SK289078B6 - Sensor of the size and acting location of the external force - Google Patents

Sensor of the size and acting location of the external force Download PDF

Info

Publication number
SK289078B6
SK289078B6 SK52-2019A SK522019A SK289078B6 SK 289078 B6 SK289078 B6 SK 289078B6 SK 522019 A SK522019 A SK 522019A SK 289078 B6 SK289078 B6 SK 289078B6
Authority
SK
Slovakia
Prior art keywords
external force
optical
sensor
location
piston
Prior art date
Application number
SK52-2019A
Other languages
Slovak (sk)
Other versions
SK522019A3 (en
Inventor
doc. Ing. Káčik Daniel PhD.
prof. Mgr. Martinček Ivan PhD.
doc. RNDr. CSc. Turek Ivan
Original Assignee
Žilinská Univerzita V Žiline
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 Žilinská Univerzita V Žiline filed Critical Žilinská Univerzita V Žiline
Priority to SK52-2019A priority Critical patent/SK289078B6/en
Publication of SK522019A3 publication Critical patent/SK522019A3/en
Publication of SK289078B6 publication Critical patent/SK289078B6/en

Links

Landscapes

  • Force Measurement Appropriate To Specific Purposes (AREA)
  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)
  • Optical Transform (AREA)

Abstract

Sensor of the size and acting location of the external force consists of two or more optical media (2), of the pistons (3) transmitting an external force simultaneously on optical media (2) and from the housing (4) in which the optical media (2) are embedded, wherein the piston (3) is connected to the housing (4) by a thin layer of flexible material (10) and the optical media (2) are positioned so that the distance of their axes from the axis of the piston (3) depends on the coordinate measured along the axis of the sensor. Sensor of the size and acting location of the external force can be used, for example, for weighing cars in motion and makes it possible to determine the place of passage, the speed as well as the distribution of the load.

Description

Oblasť technikyThe field of technology

Vynález sa týka snímača veľkosti a miesta pôsobenia sily. Oblasť techniky, ktorej sa vynález týka, je meracia technika a senzorová technika.The invention relates to a sensor of the size and location of the force. The field of technology to which the invention relates is measurement technology and sensor technology.

Doterajší stav technikyCurrent state of the art

Snímače sily sú zariadenia, ktoré pracujú na rôznych fyzikálnych princípoch. Tieto zriadenia umožňujú určiť veľkosť pôsobiacej sily použitím napríklad piezoelektrických snímačov, pričom elektrické napätie vzniknuté na protiľahlých stenách snímača pri pôsobení sily je priamoúmerné tejto sile. Je možné taktiež použiť aj optické prostredia, ktorých prenosové parametre závisia od veľkosti pôsobiacej sily. Najčastejšie sa používa vplyv pôsobiacej vonkajšej sily na koeficient absorpcie (mikroohybové straty), zmenu polarizácie optického žiarenia, zmenu vlnovej dĺžky odrazeného optického žiarenia po prechode Braggovou mriežkou a na optickú dĺžku prostredia (rôzne typy optických interferometrov).Force sensors are devices that work on different physical principles. These devices make it possible to determine the magnitude of the applied force by using, for example, piezoelectric sensors, while the electrical voltage created on the opposite walls of the sensor when the force is applied is directly proportional to this force. It is also possible to use optical environments whose transmission parameters depend on the magnitude of the applied force. The effect of the acting external force on the absorption coefficient (microbending losses), the change in the polarization of optical radiation, the change in the wavelength of the reflected optical radiation after passing through the Bragg grating and on the optical length of the environment (various types of optical interferometers) is most often used.

