решетки определяется сдвиг ΔλLPG For an intrafiber long-period grating, the shift Δλ LPG is determined
Соотношение (4) дает типичный сдвиг ΔλLPG в зависимости от температуры ~0,1 нм/°C. (См. там же).Relation (4) gives a typical shift Δλ LPG depending on the temperature of ~ 0.1 nm / ° C. (See ibid.)
Таким образом, измерение температуры будет определяться зависимостью:Thus, the temperature measurement will be determined by the dependence:
или, выраженное через температуру из уравнений (2)-(5) и из условий:or, expressed in terms of temperature from equations (2) - (5) and from the conditions:
где - измеренная центральная резонансная длина волны рефлектометрического отклика внутриволоконного оптического датчика 7; TM - измеряемая температура изделия, i - BG или LPG, в зависимости от типа решетки на которой выполнен внутриволоконный оптический датчик 7.Where - the measured central resonant wavelength of the reflectometric response of the intrafiber
Для измерения температуры источник 1 лазерного излучения генерирует непрерывное излучение. Данное излучение через оптический циркулятор 2, поступает на измерительный волоконно-оптический световод 3 и через него во внутриволоконный оптический датчик 7.To measure the temperature, the
Рефлектометрический отклик внутриволоконного оптического датчика 7 через измерительный волоконно-оптический световод 3, первый и второй выход оптического циркулятора 2, передающий волоконно-оптический световод 4 поступает на детектор 5, в котором регистрируется - измеренная центральная резонансная длина волны рефлектометрического отклика внутриволоконного оптического датчика 7. Полученная информация поступает в контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении 6, в котором по полученным значениям , заложенным калибровочным значениям λi, TC, Δλi/ΔT и в соответствии с (7) определяется температуры изделия при трении. Полученное значение поступает на устройство отображения информации (на фиг. 1 устройство отображения информации не показано).The reflectometric response of the intra-fiber
Для измерения величины износа изделия при трении используется та же процедура, что и для измерения температуры до момента обработки информации о рефлектометрическом отклике внутриволоконного оптического датчика 7 в детекторе 5.To measure the amount of wear of the product during friction, the same procedure is used as for measuring the temperature until the information about the reflectometry response of the intra-fiber
Внутриволоконный оптический датчик 7 формирует рефлектометрический отклик с амплитудой Ai на центральной резонансной длине волны , которая является функцией от его длины L.The intra-fiber
Для внутриволоконного оптического датчика 7, выполненного на основе внутриволоконной решетки Брэгга, эта функция может быть описана следующим выражением:For an intra-fiber
где кBG - коэффициент связи внутриволоконной решетки Брэгга, который для однородных внутриволоконных решеток Брэгга постоянен (См. там же).where k BG is the coupling coefficient of the Bragg intra-fiber lattice, which is constant for homogeneous Bragg intra-fiber lattices (See ibid.).
Для внутриволоконного оптического датчика 7, выполненного на основе внутриволоконной длиннопериодной решетки, эта функция может быть описана следующим выражением:For an intra-fiber
где кLPG - коэффициент связи внутриволоконной длиннопериодной решетки, который для однородных внутриволоконных длиннопериодных решеток постоянен (См. там же).where k LPG is the coupling coefficient of the long-period interfiber lattice, which is constant for homogeneous long-wavelength interfiber lattices (see ibid.).
Из приведенных выражений видно, что при изменении L, которое в нашем случае будет вызвано износом изделия и соответствующим уменьшением длины внутриволоконного оптического датчика 7, будет происходить изменение амплитуды его рефлектометрического отклика: в случае использования внутриволоконной решетки Брэгга в соответствии с выражением (8), в случае использования внутриволоконной длиннопериодной решетки в соответствии с выражением (9).It can be seen from the above expressions that with a change in L, which in our case will be caused by wear of the product and a corresponding decrease in the length of the intrafiber
Определим зависимости Li(Ai) для внутриволоконного оптического датчика 7:Let us determine the dependences L i (A i ) for the intra-fiber optical sensor 7:
- при использовании внутриволоконной решетки Брэгга- when using the Bragg intra-fiber grating
- при использовании длиннопериодной решетки- when using a long-period grating
Таким образом, рефлектометрический отклик внутриволоконного оптического датчика 7 через измерительный волоконно-оптический световод 3, первый и второй выход оптического циркулятора 2, передающий волоконно-оптический световод 4 поступает на детектор 5, в котором регистрируется Ai - измеренная центральная резонансная длина волны рефлектометрического отклика внутриволоконного оптического датчика 7. Полученная информация поступает в контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении 6, в котором по полученным значениям Ai, заложенным значениям кi, R, в соответствии с (10) для случая использования решетки Брэгга (i=BG) и в соответствии с (11) для случая использования длиннопериодной решетки (i=LPG) из (1) определяется величина износа ΔR изделия при трении, полученное значение поступает на устройство отображения информации (на фиг. 1 устройство отображения информации не показано).Thus, the reflectometric response of the intra-fiber
