RU2319941C1 - Stress measuring detector - Google Patents
Stress measuring detector Download PDFInfo
- Publication number
- RU2319941C1 RU2319941C1 RU2006114607/28A RU2006114607A RU2319941C1 RU 2319941 C1 RU2319941 C1 RU 2319941C1 RU 2006114607/28 A RU2006114607/28 A RU 2006114607/28A RU 2006114607 A RU2006114607 A RU 2006114607A RU 2319941 C1 RU2319941 C1 RU 2319941C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- light
- tool according
- spectrum
- housing
- selective
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Description
Область техники, к которой относится изобретение.The technical field to which the invention relates.
Изобретение относится к средствам для измерения деформации твердых тел.The invention relates to means for measuring the deformation of solids.
Уровень техники.The level of technology.
Известен датчик определения напряжений, возникающих при деформации, раскрытый в SU 1739219, который содержит корпус, имеющий возможность изменения линейных размеров, источник и приемник света, два зеркала, помещенные под углом 90° друг к другу в оптически прозрачное вещество. Этот датчик позволяет измерять лишь одну из компонент линейных деформаций - сжатие, обладая при этом сложной конструкцией, требующей повышенной точности изготовления. Вместе с тем в реальных условиях, элементы строительных конструкций подвергаются, как правило, длительным деформациям сложного характера, включающим одновременно с продольно-поперечными также и деформации кручения и изгиба.A known sensor for determining stresses arising from deformation, disclosed in SU 1739219, which contains a housing having the ability to change linear dimensions, a light source and receiver, two mirrors placed at an angle of 90 ° to each other in an optically transparent substance. This sensor allows you to measure only one of the components of linear deformation - compression, while having a complex structure that requires increased manufacturing accuracy. However, in real conditions, the elements of building structures are subject, as a rule, to long-term deformations of a complex nature, including torsion and bending deformations simultaneously with longitudinal-transverse ones.
Сведения, раскрывающие сущность изобретенияSummary of the invention
Для получения максимально адекватной картины напряженно-деформированного состояния объекта, не искаженного возмущениями, обусловленными присутствием самих измерительных элементов, целесообразно осуществлять контроль состояния объекта с помощью минимально возможного количества средств, но обеспечивающих надежный контроль необходимого набора параметров объекта, т.е. предпочтительно применение многопараметрических сенсорных элементов.To obtain the most adequate picture of the stress-strain state of the object, not distorted by disturbances due to the presence of the measuring elements themselves, it is advisable to monitor the state of the object using the minimum possible number of means, but providing reliable control of the required set of object parameters, i.e. preferably the use of multi-parameter sensor elements.
Основой для создания многопараметрических сенсорных элементов согласно изобретению является датчик деформации кручения. Другими целями данного изобретения является расширение функциональных возможностей датчика деформаций посредством обеспечения возможности одновременного измерения продольно-поперечных и/или вертикальных деформаций (деформаций сжатия-растяжения), деформаций кручения и/или изгиба вместе с упрощением изготовления устройства и повышением надежности датчика.The basis for creating multi-parameter sensor elements according to the invention is a torsion strain sensor. Other objectives of this invention is to expand the functionality of the strain gauge by enabling simultaneous measurement of longitudinal-transverse and / or vertical strains (compressive-tensile strains), torsional strains and / or bending, while simplifying the manufacture of the device and improving the reliability of the gauge.
Преимущества данного изобретения обеспечиваются тем, что средство измерения деформации включает корпус датчика, имеющий возможность упругого скручивания, по меньшей мере, один световод для подвода света от источника света широкого спектра или, по меньшей мере, от одного источника света узкого участка спектра, к корпусу и отвода света от корпуса к устройству приема и обработки оптического сигнала. При этом имеется средство поляризации света, расположенное в корпусе и/или вне корпуса, и расположенные в корпусе, по меньшей мере, один конец световода, образующий, по меньшей мере, один излучатель света, подведенного к корпусу, и, по меньшей мере, один приемник света для отвода света от корпуса, за которыми последовательно расположены поляризатор, плоскость поляризации которого ориентирована под углом к плоскости поляризации света, и неподвижно связанный с корпусом, и зеркало, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку света, отраженного от зеркала, и измерение деформации кручения.Advantages of the present invention are provided in that the strain measuring means includes a sensor body having the possibility of elastic twisting of at least one light guide for supplying light from a wide spectrum light source or at least one light source of a narrow portion of the spectrum to the body and light removal from the housing to the device for receiving and processing an optical signal. There is a means of polarizing light located in the housing and / or outside the housing, and located in the housing, at least one end of the fiber, forming at least one light emitter connected to the housing, and at least one a light receiver for removing light from the housing, behind which there is sequentially a polarizer, the plane of polarization of which is oriented at an angle to the plane of polarization of light, and fixedly connected to the housing, and a mirror, while the device for receiving and processing an optical signal treatment effectiveness to light reflected from the mirror, and the measurement of torsion deformations.
