RU2530467C1 - Strain-gauge sensor - Google Patents

Strain-gauge sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2530467C1
RU2530467C1 RU2013131875/28A RU2013131875A RU2530467C1 RU 2530467 C1 RU2530467 C1 RU 2530467C1 RU 2013131875/28 A RU2013131875/28 A RU 2013131875/28A RU 2013131875 A RU2013131875 A RU 2013131875A RU 2530467 C1 RU2530467 C1 RU 2530467C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
cylinder
protrusions
photoelastic
axis
sensor according
Prior art date
Application number
RU2013131875/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Александр Владимирович Поярков
Виктор Николаевич Федоринин
Андрей Георгиевич Паулиш
Пётр Иванович Шапор
Александр Андреевич Сущих
Original Assignee
Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" ООО "ФИРМА ПОДИЙ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" ООО "ФИРМА ПОДИЙ" filed Critical Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" ООО "ФИРМА ПОДИЙ"
Priority to RU2013131875/28A priority Critical patent/RU2530467C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2530467C1 publication Critical patent/RU2530467C1/en

Links

Images

Abstract

FIELD: measuring instrumentation.
SUBSTANCE: strain-gauge sensor includes loading element in the form of a hollow cylinder attached to the monitored object, pieso-optic converter converting tension value in stress-optical element attached in preloaded state into electrical signal, and signal processing unit. Optic axis of pieso-optic converter coincides with the cylinder axis and is perpendicular to measured deformation plane, loading element is a continuous hollow cylinder out of tensile material with wall thickness ensuring required elasticity of loading element in direction of deformations measured and determining sensitivity of strain-gauge sensor sealed at the ends and featuring hard lugs on the outside for attachment of the sensor to a monitored object and transmission of object deformation to stress-optical element.
EFFECT: enhanced functional capabilities of device.
9 cl, 14 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике, в частности, для измерения деформаций (напряжений) в различных конструкциях посредством поляризационно-оптических преобразователей и может быть использовано в строительстве, на транспорте, в промышленных производствах, в контрольно-измерительной аппаратуре.The invention relates to instrumentation, in particular, for measuring deformations (stresses) in various structures by means of polarization-optical converters and can be used in construction, transport, industrial production, and instrumentation.

Уровень техникиState of the art

Известно, что пьезооптические преобразователи, используемые для измерения деформаций (напряжений), обладают наибольшей чувствительностью по сравнению с другими, например, с тензорезистивными преобразователями (Слезингер И.И. Пьезооптические измерительные преобразователи. Измерительная техника, 1985, №11, с.45-48) [1].It is known that piezoelectric transducers used to measure strains (stresses) have the highest sensitivity compared to others, for example, with strain gauge transducers (Slezinger II, Piezoelectric transducers. Measuring equipment, 1985, No. 11, p. 45-48 ) [one].

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому тензометрическому датчику является тензометрический датчик (Патент №2454642 от 29.03.2011) [2]. Датчик состоит из нагрузочного элемента, представляющего собой полый цилиндр с четырьмя продольными сквозными разрезами, не нарушающими целостности цилиндра, а фотоупругий элемент пьезооптического преобразователя закреплен в цилиндре таким образом, что оптическая ось пьезооптического преобразователя совпадает с осью цилиндра и перпендикулярна плоскости измеряемых деформаций. Фотоупругий элемент зажат стенками цилиндра, что обеспечивает работу тензометрического датчика как на сжатие, так и на растяжение. Четыре продольных сквозных разреза в стенках полого цилиндра нагрузочного элемента обеспечивают также действие исходной силовой нагрузки на фотоупругий элемент в двух взаимно перпендикулярных направлениях.The closest in technical essence to the proposed strain gauge sensor is a strain gauge (Patent No. 2454642 from 03/29/2011) [2]. The sensor consists of a load element, which is a hollow cylinder with four longitudinal through sections that do not violate the integrity of the cylinder, and the photoelastic element of the piezoelectric transducer is fixed in the cylinder so that the optical axis of the piezoelectric transducer coincides with the cylinder axis and is perpendicular to the plane of the measured strains. The photoelastic element is clamped by the walls of the cylinder, which ensures the operation of the strain gauge both in compression and in tension. Four longitudinal through cuts in the walls of the hollow cylinder of the load element also provide the effect of the initial force load on the photoelastic element in two mutually perpendicular directions.

