RU179547U1 - FIBER OPTICAL VIBRATION REGISTRATION DEVICE - Google Patents
FIBER OPTICAL VIBRATION REGISTRATION DEVICE Download PDFInfo
- Publication number
- RU179547U1 RU179547U1 RU2017139623U RU2017139623U RU179547U1 RU 179547 U1 RU179547 U1 RU 179547U1 RU 2017139623 U RU2017139623 U RU 2017139623U RU 2017139623 U RU2017139623 U RU 2017139623U RU 179547 U1 RU179547 U1 RU 179547U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- loop
- radiation source
- electromagnetic radiation
- vibrations
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002839 fiber optic waveguide Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники. Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций содержит корпус, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности, последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучении, чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода, размещенного в корпусе устройства, и фотоприемник, входящий в блок обработки информации. Чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства. В верхней части петли световода закреплен груз, а вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний. Источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны. Технический результат – непрерывная регистрация вибрации контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства. 7ил.The utility model relates to the field of measurement technology. The fiber-optic device for recording vibrations contains a housing mounted for attachment to a controlled surface, an electromagnetic radiation source connected in series with a fiber optic fiber, a sensing element made in the form of a portion of a fiber optical fiber housed in the device body, and a photodetector included in the information processing unit . The sensitive element is made in the form of a fiber loop fixed on the base of the device. A load is fixed in the upper part of the loop of the fiber, and along the lower part of the loop there are bumpers for damping horizontal vibrations. The electromagnetic radiation source is configured to switch the working wavelength. EFFECT: continuous recording of vibration of a controlled object in the absence of the need to adjust the operating point before operating the device. 7il.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к датчикам вибрации, и может быть использовано для регистрации вибраций.The utility model relates to measuring equipment, namely to vibration sensors, and can be used to record vibrations.
Известен волоконно-оптический акселерометр, содержащий корпус, маятник с инерционной массой цилиндрической формы, две упругие цилиндрические подложки, одна из которых контактирует с одним торцом инерционной массы, две волоконные катушки, намотанные с натягом на боковые поверхности упругих цилиндрических подложек, образующие двухлучевой интерферометр, когерентный двухволновой источник света, блок обработки, состоящий из двух фотоприемников, оптического спектрально-делительного устройства, двух усилителей, двух интеграторов, двух компараторов, двух электронных ключей, двух блоков опорных напряжений, двух управляемых масштабирующих устройства, двух аналого-цифровых преобразователей и делительного устройства (патент РФ 2115933, 1998.07.20).Known fiber-optic accelerometer containing a housing, a pendulum with an inertial mass of cylindrical shape, two elastic cylindrical substrates, one of which is in contact with one end of the inertial mass, two fiber coils wound tightly on the side surfaces of the elastic cylindrical substrates, forming a double-beam interferometer, coherent two-wave light source, processing unit, consisting of two photodetectors, optical spectral-dividing device, two amplifiers, two integrators, two co comparators, two electronic switches, two reference voltages blocks, two controllable scaling device, two analog-digital converters and divider (RF Patent No. 2115933, 1998.07.20).
Недостатками известного устройства являются относительная сложность оптической схемы устройства, необходимость настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства; низкая устойчивость выходного сигнала к неконтролируемым температурным изменениям окружающей среды; необходимость обработки интерференционного сигнала для получения измерительной информации.The disadvantages of the known device are the relative complexity of the optical circuit of the device, the need to configure the operating point before operating the device; low stability of the output signal to uncontrolled temperature changes in the environment; the need to process the interference signal to obtain measurement information.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является волоконно-оптический акселерометр, состоящий из корпуса, жестко зафиксированного на нем маятника, чувствительного элемента в виде одномодового волоконного световода, содержащего участок с уменьшенным диаметром сердцевины, при этом корпус выполнен герметичным и заполнен средой, демпфирующей собственные колебания маятника, маятник представляет собой плоскую пружину, один конец которой закреплен на корпусе, а другой - на волоконном световоде вне участка с уменьшенным диаметром сердцевины таким образом, чтобы обеспечить его начальное смещение в продольном направлении (патент РФ №132564 от 20.09.2013 г.). Данное устройство принято за прототип.The closest device of the same purpose to the claimed utility model in terms of features is a fiber optic accelerometer, consisting of a housing, a pendulum rigidly fixed on it, a sensing element in the form of a single-mode fiber waveguide containing a section with a reduced core diameter, and the housing is sealed and filled with a medium damping the natural oscillations of the pendulum, the pendulum is a flat spring, one end of which is fixed to the housing, and the other to the wave horse fiber portion is of reduced diameter of the core so as to ensure its initial displacement in the longitudinal direction (RF Patent №132564 from 09.20.2013 g). This device is taken as a prototype.