Snímače založené na využití týchto fyzikálnych princípov sú v súčasnosti vyvinuté a pomerne široko používané v rôznych aplikáciách, medzi ktoré patrí aj ich využitie na určovanie hmotnosti automobilov. Obyčajne sa pomocou snímačov určuje len jeden parameter, a to veľkosť pôsobiacej vonkajšej sily (SK 134-2018 U1 Zariadenie na meranie dynamickej sily pomocou optického vlákna). Ak je potrebné určiť aj miesto pôsobenia vonkajšej sily, tak sa použije ďalší snímač na zisťovanie miesta pôsobenia (CN101666660 (A) Vehicle load action position recognizing method based on fiber bragg grating sensing technology). Pri použití systému pozostávajúceho z viacerých nezávislých senzorov sily (KR100383818 (B1) Weight measurement system using fiber optic grating sensor) sa dá určiť okrem veľkosti aj miesto pôsobiacej sily. V tomto prípade presnosť určenia pôsobenia sily závisí od vzdialenosti použitých diskrétnych prvkov. A zároveň, čím je väčší počet prvkov na účely zistenia presnejšieho pôsobiska vonkajšej sily, tým je konštrukcia aj vyhodnocovanie komplikovanejšie. Obdobný spôsob určovania veľkosti sily a zároveň aj miesta pôsobenia sily, ako sa predkladá, je opísaný v PP 42-2019 Optický snímač veľkosti a miesta pôsobenia vonkajšej sily s tým rozdielom, že v predkladanom patente rozmery optického prostredia (v príklade uskutočnenia tyč) závisia od súradnice meranej pozdĺž dĺžky optického prostredia.Sensors based on the use of these physical principles are currently developed and fairly widely used in various applications, including their use for determining the weight of cars. Usually, only one parameter is determined with the help of sensors, namely the magnitude of the applied external force (SK 134-2018 U1 Device for measuring dynamic force using an optical fiber). If it is also necessary to determine the place of action of the external force, then another sensor is used to detect the place of action (CN101666660 (A) Vehicle load action position recognizing method based on fiber bragg grating sensing technology). When using a system consisting of several independent force sensors (KR100383818 (B1) Weight measurement system using fiber optic grating sensor), it is possible to determine, in addition to the size, the location of the applied force. In this case, the accuracy of determining the action of the force depends on the distance of the discrete elements used. And at the same time, the greater the number of elements for the purpose of determining the more precise location of the external force, the more complicated the construction and evaluation. A similar method of determining the size of the force and at the same time the location of the force, as presented, is described in PP 42-2019 Optical sensor of the size and location of the external force, with the difference that in the presented patent, the dimensions of the optical environment (in the example embodiment, a rod) depend on coordinate measured along the length of the optical medium.

Podstata vynálezuThe essence of the invention

Uvedené nedostatky odstraňuje snímač veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily. Predkladaný snímač veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily nie je viazaný na konkrétny fyzikálny princíp, takže môže byť realizovaný použitím snímačov využívajúcich vplyv vonkajšej pôsobiacej sily na rôzne prenosové parametre optického prostredia.The mentioned shortcomings are eliminated by the sensor of the size and location of the external force. The presented sensor of the size and location of the external force is not bound to a specific physical principle, so it can be implemented using sensors using the influence of the external force on various transmission parameters of the optical environment.

Snímač veľkosti a miesta pôsobenia vonkajšej sily, ktorý je realizovaný použitím dvoch alebo viacerých optických prostredí, ktorými prechádzajú optické lúče (vlny), sú umiestnené v oblasti, v ktorej sa veľkosť a miesto pôsobenia sily má určovať a prenosové parametre týchto prostredí závisia od veľkosti vonkajšej sily pôsobiacej na optické prostredia. Tieto optické prostredia sú v takom usporiadaní, pri ktorom vonkajšia sila pôsobí súčasne na použité optické prostredia, ale miera, ktorou je vonkajšia sila rozdelená na zložky pôsobiace na jednotlivé prostredia, závisí od miesta, v ktorom pôsobí. V dôsledku závislosti pomeru, ktorým sa vonkajšia sila delí na sily pôsobiace na jednotlivé prostredia, od miesta pôsobenia vonkajšej sily je odlišný aj optický stav na výstupe z týchto prostredí. Keďže optický stav je charakterizovaný amplitúdou, fázou a polarizáciou a všetky tieto charakteristiky sa dajú vhodným detektorom detegovať, tak závislosť ktoréhokoľvek z týchto parametrov od veľkosti pôsobiacej sily môže byť využitá na určenie miery pôsobenia vonkajšej sily na jednotlivé optické prostredia a pri známej závislosti pomeru, v ktorom je sila rozdelená na jednotlivé prostredia, detekcia optického stavu na ich výstupe umožňuje určiť veľkosť i miesto pôsobiacej vonkajšej sily.The sensor of the size and location of the external force, which is realized by using two or more optical environments through which optical rays (waves) pass, are located in the area in which the size and location of the force is to be determined, and the transmission parameters of these environments depend on the size of the external forces acting on optical environments. These optical environments are arranged in such a way that the external force acts simultaneously on the optical environments used, but the degree to which the external force is divided into components acting on the individual environments depends on the location in which it acts. Due to the dependence of the ratio by which the external force is divided into forces acting on individual environments, the optical state at the exit from these environments is also different from the place of action of the external force. Since the optical state is characterized by amplitude, phase and polarization, and all these characteristics can be detected by a suitable detector, the dependence of any of these parameters on the magnitude of the acting force can be used to determine the degree of external force action on individual optical environments, and with the known dependence of the ratio, in in which the force is divided into individual environments, detection of the optical state at their output makes it possible to determine the size and location of the external force acting.