Недостатком данного тензометрического датчика является то, что сквозные разрезы в стенках цилиндра нарушают герметичность пьезооптического преобразователя, размещенного внутри цилиндра, что приведет к проникновению пыли и влаги внутрь преобразователя. Изготовление любой дополнительной конструкции, герметизирующей данные разрезы, либо не технологично, либо неизбежно приводит к увеличению жесткости нагрузочного элемента и, тем самым, к потере чувствительности тензометрического датчика.The disadvantage of this strain gauge is that the through cuts in the cylinder walls violate the integrity of the piezoelectric transducer located inside the cylinder, which will lead to the penetration of dust and moisture into the transducer. The manufacture of any additional design that seals these sections, either not technologically or inevitably leads to an increase in the rigidity of the load element and, thereby, to a loss of sensitivity of the strain gauge.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Задача изобретения заключается в создании тензометрического датчика, который обеспечивает герметичность пьезооптического преобразователя без ухудшения чувствительности тензометрического датчика.The objective of the invention is to create a strain gauge that ensures the integrity of the piezoelectric transducer without compromising the sensitivity of the strain gauge.

Технический результат - повышение надежности и точности измерения деформаций, повышение срока эксплуатации.The technical result is an increase in the reliability and accuracy of strain measurements, an increase in the service life.

Поставленная задача решена за счет того, что в известном устройстве, включающем нагрузочный элемент, представляющий собой полый цилиндр, закрепляемый на контролируемом объекте, пьезооптический преобразователь, преобразующий в электрический сигнал величину напряжений на фотоупругом элементе, который закреплен в заведомо нагруженном состоянии, при этом оптическая ось пьезооптического преобразователя совпадает с осью цилиндра и перпендикулярна плоскости измеряемых деформаций, и блок обработки сигнала, согласно изобретению нагрузочный элемент представляет собой сплошной полый цилиндр из упругого материала с толщиной стенок, обеспечивающей необходимую упругость нагрузочного элемента в направлении измеряемых деформаций и определяющей чувствительность тензометрического датчика, который с торцов герметично закрыт, а с внешней стороны снабжен жесткими выступами, расположенными симметрично относительно оси цилиндра, предназначенными для крепления тензометрического датчика на контролируемом объекте и передачи деформации этого объекта на фотоупругий элемент.The problem is solved due to the fact that in a known device comprising a load element, which is a hollow cylinder, mounted on a controlled object, a piezoelectric transducer that converts the magnitude of the voltage on the photoelastic element, which is fixed in a known loaded state, with the optical axis the piezoelectric transducer coincides with the axis of the cylinder and is perpendicular to the plane of the measured strains, and the signal processing unit according to the invention is load The ith element is a continuous hollow cylinder of elastic material with a wall thickness that provides the necessary elasticity of the load element in the direction of the measured strains and determines the sensitivity of the strain gauge, which is hermetically closed from the ends and provided with rigid protrusions located symmetrically relative to the cylinder axis, designed to for mounting a strain gauge sensor on a controlled object and transferring the deformation of this object to a photoelastic element.