Между концом световода и поляризатором расположен селективный отражатель света, неподвижно связанный с корпусом и обеспечивающий отражение второго участка широкого спектра света или второго участка спектра света от второго источника света узкого диапазона, отличающихся от первого участка широкого спектра света или от первого участка первого источника света узкого диапазона, отраженного зеркалом.A selective light reflector is located between the end of the fiber and the polarizer, fixedly connected to the body and providing reflection of the second section of the wide spectrum of light or the second section of the light spectrum from the second narrow-range light source, different from the first section of the wide light spectrum or from the first section of the first narrow-range light source reflected by a mirror.
Корпус датчика имеет возможность изменения линейных размеров при упругом сжатии-растяжении, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку первого участка спектра света, отраженного от зеркала, и измерение деформации кручения, а также обеспечивает обработку второго участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, для измерения деформации сжатия-растяжения.The sensor housing has the ability to change linear dimensions during elastic compression-tension, while the device for receiving and processing an optical signal provides processing of the first portion of the spectrum of light reflected from the mirror and measurement of torsion strain, and also provides processing of the second portion of the spectrum of light reflected from the selective reflector , to measure compression-tensile strain.
Излучателем и приемником света может являться один конец световода. Излучателем света может являться по меньшей мере один конец световода и приемником света является по меньшей мере другой конец световода, расположенные в корпусе.The emitter and receiver of the light may be one end of the fiber. The light emitter may be at least one end of the light guide and the light receiver is at least the other end of the light guide located in the housing.
Зеркало может быть расположено на поверхности поляризатора. Селективный отражатель света может быть расположен на поверхности поляризатора. Селективный отражатель света и зеркало могут быть расположены на противоположных поверхностях поляризатора с образованием единого сенсорного элемента датчика.The mirror may be located on the surface of the polarizer. A selective light reflector may be located on the surface of the polarizer. The selective light reflector and the mirror can be located on opposite surfaces of the polarizer with the formation of a single sensor element of the sensor.
По меньшей мере одна часть корпуса может иметь круглое сечение. По меньшей мере одна часть корпуса может иметь сечение, отличное от круглого. Корпус может иметь по меньшей мере один выступ. По меньшей мере один выступ может быть расположен на по меньшей мере одном конце корпуса или торце корпуса. Выступы могут быть расположены на концах корпуса с равномерными промежутками между собой. Поверхности выступа или выступов могут быть расположены на концах корпуса приблизительно в плоскости, проходящей через продольную ось симметрии датчика.At least one part of the housing may have a circular cross section. At least one part of the housing may have a cross section other than round. The housing may have at least one protrusion. At least one protrusion may be located at least one end of the housing or the end of the housing. The protrusions can be located at the ends of the housing with even spaces between them. The surfaces of the protrusion or protrusions may be located at the ends of the housing approximately in a plane passing through the longitudinal axis of symmetry of the sensor.