Optické prostredia, ktorými sa použité optické lúče (vlny) šíria, môžu byť realizované ako vlnovody (optické vlákna), svetlovody alebo objekty s rozmermi, ktoré sú značne väčšie, ako je vlnová dĺžka použitého svetla (tyče).Optical environments through which the used optical rays (waves) propagate can be realized as waveguides (optical fibers), light guides or objects with dimensions that are considerably larger than the wavelength of the used light (rods).

Vlastnosť optických snímačov určiť súčasne veľkosť sily a zároveň miesto jej pôsobenia sa prejaví ako výhoda napríklad pri určovaní hmotnosti automobilov pri ich pohybe. Navyše, pri uložení snímača pod vhodným uhlom proti smeru pohybu vozidla jediný snímač umožňuje určiť nielen hmotnosť, ale aj rýchlosť prechádzajúceho automobilu, ako aj rozloženie hmotnosti nákladu.The property of optical sensors to simultaneously determine the magnitude of the force and the place of its action is manifested as an advantage, for example, in determining the weight of cars as they move. In addition, when the sensor is placed at a suitable angle against the direction of movement of the vehicle, a single sensor makes it possible to determine not only the weight, but also the speed of the passing car, as well as the distribution of the weight of the load.

Prehľad obrázkov na výkresochOverview of images on drawings

Schéma zostavy na určovanie veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily využívajúca vplyv deformácie optických prostredí 2 realizovaných pomocou optických vlákien 2a a 2b na orientáciu roviny polarizácie svetla je znázornená na obr. 1. Schéma zostavy na určovanie veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily využívajúca vplyv deformácie optických prostredí 2 realizovaných pomocou optických vlákien 2a a 2b na orientáciu roviny polarizácie svetla, ktorá na určenie pôsobiska vonkajšej sily využíva jej rozdelenie pomocou deleného piesta 3, je znázornená na obr. 2. Schéma snímača na určovanie veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily využívajúca vplyv deformácie optických prostredí 2 realizovaných pomocou optických vlákien 2a a 2b na fázu svetla je znázornená na obr. 3.The diagram of the assembly for determining the size and location of the external force using the influence of the deformation of the optical media 2 realized by means of optical fibers 2a and 2b for the orientation of the plane of polarization of light is shown in fig. 1. The scheme of the assembly for determining the size and location of the external force, using the influence of the deformation of the optical media 2 realized with the help of optical fibers 2a and 2b for the orientation of the plane of polarization of light, which uses its division by means of a split piston 3 to determine the location of the external force, is shown in Fig. 2. The scheme of the sensor for determining the size and location of the external force using the influence of the deformation of the optical media 2 realized by means of optical fibers 2a and 2b on the phase of light is shown in fig. 3.

