×
10.04.2019
219.017.06a6

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим датчикам давления (ВОДД), и может быть использовано в различных измерительных системах для контроля давления. Технический результат заключается в повышении чувствительности и надежности датчика при длительной эксплуатации в условиях больших нагрузок за счет формирования чувствительного элемента датчика с наименьшим количеством изгибов оптического волокна и минимальными механическими нагрузками в местах изгиба оптического волокна. Волоконно-оптический датчик давления, выполненный на основе оптического волокна, содержит участки ввода и вывода излучения, а также участок, размещенный в пропускном канале резинового корпуса прямоугольного сечения. Участки ввода и вывода излучения оптического волокна пропущены через металлический рукав. Пропускной канал включает, по меньшей мере, один участок для размещения оптического кабеля параллельно основанию корпуса, выполненный в виде паза с рифленой поверхностью в основании. Оптическое волокно в пазу прижато к вершинам выступов рифленой поверхности пластиной из термостойкой резины. На концах участков ввода и вывода излучения оптического волокна установлены оптические разъемы. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим датчикам давления (ВОДД), и может быть использовано в различных измерительных системах для контроля (измерения) давления.

Известны волоконно-оптические датчики давления, выполненные из оптического волокна (ОВ), преимущественно многомодового, содержащего участок ввода излучения, собственно чувствительный элемент (ЧЭ) и участок вывода излучения. Чувствительный элемент таких датчиков состоит из одного или нескольких участков изогнутого с определенным радиусом ОВ.

Принцип работы таких датчиков основан на изменении мощности оптического излучения, прошедшего через ОВ при воздействии давления в плоскости изогнутого волокна. Такие датчики относятся к амплитудным датчикам. В волоконно-оптических датчиках в общем случае происходит увеличение сигнала при выпрямлении ОВ или его затухание при уменьшении радиуса изгиба.

Причины изменения мощности оптического сигнала в таких известных ВОДД-ах связаны с двумя факторами:

- при изменении радиуса изгиба возникают изменения локальной числовой апертуры распространяющегося по ОВ излучения и потери энергии за счет утечки из ОВ высших мод;

- при поперечном давлении на ОВ возникают микроизгибные деформации оболочек ОВ, которые приводят к возникновению взаимодействия распространяющихся по ОВ мод. За счет взаимодействия мод происходит перекачка энергии из низших мод к высшим и возникновение вытекающих мод, приводящих к потерям энергии.

В известных ВОДД-ах для контроля давления используется как первый эффект, так и второй или оба эффекта совместно.

Наиболее близким аналогом является известный волоконно-оптический датчик давления, выполненный на основе оптического волокна (ОВ), содержащего участки ввода и вывода излучения, а также участок, размещенный в резиновом корпусе прямоугольного сечения, внутри которого размещена проволочная решетка, при этом оптическое волокно проходит по площади корпуса изгибаясь и переплетаясь с проволокой решетки (см. US 5357813 А1, 25.10.1994).

В известном датчике проволочная решетка фактически является чувствительным элементом ВОДД. Кроме того, проволочная решетка армирует резиновый корпус.

При использовании известного ВОДД излучение светодиода или лазера пропускают через ОВ и анализируют сигнал на его выходе. Под воздействием внешнего давления происходит продавливание резины, вызывающее множественный изгиб волокна в местах пересечения ОВ и проволоки. Этих пересечений в известном ВОДД-е множество. В совокупности изгибы ОВ приводят к уменьшению мощности сигнала на его выходе.

Например, при диаметре проволок решетки порядка 1 мм возникающий изгиб с тем же радиусом дополняется давлением проволоки на волокно, что приводит к его разрушению. Для современных кварцевых оптических волокон, имеющих диаметр световода 125 мкм, такой изгиб действительно критичен, что хорошо известно из теории прочности оптических волокон (см. Г.Мальке, П.Гессинг, Волоконно-оптические кабели, Новосибирск: LINGUA-9, 2001, гл.9). Волокно не выдержит длительную эксплуатацию при таких радиусах изгиба, совмещенных с давлением на ОВ.

При создании чувствительного элемента ВОДД-ов прежде всего обеспечивают необходимую чувствительность измерений dA/dP, диапазон изменения зависимости А=f(Р), где Р - мощность оптического сигнала, А - амплитуда выходного сигнала ВОДД-а, требуемую погрешность измерений и надежность его функционирования.