Известное устройство позволяет производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства и упрощенной конструкции.The known device allows for continuous registration of vibrations of a controlled object in the absence of the need to configure the operating point before operating the device and a simplified design.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, - корпус, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности; последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучения, чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода, размещенного в корпусе устройства, и фотоприемник, входящий в блок обработки информации.Signs of the prototype, coinciding with the essential features of the claimed utility model, - the housing is installed with the possibility of attachment to a controlled surface; a source of electromagnetic radiation connected in series with a fiber optic waveguide, a sensing element made in the form of a portion of a fiber light guide located in the device body, and a photodetector included in the information processing unit.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является расширение арсенала технических средств регистрации вибраций, позволяющих производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства.The task to which the claimed technical solution is directed is to expand the arsenal of technical means for recording vibrations, allowing continuous recording of vibrations of a controlled object in the absence of the need to configure the operating point before operating the device.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном волоконно-оптическом устройстве регистрации вибраций, содержащем корпус, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности, последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучения, чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода, размещенного в корпусе устройства, и фотоприемник, входящий в блок обработки информации, согласно полезной модели чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства, в верхней части петли световода закреплен груз, а вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний, при этом источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.The problem was solved due to the fact that in the known fiber-optic device for detecting vibrations, comprising a housing mounted with the possibility of attachment to a controlled surface, an electromagnetic radiation source, a sensing element made in the form of a portion of a fiber, placed in series as a fiber in the device case, and the photodetector included in the information processing unit, according to the utility model, the sensitive element is made in the form of a loop whether the fiber is fixed on the base of the device body, the load is fixed in the upper part of the fiber loop, and along the lower part of the loop there are boards for damping horizontal vibrations, while the electromagnetic radiation source is capable of switching the working wavelength.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства; в верхней части петли световода закреплен груз; вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний; источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.Signs of the proposed technical solution, distinctive from the prototype - the sensitive element is made in the form of a fiber loop fixed to the base of the device; a load is fixed in the upper part of the fiber optic loop; along the lower part of the loop there are bumpers for damping horizontal vibrations; the electromagnetic radiation source is configured to switch the working wavelength.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства. Расширяется арсенал технических средств регистрации вибраций.Distinctive features in combination with the known ones will allow continuous recording of vibrations of the controlled object in the absence of the need to configure the operating point before operating the device. The arsenal of technical means of recording vibration is expanding.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-7.The proposed device is illustrated by the drawings shown in FIG. 1-7.
На фиг. 1 представлена схема волоконно-оптического устройства регистрации вибраций.In FIG. 1 is a diagram of a fiber optic vibration recording device.
На фиг. 2 представлена конструкция чувствительного элемента.In FIG. 2 shows the design of the sensing element.
На фиг. 3 представлена деформация волокна при колебаниях грузика, закрепленного на волоконном световоде.In FIG. Figure 3 shows the deformation of a fiber during vibrations of a weight mounted on a fiber waveguide.
На фиг. 4 - зависимости ΔР от относительной амплитуды колебаний при частоте 40 Гц и разных диаметрах изгиба: 1 - d=16 мм, 2 - 18 мм, 3 - 20 мм.In FIG. 4 - dependences ΔР on the relative amplitude of oscillations at a frequency of 40 Hz and different bending diameters: 1 - d = 16 mm, 2 - 18 mm, 3 - 20 mm.
На фиг. 5 - зависимости ΔР от относительной амплитуды при разных массах m: 1-m=50 мг, 2-70, 3-100, 4-130, 5-160. Частота 80 Гц, диаметре петли 18 мм.In FIG. 5 - dependences ΔР on the relative amplitude for different masses m: 1-m = 50 mg, 2-70, 3-100, 4-130, 5-160. Frequency 80 Hz, loop diameter 18 mm.