Príklady uskutočnenia vynálezuExamples of implementation of the invention

Príklad 1Example 1

Schéma zostavy na určovanie veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily využívajúca vplyv deformácie optických prostredí 2 realizovaných v tomto príklade optickými vláknami 2a a 2b na orientáciu roviny polarizácie svetla je znázornená na obr. 1. V predkladanom snímači veľkosti a miesta pôsobenia vonkajšej sily je optické žiarenie zo zdrojov polarizovaného monochromatického svetla 1 naviazané do dvoch optických vlákien 2a a 2b, ktorých prenosové parametre sú rovnaké a nezávisia od pozdĺžnej súradnice vlákna a sú uložené pod piestom 3 šikmo tak, že sú navzájom rovnobežné a vzdialenosť ich osí od osi piesta 3 lineárne závisí od vzdialenosti meranej pozdĺž osi piesta 3. Piest 3 je s puzdrom 4 spojený tenkou vrstvou pružného materiálu 10. V dôsledku toho sily, ktorými piest 3 pôsobí na optické vlákna 2a a 2b, závisia nielen od veľkosti vonkajšej sily, ale aj od miesta, v ktorom vonkajšia sila pôsobí. Súčet týchto síl sa rovná vonkajšej pôsobiacej sile, takže pri optických vláknach 2a a 2b, pri ktorých je závislosť zmeny prenosových parametrov na veľkosti pôsobiacej sily lineárna, je súčet zmien detegovaného optického parametra úmerný veľkosti vonkajšej sily. Ale rozdiel týchto síl závisí od miesta, v ktorom vonkajšia sila na snímač pôsobí, takže i zmeny optického stavu detegovaného na výstupe z optických vlákien 2a a 2b závisia od miesta, v ktorom vonkajšia sila pôsobí. Svetelné lúče sú po prechode optickými vláknami 2a a 2b naviazané do dvoch detektorov polarizačnej roviny 5, pozostávajúcich z detektorov intenzity svetla a polarizačných filtrov. Elektrický signál z detektorov 5 je koaxiálnymi káblami 6 privedený do elektronickej vyhodnocovacej jednotky 7, v ktorej sa na základe znalosti závislosti vzdialenosti osí optických vlákien 2a a 2b a závislosti zmeny orientácie polarizačnej roviny od veľkosti pôsobiacej sily určí veľkosť a miesto pôsobenia vonkajšej sily.The scheme of the assembly for determining the size and location of the external force using the influence of the deformation of the optical media 2 realized in this example by the optical fibers 2a and 2b for the orientation of the plane of polarization of light is shown in fig. 1. In the presented sensor of the size and location of the external force, the optical radiation from the sources of polarized monochromatic light 1 is coupled into two optical fibers 2a and 2b, the transmission parameters of which are the same and do not depend on the longitudinal coordinate of the fiber and are placed under the piston 3 obliquely so that are parallel to each other and the distance of their axes from the axis of the piston 3 depends linearly on the distance measured along the axis of the piston 3. The piston 3 is connected to the housing 4 by a thin layer of flexible material 10. As a result, the forces with which the piston 3 acts on the optical fibers 2a and 2b they depend not only on the magnitude of the external force, but also on the place in which the external force acts. The sum of these forces is equal to the external applied force, so for optical fibers 2a and 2b, in which the dependence of the change of the transmission parameters on the magnitude of the applied force is linear, the sum of the changes of the detected optical parameter is proportional to the magnitude of the external force. But the difference of these forces depends on the location in which the external force acts on the sensor, so the changes in the optical state detected at the output of the optical fibers 2a and 2b also depend on the location in which the external force acts. After passing through the optical fibers 2a and 2b, the light rays are connected to two detectors of the polarization plane 5, consisting of light intensity detectors and polarization filters. The electrical signal from the detectors 5 is fed by coaxial cables 6 to the electronic evaluation unit 7, in which the magnitude and location of the external force is determined based on the knowledge of the distance between the axes of the optical fibers 2a and 2b and the dependence of the change in the orientation of the polarization plane on the magnitude of the applied force.

