SU1224620A1

SU1224620A1 - Оптико-волоконный датчик силы

Info

Publication number: SU1224620A1
Application number: SU843800023A
Authority: SU
Inventors: Григорий Михайлович Кузнецов; Иосиф Ицхокович Рабин; Борис Георгиевич Соколов; Михаил Григорьевич Кузнецов
Original assignee: Грозненское Научно-Производственное Объединение "Промавтоматика"
Priority date: 1984-10-11
Filing date: 1984-10-11
Publication date: 1986-04-15

Abstract

Изобретение относитс к измерительной технике и может найти применение в автоматизированных системах контрол и управлени технологическими процессами. Целью изобретени вл етс повыпение чувствительности и линейности преобразовани силы в информационный сигнал. Датчик силы состоит из чувствительного элемента в виде упругого несущего стержн 1, на котором размещены буртики 2 и 3. На них диаметрально противоположно и попарно соосно закреплены втулки 4, 5, 6 и 7, внутри которых со стороны торцов, расположенных с зазоСП с д к 4 05 o

Description

122

ром друг против друга, размещены nepe-i- дающие 8, промежуточные 9 и приемные 10 волоконные световоды (ВС). В торцах втулок выполнены проточки 11, 12, 13 и 14, в которых размещены свето- направл ющие патрубки 15 и 16, обеспечивающие центровку концов ВС 8, 9 и 10, Под действием раст гивающего усили несущий стержень 1 удлин етс , увеличива рассто ние между торцами ВС 8, 9 и 10 и соответственно толщину сло светопоглощающей жидкости 21 и 22, что приводит к про

1

Изобретение относитс к измерительной технике и может найти применение в автоматизированных системах контрол и управлени )технологичес- эсими процессами, например, в нефтедобывающей промьшшенности и, в частности , в бурении глубоких нефт ных и газовых скважин при контроле веса бурового инструмента.

Цель изобретени - повышение чувствительности и линейности преобразовани силы в информационный сигнал

На фиг.1 показан датчик, общий вид; на фиг.2 - разрез А-А на фиг,1; на фиг.З - разрез Б-Б на фиг.1.

Оптико-волоконный датчик силы состоит из упругого несущего стержн 1, снабженного двум буртиками 2 и 3. На буртиках 2 и 3 диаметрально противоположно и попарно соосно закреплены втулки 4-7, внутри которых со стороны их торцов, расположенных друг против друга, размещены волоконные световоды соответственно передающие 8, промежуточные 9 и приемные 10, одни концы которых герметично встроены на уровне торцов втулок , ориентированных друг против друга. В торцах втулок вьтолнены проточки 11-14, в которых размещены светонаправл ющие патрубки 15 и 16, снабженные пpoдoJЙ5HЫми пазами 17 и 18. Патрубки охватывают кон1да волоконных световодов, а втулки снаружи герметично охвачены эластичными оболочками 19 и 20, причем вс полость внутри оболочек заполнена

порциональному изменению светового потока. По величине измененного светового потока в измерительном блоке 26 вырабатываетс информационный сигнал , пропорциональный измер емому усилию. Приток или отток светопоглощающей жидкости 21 и 22 при упругой деформации несущего стержн 1- обеспечиваетс пазами 17 и 18 в патрубках 15 и 16. Эластичные оболочки 19 и 20 обеспечивают герметичность конструкции . 3 ил.

0

светопоглощающей жидкостью 21 и 22, например тетраэтилсвинцом или раствором хлористого цинка. Эти жидкости имеют плотность, близкую к плотности оптического волокна.

Другие концы волоконных световодов подсоединены через оптический разъем 23 волоконной линией св зи 24 и 25 к измерительному блоку 26. Элементы, размещенные на упругом несущем стержне, закрыты кожухом 27.

Волоконно-оптический датчик силы работает следующим образом.