Расположенное вне корпуса средство поляризации света и источник света может являться источником линейно поляризованного света, направляемого в световод, конец которого расположен в корпусе. Источник линейно поляризованного света может являться лазером или светодиодом, излучающим линейно поляризованный свет. Расположенное вне корпуса средство поляризации света может являться поляризующим элементом, преобразующим свет в линейно поляризованный свет, направляемый в световод, конец которого расположен в корпусе. Расположенное в корпусе средство поляризации света может воспринимать свет от излучателя света в виде конца световода и быть расположенным между концом световода и поляризатором. Также расположенное в корпусе средство поляризации света может воспринимать свет от излучателя света в виде конца световода и быть расположенным между концом световода и селективным отражателем света. При этом средство поляризации света может являться отрезком световода или поляризующей пластиной. Расположенное в корпусе и вне корпуса средство поляризации света может являться световодом, подводящим свет в корпус от источника света. Этот световод может иметь сильное двулучепреломление, обеспечивающее распространение только поляризованного света.The light polarization means and the light source located outside the housing may be a source of linearly polarized light directed into the light guide, the end of which is located in the housing. The linearly polarized light source may be a laser or an LED emitting linearly polarized light. The light polarization means located outside the housing may be a polarizing element that converts the light into linearly polarized light directed into the light guide, the end of which is located in the housing. The light polarizing means located in the housing can receive light from the light emitter in the form of the end of the light guide and be located between the end of the light guide and the polarizer. Also, light polarizing means located in the housing can receive light from the light emitter in the form of the end of the light guide and be located between the end of the light guide and the selective light reflector. In this case, the means of polarizing light can be a segment of a fiber or a polarizing plate. The light polarization means located in the housing and outside the housing may be a light guide leading light into the housing from the light source. This waveguide can have strong birefringence, providing only polarized light.
Коллимирующая линза может быть расположена между концом световода и поляризатором. Также коллимирующая линза может быть расположена между концом световода и селективным отражателем света. Поляризатор может являться коллимирующей линзой. Коллимирующая линза может быть расположена или выполнена на конце световода.A collimating lens may be located between the end of the fiber and the polarizer. A collimating lens may also be located between the end of the light guide and the selective light reflector. The polarizer may be a collimating lens. A collimating lens may be located or formed at the end of the light guide.
Конец световода, находящийся в корпусе, может иметь концевой селективный отражатель света, обеспечивающий образование компенсационного канала, посредством отражения обратно в световод второго участка широкого спектра света или второго участка спектра света от второго источника света узкого диапазона, отличающихся от первого участка широкого спектра света или от первого участка первого источника света узкого диапазона, отраженного зеркалом, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку второго участка спектра света, отраженного от концевого селективного отражателя, и осуществление необходимой коррекции.The end of the optical fiber located in the housing may have an end selective light reflector that provides the formation of a compensation channel by reflecting back into the optical fiber a second section of a wide spectrum of light or a second section of a light spectrum from a second narrow-range light source that differs from the first section of a wide spectrum of light or the first section of the first light source of a narrow range, reflected by a mirror, while the device for receiving and processing an optical signal provides processing of the second Spectrum of the light reflected from the end selective reflector, and the implementation of the necessary correction.
В свою очередь жестко связанный с корпусом селективный отражатель света обеспечивает образование компенсационного канала посредством отражения второго участка спектра света, а устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку второго участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, и осуществление необходимой коррекции.In turn, a selective light reflector rigidly connected to the housing ensures the formation of a compensation channel by reflecting the second portion of the light spectrum, and the device for receiving and processing an optical signal provides processing of the second portion of the light spectrum reflected from the selective reflector and makes the necessary correction.
Конец световода, находящийся в корпусе, может иметь концевой селективный отражатель света, обеспечивающий образование компенсационного канала, посредством отражения обратно в световод третьего участка широкого спектра света или третьего участка спектра света от третьего источника света узкого диапазона, отличающегося от первого участка спектра света, отраженного зеркалом, и от второго участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку третьего участка спектра света, отраженного от концевого селективного отражателя, и осуществление необходимой коррекции.The end of the optical fiber located in the housing may have an end selective light reflector providing the formation of a compensation channel by reflecting back into the optical fiber a third portion of a wide spectrum of light or a third portion of a light spectrum from a third narrow-range light source that differs from the first portion of the light spectrum reflected by a mirror , and from the second portion of the spectrum of light reflected from the selective reflector, while the device for receiving and processing an optical signal provides processing rd section of the spectrum of light reflected from the end of the selective reflector, and the implementation of the necessary correction.
Селективный отражатель света может иметь возможность изменения коэффициента отражения при изменении температуры, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку второго участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, и измерение температуры.The selective light reflector may have the ability to change the reflection coefficient when the temperature changes, while the device for receiving and processing an optical signal provides processing of the second portion of the spectrum of light reflected from the selective reflector, and temperature measurement.