На фиг. 6 - динамика изменения мощности при разных относительных амплитудах колебаний, диаметр изгиба 18 мм, частота 40 Гц. 1 - S/S0=10%, 2-15%, 3-20%.In FIG. 6 - dynamics of power changes at different relative amplitudes of oscillations, bending diameter 18 mm,
На фиг. 7 - зависимости ΔР от относительной амплитуды колебаний, диаметр изгиба 18 мм, для разных частот. 1-40 Гц, 2-80 Гц.In FIG. 7 - dependences ΔР on the relative amplitude of oscillations, the bending diameter of 18 mm, for different frequencies. 1-40 Hz, 2-80 Hz.
Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций (фиг. 1) содержит источник электромагнитного излучения - лазер 1, чувствительный элемент 2, фотоприемник 3, входящий в блок обработки информации 4 (персональный компьютер ПК).The fiber-optic device for recording vibrations (Fig. 1) contains an electromagnetic radiation source - a
Чувствительный элемент 2 с одной стороны подключен к фотоприемнику 3, ас другой стороны соединен с источником электромагнитного излучения 1 при помощи волоконного световода 5. Источник электромагнитного излучения 1 выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.The
Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций (фиг. 2) содержит корпус 6, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности. Чувствительный элемент 2 выполнен в виде участка волоконного световода и размещен в корпусе 6 устройства. Чувствительный элемент выполнен в виде петли 7 световода, закрепленной на основании корпуса 6 устройства. В верхней части петли 7 световода закреплен груз 8, а вдоль нижней части петли 7 установлены бортики 9 для гашения горизонтальных колебаний. В качестве волоконного световода может быть использован одномодовый или многомодовый волоконный световод. Чувствительный элемент 2 во время работы устанавливается на контролируемый объект.Fiber-optic device for recording vibrations (Fig. 2) contains a
В заявленной конструкции амплитудная регистрация сигнала, возможно использование некогерентного источника излучения.In the claimed design, the amplitude registration of the signal, it is possible to use an incoherent radiation source.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Излучение от источника 1 направляется к чувствительному элементу 2 по волокну 5, устойчивому к изгибам (фиг. 1, 2). Наличие вибрации вызывает вертикальные колебания груза 8, что в свою очередь приводит к изменению диаметра изогнутого волокна (фиг. 3). Часть излучения, проходящего через изогнутое волокно 7, покидает световод по причине нарушения полного внутреннего отражения, следовательно, увеличиваются потери мощности. Свет, прошедший через чувствительный элемент 2, распространяется далее по световоду 5 и попадает на фотоприемник 3. Сигнал с фотоприемника 3 обрабатывается с помощью специализированных программ на ПК 4.The radiation from the
На фиг. 4-5 приведены результаты измерения потери мощности Р на чувствительном элементе при различных диаметрах петли, а также зависимость потерь мощности от массы груза в чувствительном элементе.In FIG. Figures 4-5 show the results of measuring the power loss P on the sensitive element at various loop diameters, as well as the dependence of the power loss on the mass of the load in the sensitive element.
На основании данных фиг. 4-5 можно выбирать требуемую чувствительность на этапе сборки, варьируя массой груза и диаметром петли.Based on the data of FIG. 4-5, you can select the required sensitivity at the assembly stage, varying the mass of the load and the diameter of the loop.
Для измерения вибрации реализована экспериментальная установка, схема которой приведена на фиг. 1. В качестве источника излучения 1 использован лазер Thorlabs SFL1550S с рабочей длиной волны 1550 нм. Чувствительный элемент 2 реализован из оптического волокна Corning SMF-28 Ultra в виде петли с диаметром 18 мм и массой груза 70 мг. Изменение потери мощности при воздействии вибрации производилось фотоприемником 3 Thorlabs РМ-200.To measure vibration, an experimental setup was implemented, the circuit of which is shown in FIG. 1. As a
Результаты измерений потери мощности приведены на фиг. 6-7.The power loss measurement results are shown in FIG. 6-7.