Отсутствие разрезов в стенках полого цилиндра, в котором размещен пьезооптический преобразователь, обеспечивает герметичность преобразователя при наличии герметичных крышек со стороны торцов цилиндра. Нагрузочный элемент с пьезооптическим преобразователем закрепляется на контролируемом объекте таким образом, чтобы ось пьезооптического преобразователя была перпендикулярна плоскости измеряемых деформаций. Монтаж нагрузочного элемента на контролируемом объекте осуществляется с помощью жестких выступов на наружной стороне стенки цилиндра, расположенных симметрично относительно оси пьезооптического преобразователя, которые снабжены монтажными отверстиями. Жесткие выступы обеспечивают передачу деформации контролируемого объекта на фотоупругий элемент, при этом стенки цилиндра не увеличивают существенно жесткость конструкции в направлении измеряемых деформаций, благодаря малой толщине стенок, и обеспечивают эффективность передачи деформации на фотоупругий элемент. Кроме того, малая толщина стенок цилиндра обеспечивает упругость конструкции, достаточную для закрепления фотоупругого элемента в цилиндре в заведомо нагруженном состоянии за счет того, что внешний диаметр фотоупругого элемента превышает внутренний диаметр посадочного места внутри полого цилиндра на величину, достаточную для крепления фотоупругого элемента за счет упругости тонких стенок цилиндра. При монтаже фотоупругого элемента внутри нагрузочного элемента стенки цилиндра упруго деформируются, благодаря малости толщины стенок и упругости материала цилиндра. После монтажа фотоупругий элемент зажат стенками цилиндра, что обеспечивает работу тензометрического датчика как на сжатие, так и на растяжение.The absence of cuts in the walls of the hollow cylinder, in which the piezoelectric transducer is located, ensures the tightness of the transducer in the presence of sealed covers on the side of the ends of the cylinder. The load element with a piezoelectric transducer is mounted on the controlled object so that the axis of the piezoelectric transducer is perpendicular to the plane of the measured strains. Installation of the load element on the controlled object is carried out using hard protrusions on the outer side of the cylinder wall, located symmetrically relative to the axis of the piezoelectric transducer, which are equipped with mounting holes. Rigid protrusions ensure the transfer of the deformation of the controlled object to the photoelastic element, while the cylinder walls do not significantly increase the structural rigidity in the direction of the measured deformations, due to the small wall thickness, and ensure the efficiency of the transfer of deformation to the photoelastic element. In addition, the small wall thickness of the cylinder provides structural elasticity sufficient for fixing the photoelastic element in the cylinder in a known loaded state due to the fact that the external diameter of the photoelastic element exceeds the internal diameter of the seat inside the hollow cylinder by an amount sufficient to fasten the photoelastic element due to elasticity thin cylinder walls. When mounting the photoelastic element inside the load element, the cylinder walls are elastically deformed due to the small wall thickness and the elasticity of the cylinder material. After installation, the photoelastic element is clamped by the walls of the cylinder, which ensures the operation of the strain gauge both in compression and in tension.

Количество наружных выступов может быть два (угол между выступами относительно оси цилиндра 180 градусов), четыре (угол между соседними выступами 90 градусов) или более.The number of external protrusions can be two (the angle between the protrusions relative to the axis of the cylinder is 180 degrees), four (the angle between adjacent protrusions is 90 degrees) or more.

При наличии четырех наружных выступов, малая толщина стенок полого цилиндра и жесткость выступов обеспечивают действие исходной силовой нагрузки на фотоупругий элемент в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Это, в свою очередь, обеспечивает неизменность распределения напряжений в фотоупругом элементе при деформациях, связанных с изменением температуры, как самого цилиндра, так и контролируемого объекта, что, в свою очередь, обеспечивает температурную независимость сигнала.In the presence of four external protrusions, the small wall thickness of the hollow cylinder and the rigidity of the protrusions provide the effect of the initial force load on the photoelastic element in two mutually perpendicular directions. This, in turn, ensures the invariance of the stress distribution in the photoelastic element during deformations associated with a change in temperature of both the cylinder itself and the controlled object, which, in turn, ensures the temperature independence of the signal.

Фотоупругий элемент может иметь форму цилиндра или усеченного конуса.The photoelastic element may be in the form of a cylinder or a truncated cone.

Наибольшая эффективность передачи деформации на фотоупругий элемент достигается в конструкции, обеспечивающей расположение фотоупругого элемента на уровне поверхности контролируемого объекта.The greatest efficiency of the transfer of deformation to the photoelastic element is achieved in a design that ensures the location of the photoelastic element at the surface level of the controlled object.

Посадочное место фотоупругого элемента может быть образовано выступами на внутренней поверхности цилиндра в местах крепления наружных жестких выступов. В случае выполнения фотоупругого элемента в виде усеченного конуса, выступы образуют конусовидное отверстие, ось которого совпадает с осью цилиндра, причем углы конуса отверстия и конуса фотоупругого элемента совпадают и равны конусу Морзе, а средний диаметр фотоупругого элемента превышает средний диаметр отверстия на величину, достаточную для крепления за счет упругости стенок цилиндра.The seat of the photoelastic element can be formed by protrusions on the inner surface of the cylinder at the attachment points of the external rigid protrusions. If the photoelastic element is made in the form of a truncated cone, the protrusions form a conical hole, the axis of which coincides with the axis of the cylinder, the angles of the cone of the hole and the cone of the photoelastic element coincide and are equal to the Morse cone, and the average diameter of the photoelastic element exceeds the average diameter of the hole by an amount sufficient for fastening due to the elasticity of the cylinder walls.