Высокую чувствительность датчика к воздействию давления и большой динамический диапазон можно получить при уменьшении радиуса изгиба ОВ, а также за счет увеличения числа изгибов. Как правило, это приводит к увеличению длины участка чувствительного элемента датчика.

Однако известно, что для надежного функционирования датчика, наоборот, нельзя значительно уменьшать радиус изгиба ОВ, т.к. это может привести к обрыву волокна и выходу из строя датчика.

Решаемая изобретением задача заключается в создании волоконно-оптического датчика, обладающего высокой чувствительностью, широким диапазоном рабочих давлений и увеличенным сроком службы.

Технический результат заключается в повышении чувствительности и надежности датчика при длительной эксплуатации в условиях больших нагрузок за счет формирования чувствительного элемента датчика с наименьшим количеством изгибов ОВ и минимальными механическими нагрузками в местах изгиба ОВ.

Это достигается тем, что волоконно-оптический датчик давления, выполненный на основе оптического волокна, содержит участки ввода и вывода излучения, а также участок, размещенный в пропускном канале резинового корпуса прямоугольного сечения, при этом участки ввода и вывода излучения оптического волокна пропущены через металлический рукав, а пропускной канал включает, по меньшей мере, один участок для размещения оптического кабеля параллельно основанию корпуса, выполненный в виде паза с рифленой поверхностью в основании, причем оптическое волокно в пазу прижато к вершинам выступов рифленой поверхности пластиной из термостойкой резины.

Для повышения надежности датчика металлический рукав может быть выполнен из оптического микрокабеля на основе гибкого шестипроволочного стального каната с полой сердцевиной.

Для удобства использования датчика в системе измерений на концах участков ввода и вывода излучения оптического волокна могут быть установлены оптические разъемы.

При этом длину паза, амплитуду выступов рифленой поверхности и частоту их следования определяют с учетом контролируемых нагрузок. Это позволяет оптимизировать характеристики датчика в зависимости от области его использования.

Изобретение иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 представлена конструкция чувствительного элемента волоконно-оптического датчика давления.

На фиг.2 - фотография нижней части заготовки корпуса предлагаемого ВОДД с двумя участками для размещения ОВ параллельно основанию.

В предлагаемом волоконно-оптическом датчике давления чувствительным элементом является участок ОВ, размещенный в прямоугольном корпусе параллельно его основанию на двух участках пропускного канала, каждый из которых выполнен в виде паза с рифленой поверхностью в основании, и прижатый к вершинам выступов рифленой поверхности пластиной из термостойкой резины.

Заготовка корпуса выполнена из термостойкой резины. Она содержит нижнюю часть и крышку.

Чувствительный элемент предложенного волоконно-оптического датчика давления, представленный на фиг.1, формируют на заготовке-корпусе ВОДД 1 следующим образом.

В нижней части 1 заготовки корпуса имеется пропускной канал 2, в котором располагают волокно 3. Канал 2 включает, по меньшей мере, один участок для размещения ОВ 3 параллельно основанию. Участок канала 2 для размещения ОВ 3 параллельно основанию выполнен в виде паза 4 с рифленой поверхностью 5 в основании. При этом в крышке 6 над пазом 4 расположены выемка 7 для размещения пластины 8. В процессе изготовления оптическое волокно 3 пропускают по пропускному каналу 2 и прижимают его к выступам рифленой поверхности 4 пластиной 8 из термостойкой резины, размеры которой соответствуют размеру выемки 7. Входной и выходной участки ОВ 3 размещают в металлический рукав. После чего нижнюю часть 1 корпуса закрывают крышкой 6 и осуществляют процесс вулканизации корпуса.

В предложенном ВОДД используют многомодовое волокно, изготавливаемое по спецификации МЭК-Т G. 651, с диаметром сердцевины 50 мкм и оболочки 125 мкм с лаковой (245 мкм) или плотной полимерной оболочкой (диаметром 0,9 мм).

При использовании ВОДД, например, для измерения давления железнодорожного состава на рельсы корпус с чувствительными элементами устанавливают основанием на шпалу непосредственно под рельс. Входной участок кабеля подключают к источнику излучения, а выходной - к измерительной системе (на фиг. не показаны).

При нагруженном ВОДД пластина 8 термостойкой резины оказывает давление на оптическое волокно 3, прижимая его к рифленой поверхности 5 основания паза 4. При этом оптическое волокно 3 изгибается и, соответственно, вызывает изменение проходящего сигнала по волокну. Величина продавливания пропорциональна давлению и может достигать насыщения.