Селективный отражатель света может иметь возможность изменения коэффициента отражения при изменении температуры посредством отражения третьего участка широкого спектра света или третьего участка спектра света от третьего источника света узкого диапазона, отличающегося от первого участка спектра света, отраженного зеркалом, и от второго участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку третьего участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, и измерение температуры.The selective light reflector may have the ability to change the reflection coefficient when the temperature changes by reflecting the third portion of the wide spectrum of light or the third portion of the light spectrum from a third narrow-range light source different from the first portion of the light spectrum reflected by the mirror and from the second portion of the light spectrum reflected from selective reflector, while the device for receiving and processing an optical signal provides processing of the third portion of the spectrum of light reflected from the villages reflector, and temperature measurement.
Концевой селективный отражатель света или селективный отражатель света может иметь возможность изменения коэффициента отражения при изменении температуры посредством отражения четвертого участка широкого спектра света или четвертого участка спектра света от четвертого источника света узкого диапазона, отличающегося от первого участка спектра света, отраженного зеркалом, и от второго участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, обеспечивающего измерение деформации сжатия-растяжения, и от третьего участка спектра света, обеспечивающего возможность необходимой коррекции, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку четвертого участка спектра света, отраженного от селективного отражателя, и измерение температуры.An end selective light reflector or a selective light reflector may have the ability to change the reflection coefficient when the temperature changes by reflecting a fourth portion of the wide spectrum of light or a fourth portion of the light spectrum from a fourth narrow-range light source different from the first portion of the light spectrum reflected by the mirror and from the second portion the spectrum of light reflected from a selective reflector that provides measurement of compression-tensile strain, and from the third portion of the spectrum light, providing the necessary correction, while the device for receiving and processing an optical signal provides the processing of the fourth portion of the spectrum of light reflected from the selective reflector, and temperature measurement.
Селективный отражатель света может иметь два тонкопленочных покрытия, одно из которых обеспечивает отражение третьего участка спектра света с возможностью изменения коэффициента отражения при изменении температуры.The selective light reflector may have two thin-film coatings, one of which provides reflection of the third part of the light spectrum with the possibility of changing the reflection coefficient with temperature.
Концевой селективный отражатель света или селективный отражатель света может иметь два тонкопленочных покрытия, одно из которых обеспечивает отражение четвертого участка спектра света с возможностью изменения коэффициента отражения при изменении температуры.The end selective light reflector or selective light reflector may have two thin-film coatings, one of which provides reflection of the fourth part of the light spectrum with the possibility of changing the reflection coefficient with temperature.
Возможно применение дополнительного световода для подвода и отвода света к корпусу/от корпуса и компенсационного зеркало, расположенного в корпусе для образования компенсационного канала, при этом устройство приема и обработки оптического сигнала обеспечивает обработку света, отраженного от компенсационного зеркала, и осуществление необходимой коррекции.It is possible to use an additional fiber for supplying and removing light to / from the housing and a compensation mirror located in the housing to form a compensation channel, while the device for receiving and processing an optical signal provides the processing of light reflected from the compensation mirror and the necessary correction.
Источником света могут являться лампа или светодиод, излучающий в широком диапазоне.The light source may be a lamp or LED emitting in a wide range.
Источником по меньшей мере одного узкого участка спектра света может являться, по меньшей мере, один светодиод или лампа или лазер.The source of at least one narrow portion of the light spectrum may be at least one LED or lamp or laser.
Источником света, в том числе линейно поляризованного, может являться многодиапазонный лазер, излучающий по меньшей мере в двух узких диапазонах.A light source, including linearly polarized, can be a multi-band laser emitting in at least two narrow ranges.
Поляризатор, плоскость поляризации которого ориентирована под углом по отношению к поляризованному свету, может быть отрезком световода.A polarizer, the plane of polarization of which is oriented at an angle with respect to polarized light, can be a segment of a fiber.
Поляризатор, плоскость поляризации которого ориентирована под углом по отношению к поляризованному свету, может иметь угол поворота ψ=arcsin1/4 к плоскости поляризации света.The polarizer, the polarization plane of which is oriented at an angle with respect to the polarized light may have a rotation angle ψ = arcsin 1/4 to the polarization plane of light.
Краткое описание чертежей.A brief description of the drawings.
На фиг.1 изображена схема средства измерения.Figure 1 shows a diagram of a measuring instrument.
На фиг.2 изображены схема и конструкция сенсорного элемента.Figure 2 shows the diagram and design of the sensor element.