Из измерительного блока 26 све- 5 товой потокф , например, генерируемый фотодиодом по волоконной линии св зи 25 через оптический разъем 23 поступает в передающий волоконный световод 8 и проходит через слой светопоглощающей жидкости 22, заполн ющей пространство между торцами передающего 8 и промежуточного 9 волоконных световодов и таким образом попадает в промежуточный конный световод 9. Из световода 9 световой поток через второй слой поглощающей жидкости 21 попадает в приемный волоконный световод 10. Далее световой поток ср через оптический разъем 23, линию св зи 24 возвращаетс в измерительный блок 26. Так как световой поток ф проходит через светопоглощающую жидкость 21 и 22, то вследствие частичного поглощени , пропорционального рассто нию I между торцами указанных волоконных световодов и коэффициенту пог0

5

0

лощени к светопоглощающей жидкости 21 и 22, световой поток также пропорционально уменьшаетс до величины информационного светового потока 9, равного

Ф

, -кГ

в измерительном блоке 26 информационный световой поток Ф преобразуетс в электрический сигнал, соответствующий отсутствию раст гивающих усилий на несущем упругом стержне 1, т.е. Р, 7 0.

Под действием раст гивающего усили Р i О, приложенного к упругому несущему стержню 1, происходит его удлинение, пропорциональное приложенному усилию.

При удлинении упругого несущего стержн 1 увеличиваетс рассто ние между его буртиками 2 и 3 и, следовательно , торцами втулок 4-7, а так как с торцами втулок 4-7 св заны передающий 8, промежуточный 9 и приемный 10 волоконные световоды, то пропорциональуо приложенному усилию PY происходит пропорциональное увеличение рассто ни I между торцами волоконных световодов, при этом увеличиваетс толщина сло светопоглощающей жидкости 21, 22 на величину А Г, что приводит к пропорциональному изменению в сторону уменьшени светового потока ф-ф,/(2 +Д1). По величине измененного светового потока Т в измерительном блоке 26 вырабатываетс информационный сигнал, пропорциональный измер емому усилию р . Патрубки 15 и 16 обеспечивают центровку концов волоконных световодов 8-10 и одновременно вл ютс каналом дл светового потока за счет отражени его от своих внутренних стенок. Наличие пазов 17 и 18 в патрубках 15 и 16 обеспечивает подток ши отток светопоглощающей жидкости 21 к 22 к торцам или от торцов волоконных световодов 8-10 при упругой деформации несущего стержн 1. Эластичные чехлы 19 и 20 обеспечивают герметизацию конструкции.

В оптико-волоконном датчике измерение силы происходит за счет изменени (увеличени ) коэффициента поглощени светового потока при увеличении рассто ни между торцами светоизлучающего и светопринимающего оптических волок он при вт гивании в это рассто ние светопоглощающей жидкости. При этом поглощение (за- тухание) светового потока пропорционально рассто нию между торцами, а следовательно, и приложенной к упругому несущему стержню силе.

Введение в предлагаемое устройство светопоглощающей жидкости в зазор между торцами светоизлучающе- го и светоприемного оптических волокон обеспечивает поглощение света в зависимости от изменени зазора между торцами за счет их расхождени . Наличие буртиков на силоизмеритель- ном стержне позвол ет закрепить торцы оптических волокон посредством втулок, в которых они расположены, а

светонаправл ющие патрубки обеспечивают направление светового потока на торец светоприемного оптического волокна и одновременно обеспечивают центровку втулок. Эластичный чехол

предохран ет светопоглощающую жидкость от утечки.

Claims

Формула изобретени

Оптико-волоконный датчик силы,- содержащий измерительный блок, волоконные световоды, соедин ющие измерительный блок с силочувствитель- пым элементом, отличающи йс тем, что, с целью повышени чувствительности и линейности преобразовани силы в информационный сигнал, силочувствительный элемент, выполненный в виде несущего стержн , снабжен

двум буртиками, на них диаметрально противоположно и попарно соосно закреплены втулки, внутри которых со стороны торцов, расположенных с зазором друг против друга, размещены волоконные световоды, чьи концы герметично встроены в соответствующих торцах втулок, снабженных проточками , в которых размещены свето- направл ющие.патрубки с пазами, охватывающие одновременно противолежащие волоконных световодов, причем втулки снаружи герметично охвачены эластичными оболочками, полость которых и зазор, между светоиз- лучающими и светоприемными торцами волоконных световодов заполнены светопоглощающей жидкостью.

д

Редактор М.Товтин

Составитель В.Маслов

Техред И.Поповичi Корректор Е.Сирохман

Заказ 1941/39 Тираж 778Подписное

ВНИИПИ. Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4