Преимущества использования внутриволоконного оптического датчика 7 на основе внутриволоконной решетки Брэгга и внутриволоконной длиннопериодной решетки заключаются в уникальном преобразовании измеряемой температуры в смещение длин волн, отраженного от них излучения, и в возможности простого изготовления. При этом сам внутриволоконный оптический датчик 7 является неотделимой частью измерительного волоконно-оптического световода 3, что еще больше упрощает конструкцию устройства по сравнению с прототипом. Кроме того, как было показано выше, решетки способны одновременно измерять и величину износа. При типовых значениях длин внутриволоконных решеток Брэгга 5-30 мм и внутриволоконных длиннопериодных решеток 20-60 мм только одно волокно требуется для измерения величины износа изделия при трении на указанную величину.The advantages of using the intra-fiber
Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении может быть реализовано с использованием различных типов измерительных волоконно-оптических световодов 3 и передающих волоконно-оптических световодов 4, конкретный вид которых определяется в зависимости от решаемых задач: диапазона измеряемых температур, физико-химических свойств изнашиваемого материала и т.д. Это могут быть кварцевые, германиевые, полимерные, сапфировые и др. волоконно-оптические световоды. Во всех указанных волоконно-оптических световодах могут быть сформированы внутриволоконные оптические датчики 7 на основе решеток Брэгга или длиннопериодных решеток.A device for measuring the amount of wear and temperature of a product during friction can be implemented using various types of measuring fiber optic
Устройство для измерения величины износа и температуры изделия при трении может быть реализовано на следующих элементах, рассчитанных на работу на длине волны 1550 нм:A device for measuring the amount of wear and temperature of a product during friction can be implemented on the following elements, designed to operate at a wavelength of 1550 nm:
- источника 1 лазерного излучения для получения непрерывного широкополосного излучения SLD-1550-3 - лазерный диод фирмы «Super-lum»;-
- оптический циркулятор 2 - циркулятор 3PIOC-1550 фирмы «Flyin»;- optical circulator 2 - 3PIOC-1550 circulator of the Flyin company;
- измерительный волоконно-оптический световод 3 и передающий волоконно-оптический световод 4 - волоконно-оптический световод SMF-28 фирмы «Corning»;- measuring
- внутриволоконный оптический датчик 7 на основе внутриволоконной решетки Брэгга или длиннопериодной решетки, записанных на волокне SMF-28 в НЦВО «Фотоника» (Москва), НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), Инверсия-Файбер (Новосибирск), Инверсия-Сенсор (Пермь) и т.д., либо покупные датчики этих фирм и фирмы FiberSense;- an intra-fiber
- детектор 5 - LSIPD-175-FA волоконно-оптические InGaAs PIN фотоприемники (приемные модули) фирмы IFP;- detector 5 - LSIPD-175-FA fiber-optic InGaAs PIN photodetectors (receiving modules) from IFP;
- контроллер определения величины износа и температуры изделия при трении 6 - микропроцессорный контроллер на базе чипов фирм Atmel, Microchip и т.д.- a controller for determining the amount of wear and temperature of the product during friction; 6 - a microprocessor controller based on chips from Atmel, Microchip, etc.
При реализации устройства для измерения величины износа и температуры изделия при трении все указанные блоки генерации, приема и обработки сигналов могут быть выполнены на едином кристалле или в интегральном исполнении.When implementing a device for measuring the amount of wear and temperature of a product during friction, all of the indicated blocks for generating, receiving and processing signals can be performed on a single chip or in an integral design.
По сравнению с устройством по прототипу, для измерения величины износа и температуры изделия при трении с помощью оптических датчиков, включая датчики с переизлучающим материалом, в том числе выполненные на едином кристалле или в интегральном исполнении, у которых существует зависимость рефлектометрического отклика по амплитуде от величины износа и по длине волны их спектральной характеристики от температуры, предложенное устройство внутриволоконного оптического датчика не требует:Compared with the prototype device, for measuring the amount of wear and temperature of the product during friction using optical sensors, including sensors with re-emitting material, including those made on a single chip or in an integrated version, in which there is a dependence of the reflectometric response in amplitude on the amount of wear and according to the wavelength of their spectral characteristics of temperature, the proposed device intrafiber optical sensor does not require:
во-первых, значительного количества измерительных волоконно-оптических световодов для перекрытия всего диапазона измеряемых величин износа и позволяет непрерывно измерять износ в пределах 5-30 мм для решеток Брэгга и 20-60 мм для длиннопериодных решеток, при этом одновременно проводить измерение температуры;firstly, a significant number of measuring fiber optic fibers to cover the entire range of measured wear values and allows you to continuously measure wear within 5-30 mm for Bragg gratings and 20-60 mm for long-period gratings, while simultaneously taking temperature measurements;
во-вторых, применения химически активных переизлучающих материалов, например, фосфора, что позволяет избежать сложностей стыковки указанного материала с оптической частью прибора и самой его эксплуатации, а также позволяет изготавливать цельный измерительный волоконно-оптический световод с встроенным в него без механических соединений внутриволоконным оптическим датчиком.secondly, the use of chemically active re-emitting materials, for example, phosphorus, which avoids the difficulties of joining the specified material with the optical part of the device and its operation, and also allows the manufacture of an integral measuring fiber-optic fiber with a fiber-optic sensor integrated in it without mechanical connections .