Выступы на внутренней поверхности цилиндра обеспечивают концентрацию напряжений на фотоупругом элементе в двух взаимно перпендикулярных направлениях, что повышает чувствительность датчика. Для большей концентрации напряжений на фотоупругом элементе выступы могут быть выполнены в виде ребер с уменьшенной площадью контакта с фотоупругим элементом.The protrusions on the inner surface of the cylinder provide a concentration of stresses on the photoelastic element in two mutually perpendicular directions, which increases the sensitivity of the sensor. For a greater concentration of stresses on the photoelastic element, the protrusions can be made in the form of ribs with a reduced contact area with the photoelastic element.

В качестве материала нагрузочного элемента может быть использована легированная закаленная сталь.As the material of the load element can be used alloy hardened steel.

В качестве материала фотоупругого элемента может быть использован, например, плавленый кварц, обладающий высоким порогом разрушения на сжатие, что обеспечивает высокий динамический диапазон измерений деформаций и надежность датчика.As the material of the photoelastic element can be used, for example, fused silica, which has a high fracture threshold for compression, which provides a high dynamic range of strain measurements and the reliability of the sensor.

Для повышения надежности крепления нагрузочного элемента к контролируемому объекту на наружных выступах могут быть выполнены зубья, лежащие в одной плоскости, контактирующие с поверхностью контролируемого объекта.To improve the reliability of fastening the load element to the controlled object on the outer protrusions can be made of teeth lying in the same plane in contact with the surface of the controlled object.

В некоторых случаях для измерения напряжений, например, в железобетонной балке, более удобным способом крепления нагрузочного элемента является его закрепление внутри монтажного отверстия, выполненного в контролируемом объекте, которое может быть как сквозным, так и глухим. В этом варианте конструкции датчика наружная поверхность выступов полого цилиндра выполнена в виде конуса Морзе. Монтажное отверстие в контролируемом объекте может иметь форму цилиндра или конуса Морзе, при этом средний диаметр монтажного отверстия должен быть равен среднему диаметру конуса Морзе нагрузочного элемента.In some cases, for measuring stresses, for example, in a reinforced concrete beam, a more convenient way to fix the load element is to fix it inside the mounting hole made in a controlled object, which can be either through or dull. In this embodiment of the sensor, the outer surface of the protrusions of the hollow cylinder is made in the form of a Morse cone. The mounting hole in the controlled object can be in the form of a cylinder or Morse cone, while the average diameter of the mounting hole should be equal to the average diameter of the Morse cone of the load element.

Обоснование введенных признаковJustification of the introduced features

Так как цилиндр является сплошным, без разрезов, то герметичность пьезооптического преобразователя легко обеспечивается изготовлением герметичных крышек, закрывающих торцы цилиндра, а малая толщина стенок цилиндра не увеличивает жесткость конструкции в направлении измеряемых деформаций.Since the cylinder is continuous, without cuts, the tightness of the piezoelectric transducer is easily ensured by the manufacture of sealed covers that cover the ends of the cylinder, and the small thickness of the cylinder walls does not increase the rigidity in the direction of the measured strains.

Так как фотоупругий элемент изначально сжат, то датчик с одинаковой чувствительностью работает как на сжатие, так и на растяжение. В случае четырех жестких выступов, фотоупругий элемент, благодаря упругости стенок цилиндра, зажат в двух взаимно перпендикулярных направлениях, лежащих в плоскости, параллельной плоскости измеряемых деформаций. Деформация контролируемого объекта, возникающая вдоль любого из указанных направлений, приводит к анизотропному сжатию или растяжению фотоупругого элемента, что, в свою очередь, приводит к возникновению сигнала на выходе пьезооптического преобразователя, пропорциональному величине деформаций. При изменении же температуры как цилиндра, так и контролируемого объекта фотоупругий элемент сжимается или разжимается изотропно, что не приводит к повороту вектора поляризации исходно поляризованного светового луча при прохождении через фотоупругий элемент. Благодаря этому достигается температурная независимость показаний тензометрического датчика.Since the photoelastic element is initially compressed, the sensor with the same sensitivity works both in compression and in tension. In the case of four rigid protrusions, the photoelastic element, due to the elasticity of the cylinder walls, is clamped in two mutually perpendicular directions lying in a plane parallel to the plane of the measured strains. The deformation of the controlled object that occurs along any of these directions leads to anisotropic compression or stretching of the photoelastic element, which, in turn, leads to the appearance of a signal at the output of the piezoelectric transducer proportional to the magnitude of the deformations. When the temperature of both the cylinder and the controlled object changes, the photoelastic element is compressed or expanded isotropically, which does not lead to a rotation of the polarization vector of the initially polarized light beam when passing through the photoelastic element. Due to this, temperature independence of the readings of the strain gauge sensor is achieved.