На фиг.3 изображен датчик.Figure 3 shows the sensor.
На фиг.4 изображены спектральные характеристики источника света и оптических элементов, горизонтальная ось соответствует длине волны света λ:Figure 4 shows the spectral characteristics of the light source and optical elements, the horizontal axis corresponds to the wavelength of light λ:
а) спектр излучения источника света широкого диапазона, вертикальная ось показывает интенсивность света I,a) the emission spectrum of a wide range light source, the vertical axis shows the light intensity I,
б) спектральная зависимость коэффициента отражения тонкопленочного покрытия, образующего концевой селективный отражатель света 7,b) the spectral dependence of the reflection coefficient of a thin film coating forming an end
в), г) спектральная зависимость коэффициентов отражения и пропускания тонкопленочного покрытия, образующего селективный отражатель света 9,c), d) the spectral dependence of the reflection and transmission coefficients of the thin-film coating forming a
д) спектральная зависимость коэффициента отражения зеркала 11.d) the spectral dependence of the reflection coefficient of the
Осуществление изобретения.The implementation of the invention.
Схема предлагаемого устройства представлена на фиг.1. Устройство содержит источник широкополосного оптического излучения (1), излучение которого с помощью волоконно-оптического разветвителя (2) и световода (3) направляется на сенсорный элемент (4), далее, отраженное от сенсорного элемента (4) излучение поступает в фотоприемное устройство (5), связанное с блоком обработки сигналов и индикации результатов измерений (6).The scheme of the proposed device is presented in figure 1. The device contains a source of broadband optical radiation (1), the radiation of which is sent to the sensor element (4) using a fiber optic splitter (2) and a light guide (3), then the radiation reflected from the sensor element (4) enters the photodetector (5) ) associated with the signal processing and indication unit of measurement results (6).
Схема и конструкция сенсорного элемента показаны на фиг.2, 4. Оптическая схема сенсорного элемента, являющегося датчиком (4) средства определения напряжений, включает участок волоконного световода (3) с тонкопленочным оптическим диэлектрическим покрытием, являющимся селективным отражателем (7) света и сформированным на торце световода; поляризатор (8); второе тонкопленочное покрытие (9), обеспечивающее селективное отражение света и сформированное на передней поверхности второго поляризатора (10); глухое зеркало (11), сформированное на задней поверхности пластинки поляризатора (10). В исходном, недеформированном состоянии датчика (4) оси пропускания поляризаторов ориентированы под углом ψ=arcsin1/4 друг к другу, при этом в условиях деформации кручения указанный угол составляет ψ+α, где α - угол поворота.The layout and design of the sensor element are shown in FIGS. 2, 4. The optical circuit of the sensor element, which is a sensor (4) of the voltage sensing device, includes a portion of a fiber waveguide (3) with a thin-film optical dielectric coating, which is a selective reflector (7) of light and formed on the end of the fiber; polarizer (8); a second thin film coating (9) providing selective reflection of light and formed on the front surface of the second polarizer (10); a blind mirror (11) formed on the back surface of the polarizer plate (10). In the initial, undeformed state sensor (4) polarizer transmission axis oriented at an angle of ψ = arcsin 1/4 to each other, wherein the torsional deformation under said angle is ψ + α, where α - angle of rotation.
Функцию поляризаторов (8, 10) могут выполнять отрезки волоконных световодов с сильным двулучепреломлением.The function of polarizers (8, 10) can be performed by segments of fiber fibers with strong birefringence.
Спектральные характеристики источника света и оптических элементов схемы приведены на фиг.3. В предлагаемом устройстве возможность одновременного измерения по меньшей мере двух видов деформаций осуществляется благодаря спектральному разделению измерительных каналов, при котором одна часть спектра излучения служит для формирования канала измерения продольных деформаций, а другая часть спектра - для контроля деформации кручения (а также для контроля деформации изгиба). Устройство функционирует следующим образом. Оптическое излучение от источника света (1) со стабильными спектральными характеристиками с помощью волоконно-оптического разветвителя (2) и оптоволоконного кабеля (3) направляется к сенсорному элементу (4).The spectral characteristics of the light source and optical elements of the circuit are shown in Fig.3. In the proposed device, the ability to simultaneously measure at least two types of strains is carried out due to the spectral separation of the measuring channels, in which one part of the radiation spectrum serves to form a channel for measuring longitudinal strains, and the other part of the spectrum to control torsion strain (as well as to control bending strain) . The device operates as follows. Optical radiation from a light source (1) with stable spectral characteristics is directed using a fiber optic splitter (2) and fiber optic cable (3) to the sensor element (4).
