RU2643686C2 - Волоконно-оптический тензометрический датчик - Google Patents
Волоконно-оптический тензометрический датчик Download PDFInfo
- Publication number
- RU2643686C2 RU2643686C2 RU2015134406A RU2015134406A RU2643686C2 RU 2643686 C2 RU2643686 C2 RU 2643686C2 RU 2015134406 A RU2015134406 A RU 2015134406A RU 2015134406 A RU2015134406 A RU 2015134406A RU 2643686 C2 RU2643686 C2 RU 2643686C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sensor
- fbg
- protective tube
- fibre
- doped
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01B—MEASURING LENGTH, THICKNESS OR SIMILAR LINEAR DIMENSIONS; MEASURING ANGLES; MEASURING AREAS; MEASURING IRREGULARITIES OF SURFACES OR CONTOURS
- G01B11/00—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques
- G01B11/16—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge
- G01B11/165—Measuring arrangements characterised by the use of optical techniques for measuring the deformation in a solid, e.g. optical strain gauge by means of a grating deformed by the object
Landscapes
- Optical Transform (AREA)
- Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения напряжений и перемещений, связанных с деформацией объектов. Волоконно-оптический тензометрический датчик состоит из оптического волокна, покрытого металлом, двух волоконных брэгговских решеток (ВБР), защитной трубки и корпуса датчика. При этом оптическое волокно в зоне каждой из двух ВБР легировано германием, а вне зоны ВБР легировано фтором для повышения радиационной стойкости, волокна соединены в единое волокно посредством сварного соединения. При этом расположение ВБР позволяет изолировать одну из ВБР от влияния деформации для обеспечения термокомпенсации, оптическое волокно жестко закреплено в защитной трубке, защитная трубка жестко закреплена на корпусе датчика, корпус датчика имеет глухие отверстия для возможности крепежа к объекту испытаний. Технический результат заключается в обеспечении возможности уменьшения массогабаритных размеров датчика и повышения точности измерений. 2 ил.
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения напряжений и перемещений, связанных с деформаций объектов и опытных образцов при механических испытаниях, объектов, деформирующихся под действием внешней нагрузки.
Известен волоконно-оптический датчик для измерения деформаций объекта (патент РФ №2003115958), содержащий линию задержки, последовательно установленные лазерный излучатель, направленный ответвитель, один выход которого соединен с устройством ввода излучения в измерительный преобразователь, состоящий из секций волоконно-оптического кабеля, а второй - с оптическим входом фотоприемника, выход которого подключен к входу устройства управления и обработки через усилитель. Недостатком датчика является амплитудный метод измерений, из-за которого удаленность размещения датчика от регистратора напрямую влияет на точность измерения, а также любые вибрационные нагрузки на датчик вносят дополнительную погрешность измерений. Также недостатками датчика являются его выходные массогабаритные размеры, отсутствие возможности работоспособности при высоких температурах.
Известен волоконно-оптический датчик перемещений (SU 1767327), содержащий тактильный преобразователь и дифференциальный усилитель, что позволяет производить калибровку датчика на линейном участке статической характеристики, компенсировать оптические шумы и температурный дрейф, осуществлять измерение как многократных, так и однократных перемещений. Недостатком датчика являются его выходные массогабаритные размеры, отсутствие возможности работоспособности при высоких температурах.
Наиболее близким аналогом является волоконно-оптический датчик деформации (JP 3797880), содержащий волоконную решетку Брэгга (ВБР), приклеенную к металлической конструкции датчика, используемой для измерения силы натяжения и силы сжатия с высокой чувствительностью, при этом ВБР расположена в области деформации. Недостатком датчика являются его выходные массогабаритные размеры, отсутствие возможности работоспособности при высоких температурах. Также недостатком датчика является отсутствие температурной компенсации, и конструкция датчика не обеспечивает защиту ВБР от внешних воздействий, что уменьшает время работоспособности датчика в целом.
С помощью заявленного изобретения решается техническая задача уменьшения массогабаритных размеров датчика, повышения точности измерения, уменьшения влияния внешних воздействий на точность измерения, упрощения конструкции датчика, обеспечение возможности работоспособности датчика при высоких температурах и повышенном радиационном фоне.