За счет предлагаемого размещения пьезооптического преобразователя внутри нагрузочного элемента, представляющего собой сплошной полый цилиндр с тонкими упругими стенками, герметично закрытый с торцов, и способа его крепления на контролируемом объекте достигается герметизация пьезооптического преобразователя, в значительной мере продлевающая срок действия датчика без ухудшения чувствительности тензометрического датчика.Due to the proposed placement of the piezoelectric transducer inside the load element, which is a continuous hollow cylinder with thin elastic walls, hermetically sealed at the ends, and the method of its fastening on the controlled object, the piezoelectric transducer is sealed, which significantly extends the sensor life without compromising the sensitivity of the strain gauge.

Таким образом, предлагаемая совокупность признаков, определяющая конструкцию тензометрического датчика, позволяет достичь заявленного технического результата: обеспечения герметичности пьезооптического преобразователя, повышения срока эксплуатации, повышения надежности и точности измерения деформаций в контролируемом объекте.Thus, the proposed set of features that determines the design of the strain gauge sensor, allows to achieve the claimed technical result: ensuring the tightness of the piezoelectric transducer, increasing the operating life, improving the reliability and accuracy of measuring deformations in the controlled object.

Описание тензометрического датчикаStrain Gauge Description

Описание устройства поясняется рисунками 1, 2, 3, 4, 5.The description of the device is illustrated in figures 1, 2, 3, 4, 5.

На рис.1 показана конструкция тензометрического датчика с фотоупругим элементом, выполненным в виде сплошного цилиндра, где 1 - нагрузочный элемент (сплошной цилиндр), 2 - наружные выступы с монтажными отверстиями (два, четыре или более), 3 - фотоупругий элемент. Торцы цилиндра 1 герметично закрываются крышками 4. На внутренних стенках цилиндра нагрузочного элемента выполнены выступы 5, также образующие цилиндрическую поверхность (посадочное место) для крепления фотоупругого элемента, при этом ось фотоупругого элемента и ось цилиндра посадочного места совпадают. Благодаря упругости стенок цилиндра, фотоупругий элемент зажат в направлении X (в случае в двух наружных выступов) или в двух взаимно перпендикулярных направлениях X и Y (в случае четырех и более наружных выступов). Пьезооптический преобразователь расположен внутри цилиндра так, что его оптическая ось 6 совпадает с осью цилиндра. Для повышения надежности крепления нагрузочного элемента 1 к контролируемому объекту 7 на наружных выступах 2 выполнены зубья 8.Fig. 1 shows the construction of a strain gauge sensor with a photoelastic element made in the form of a continuous cylinder, where 1 is the load element (solid cylinder), 2 are the external protrusions with mounting holes (two, four or more), 3 is the photoelastic element. The ends of the cylinder 1 are hermetically closed by covers 4. On the inner walls of the cylinder of the load element there are protrusions 5 that also form a cylindrical surface (seat) for attaching the photoelastic element, while the axis of the photoelastic element and the axis of the cylinder of the seat coincide. Due to the elasticity of the cylinder walls, the photoelastic element is clamped in the X direction (in the case of two outer protrusions) or in two mutually perpendicular X and Y directions (in the case of four or more outer protrusions). The piezoelectric transducer is located inside the cylinder so that its optical axis 6 coincides with the axis of the cylinder. To improve the reliability of fastening the load element 1 to the controlled object 7 on the outer protrusions 2 teeth 8 are made.

На рис.2 показана конструкция тензометрического датчика с фотоупругим элементом 3, выполненным в виде конуса Морзе, выступы 5 на внутренней поверхности цилиндра нагрузочного элемента также образуют конус Морзе, при этом оптическая ось 6 фотоупругого элемента 3 совпадает с осью цилиндра.Figure 2 shows the design of the strain gauge with a photoelastic element 3 made in the form of a Morse cone, the protrusions 5 on the inner surface of the cylinder of the load element also form a Morse cone, while the optical axis 6 of the photoelastic element 3 coincides with the axis of the cylinder.