Príklad 2Example 2

Schéma zostavy na určovanie veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily využívajúca vplyv deformácie optických prostredí 2 realizovaných pomocou optických vlákien 2a a 2b na orientáciu roviny polarizácie svetla, ktorá na určenie pôsobiska vonkajšej sily využíva jej rozdelenie pomocou deleného piesta 3, je znázornená na obr. 2. V predkladanom snímači veľkosti a miesta vonkajšej sily je optické žiarenie zo zdrojov polarizovaného monochromatického svetla 1 naviazané do dvoch optických vlákien 2a a 2b, ktorých prenosové parametre nezávisia od súradnice, sú rovnaké a sú uložené pod deleným piestom 3 pozostávajúcich z častí 3a a 3b. Šírky týchto piestov 3a a 3b závisia od súradnice meranej pozdĺž optických vlákien 2. Ich šírky sú volené tak, aby ich súčet bol vo všetkých vzdialenostiach rovnaký a ich rozdiel lineárne narastal. Pritom vlákno 2a je uložené pod piestom 3a a vlákno 2b je uložené pod piestom 3b. V dôsledku odlišných šírok piestov 3a a 3b i sily, ktorými piesty 3a a 3b na vlákna 2a a 2b pôsobia, nie sú rovnaké a závisia od miesta, v ktorom vonkajšia sila pôsobí. Súčet týchto síl sa rovná vonkajšej pôsobiacej sile, takže pri vláknach 2a a 2b, pri ktorých zmeny prenosových parametrov na veľkosti pôsobiacej sily nezávisia od miesta, je súčet zmien detegovaného optického parametra úmerný veľkosti vonkajšej sily. Ale ich rozdiel je od pôsobiska vonkajšej sily závislý, takže i zmeny optického stavu detegovaného na výstupe z vlákien 2a a 2b sú závislé od miesta, v ktorom vonkajšia sila pôsobí.The scheme of the assembly for determining the size and location of the external force, using the influence of the deformation of the optical media 2 realized with the help of optical fibers 2a and 2b for the orientation of the plane of polarization of light, which uses its division by means of a split piston 3 to determine the area of application of the external force, is shown in Fig. 2. In the presented sensor of the magnitude and location of the external force, the optical radiation from the sources of polarized monochromatic light 1 is coupled into two optical fibers 2a and 2b, the transmission parameters of which do not depend on the coordinate, are the same and are stored under the split piston 3 consisting of parts 3a and 3b . The widths of these pistons 3a and 3b depend on the coordinate measured along the optical fibers 2. Their widths are chosen so that their sum is the same at all distances and their difference increases linearly. In this case, the fiber 2a is placed under the piston 3a and the fiber 2b is placed under the piston 3b. Due to the different widths of the pistons 3a and 3b, the forces with which the pistons 3a and 3b act on the fibers 2a and 2b are not the same and depend on the location in which the external force acts. The sum of these forces is equal to the external applied force, so for fibers 2a and 2b, in which the changes in the transmission parameters on the magnitude of the applied force do not depend on the location, the sum of the changes in the detected optical parameter is proportional to the external force. But their difference is dependent on the place of action of the external force, so that the changes in the optical state detected at the output of fibers 2a and 2b are also dependent on the place where the external force acts.

Svetelné lúče sú po prechode optickými vláknami 2a a 2b naviazané do dvoch detektorov polarizačnej roviny 5, pozostávajúcich z detektorov intenzity svetla a polarizačných filtrov. Elektrický signál z detektorov 5 je koaxiálnymi káblami 6 privedený do elektronickej vyhodnocovacej jednotky 7, v ktorej sa na základe znalosti závislosti šírky piestov 3a a 3b od súradnice a závislosti zmeny orientácie polarizačnej roviny od veľkosti pôsobiacej sily určí veľkosť a miesto pôsobenia vonkajšej sily.After passing through the optical fibers 2a and 2b, the light rays are connected to two detectors of the polarization plane 5, consisting of light intensity detectors and polarization filters. The electric signal from the detectors 5 is fed by coaxial cables 6 to the electronic evaluation unit 7, in which, based on the knowledge of the dependence of the width of the pistons 3a and 3b on the coordinate and the dependence of the change in the orientation of the polarization plane on the magnitude of the applied force, the magnitude and location of the external force is determined.