Очевидно, что датчик работает в определенном диапазоне нагрузок. Изгиб ОВ 3 ограничен периодом и амплитудой синусоиды рифленой поверхности 5 паза 4. Параметры рифленой поверхности 5 основания паза 4 рассчитывают в зависимости от нагрузок. При этом поперечное давление ОВ 3 при сжатии на резиновом выступе рифленой поверхности 5 значительно меньше, чем у аналога.

Необходимость использования пластины 8 из термостойкой резины для фиксации ОВ 3 на выступах рифленой поверхности 5 связана с исключением размягчения и затекания резины крышки 6 корпуса при ее эксплуатации.

Изготавливают заготовку ВОДД преимущественно из маслобензостойкой резины с использованием пресс-форм.

Входной и выходной участки ОВ 3 помещают в бронированный микрокабель типа СЛ-ОКМБ-2 производства ООО « НПП СТАРЛИНК» с полой сердцевиной.

Применение оптического микрокабеля типа СЛ-ОКМБ, выполненного на основе шестипроволочного каната, определяется необходимостью обеспечения стойкости к поперечным и продольным нагрузкам и возможностью пропускания в него выбранного волокна с внешним диаметром 245 мкм.

Параметры чувствительного элемента (длина, частота и амплитуда рифленой поверхности основания паза) определяют исходя из экспериментальных зависимостей изменения сигнала от давления А=f(Р).

Для использования в системе измерений на обоих концах кабеля могут быть установлены оптические разъемы.

В частном случае предлагаемый волоконно-оптический датчик давления может быть использован для измерения веса подвижных объектов, машин, вагонов поезда и др., а также для автоматического контроля технического состояния рельсового подвижного состава в процессе его эксплуатации путем измерения динамических нагрузок, оказываемых подвижным составом на датчик.

Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 436 items.
10.01.2013
№216.012.1810

Способ ослабления возбуждения тяговых электродвигателей локомотива

Изобретение относится к электрическим тяговым системам транспортных средств железнодорожного транспорта, а именно к способу ослабления возбуждения тяговых электродвигателей постоянного тока большой мощности на локомотивах. Способ ослабления тяговых электродвигателей локомотива заключается в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002471652
Дата охранного документа: 10.01.2013
10.02.2013
№216.012.232b

Способ диагностики рельсов

Изобретение относится к контрольно-измерительным устройствам для проверки состояния железнодорожных путей. Способ диагностики рельсов заключается в том, что на транспортное средство в известных относительных положениях устанавливают устройства: дефектоскопии, измерения неровностей и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474505
Дата охранного документа: 10.02.2013
10.02.2013
№216.012.232d

Безопасный локомотивный объединенный комплекс

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Безопасный локомотивный объединенный комплекс содержит соединенные между собой внутренним CAN интерфейсом системный шкаф, блок индикации локомотивный, блок регистрации, блок индикации скорости, второй блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002474507
Дата охранного документа: 10.02.2013
20.02.2013
№216.012.268d

Железнодорожная длиннобазная платформа для крупнотоннажных контейнеров

Изобретение относится к рельсовым транспортным средствам, в частности к железнодорожным грузовым платформам для перевозки крупнотоннажных контейнеров. Железнодорожная длиннобазная платформа для крупнотоннажных контейнеров содержит установленную на две ходовые тележки (1) раму (2) с автосцепными...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475389
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2694

Безопасный локомотивный объединенный комплекс

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи. Безопасный локомотивный объединенный комплекс содержит соединенные между собой внутренним CAN интерфейсом системный шкаф, блок индикации локомотивный, блок регистрации, включающий кассету регистрации, блок...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475396
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.2695

Комплексное устройство контроля безопасности движения поезда

Изобретение относится к области железнодорожной автоматики, телемеханики и связи, может быть использовано как на поездах, так и в системах интервального регулирования. Комплексное устройство контроля безопасности содержит соединенные между собой модули схемы контроля безопасности, двухканальные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475397
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.02.2013
№216.012.285e

Способ определения времени проведения очередного профилактического обслуживания объекта и система для его реализации

Группа изобретений относится к области вычислительной техники, в частности к способам и устройствам контроля, и может найти применение в практике эксплуатации для оптимального управления профилактическим обслуживанием объекта по текущему состоянию его надежности, и может быть использована в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475854
Дата охранного документа: 20.02.2013
10.04.2013
№216.012.32a3