Поставленная задача решается тем, что волоконно-оптический тензометрический датчик состоит из оптического волокна, покрытого металлом, по меньшей мере, двух волоконных брэгговских решеток (ВБР), защитной трубки и корпуса датчика; при этом оптическое волокно в зоне каждой из двух ВБР легировано германием, а вне зоны ВБР легировано фтором для повышения радиационной стойкости, при этом волокна соединены в единое волокно посредством сварного соединения; при этом расположение ВБР позволяет изолировать одну из ВБР от влияния деформации для обеспечения термокомпенсации, оптическое волокно жестко закреплено в защитной трубке, защитная трубка жестко закреплена на корпусе датчика, корпус датчика имеет глухие отверстия для возможности крепежа к объекту испытаний.
Заявляемое изобретение поясняется рисунками, где на фиг. 1 приведена схема волоконно-оптического тензометрического датчика, на фиг. 2 - оптического волокна.
Тензометрический датчик (фиг. 1) состоит из оптического волокна, покрытого оболочкой из металла (1) с двумя ВБР, одна из которых является сенсором механической деформации датчика (2), другая - сенсором изменения температуры датчика (3), защитной трубки (4) и корпуса датчика (5). При этом волокно (1) жестко закреплено (6) в защитной трубке (4), а защитная трубка (4) жестко закреплена (7) на корпусе датчика (5). Корпус датчика имеет глухие отверстия (8) для возможности крепежа к объекту испытаний.
Оптическое волокно (фиг. 2) покрыто оболочкой из металла (1) с двумя ВБР, одна из которых является сенсором механической деформации датчика (2), другая - сенсором изменения температуры датчика (3). При этом оптическое волокно в зоне каждой из двух ВБР (9) легировано германием для повышения фоточувствительности, а вне зоны каждой из двух ВБР (10) легировано фтором для повышения радиационной стойкости, при этом волокна соединены в единое волокно посредством сварного соединения (11).
Технический результат, получаемый в предлагаемом датчике, достигается тем, что измерение деформации осуществляется методом регистрации спектрального сдвига решетки Брэгга, путем перераспределения нагрузки на корпус датчика в осевую нагрузку решеток Брэгга. Благодаря расположению ВБР, конструкции корпуса датчика, локального места крепления к объекту части корпуса, при деформационном воздействии достигается осевое сжатие/растяжение одной ВБР, и при этом отсутствие такового на второй ВБР. Такая конструкция позволяет проводить отстройку от температурного влияния на датчик, что повышает его точность и надежность. Два типа легирования оптического волокна позволяют обеспечить повышенную радиационную стойкость оптического волокна, а также увеличенную фоточувствительность в области ВБР. Оптические волокна соединяются в один посредством сварного соединения. При установке датчика на испытуемый объект его зафиксированное положение принимается за нулевое недеформированное состояние. Способ крепления оптического волокна, тип покрытия оптического волокна, а также метод крепления других элементов датчика позволяют существенно расширить температурный диапазон работы датчика, а также существенно повысить его надежность и долговечность с обеспечением минимальных массогабаритных размеров датчика. Метод является простым в исполнении - процесс записи ВБР в оптическом волокне технологичен и может быть легко автоматизирован, получающийся датчик обладает высокой надежностью, в реализуемом методе достигается практически полное отсутствие внешних воздействий на точность измерения, благодаря спектральному методу измерения, в отличие от широко распространенных амплитудных методов.
Claims (1)
- Волоконно-оптический тензометрический датчик, состоящий из оптического волокна, покрытого металлом, по меньшей мере, двух волоконных брэгговских решеток (ВБР), защитной трубки и корпуса датчика; при этом оптическое волокно в зоне каждой из двух ВБР легировано германием, а вне зоны ВБР легировано фтором для повышения радиационной стойкости, при этом волокна соединены в единое волокно посредством сварного соединения; при этом расположение ВБР позволяет изолировать одну из ВБР от влияния деформации для обеспечения термокомпенсации, оптическое волокно жестко закреплено в защитной трубке, защитная трубка жестко закреплена на корпусе датчика, корпус датчика имеет глухие отверстия для возможности крепежа к объекту испытаний.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015134406A RU2643686C2 (ru) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | Волоконно-оптический тензометрический датчик |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015134406A RU2643686C2 (ru) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | Волоконно-оптический тензометрический датчик |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2015134406A RU2015134406A (ru) | 2017-02-22 |
RU2643686C2 true RU2643686C2 (ru) | 2018-02-05 |
Family