Príklad 3Example 3

Schéma snímača na určovanie veľkosti a miesta pôsobiacej vonkajšej sily využívajúca vplyv deformácie optických prostredí 2 realizovaných pomocou optických vlákien 2a a 2b na fázu svetla je znázornená na obr. 3. V takomto snímači veľkosti a miesta pôsobenia vonkajšej sily je optické žiarenie z vysokokoherentných zdrojov svetla 1 naviazané do dvoch optických vláknových cirkulátorov 9, ku ktorým sú pripojené optické vlákna 2a a 2b, ktorých koncové čelá sú v záujme zvýšenia koeficientu odrazu pokovované. Prenosové parametre týchto vlákien 2a a 2b sú vo všetkých miestach rovnaké. Vlákna 2a a 2b sú uložené pod piestom 3 šikmo tak, že sú navzájom rovnobežné a vzdialenosť ich osí od osi piesta 3 lineárne závisí od vzdialenosti meranej pozdĺž osi piesta 3. V dôsledku toho i sila, ktorou piest na vlákna 2a a 2b pôsobí, závisí od miesta, v ktorom vonkajšia sila pôsobí. Súčet týchto síl sa rovná vonkajšej pôsobiacej sile, takže pri vláknach, pri ktorých je závislosť zmeny prenosových parametrov na veľkosti pôsobiacej sily lineárna, je súčet zmien detegovaného optického parametra úmerný veľkosti vonkajšej sily a ich rozdiel je od súradnice meranej pozdĺž vlákien 2a a 2b závislý, takže i zmeny optického stavu detegovaného na výstupe z optických vláknových cirkulátorov 9 sú závislé od miesta, v ktorom vonkajšia sila pôsobí. Intenzita svetla na výstupe optických vláknových cirkulátorov 9 je detegovaná detektormi 5.The scheme of the sensor for determining the size and location of the external force using the influence of the deformation of the optical media 2 realized by means of optical fibers 2a and 2b on the phase of light is shown in fig. 3. In such a sensor of the size and location of the external force, optical radiation from highly coherent light sources 1 is coupled into two optical fiber circulators 9, to which optical fibers 2a and 2b are connected, whose end faces are plated in order to increase the reflection coefficient. The transmission parameters of these fibers 2a and 2b are the same in all places. The fibers 2a and 2b are placed under the piston 3 obliquely so that they are parallel to each other, and the distance of their axes from the axis of the piston 3 depends linearly on the distance measured along the axis of the piston 3. As a result, the force exerted by the piston on the fibers 2a and 2b also depends from the point where the external force acts. The sum of these forces is equal to the external force, so for fibers where the dependence of the change in transmission parameters on the magnitude of the force is linear, the sum of changes in the detected optical parameter is proportional to the magnitude of the external force, and their difference is dependent on the coordinate measured along fibers 2a and 2b. so even changes in the optical state detected at the output of the optical fiber circulators 9 are dependent on the place where the external force acts. The light intensity at the output of optical fiber circulators 9 is detected by detectors 5.

Intenzita svetla na výstupe optických vláknových cirkulátorov 9 je intenzitou interferencie vĺn odrazených na čele optických vlákien 2a a 2b, ktorými svetlo do vlákien 2a a 2b vstupuje, a na ich konci, takže poskytuje informáciu o zmene ich dĺžky, ktorú vyvolá vonkajšia sila. Elektrický signál z detektorov 5 je koaxiálnymi káblami 6 privedený do elektronickej vyhodnocovacej jednotky 7, v ktorej sa na základe znalosti závislosti vzdialenosti osí optických vlákien 2a a 2b od osi piesta 3 a závislosti zmeny fázy od veľkosti pôsobiacej sily určí veľkosť a miesto pôsobenia vonkajšej sily.The light intensity at the output of the optical fiber circulators 9 is the interference intensity of the waves reflected at the front of the optical fibers 2a and 2b, through which the light enters the fibers 2a and 2b, and at their end, so it provides information about the change in their length caused by an external force. The electrical signal from the detectors 5 is fed via coaxial cables 6 to the electronic evaluation unit 7, in which, based on the knowledge of the dependence of the distance of the axes of the optical fibers 2a and 2b from the axis of the piston 3 and the dependence of the phase change on the magnitude of the applied force, the magnitude and location of the external force is determined.