При этом одна часть оптического излучения, соответствующая спектральному диапазону I полностью отражается обратно в световод от оптического покрытия (7), сформированного на торцевой поверхности световода (3), и поступает в фотоприемное устройство. Этот сигнал, пропорциональный коэффициенту пропускания K всей волоконно-оптической схемы средства определения напряжений, за исключением датчика (4), учитывает влияние различных источников дополнительных потерь в оптической схеме, обусловленных, например, изгибами световодов, процессами старения, влияния климатических условий и т.д., и служит для коррекции результатов измерений. Излучение, выходящее из волоконного световода, после прохождения через поляризатор (8) превращается в линейно поляризованный пучок, одна часть которого (лучи 12, 12′) после отражения от тонкопленочного покрытия, являющегося селективным отражателем (9), на передней поверхности поляризатора (10) и последующего повторного прохождения через поляризатор (8) возвращается обратно в световод. Другая часть пучка (лучи 13, 13′) поступает в поляризатор (10), ось которого ориентирована под углом ψ=arcsin1/4 по отношению к оси поляризатора (8), при этом в условиях деформации кручения ориентирована под углом ψ=arcsin1/4+α и после отражения от заднего зеркала (11) проходит в обратном направлении последовательно через поляризаторы (10) и (8), а затем принимается световодом.In this case, one part of the optical radiation corresponding to the spectral range I is completely reflected back into the fiber from the optical coating (7) formed on the end surface of the fiber (3), and enters the photodetector. This signal, which is proportional to the transmittance K of the entire fiber optic circuit of the voltage determination means, with the exception of the sensor (4), takes into account the influence of various sources of additional losses in the optical circuit, due, for example, to bending of optical fibers, aging processes, the influence of climatic conditions, etc. ., and serves to correct the measurement results. The radiation leaving the fiber, after passing through the polarizer (8), turns into a linearly polarized beam, one part of which (rays 12, 12 ′) after reflection from a thin film coating, which is a selective reflector (9), on the front surface of the polarizer (10) and subsequent passage through the polarizer (8) returns back to the fiber. Another part of the beam, while under torsion (rays 13, 13 ') enters the polarizer (10) whose axis is oriented at an angle ψ = arcsin 1/4 with respect to the polarizer axes (8) is oriented at an angle ψ = arcsin 1 / 4 + α and after reflection from the rear mirror (11) passes in the opposite direction sequentially through the polarizers (10) and (8), and then is received by the optical fiber.
Таким образом, лучи 12, 12′ формируются за счет спектрального участка II, а лучи 13, 13′ - частью III спектрального диапазона источника света. Фотоприемное устройство (5) позволяет одновременно измерять интенсивность излучения II,II,III, соответствующего каждому из указанных участков спектра, при этом II=I0·K·r1, аналогично, интенсивности III,III пропорциональны эффективным коэффициентам отражения R2,3 для лучей типа (12, 12′) и (13, 13′) соответственно: III,III=I0·K·R2,3.Thus, the rays 12, 12 ′ are formed due to the spectral section II, and the rays 13, 13 ′ are formed as part of the III spectral range of the light source. The photodetector (5) allows you to simultaneously measure the radiation intensity I I, II, III , corresponding to each of the indicated parts of the spectrum, while I I = I 0 · K · r 1 , similarly, the intensities I II, III are proportional to the effective reflection coefficients R 2 , 3 for rays of the type (12, 12 ′) and (13, 13 ′), respectively: I II, III = I 0 · K · R 2,3 .
Эффективное значение коэффициента отражения R2 для лучей типа (12, 12′) является функцией расстояния z и определяется формулой, приведенной в [1].The effective value of the reflection coefficient R 2 for rays of the type (12, 12 ′) is a function of the distance z and is determined by the formula given in [1].
