RU1796937C - Волоконно-оптический датчик давлени - Google Patents

Abstract

Использование: изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано дл  измерени  статического и динамического давлени  в широком диапазоне температур. Изобретение направлено на повышение точности измерений за счет уменьшени  температурной погрешности. Сущность изобретени : в волоконно-оптический датчик давлени , содержащий корпус 1, мембрану 2 с жестким центром и утолщенной периферийной частью и два волоконно-оптических преобразовател  7,8, выполненных в виде световодов, с источником света 11 и фотоприемниками 12,13, причем концы световодов закреплены в плате 5 и торец одного из них установлен напротив жесткого центра мембраны, а торец другого - напротив утолщенной периферийной части мембраны, и установленную в плате 5 между световодами светозащитную кольцевую перегородку 4, в соответствии с изобретением введен прикрепленный к жесткому центру мембраны со стороны световода компенсационный элемент, в виде металлического диска 3 с диаметром, равным диаметру жесткого Центра мембраны, при этом температурный коэффициент линейного расширени  материала диска отличен от температурного коэффициента линейного расширени  материала мембраны, что позвол ет уменьшить мультипликативную погрешность измерени  в 6 раз. 1 ил.

Description

Изобретение относитс  к измерительной технике и может быть использовано в датчиках, примен емых дл  измерени  давлени  в различных област х народного хоз йства .

Известен волоконно-оптический датчик давлени , содержащий прогибающуюс  мембрану и оптические волокна, закрепленные перпендикул рно плоскости мембраны . На мембране сформирована отражающа  площадка, перпендикул рно которой или под углом закреплены передающий и принимающий световой поток оптические волокна. При прогибе мембраны измен етс  рассто ние между отражающей площадкой и торцами оптических волокон, в результате чего происходит модул ци  светового потока. Недостатком данного устройства  вл ютс  довольно значительные температурные погрешности, св занные с изменением модул  упругости материала мембраны от температуры и температурного изменени  линейных размеров прокладки , задающей рассто ние между плоскостью мембраны и торцами оптических волокон.

Известен волоконно-оптический датчик давлени , содержащий закрепленный в корпусе мембранный чувствительный элемент с жестким центром и утолщенной периферийной частью, и два волоконно-оптических преобразовател , выполненных в виде световодов с источником света и фотоприемниками , причем концы световодов закреплены в плате, торец одного из них установлен напротив жесткого центра мембраны, а торец другого - напротив утолщенной периферийной части мембраны, и установленную и плате между световодами светозащитную кольцевую перегородку. Недостатком данной конструкции  вл етс  наличие мульти- лликативной погрешности, вызванной изменением модул  упругости материала мембраны от температуры.

Цель изобретени  - повышение точности за счет уменьшени  температурной погрешности .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что в волоконно-оптический датчик давлени , содержащий закрепленный в корпусе мембранный чувствительный элемент с жестким центром и утолщенной периферийной частью, и два волоконно-оптических преобразовател , выполненных в виде световодов, с источником света и фотоприемниками , причем концы световодов закреплены в плате, и торец одного из них установлен напротив жесткого центра мембраны , а торец другого - напротив утолщенной периферийной части мембраны, и

установленную в плате между световодами светозащитную кольцевую перегородку, введен прикрепленный к жесткому центру мембраны со стороны световода компенсаЦионный элемент в виде металлического диска , с диаметром равным диаметру жесткого центра мембраны, при этом температурный коэффициент линейного расширени  материала диска отличен от температурного ко0 эффициента линейного расширени  материала мембраны, утолщенна  периферийна  часть мембраны со стороны световода выполнена с кольцевым выступом, а светозащитна  кольцева  перегородка ус5 тановлена с зазором относительно мембраны и расположена между жестким центром и кольцевым выступом.

На чертеже изображен волоконно-оптический датчик давлени . Он содержит

0 корпус 1, мембрану 2с жестким центром, снабженным металлическим диском 3, светозащитную перегородку 4, плату 5, установочное кольцо 6. В плате 5 смонтированы оптические волокна 7 и 8. Оптическое волок5 но 8 принадлежит рабочему каналу преобразовател  и его торец установлен над жестким центром, а оптическое волокно 7 принадлежит компенсационному каналу и его торец установлен над периферийной ча0 стью мембраны. Торцы оптических волокон располагаютс  в одной плоскости. На противоположных концах оптических волокон сформированы оптические разветвители 9, 10, к которым подключены источник света

5 1.1, фотоприемники 12, 13. Поверхности диска 3 и периферийной части мембраны имеют зеркальную чистоту и служат отра- .жающими поверхност ми соответственно рабочего и компенсационного преобразовао тел . Рассто ние от поверхности оптических волокон до отражающих поверхностей задаетс  толщиной кольца 6.

Волоконно-оптический датчик работает следующим образом. Измер ема  среда

5 подводитс  в приемную полость датчика и воздействует на мембрану. При включении питани  световой поток от источника 11 по световоду 8 подводитс  к мембране, отражаетс  от диска 3 и световодом 8 подаетс 

0 ни фотопрйемник 12, где преобразуетс  в электрический сигнал. При изменении давлени  мембрана деформируетс  и рассто ние между ее центром с диском 3 и торцевой поверхностью световода 8 изме5 н етс . При этом измен етс  интенсивность отраженного потока, поступающего на фотоприемник 12. Сигнал с фотоприемника 13 компенсационного преобразовател  при этом остаетс  посто нным, так как расстои ние между торцевой поверхностью светово

да 7 и отражающей поверхностью периферийной части мембраны от изменени  давлени  не мен етс . При изменении температуры окружающей среды за счет изме- нени  линейных размеров деталей рассто ние между отражающей поверхностью диска 3 мембраны и торцевой поверхностью световода 8 будет измен тьс . Дл  компенсации температурной погрешности используетс  сигнал компенсационного канала преобразовател . Сигнал этого канала в процессе изменени , давлени , но при нормальной температуре, остаетс  прсто

 нным. Он измен етс  только при изменении температуры. Сигнал компенсационного канала используетс  дл  корректировки выходной характеристики датчика. Дл  компенсации мультипликативной погрешности в датчик введен компенсационный элемент в виде металлического диска 3 .

Технико-экономическим преимуществом изобретени , по сравнению с прототипом,  вл етс  уменьшение мультипликативной погрешности с 6% до уровн  1 % в температурном диапазоне 200°С.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Волоконно-оптический датчик давлени , содержащий закрепленный в корпусе мембранный чувствительный элемент с жестким центром и утолщенной периферической частью и два волоконно-оптических преобразовател , выполненных а виде световодов , с источником света и фотоприемниками , причем концы световодов закреплены в плате и торец одного из них установлен напротив жесткого центра мембраны , а торец другого - напротив утолщенной периферийной части мембраны, и установленную в плате между световодами светозащитную кольцевую перегородку , о т л и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью

   повышени  точности за счет уменьшени  температурной погрешности, в него введен прикрепленный к жесткому центру мембраны со стороны световода компенсационный элемент в виде металлического диска с диаметром , равным диаметру жесткого центра мембраны, при этом температурный коэффициент линейного расширени  материала диска отличен от температурного коэффициента линейного расширени  материале мембраны, а утолщенна  периферическа  часть мембраны со стороны световода выполнена с кольцевым выступом, при этом светозащитна  кольцева  перегородка установлена с зазором относительно мембраны и расположена между жестким центром и кольцевым выступом.