На рис.3 показана конструкция тензометрического датчика с фотоупругим элементом 3, выполненным в виде конуса Морзе, на внутренней поверхности цилиндра нагрузочного элемента выступы 5 выполнены в форме ребер с уменьшенной площадью контакта с фотоупругим элементом 3, образующие конус Морзе для крепления фотоупругого элемента 3.Fig. 3 shows the construction of a strain gauge sensor with a photoelastic element 3 made in the form of a Morse cone, on the inner surface of the cylinder of the load element, the protrusions 5 are made in the form of ribs with a reduced contact area with the photoelastic element 3, forming a Morse cone for mounting the photoelastic element 3.

На рис.4 показан вариант конструкции тензометрического датчика с нагрузочным элементом 1, у которого внешняя поверхность наружных выступов выполнена в виде конуса Морзе для крепления внутри монтажного отверстия, в контролируемом объекте 7.Fig. 4 shows a design variant of a strain gauge sensor with a load element 1, in which the outer surface of the outer protrusions is made in the form of a Morse cone for fastening inside the mounting hole in a controlled object 7.

На рис 5 показана конструкция тензометрического датчика, в котором фотоупругий элемент 3 расположен на уровне поверхности контролируемого объекта 7.Figure 5 shows the design of the strain gauge sensor, in which the photoelastic element 3 is located at the surface level of the controlled object 7.

Описание работы устройстваDevice Description

Тензометрический датчик работает следующим образом.Strain gauge works as follows.

Нагрузочный элемент 1 закрепляют на поверхности исследуемого объекта 7 посредством наружных выступов 2 с монтажными отверстиями и зубьями 8 или посредством конуса Морзе внутри монтажного отверстия, выполненного в исследуемом объекте 7. Деформация растяжения или сжатия, возникающая в контролируемом объекте в направлении X (в случае двух наружных выступов) или X и Y (в случае четырех и более наружных выступов), передается цилиндру 1 через места крепления. Деформация стенок цилиндра передается на фотоупругий элемент 3, что приводит к дополнительному сжатию (+Δσx,y) или растяжению (-Δσx,y) фотоупругого элемента, где Δσx,y - изменение величины напряжения в фотоупругом элементе в направлении X или Y.The load element 1 is fixed on the surface of the test object 7 by means of external protrusions 2 with mounting holes and teeth 8 or by a Morse cone inside the mounting hole made in the test object 7. Tensile or compressive strain arising in the test object in the X direction (in the case of two external protrusions) or X and Y (in the case of four or more external protrusions), is transmitted to the cylinder 1 through the attachment points. The deformation of the cylinder walls is transmitted to the photoelastic element 3, which leads to additional compression (+ Δσ x, y ) or stretching (-Δσ x, y ) of the photoelastic element, where Δσ x, y is the change in the stress in the photoelastic element in the X or Y direction .

В результате в пьезооптическом преобразователе возникает дополнительная разность фаз ±Δ между взаимно перпендикулярными компонентами поляризации луча, прошедшего сквозь фотоупругий элемент, что приводит к изменению электрического сигнала на выходе фотоприемника пьезооптического преобразователя, который регистрируется, обрабатывается блоком обработки сигнала и выводится на индикаторную панель.As a result, an additional phase difference ± Δ arises in the piezoelectric transducer between mutually perpendicular polarization components of the beam passing through the photoelastic element, which leads to a change in the electrical signal at the output of the photodetector of the piezoelectric transducer, which is recorded, processed by the signal processing unit, and displayed on the indicator panel.

Использованные источники информацииInformation Sources Used

1. Слезингер И.И. Пьезооптические измерительные преобразователи. Измерительная техника, 1985, №11, с.45-48.1. Slezinger II Piezooptic measuring transducers. Measuring equipment, 1985, No. 11, p. 45-48.

2. Патент №2454642 от 29.03.2011.2. Patent No. 2454642 dated 03/29/2011.