Для лучей (13, 13′) эффективный коэффициент отражения R3 зависит, кроме расстояния z′, также от угла кручения α в соответствии с формулой Маллюса:For rays (13, 13 ′), the effective reflection coefficient R 3 depends, in addition to the distance z ′, also on the torsion angle α in accordance with the Mallus formula:
С помощью блока (6) обработки сигналов определяется отношение сигналов II,II,III в соответствии с формулами:Using the signal processing unit (6), the signal ratio I I, II, III is determined in accordance with the formulas:
Благодаря этому результаты p(z) и q(z′,α) не зависят от влияния различных дестабилизирующих факторов на измерительное устройство (нестабильность интенсивности источника света, коэффициента пропускания оптоволоконной схемы). По результатам измерений (р, q) находим измеряемые величины z и α в виде функций:z=f(p), α=g(p, q).Due to this, the results p (z) and q (z ′, α) are independent of the influence of various destabilizing factors on the measuring device (instability of the light source intensity, transmittance of the optical fiber circuit). According to the measurement results (p, q), we find the measured quantities z and α in the form of functions: z = f (p), α = g (p, q).
Целесообразно снабдить датчик измерения деформаций возможностью измерения температуры, что позволит обеспечить комплексный мониторинг условий деформации конструкции. Для этого селективный отражатель следует снабдить дополнительным тонкопленочным покрытием, обеспечивающим коэффициент отражения отдельного участка спектра, в зависимости от окружающей температуры.It is advisable to provide a strain gauge with the ability to measure temperature, which will allow for comprehensive monitoring of the conditions of structural deformation. For this, the selective reflector should be provided with an additional thin-film coating, which provides the reflection coefficient of a separate part of the spectrum, depending on the ambient temperature.
По поводу частных случаев выполнения можно отметить, что корпус датчика при мелкосерийном производстве может быть изготовлен из металла на токарном станке с последующей фрезеровкой выступов или при крупносерийном производстве из трубчатых заготовок с последующей выштамповкой выступов.Regarding particular cases of execution, it can be noted that the sensor case in small-scale production can be made of metal on a lathe with subsequent milling of the protrusions or in large-scale production of tubular billets with subsequent stamping of the protrusions.
Благодаря сцеплению корпуса датчика с бетоном обеспечивается возможность его скручивания. Однако для повышения точности измерения деформаций скручивания предпочтительно выполнение корпуса с выступами на противоположных концах корпуса. Поверхности таких выступов следует располагать в плоскости, приблизительно проходящей через центральную продольную ось симметрии датчика.Thanks to the clutch of the sensor housing with concrete, it is possible to twist it. However, in order to increase the accuracy of the measurement of torsional strains, it is preferable to make the housing with protrusions at opposite ends of the housing. The surfaces of such protrusions should be located in a plane approximately passing through the central longitudinal axis of symmetry of the sensor.
В зависимости от технологического оснащения производства и требований к средству измерения деформации источник света может быть светодиодом, излучающим в широком диапазоне с последующей поляризацией посредством поляризующего элемента (пластины или отрезка световода) или посредством поляризующего световода.Depending on the technological equipment of the production and the requirements for the strain gauge, the light source can be an LED emitting in a wide range with subsequent polarization by means of a polarizing element (plate or length of a fiber) or by a polarizing fiber.
Поляризующий элемент (пластина или отрезок световода) может быть установлен как в корпусе после световода, так и вне корпуса перед световодом.A polarizing element (a plate or a length of a light guide) can be installed both in the case after the light guide and outside the case in front of the light guide.
Широкополосные излучатели (светодиод или лампа) могут излучать свет в поляризующий световод.Broadband emitters (LED or lamp) can emit light into a polarizing fiber.
Может быть целесообразным (например, по экономическим причинам или по причинам обеспечения надежности) применение узкополосных излучателей, в том числе светодиодов или лазеров. В случае применения узкополосных диодов установка поляризационных элементов остается такой же, как показано выше. В случае применения лазеров, излучающих как правило в узком диапазоне, предпочтительно применение многодиапазонного лазера, имеющего два диапазона излучения для тех случаев, когда возможен отказ от компенсационного канала, или имеющего три диапазона излучения в предпочтительном выполнении датчика с компенсационным каналом. Соответственно для датчика, снабженного термочувствительным селективным отражателем, может потребоваться применение двух-, трех- или четырехдиапазонного лазера.It may be appropriate (for example, for economic or reliability reasons) to use narrow-band emitters, including LEDs or lasers. In the case of narrow-band diodes, the installation of polarization elements remains the same as shown above. In the case of the use of lasers emitting as a rule in a narrow range, it is preferable to use a multi-band laser having two emission ranges for those cases where the compensation channel can be rejected, or having three radiation ranges in the preferred embodiment of the sensor with the compensation channel. Accordingly, a sensor equipped with a heat-sensitive selective reflector may require the use of a two-, three- or four-band laser.
