волоконно-оптический преобразователь давления с динамически настраиваемым диапазоном

Формула изобретения

Волоконно-оптический преобразователь давления с динамически настраиваемым диапазоном, содержащий источник оптического излучения, чувствительный элемент, включающий призму полного внутреннего отражения, отражательную мембрану и прокладку с электрическими контактами, выполненную из пьезоматериала, расположенную между призмой полного внутреннего отражения и отражательной мембраной, приемник оптического излучения, а также световоды, соединяющие источник и приемник оптического излучения, преобразующий оптическое излучение в электрический сигнал, отличающийся тем, что введен блок обработки информации, преобразующий электрический сигнал приемника оптического излучения в измеренное значение давления и формирующий управляющий сигнал, подаваемый на электрические контакты прокладки.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения давления.

Известен волоконно-оптический преобразователь давления, состоящий из источника оптического излучения, световода, передающего оптическое излучение от источника оптического излучения к чувствительному элементу, чувствительного элемента, состоящего из призмы полного внутреннего отражения и отражательной мембраны, световода, передающего оптическое излучение от чувствительного элемента к приемнику оптического излучения, приемника оптического излучения [1] (прототип).

Недостатком такого устройства является низкая чувствительность, малая точность измерений. При превышении максимально допустимой величины внешнего возмущающего воздействия зазор между отражательной мембраной и призмой выбирается полностью, что существенно ограничивает диапазон измерения.

Технический результат, создаваемый изобретением, - расширение измеряемого диапазона внешних воздействий, а также увеличение чувствительности волоконно-оптического преобразователя.

Указанный результат достигается тем, что волоконно-оптический преобразователь давления дополнен блоком обработки информации, содержащим электронное устройство, осуществляющее регулирование диапазона измерения преобразователя, а чувствительный элемент снабжен прокладкой, выполненной из пьезоматериала и содержащей электрические контакты для подачи управляющего напряжения.

На фиг.1 представлена структурная схема волоконно-оптического преобразователя давления с динамически настраиваемым диапазоном.

Волоконно-оптический преобразователь давления с динамически настраиваемым диапазоном содержит источник оптического излучения 1, световод 2, передающий оптическое излучение от источника к чувствительному элементу 3, световод 4, передающий оптическое излучение от чувствительного элемента к приемнику 5, блок обработки информации 6. Блок обработки информации 6 осуществляет расчет измеренного значения давления Р_изм, соответствующего значению давления на входе Р_вх, и формирует управляющий сигнал U_упр для чувствительного элемента 3.

На фиг.2 представлена функциональная схема волоконно-оптического преобразователя давления с динамически настраиваемым диапазоном.

Чувствительный элемент 3 волоконно-оптического преобразователя давления с динамически настраиваемым диапазоном состоит из призмы полного внутреннего отражения 7, прокладки 8, выполненной из пьезоматериала, и отражательной мембраны 9. Прокладка 8, расположенная между призмой полного внутреннего отражения 7 и отражательной мембраной 9, содержит электрические контакты 10, предназначенные для подачи управляющего напряжения U_упр.

Волоконно-оптический преобразователь давления с динамически настраиваемым диапазоном работает следующим образом. Источник оптического излучения 1 генерирует оптическое излучение заданной мощности и подает его в световод 2, который передает оптическое излучение к призме полного внутреннего отражения 7. Зазор d между мембраной 9 и основанием призмы 7 может меняться под действием давления Р _вх, что приводит к изменению отраженной части оптического излучения. Уменьшение зазора d приводит ко все большему проникновению оптического излучения в мембрану и поглощению оптической энергии. Отраженное излучение через грань призмы полного внутреннего отражения передается через оптический световод 4 к приемнику оптического излучения 5, где преобразуется в электрический сигнал. Блок обработки информации 6 преобразует электрический сигнал в измеренное значение давления Р_изм.

При превышении максимально допустимого давления Р_вх зазор между отражательной мембраной и призмой выбирается полностью, и чувствительный элемент теряет работоспособность. Потерю роботоспособности чувствительным элементом можно определить по величине выходного сигнала приемника оптического излучения 5. Для расширения измеряемого диапазона преобразователя в блоке обработки информации 6 формируется управляющий сигнал U_упр, подаваемый на контакты 10. При этом прокладка 8 будет деформироваться, тем самым изменяя зазор между призмой полного внутреннего отражения 7 и отражательной мембраной 9. Поддержание оптимального зазора d между призмой полного внутреннего отражения 7 и отражательной мембраной 9 позволит обеспечить максимальную чувствительность преобразователя.

Изобретение может быть использовано для измерения давления в газовых и жидких средах.

Использование предлагаемых в изобретении прокладки, выполненной из пьезоматериала, и блока обработки информации позволяет расширить диапазон измерения давления и увеличить чувствительность волоконно-оптического преобразователя давления.

Литература

1. Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики. М.: Энергоатомиздат, 1990. 256 с.