Claims (9)

1. Тензометрический датчик, включающий нагрузочный элемент, представляющий собой полый цилиндр, закрепляемый на контролируемом объекте, и пьезооптический преобразователь, преобразующий в электрический сигнал величину напряжений на фотоупругом элементе, который закреплен в заведомо нагруженном состоянии, при этом оптическая ось пьезооптического преобразователя совпадает с осью цилиндра и перпендикулярна плоскости измеряемых деформаций, и блок обработки сигнала, отличающийся тем, что нагрузочный элемент представляет собой сплошной полый цилиндр из упругого материала с толщиной стенок, обеспечивающей необходимую упругость нагрузочного элемента в направлении измеряемых деформаций и определяющей чувствительность тензометрического датчика, который с торцов герметично закрыт, а с внешней стороны снабжен жесткими выступами, расположенными симметрично относительно оси цилиндра, предназначенными для крепления тензометрического датчика на контролируемом объекте и передачи деформации этого объекта на фотоупругий элемент.1. Strain gauge, comprising a load element, which is a hollow cylinder, mounted on a controlled object, and a piezoelectric transducer, converts the voltage on the photoelastic element, which is fixed in a known loaded state, into an electrical signal, while the optical axis of the piezoelectric transducer coincides with the axis of the cylinder and perpendicular to the plane of the measured strains, and the signal processing unit, characterized in that the load element is a solid A thin cylinder made of elastic material with a wall thickness that provides the necessary elasticity of the load element in the direction of the measured strains and determines the sensitivity of the strain gauge, which is hermetically closed from the ends and provided with rigid protrusions located symmetrically relative to the cylinder axis for fastening the strain gauge to controlled object and transfer of the deformation of this object to the photoelastic element. 2. Датчик по п.1, отличающийся тем, что фотоупругий элемент, выполненный в форме цилиндра, имеет внешний диаметр, превышающий диаметр посадочного места, образованного выступами на внутренних стенках полого цилиндра нагрузочного элемента, на величину, достаточную для крепления фотоупругого элемента за счет упругости стенок цилиндра.2. The sensor according to claim 1, characterized in that the photoelastic element made in the form of a cylinder has an external diameter exceeding the diameter of the seat formed by the protrusions on the inner walls of the hollow cylinder of the load element by an amount sufficient to mount the photoelastic element due to elasticity cylinder walls. 3. Датчик по п.1, отличающийся тем, что фотоупругий элемент выполнен в форме усеченного конуса, а на внутренней поверхности цилиндра нагрузочного элемента имеются выступы для крепления фотоупругого элемента, образующие конусовидное отверстие, ось которого совпадает с осью цилиндра и с осью фотоупругого элемента, при этом углы конуса отверстия и конуса фотоупругого элемента совпадают и равны конусу Морзе.3. The sensor according to claim 1, characterized in that the photoelastic element is made in the form of a truncated cone, and on the inner surface of the cylinder of the load element there are protrusions for attaching the photoelastic element, forming a conical hole, the axis of which coincides with the axis of the cylinder and the axis of the photoelastic element, the angles of the cone of the hole and the cone of the photoelastic element coincide and are equal to the Morse cone. 4. Датчик по п.2 или 3, отличающийся тем, что выступы могут быть выполнены в виде ребер с уменьшенной площадью контакта с фотоупругим элементом.4. The sensor according to claim 2 or 3, characterized in that the protrusions can be made in the form of ribs with a reduced contact area with the photoelastic element. 5. Датчик по п.1, отличающийся тем, что жесткие наружные выступы нагрузочного элемента имеют монтажные отверстия для крепления к контролируемому объекту.5. The sensor according to claim 1, characterized in that the rigid outer protrusions of the load element have mounting holes for attachment to a controlled object. 6. Датчик по п.5, отличающийся тем, что для повышения надежности крепления нагрузочного элемента на наружных выступах выполнены зубья, контактирующие с контролируемым объектом и лежащие в одной плоскости.6. The sensor according to claim 5, characterized in that in order to increase the reliability of fastening the load element on the outer protrusions, teeth are made that are in contact with the controlled object and lying in the same plane. 7. Датчик по п.1, отличающийся тем, что нагрузочный элемент снабжен наружными выступами, внешняя поверхность которых образует конус, равный по величине конусу Морзе и ось которого совпадает с осью полого цилиндра.7. The sensor according to claim 1, characterized in that the load element is provided with external protrusions, the outer surface of which forms a cone, equal in size to the Morse cone and whose axis coincides with the axis of the hollow cylinder. 8. Датчик по п.7, отличающийся тем, что средний диаметр конуса Морзе, образованного внешней поверхностью наружных выступов цилиндра, равен среднему диаметру монтажного отверстия в контролируемом объекте.8. The sensor according to claim 7, characterized in that the average diameter of the Morse cone formed by the outer surface of the outer protrusions of the cylinder is equal to the average diameter of the mounting hole in the controlled object. 9. Датчик по п.1, отличающийся тем, что место крепления фотоупругого элемента обеспечивает его размещение на уровне поверхности контролируемого объекта. 9. The sensor according to claim 1, characterized in that the attachment point of the photoelastic element ensures its placement at the surface level of the controlled object.
RU2013131875/28A 2013-07-09 2013-07-09 Strain-gauge sensor RU2530467C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131875/28A RU2530467C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Strain-gauge sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013131875/28A RU2530467C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Strain-gauge sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2530467C1 true RU2530467C1 (en) 2014-10-10