В случае применения лазера в качестве источника света целесообразно выбрать лазер, излучающий поляризованный свет, вместо установки элемента, поляризующего свет. Предпочтительно использование эффективных светодиодов, поляризующих свет (до 80% от общего излучения - ЕР 1577700).In the case of using a laser as a light source, it is advisable to choose a laser that emits polarized light, instead of installing an element that polarizes the light. It is preferable to use effective light-emitting diodes that polarize light (up to 80% of the total radiation - EP 1577700).
Claims (44)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114607/28A RU2319941C1 (en) | 2006-05-02 | 2006-05-02 | Stress measuring detector |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2006114607/28A RU2319941C1 (en) | 2006-05-02 | 2006-05-02 | Stress measuring detector |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2006114607A RU2006114607A (en) | 2007-11-10 |
| RU2319941C1 true RU2319941C1 (en) | 2008-03-20 |
Family
ID=38957989
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2006114607/28A RU2319941C1 (en) | 2006-05-02 | 2006-05-02 | Stress measuring detector |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2319941C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD443Z (en) * | 2011-02-24 | 2012-06-30 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Method for measuring residual stresses in sheet glass and device for its realization |
| RU2534565C1 (en) * | 2013-06-05 | 2014-11-27 | Геннадий Алексеевич Копылов | Non-destructive method of stress measurement in object surface layer and stress gauge |
-
2006
- 2006-05-02 RU RU2006114607/28A patent/RU2319941C1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| MD443Z (en) * | 2011-02-24 | 2012-06-30 | Институт Прикладной Физики Академии Наук Молдовы | Method for measuring residual stresses in sheet glass and device for its realization |
| RU2534565C1 (en) * | 2013-06-05 | 2014-11-27 | Геннадий Алексеевич Копылов | Non-destructive method of stress measurement in object surface layer and stress gauge |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2006114607A (en) | 2007-11-10 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US7619725B1 (en) | Optically amplified critical wavelength refractometer | |
| KR102246478B1 (en) | Concentration measuring device | |
| JP7405175B2 (en) | Light source device for light measurement, spectrometer measurement device, and spectrometer measurement method | |
| KR101209627B1 (en) | Optical fiber sensor system using an optical spectrometer | |
| CN106802284B (en) | A kind of Fiber optic near infrared spectroscopy detection system | |
| CN100582658C (en) | Bending radius measuring apparatus based on optical fibre laser | |
| US8154715B2 (en) | Method for monitoring and measuring optical properties of device in polarization maintaining fibers by using reference fiber bragg grating and fiber components manufactured thereby | |
| CN201368770Y (en) | Spectral self-correcting photometer | |
| US8273567B2 (en) | Portable measurement system having biophotonic sensor | |
| US4430565A (en) | Correlating fiber optical measuring device | |
| RU2319941C1 (en) | Stress measuring detector | |
| KR100495604B1 (en) | Automatic optical measurement method | |
| US9658103B2 (en) | Measuring apparatus for measuring the optical properties of a medium using a light source and light receiver as well as a dispersing element | |
| US11796458B2 (en) | Concentration measurement device | |
| US11692931B2 (en) | Concentration measurement device | |
| US5812255A (en) | Process and device for determining the refractive index of different mediums | |
| RU64772U1 (en) | OPTICAL DEFORMATION SENSOR | |
| KR20210051905A (en) | Spectro reflectometer apparatus | |
| US7024060B2 (en) | Method and apparatus for continuous measurement of the refractive index of fluid | |
| KR20110043834A (en) | Demodulation system for fbg sensors using linearly arrayed photodetectors with optical dispersion devices | |
| RU81574U1 (en) | FIBER OPTICAL MEASURING SYSTEM (OPTIONS) | |
| CN101319917A (en) | Optical sensor | |
| RU2386105C1 (en) | Fibre-optic device for measuring transverse deformation vector | |
| KR102527846B1 (en) | Device for Measuring Transmittance | |
| JPS62159027A (en) | Detecting device for degree of deterioration of oil |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20090503 |