По полученным результатам видно, что величина потери мощности в чувствительном элементе находится в зависимости от частоты и амплитуды вибрации.According to the results obtained, it is seen that the magnitude of the power loss in the sensitive element depends on the frequency and amplitude of the vibration.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства. Расширяется арсенал технических средств регистрации вибраций.Thus, the proposed device allows for continuous registration of vibrations of the controlled object in the absence of the need to configure the operating point before operating the device. The arsenal of technical means of recording vibration is expanding.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139623U RU179547U1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | FIBER OPTICAL VIBRATION REGISTRATION DEVICE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2017139623U RU179547U1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | FIBER OPTICAL VIBRATION REGISTRATION DEVICE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU179547U1 true RU179547U1 (en) | 2018-05-17 |
Family
ID=62151799
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2017139623U RU179547U1 (en) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | FIBER OPTICAL VIBRATION REGISTRATION DEVICE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU179547U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2716867C1 (en) * | 2019-09-02 | 2020-03-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем» ("ФГУП ГосНИИАС") | System for measuring three-dimensional linear and angular acceleration and movement of an object in space using fiber bragg gratings |
RU218106U1 (en) * | 2022-09-15 | 2023-05-11 | ООО "Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в оптоволоконной технике" | Fiber Optic Reflective Type Vibration Sensor |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004090485A2 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-21 | Sri International | Method and apparatus for real-time vibration imaging |
RU2521450C2 (en) * | 2012-07-09 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Method and system for monitoring ground movement of mobile objects within specified area of aerodrome |
RU2014150227A (en) * | 2014-12-11 | 2016-07-10 | Сергей Евгеньевич Савенков | SENSITIVE ELEMENT FOR DEVICE FOR MONITORING THE CONDITION OF THE REINFORCED CONSTRUCTION |
-
2017
- 2017-11-14 RU RU2017139623U patent/RU179547U1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
WO2004090485A2 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-21 | Sri International | Method and apparatus for real-time vibration imaging |
RU2521450C2 (en) * | 2012-07-09 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Method and system for monitoring ground movement of mobile objects within specified area of aerodrome |
RU2014150227A (en) * | 2014-12-11 | 2016-07-10 | Сергей Евгеньевич Савенков | SENSITIVE ELEMENT FOR DEVICE FOR MONITORING THE CONDITION OF THE REINFORCED CONSTRUCTION |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2716867C1 (en) * | 2019-09-02 | 2020-03-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем» ("ФГУП ГосНИИАС") | System for measuring three-dimensional linear and angular acceleration and movement of an object in space using fiber bragg gratings |
RU218106U1 (en) * | 2022-09-15 | 2023-05-11 | ООО "Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в оптоволоконной технике" | Fiber Optic Reflective Type Vibration Sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10401377B2 (en) | Optical sensor system and methods of use thereof | |
US4893930A (en) | Multiple axis, fiber optic interferometric seismic sensor | |
Takahashi et al. | Development of an optical fiber hydrophone with fiber Bragg grating | |
Gardner et al. | A fiber-optic interferometric seismometer | |
US4322829A (en) | Fiber optic accelerometer and method of measuring inertial force | |
Efendioglu | A review of fiber-optic modal modulated sensors: Specklegram and modal power distribution sensing | |
Malayappan et al. | Sensing techniques and interrogation methods in optical MEMS accelerometers: A review | |
Hernández-Serrano et al. | Robust optical fiber bending sensor to measure frequency of vibration | |
Nishiyama et al. | Frequency characteristics of hetero-core fiber optics sensor for mechanical vibration | |
CN104296856A (en) | Sensitization platform fiber bragg grating vibration sensor | |
RU179547U1 (en) | FIBER OPTICAL VIBRATION REGISTRATION DEVICE | |
Huang et al. | Ultra-high-resolution phase demodulation based miniature fiber-optic accelerometer at low and medium frequencies | |
Chen et al. | Michelson fiberoptic accelerometer | |
Nguyen et al. | A medium-high frequency FBG accelerometer based on a V-shaped flexible hinge | |
CN106680536A (en) | High-sensitivity single polarization-maintaining fiber interference type acceleration speed sensing system | |
CN102721828B (en) | Self-temperature compensating optical fiber acceleration sensor with sliding reflecting mirror | |
Nguyen et al. | An Optical Fiber Acceleration Sensor Based on a V-Shaped Flexure Hinge Structure | |
AU2013100785A4 (en) | Vibration detection system based on biconical tapered fiber and the method thereof | |
KR20160058568A (en) | A mirror treated reflective vibration sensor apparatus | |
Parikh Meera et al. | A Survey Paper of Optical Fiber Sensor | |
RU132564U1 (en) | FIBER OPTICAL ACCELEROMETER | |
RU218106U1 (en) | Fiber Optic Reflective Type Vibration Sensor | |
KR20130018011A (en) | 3 axis acceleration sensor using optical fiber | |
Poczęsny et al. | Comparison of macrobend seismic optical fiber accelerometer and ferrule-top cantilever fiber sensor for vibration monitoring | |
Smirnov et al. | Methods for interrogating FBG and AFBS in problems of monitoring mechanical vibration parameters |