Intenzita interferenčného signálu je monotónnou funkciou fázového rozdielu iba v rozsahu π, ktorá zodpovedá zmene dĺžky optického vlákna 2 o polovicu vlnovej dĺžky použitého svetla. Z toho vyplýva jednak vysoká citlivosť systému, ale i jeho malý rozsah. Ale pri použití dostatočne rýchleho detekčného systému je pri monotónne narastajúcej a monotónne zanikajúcej sile možné z časového priebehu signálu získaného v priebehu pôsobenia vonkajšej sily určiť jej veľkosť. Jej určenie je možné, pretože z počtu periód zaznamenaných signálov možno určiť, koľkokrát sa fáza signálu zmenila o hodnotu 2π, a tak určiť zmenu fázy a tým i veľkosť sily vo veľkom rozsahu a s veľkou presnosťou. Takto systém umožňuje spojenie vysokej citlivosti a veľkého rozsahu oblasti, v ktorej sa môže veľkosť sily a miesto jej pôsobenia určovať.The intensity of the interference signal is a monotonic function of the phase difference only in the range π, which corresponds to a change in the length of the optical fiber 2 by half the wavelength of the light used. This results in both the high sensitivity of the system and its small range. But with the use of a fast enough detection system, with a monotonically increasing and monotonically decreasing force, it is possible to determine its magnitude from the time course of the signal obtained during the application of the external force. Its determination is possible because from the number of periods of the recorded signals it is possible to determine how many times the phase of the signal has changed by the value of 2π, and thus to determine the phase change and thus the magnitude of the force on a large scale and with great accuracy. In this way, the system enables the combination of high sensitivity and a large area in which the magnitude of the force and the place of its action can be determined.

Priemyselná využiteľnosťIndustrial applicability

Snímač pozostávajúci z viacerých optických prostredí s odlišnou závislosťou parametrov od miesta pôsobenia sily je možné využiť na určovanie veľkosti a miesta pôsobiacej sily, čo môže nájsť využitie v meracej a senzorovej technike, napríklad na váženie pohybujúcich sa vozidiel, ako i pri kontrole rovnomerného rozloženia hmotnosti nákladu vozidiel.A sensor consisting of several optical environments with different parameters depending on the location of the force can be used to determine the magnitude and location of the force, which can be used in measurement and sensor technology, for example, for weighing moving vehicles, as well as for checking the uniform distribution of the weight of the load vehicles.

Zoznam vzťahových značiekList of relationship tags

- zdroje lineárne polarizovaného monochromatického svetla- sources of linearly polarized monochromatic light

- optické prostredia- optical environments

2a - optické vlákno2a - optical fiber

2b - optické vlákno2b - optical fiber

- piesty- pistons

3a - piest3a - piston

3b - piest3b - piston

- puzdro- case

- detektory polarizačnej roviny- polarization plane detectors

- koaxiálne káble- coaxial cables

- elektronická vyhodnocovacia jednotka- electronic evaluation unit

- optické vláknové cirkulátory- optical fiber circulators

- tenká vrstva pružného materiálu- a thin layer of flexible material

Claims (2)