Family

ID=53381671

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013131875/28A RU2530467C1 (en) 2013-07-09 2013-07-09 Strain-gauge sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2530467C1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163902A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 Александр Владимирович ПОЯРКОВ Device and method for measuring combined deformations

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4002934A (en) * 1975-05-29 1977-01-11 Isaak Isaevich Slezinger Sensitive element of piezooptic measuring converter
SU1536196A1 (en) * 1988-05-13 1990-01-15 Научно-исследовательский институт механики при МГУ им.М.В.Ломоносова Piezooptical meter of object deformations
US6422084B1 (en) * 1998-12-04 2002-07-23 Weatherford/Lamb, Inc. Bragg grating pressure sensor
RU2422786C1 (en) * 2010-04-23 2011-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" (ООО "ФИРМА ПОДИЙ") Strain-gage transducer
RU2454642C1 (en) * 2011-03-29 2012-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" ООО "ФИРМА ПОДИЙ" Strain gauge (versions)

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4002934A (en) * 1975-05-29 1977-01-11 Isaak Isaevich Slezinger Sensitive element of piezooptic measuring converter
SU1536196A1 (en) * 1988-05-13 1990-01-15 Научно-исследовательский институт механики при МГУ им.М.В.Ломоносова Piezooptical meter of object deformations
US6422084B1 (en) * 1998-12-04 2002-07-23 Weatherford/Lamb, Inc. Bragg grating pressure sensor
RU2422786C1 (en) * 2010-04-23 2011-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" (ООО "ФИРМА ПОДИЙ") Strain-gage transducer
RU2454642C1 (en) * 2011-03-29 2012-06-27 Общество с ограниченной ответственностью "ФИРМА ПОДИЙ" ООО "ФИРМА ПОДИЙ" Strain gauge (versions)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016163902A1 (en) * 2015-04-08 2016-10-13 Александр Владимирович ПОЯРКОВ Device and method for measuring combined deformations

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102162757B (en) Fiber grating earth pressure sensor
US11473260B2 (en) Effective stress cell for direct measurement of effective stress in saturated soil
WO2014169540A1 (en) Non-uniform cross section cantilever beam piezoelectricity acceleration sensor
RU2422786C1 (en) Strain-gage transducer
KR100685186B1 (en) Acceleration and inclination measurement system based on fiber bragg gratings
KR101361737B1 (en) Strain measurement apparatus using pressure sensor of semiconductor type
KR101220311B1 (en) Bending sensor apparatus
RU2530467C1 (en) Strain-gauge sensor
RU2454642C1 (en) Strain gauge (versions)
RU111646U1 (en) MECHANICAL STRESS MEASUREMENT DEVICE
JP2016540474A (en) Equipment for wear monitoring in multiple overhead lines
RU115474U1 (en) MECHANICAL STRESS MEASUREMENT DEVICE
CN105091729B (en) A kind of extend Strain Extensometer of bar of invar steel that adopts
RU2530466C1 (en) Strain-gauge converter
CN106382999B (en) Road fiber grating maximum principal stress sensor
RU2564691C2 (en) Strain transducer
RU111629U1 (en) DEVICE FOR MEASURING MECHANICAL STRESSES (OPTIONS)
RU113828U1 (en) MECHANICAL STRESS MEASUREMENT DEVICE
WO2012169921A1 (en) Strain-gauge sensor (variants)
RU2618496C1 (en) Acceleration sensor
KR200462615Y1 (en) An electric resisting type sensor of fixing structure for a steel pipe
RU2552128C1 (en) Photoelastic element
RU90893U1 (en) RADIAL DEFORMATION SENSOR (OPTIONS)
CN219178787U (en) Three-dimensional force sensor of wide range
WO2022137273A1 (en) Armored dss cable