Указанное выше, позволяет судить о существенном упрощении конструкции устройства в целом.The above, allows us to judge a significant simplification of the design of the device as a whole.
Испытания опытного устройства измерения величины износа и температуры изделия при трении, выполненных на внутриволоконных решетках Брэгга, изготовленных в НИИ ПРЭФЖС КНИТУ-КАИ (Казань), откалиброванных на оптических анализаторах спектра EXFO там же, показали, что использование устройства на одном измерительном волоконно-оптическом световоде для измерения величины износа позволило измерить износ в диапазоне до 25 мм с разрешающей способностью в 100 мкм и температуру изделия при трении в диапазоне до 180°C при погрешности измерения температуры 0,1°C. При этом погрешность измерения величины износа и температуры определялась в основном погрешностью АЦП контроллера определения величины износа и температуры и значительно превышает погрешности измерения прототипа.Tests of an experimental device for measuring the amount of wear and temperature of a product during friction performed on Bragg intra-fiber gratings manufactured at the Scientific Research Institute of Advanced Research and Development of Optics and Optics KNITU-KAI (Kazan), calibrated on EXFO optical spectrum analyzers in the same place, showed that the device was used on one measuring optical fiber optical fiber to measure the amount of wear, it was possible to measure wear in the range up to 25 mm with a resolution of 100 μm and the product temperature during friction in the range up to 180 ° C with a temperature
Все это позволяет говорить о достижении решения поставленной технической задачи - повышении диапазона непрерывного измерения величины износа, приходящегося на одно волокно, повышение точности измерений величины износа и температуры, упрощении конструкции устройства.All this allows us to talk about achieving a solution to the technical problem - increasing the range of continuous measurement of the amount of wear per fiber, improving the accuracy of measuring the amount of wear and temperature, simplifying the design of the device.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126720/28U RU150177U1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014126720/28U RU150177U1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU150177U1 true RU150177U1 (en) | 2015-02-10 |
Family
ID=53292670
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014126720/28U RU150177U1 (en) | 2014-07-01 | 2014-07-01 | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU150177U1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2557577C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Measuring device of value of wear and temperature of product at friction |
-
2014
- 2014-07-01 RU RU2014126720/28U patent/RU150177U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2557577C1 (en) * | 2014-07-01 | 2015-07-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Казанский национальный исследовательский технический университет им. А.Н. Туполева-КАИ" (КНИТУ-КАИ) | Measuring device of value of wear and temperature of product at friction |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Hoffmann et al. | Applications of fibre optic temperature measurement. | |
CN110440838B (en) | Multi-parameter optical fiber sensing instrument and sensing method based on multi-core optical fiber | |
US20150069996A1 (en) | Optical fiber for a sensor and a power device monitoring system | |
Zhou et al. | Simultaneous strain and temperature measurement with fiber Bragg grating and multimode fibers using an intensity-based interrogation method | |
CN210089716U (en) | Multi-parameter synchronous sensing acquisition instrument based on multi-core optical fiber sensing | |
CN101556193A (en) | Device and method for calibrating a fibre optic temperature measuring system | |
Li et al. | Power-referenced optical fiber refractometer based on a hybrid fiber grating | |
US11131544B2 (en) | Optical fibre curvature sensor and measurement device comprising said sensor | |
RU2557577C1 (en) | Measuring device of value of wear and temperature of product at friction | |
RU170835U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION | |
US11391645B2 (en) | Birefringent multi-peak optical reference element and birefringent sensor system | |
EP3172545B1 (en) | Temperature sensor | |
RU2631082C1 (en) | Device for measuring wear amount and temperature of product at friction (versions) | |
RU150177U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION | |
CN108801500A (en) | Fiber-optical grating temperature sensor based on chaos associated fiber ring attenuation and vibration technique | |
CN110440837B (en) | Multi-parameter optical fiber synchronous sensing acquisition instrument and sensing acquisition method | |
Miao et al. | Simultaneous measurement of strain and temperature using single tilted fibre Bragg grating | |
RU166821U1 (en) | DEVICE FOR MEASURING THE VALUE OF WEAR AND PRODUCT TEMPERATURE DURING FRICTION | |
RU2413259C1 (en) | Method of detecting signals of measuring transducers based on bragg gratings, recorded in single fibre optical guide | |
RU2491523C1 (en) | Fibre-optic thermometer | |
CN108489631A (en) | A kind of absorption spectrum intensity compares temp measuring method | |
Wo et al. | A compact all fiber refractive index sensor based on modal interference | |
Kuznetsov et al. | FBG based brush length sensors for onboard measurement systems | |
Christensen et al. | A fiberoptic temperature sensor using wavelength-dependent detection | |
CN109668652A (en) | A kind of optical fibre temperature survey apparatus of glass tube filling |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MG1K | Anticipatory lapse of a utility model patent in case of granting an identical utility model |
Ref document number: 2014126786 Country of ref document: RU Effective date: 20150727 |