Волоконно-оптический датчик измерения деформации растяжения-сжатия (варианты)

(51) МПК (2006) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ РАСТЯЖЕНИЯ-СЖАТИЯ (ВАРИАНТЫ)(71) Заявитель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(72) Авторы Борисов Василий Иванович Шилова Ирина Владимировна Силутина Елена Михайловна(73) Патентообладатель Государственное учреждение высшего профессионального образования Белорусско-Российский университет(57) 1. Волоконно-оптический датчик измерения деформации растяжения-сжатия, содержащий источник излучения, приемник излучения и волоконный световод, свернутый в средней своей части, по меньшей мере, в три петли и закрепленный на эластичной подложке. 2. Волоконно-оптический датчик измерения деформации растяжения-сжатия, содержащий источник излучения, приемник излучения и волоконные световоды числом более одного, собранные в пучок, который на концах круглый, выполненный в виде волоконнооптического жгута, и плоский в середине, причем каждый волоконный световод в средней своей части свернут в одну петлю и закреплен на эластичной подложке. 10431 1 2008.04.30 Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть использовано в машиностроении для измерения деформации растяжения-сжатия. Известен оптоволоконный датчик механической деформации. Деформации обнаруживаются на основании измерения механического напряжения в точке измерения с учетом повышения или понижения количества прошедшего света. Изменение количества света вызывается изменением радиуса кривизны оптического волокна в точке измерения. Датчик механического напряжения содержит оптическое волокно в натянутом состоянии, корпус с искривленным участком, внутри которого расположено оптическое волокно, и плоскую пружину, которая упруго поддерживает искривленный участок корпуса. Оптическое волокно поддерживается в равновесии при помощи пружины. Источник света соединен со вторым концом оптического волокна. Приемник света измеряет изменение количества прошедшего света и измеряет изменение радиуса кривизны искривленной части оптического волокна при возникновении механического напряжения. В результате определяются величина и направление действия механического напряжения 1. Однако у этого волоконно-оптического датчика механической деформации недостаточная чувствительность, сложная юстировка, кроме того, для него можно применять в качестве источника излучения только лазер. Наиболее близким по технической сущности является волоконно-оптический тензодатчик, который содержит источник излучения, два волоконных световода, образующих петли в средней части, приемники излучения, блок усиления и обработки сигнала. Петли охватывают стержень ограничителя. При деформации растяжения (сжатия) происходит уменьшение (увеличение) радиуса петли и соответственно уменьшение (увеличение) сигнала на выходе световода. Этот датчик измеряет деформации в двух ортогональных направлениях одновременно в одной локальной зоне испытуемой конструкции 2. Однако у такого датчика недостаточная чувствительность, сложна юстировка, и в качестве источника излучения можно использовать только лазер. Задачей изобретения является увеличение чувствительности волоконно-оптического тензодатчика, а также разработка конструкции чувствительного волоконно-оптического датчика деформации, который не имеет проблемы юстировки, может использовать в качестве источника излучения не только лазер, но и светодиод, и лампу накаливания. Поставленная задача достигается тем, что волоконно-оптический датчик измерения деформации растяжения-сжатия, содержащий источник излучения, приемник излучения и волоконные световоды числом более одного, собранные в пучок, который на концах круглый, выполненный в виде волоконно-оптического жгута, и плоский в середине, причем каждый волоконный световод в средней своей части свернут в одну петлю и закреплен на эластичной подложке. Поставленная задача достигается тем, что мы предлагаем конструкцию волоконнооптического датчика измерения деформации растяжения-сжатия, содержащего источник излучения, приемник излучения и волоконные световоды числом более одного, собранные в пучок, который на концах круглый, выполненный в виде волоконно-оптического жгута,и плоский в середине, причем каждый волоконный световод в средней своей части свернут в одну петлю и закреплен на эластичной подложке. Применение предлагаемой конструкции позволяет Увеличивать чувствительность датчика за счет использования большого числа петель в одноканальном датчике и многих измерительных каналов, включенных параллельно, в многоканальном. Использовать в качестве источников излучения не только лазеры, но и ненаправленные источники излучения типа светодиодов и ламп накаливания. Упростить ввод излучения в волоконные световоды, так как конструкция датчика на входе представляет собой волоконно-оптический жгут. 2 10431 1 2008.04.30 Сущность изобретения поясняется чертежом. На фиг. 1 изображена конструкция одноканального волоконно-оптического тензодатчика. На фиг. 2 изображена конструкция многоканального волоконно-оптического тензодатчика. Конструкция одноканального волоконно-оптического тензодатчика состоит из источника излучения, приемника излучения, световода 1, резиновой подложки 2. Источник излучения и приемник излучения на фиг. 1 не показаны. В качестве источника излучения использовался лазер. В качестве приемника излучения использовался ваттметр оптический поглощаемой мощности ОМЗ-65. Волоконный световод 1, используемый в качестве чувствительного элемента, сворачивается в виде последовательности петель в средней своей части и закрепляется клеем на определенной длине эластичной подложки. В качестве чувствительного элемента 1 использовался волоконный световод в полимерной оболочке с диаметром сердцевины 50 мкм, диаметром стеклянной оболочки 125 мкм. Диаметр петель составляет 4-5 мм, так как при таком диаметре датчик дает наибольшую чувствительность. Эластичную подложку наклеиваем на объект контроля, который на фиг. 1 не показан. Конструкция многоканального волоконно-оптического тензодатчика состоит из источника излучения, приемника излучения, светопередающей части 1, эластичной подложки 2. Источник излучения и приемник излучения на фиг. 2 не показаны. В качестве источника излучения использовались лазер, лампа накаливания и светодиод. В качестве приемника излучения использовался ваттметр оптический поглощаемой мощности ОМЗ-65. Для создания светопередающей части 1 использовались волоконные световоды в полимерной оболочке с диаметром сердцевины 50 мкм, диаметром стеклянной оболочки 125 мкм. Эти волоконные световоды склеивались так, чтобы светопередающая часть 1 была круглой на концах в виде волоконно-оптического жгута и плоской в середине, в области воздействия измеряемой физической величины. Т.е. в середине светопередающей части 3 световоды выложены в линейку. Каждый световод светопередающей части 1 сворачивается петлей 4-5 мм в диаметре и приклеивается на эластичную подложку 2. Эластичную подложку наклеиваем на объект контроля, который на фиг. 2 не показан. Волоконно-оптический датчик работает следующим образом. Измеряемая деформация растяжения прикладывается к объекту контроля. При растяжении объекта контроля растягивается и эластичная подложка 2. При этом в волоконном световоде 1 уменьшается радиус петли, это индуцирует преобразование мод и выход энергии мод высших порядков в оболочку и окружающую среду. Вследствие этого мощность излучения, попадающего на приемник излучения, уменьшается. Источники информации 1. Патент 3403355 В 2 2000298010 А, МПК 01 В 11/16, 2003. 2. Патент 2095763 С 1, МПК 01 9/00, 1997. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 3