волоконно-оптический датчик перемещений

Формула изобретения

Волоконно-оптический датчик перемещений, содержащий излучатель, рефлектор, установленный с возможностью жесткого крепления на контролируемом объекте, приемник излучения и волоконный световод, связывающий приемник излучения с регистратором, излучатель, рефлектор и приемник излучения установлены с возможностью их оптической связи, причем вертикальный держатель и излучатель установлены неподвижно относительно контролируемого объекта, отличающийся тем, что излучатель и приемник излучения закреплены на контролируемом объекте с помощью колец, одетых на контролируемый объект с зазором, большим максимально возможного линейного увеличения размеров объекта, и установленных на стойках, расположенных на поверхности земли, или с помощью хомутов, одетых по периметру контролируемого объекта через резиновые прокладки толщиной, большей максимально возможного линейного увеличения размеров объекта, причем в нижней части каждого хомута размещают винт, контактирующий с поверхностью контролируемого объекта.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к волоконно-оптическим измерительным преобразователям перемещений, и может быть использовано при измерении давления в условиях взрывоопасной окружающей среды.

Известен волоконно-оптический датчик (заявка на изобретение РФ 94026061, G 01 B 21/02, 15.07.1994). Конструктивно датчик выполнен по двухканальной оптоэлектронной схеме, что позволяет получить линейный по перемещению электрический сигнал на выходе датчика и постоянную с относительной погрешностью менее 2% чувствительность в диапазоне перемещений. Недостатком данного устройства является невозможность его применения во взрывоопасной среде.

Известен датчик давления среды в емкости с эластичными стенками и способ измерения давления среды (заявка на изобретение РФ 99120861, G 01 L 23/00, 29.09.1999). Устройство содержит корпус, на торце которого выполнена выемка и закреплена мембрана, имеющая зеркальную отражающую поверхность, обращенную к волоконно-оптическому преобразователю-зонду перемещений мембраны, имеющему излучающие и приемные световоды и закрепленному в канале корпуса с зазором относительно мебраны, причем согласно изобретению он содержит кожух, выполненный из материала, твердость которого существенно больше твердости эластичной стенки емкости, жестко закрепленный на корпусе коаксикально с корпусом так, что выступает за корпус и образует выступ, длина которого равна или больше определяющего размера корпуса, при этом со стороны выступа на мембране коаксикально закреплен осесимметричный индентор, длина которого приблизительно равна длине выступа кожуха, так что торец индентора и торец выступа предназначены для контактирования с эластичной стенкой емкости. Недостатком данного устройства является сложность конструкции.

Известен волоконно-оптический датчик измерения перемещений объекта, принятый за прототип (а.с. СССР №1223031, G 01 B 11/02, 13.11.1984). Устройство содержит излучатель, рефлектор, установленный с возможностью жесткого крепления на контролируемом объекте, приемник излучения и волоконный световод, связывающий приемник излучения с регистратором, причем излучатель, рефлектор и приемник излучения установлены с возможностью их оптической связи, вертикальный держатель и излучатель установлены неподвижно относительно контролируемого объекта. Недостатком данного устройства является сложность конструкции.

Техническим результатом изобретения является упрощение конструкции.

Технический результат достигается тем, что в волоконно-оптическом датчике перемещений, содержащем излучатель, рефлектор, установленный с возможностью жесткого крепления на контролируемом объекте, приемник излучения и волоконный световод, связывающий приемник излучения с регистратором, излучатель, рефлектор и приемник излучения установлены с возможностью их оптической связи, причем вертикальный держатель и излучатель установлены неподвижно относительно контролируемого объекта, согласно изобретению, излучатель и приемник излучения закреплены на контролируемом объекте с помощью колец, одетых на контролируемый объект с зазором, большим максимально возможного линейного увеличения размеров объекта, и установленных на стойках, расположенных на поверхности земли, или с помощью хомутов, одетых по периметру контролируемого объекта через резиновые прокладки толщиной, большей максимально возможного линейного увеличения размеров объекта, причем в нижней части каждого хомута размещают винт, контактирующий с поверхностью контролируемого объекта.

Применение предлагаемого устройства по сравнению с прототипом позволяет упростить конструкцию.