ID=58453852
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015134406A RU2643686C2 (ru) | 2015-08-17 | 2015-08-17 | Волоконно-оптический тензометрический датчик |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2643686C2 (ru) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109357785A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-02-19 | 苏州热工研究院有限公司 | 一种基于分布式传感技术的核电厂安全壳整体性能评价方法 |
RU2771446C1 (ru) * | 2021-07-06 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Чувствительный элемент волоконно-оптического тензометрического датчика для измерения продольного механического натяжения и способ измерения продольного механического натяжения объекта волоконно-оптическим тензометрическим датчиком |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU89251U1 (ru) * | 2009-07-31 | 2009-11-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Волоконно-оптический векторный датчик изгиба |
RU2436054C2 (ru) * | 2007-01-16 | 2011-12-10 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Распределенные оптические датчики давления и температуры |
RU2012125359A (ru) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") | Волоконно-оптический торцевой датчик деформации |
RU140222U1 (ru) * | 2013-10-07 | 2014-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Оптический зонд |
CN103822591A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-28 | 宁波杉工仪器设备有限公司 | 一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器 |
-
2015
- 2015-08-17 RU RU2015134406A patent/RU2643686C2/ru active
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2436054C2 (ru) * | 2007-01-16 | 2011-12-10 | Бейкер Хьюз Инкорпорейтед | Распределенные оптические датчики давления и температуры |
RU89251U1 (ru) * | 2009-07-31 | 2009-11-27 | Государственное Научное Учреждение "Институт Физики Имени Б.И. Степанова Национальной Академии Наук Беларуси" | Волоконно-оптический векторный датчик изгиба |
RU2012125359A (ru) * | 2012-06-19 | 2013-12-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Инновационное предприятие "НЦВО-ФОТОНИКА" (ООО ИП "НЦВО-Фотоника") | Волоконно-оптический торцевой датчик деформации |
RU140222U1 (ru) * | 2013-10-07 | 2014-05-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Государственная корпорация по атомной энергии "Росатом" | Оптический зонд |
CN103822591A (zh) * | 2014-02-28 | 2014-05-28 | 宁波杉工仪器设备有限公司 | 一种小型化的基片式光纤布拉格光栅应变传感器 |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN109357785A (zh) * | 2018-11-05 | 2019-02-19 | 苏州热工研究院有限公司 | 一种基于分布式传感技术的核电厂安全壳整体性能评价方法 |
RU2771446C1 (ru) * | 2021-07-06 | 2022-05-04 | Акционерное общество "Концерн "Центральный научно-исследовательский институт "Электроприбор" | Чувствительный элемент волоконно-оптического тензометрического датчика для измерения продольного механического натяжения и способ измерения продольного механического натяжения объекта волоконно-оптическим тензометрическим датчиком |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2015134406A (ru) | 2017-02-22 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP7301932B2 (ja) | 安全性のためのマルチコア光ファイバ内の冗長コア | |
US20240044676A1 (en) | Distributed Optical Fibre Vibration Sensor | |
AU2017346318B2 (en) | Probe for determining soil properties | |
US20170370704A1 (en) | Dissimilar cores in multicore optical fiber for strain and temperature separation | |
CN105115438B (zh) | 一种光纤传感系统温度补偿方法 | |
US20130094798A1 (en) | Monitoring Structural Shape or Deformations with Helical-Core Optical Fiber | |
US9677960B2 (en) | Pressure sensing assembly | |
Liu et al. | Fiber Bragg grating based displacement sensors: State of the art and trends | |
Di Sante et al. | Temperature-compensated fibre Bragg grating‐based sensor with variable sensitivity | |
US10620018B2 (en) | Method for measuring the displacement profile of buildings and sensor therefor | |
EP3312556A1 (en) | Mechanical strain amplifying transducer | |
CN203908504U (zh) | 一种带测温功能的光纤光栅位移装置 | |
RU163742U1 (ru) | Волоконно-оптический датчик и комплект для измерения деформаций защитной оболочки ядерного реактора | |
JP2000230935A (ja) | 加速度計およびこれを備えた加速度計測装置 | |
RU2643686C2 (ru) | Волоконно-оптический тензометрический датчик | |
JPWO2017150476A1 (ja) | 光ファイバセンサ | |
US20150160082A1 (en) | System and method for measuring torque | |
Vallan et al. | Static characterization of curvature sensors based on plastic optical fibers | |
RU163305U1 (ru) | Волоконно-оптический датчик деформации (продольного растяжения/сжатия) | |
US20180128599A1 (en) | Force sensing in a distal region of an instrument including single-core or multi-core optical fiber | |
US8590385B2 (en) | High pressure fiber optic sensor system | |
KR101698835B1 (ko) | 광섬유 변위 계측 시스템 | |
JP2019109057A (ja) | 光ファイバセンサ | |
CN105115440B (zh) | 一种基于光纤光栅传感器的局部位移测量方法 | |
Sanborn et al. | Distributed fiber optic strain measurement using Rayleigh scatter in composite structures |