1. Snímač veľkosti a miesta pôsobenia vonkajšej sily, pozostávajúci z dvoch alebo viacerých optických prostredí (2), piesta (3) prenášajúceho vonkajšiu pôsobiacu silu súčasne na optické prostredia (2), puzdra (4), 5 v ktorom sú optické prostredia (2) uložené, pričom piest (3) je s puzdrom (4) spojený tenkou vrstvou pružného materiálu (10), vyznačujúci sa tým, že optické prostredia (2) sú umiestnené tak, že vzdialenosť ich osí od osi piesta (3) je závislá od súradnice meranej pozdĺž osi snímača.1. A sensor of the magnitude and location of the external force, consisting of two or more optical environments (2), a piston (3) transmitting the external force simultaneously to the optical environments (2), a housing (4), 5 in which the optical environments (2) ) stored, while the piston (3) is connected to the sleeve (4) by a thin layer of flexible material (10), characterized by the fact that the optical environments (2) are located in such a way that the distance of their axes from the axis of the piston (3) depends on coordinates measured along the axis of the sensor. 2. Snímač veľkosti a miesta pôsobenia vonkajšej sily, pozostávajúci z dvoch alebo viacerých optických prostredí (2), deleného piesta (3) prenášajúceho vonkajšiu pôsobiacu silu na optické prostredia (2), puzdra 10 (4), v ktorom sú optické prostredia (2) uložené, pričom piest (3) je s puzdrom (4) spojený tenkou vrstvou pružného materiálu (10), v y z n a č u j ú c i s a t ý m , že optické prostredia (2) sú umiestnené pod deleným piestom (3), deleným na minimálne dve časti (3a, 3b), ktorých šírka je závislá od súradnice meranej pozdĺž osi snímača.2. Sensor of the size and location of the external force, consisting of two or more optical environments (2), a split piston (3) transmitting the external force to the optical environments (2), a housing 10 (4) in which the optical environments (2) ) stored, while the piston (3) is connected to the sleeve (4) by a thin layer of flexible material (10), characterized by the fact that the optical environments (2) are placed under the divided piston (3), divided into at least two parts (3a, 3b), the width of which depends on the coordinate measured along the axis of the sensor.
SK52-2019A 2019-05-17 2019-05-17 Sensor of the size and acting location of the external force SK289078B6 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK52-2019A SK289078B6 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Sensor of the size and acting location of the external force

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SK52-2019A SK289078B6 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Sensor of the size and acting location of the external force

Publications (2)

Publication Number Publication Date
SK522019A3 SK522019A3 (en) 2020-12-02
SK289078B6 true SK289078B6 (en) 2023-06-14

Family

ID=73643378

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SK52-2019A SK289078B6 (en) 2019-05-17 2019-05-17 Sensor of the size and acting location of the external force

Country Status (1)

Country Link
SK (1) SK289078B6 (en)

Also Published As

Publication number Publication date
SK522019A3 (en) 2020-12-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0983486B1 (en) Distributed sensing system
US10151626B2 (en) Fibre optic distributed sensing
US4717253A (en) Optical strain gauge
US5812251A (en) Electro-optic strain gages and transducer
US4891511A (en) Fiber optic microbend sensor with braided fibers
JPS6166936A (en) Optical, electrical and mechanical device for measuring physical parameter
Cockshott et al. Compensation of an optical fibre reflective sensor
Li et al. Reflectivity and illuminating power compensation for optical fibre vibrometer
SK289078B6 (en) Sensor of the size and acting location of the external force
US3994584A (en) Diffractographic and other sensors utilizing diffraction waves
US6567174B1 (en) Optical accelerometer and its use to measure acceleration
SK289077B6 (en) Optical sensor of the magnitude and operation place of external force
US3813166A (en) Optical displacement indicator
Kishore et al. Fiber optic vibration sensors
CN203231735U (en) High-spatial resolution fiber sensing system based on wavelength tunable laser
Binu et al. Fibre optic target reflectivity sensor
Enciu et al. Strain measurements using fiber Bragg grating sensors in structural health monitoring
CN110487186A (en) A kind of optical fiber distance measuring device of high sensitivity
KR102590392B1 (en) Optical Fiber Distributed Sensing Device For Measuring Curvature
CN103245299A (en) High-spatial-resolution optical fiber sensing system based on wavelength tunable laser
Murthy et al. Fiber optic displacement sensor
GB2166864A (en) Magnetometer
Gupta et al. Automated vehicle detection using optical fiber communication
EP2921817A1 (en) Real-time shape measuring method and system
KR101617729B1 (en) Apparatus and methods for vibration using change of the amount of light, Analysis system for analyzing sample and Method thereof