Волоконно-оптический датчик перемещений поясняется чертежами, где на фиг.1 изображен продольный разрез устройства, закрепленного на контролируемом объекте, разрез А-А (схема с хомутами), на фиг.2 изображено устройство, разрез Б-Б (схема с хомутами), на фиг.3 изображено устройство, разрез В-В (схема с хомутами), на фиг.4 изображена принципиальная схема работы устройства, на фиг.5 изображен продольный разрез устройства, закрепленного на контролируемом объекте, разрез А-А (схема с кольцами), на фиг.6 изображено устройство, разрез Б-Б (схема с кольцами), на фиг.7 изображено устройство, разрез В-В (схема с кольцами).

На чертежах представлены:

1 - рефлектор;

2 - излучатель поляризованного света, например лазер;

3 - приемник излучения с вертикальным держателем линз;

4 - хомут;

5 - винт;

6 - волоконный световод;

7 - шкала;

8 - регистратор;

9 - контролируемый объект, например трубопровод;

10 - линзы приемника излучения;

11 - резиновая прокладка;

12 - кольцо;

13 - стойка.

₁ - угол падения, град;

₂ - угол отражения, град;

h - величина деформации контролируемого объекта;

L - величина смещения луча от деформации контролируемого объекта.

Волоконно-оптический датчик перемещений содержит рефлектор 1, закрепленный на контролируемом объекте 9. Излучатель поляризованного света 2 и приемник 3 излучения с вертикальным держателем линз закрепляют на контролируемом объекте 9 с помощью хомутов 4, винтов 5 и резиновой прокладки 11. Резиновые прокладки 11 прокладывают по периметру контролируемого объекта. Излучатель 2 и приемник 3 излучения также могут быть закреплены на стойках 13 с помощью колец 12 с разъемами, одетыми на контролируемый объект 9 с зазором, большим максимально возможного линейного увеличения его размеров. Расстояние между точками установки излучателя 2 и приемника 3 излучения определяют из условия наиболее рационального использования этих приборов. Число и размер линз 10, установленных вплотную друг к другу на приемнике 3 излучения с вертикальным держателем, принимают в соответствии с необходимой точностью измерений. Толщину резиновой прокладки 11 принимают большей максимально возможной величины линейного увеличения размеров контролируемого объекта 9 в аварийном режиме эксплуатации. Винты 5 вводят в контакт с поверхностью контролируемого объекта 9 для фиксации излучателя 2 света и приемника 3 излучения относительно рефлектора 1. При использовании стоек 13 с кольцами 12 необходимость в установке винтов 5 и резиновой прокладки 11 отпадает. Приемник 3 и линзы приемника 10 связывают волоконным световодом 6 со шкалой 7 и регистратором 8.

Волоконно-оптический датчик перемещений работает следующим образом, например, при оснащении им трубопровода.

Устройство с помощью хомутов 4 и винтов 5 либо стоек 13, установленных на поверхности земли, с кольцами 12 устанавливают неподвижно относительно контролируемого объекта с возможностью их оптической связи в нормальном режиме эксплуатации контролируемого объекта. Свет от источника поляризованного света 2 попадает на рефлектор 1 под углом ₁ и отражается от него под углом ₂= ₁ (согласно закону отражения световых лучей), после чего попадает на приемник 3 с вертикальным держателем и набором линз 10. Далее свет через линзы 10 приемника 3 с вертикальным держателем попадает по волоконному световоду 6 на шкалу 7 и регистратор 8, фиксирующий текущее положение рефлектора 1. При аварийном увеличении давления рабочей среды в трубопроводе 9 он деформируется на величину h, которая непосредственно геометрически связана с L - величиной смещения луча от деформации контролируемого объекта 9. Величина L фиксируется линзами приемника 10 и передается по волоконному свтоводу 6 на шкалу 7 и регистратор 8, после чего рассчитывают величину деформаций трубопровода. По известным деформациям трубопровода и известному модулю упругости материала трубопровода с помощью закона Гука определяют величины действующих в трубопроводе напряжений и по ним величину давления рабочей среды в трубопроводе. При превышении давлением определенной величины его уменьшают и трубопровод под действием сил упругости восстанавливает свои исходные линейные размеры, что также фиксируется соответствующими приборами.

Применение волоконно-оптического датчика перемещений обеспечивает следующие преимущества:

- упрощение конструкции устройства;

- расширение области применения данного вида устройств за счет возможности использования во взрывоопасных средах;

- возможность применения заявляемого устройства при эксплуатации трубопроводов различного назначения.