Система для управления устройством лубрикации на локомотиве-рельсосмазывателе

Изобретение относится к устройствам для смазки рельсов, устанавливаемым на транспортных средствах. Система содержит навигационный блок, который включает навигационный приемник, выход которого подключен к входу вычислителя, который подключен к карте памяти, а также блок сопряжения с устройством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478506
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.32a5

Станционное устройство маневровой автоматической локомотивной сигнализации

Изобретение относится к устройствам автоматики и телемеханики и может быть использовано для управления технологическими процессами на железнодорожном транспорте. Станционное устройство маневровой автоматической локомотивной сигнализации состоит из управляющего вычислительного комплекса,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478508
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.04.2013
№216.012.32a6

Система передачи данных маневровой автоматической локомотивной сигнализации

Изобретение относится к системам передачи данных и может быть использовано для обмена информацией между станционными и бортовыми устройствами в целях обеспечения управления движением локомотивов. Система передачи данных маневровой автоматической локомотивной сигнализации содержит станционное...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478509
Дата охранного документа: 10.04.2013
Showing 1-10 of 228 items.
20.02.2013
№216.012.285e

Способ определения времени проведения очередного профилактического обслуживания объекта и система для его реализации

Группа изобретений относится к области вычислительной техники, в частности к способам и устройствам контроля, и может найти применение в практике эксплуатации для оптимального управления профилактическим обслуживанием объекта по текущему состоянию его надежности, и может быть использована в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002475854
Дата охранного документа: 20.02.2013
20.03.2013
№216.012.2fe2

Способ комбинированной разработки свит пластов

Изобретение относится к горной промышленности и может быть использовано при комбинированной разработке свиты пластов. Способ включает вскрытие и разработку запасов открытым способом, вскрытие, подготовку и отработку запасов в бортах разреза подземным способом, транспортировку горной массы и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002477793
Дата охранного документа: 20.03.2013
10.04.2013
№216.012.32a3

Система для управления устройством лубрикации на локомотиве-рельсосмазывателе

Изобретение относится к устройствам для смазки рельсов, устанавливаемым на транспортных средствах. Система содержит навигационный блок, который включает навигационный приемник, выход которого подключен к входу вычислителя, который подключен к карте памяти, а также блок сопряжения с устройством...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478506
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.06.2013
№216.012.47ca

Система контроля поверхности катания железнодорожной колесной пары

Изобретение относится к области измерительной техники и предназначено для автоматического контроля технического состояния рельсового подвижного состава в процессе его эксплуатации. Система контроля поверхности катания колеса железнодорожной колесной пары содержит две группы датчиков...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002483958
Дата охранного документа: 10.06.2013
10.07.2013
№216.012.53b7

Устройство для осмотра вагонов

Изобретение относится к области оптической передачи изображений и может быть использовано для осмотра вагонов. Устройство для осмотра вагонов содержит многосекционную штангу, на одном конце которой установлена телевизионная камера, а в ее средней части размещен корпус, в котором установлены...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487034
Дата охранного документа: 10.07.2013
27.08.2013
№216.012.63d9

Способ интервального регулирования движения поездов на перегоне с автоблокировкой и устройство для его осуществления

Группа изобретений относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Способ интервального регулирования движения поездов на перегоне с автоблокировкой заключается в том, что принятые на локомотиве сигналы аппаратуры рельсовых пеней контролируют на достоверность, формируют и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002491198
Дата охранного документа: 27.08.2013
20.09.2013
№216.012.6d38

Информационное вагонное табло

Изобретение относится к информационному табло и может быть использовано в вагоне для информирования пассажиров о движении поезда. Технический результат достигается тем, что информационное вагонное табло включает закрепленное в корпусе и выполненное на прозрачном листе информационное изображение...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493611
Дата охранного документа: 20.09.2013
27.09.2013
№216.012.6ea4

Комбинированное колесо

(57) Изобретение относится к области транспортного машиностроения и может быть использовано в конструкциях железнодорожных транспортных средств для их передвижения по автомобильным дорогам. Комбинированное колесо состоит из закрепленных на удлиненной оси отдельных колес для передвижения по...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002493975
Дата охранного документа: 27.09.2013
27.10.2013
№216.012.7b1a

Централизованная интегрированная система информирования пассажиров, оповещения работающих на железнодорожных путях и станционной парковой связи

Изобретение относится к системе связи, преимущественно системе связи и оповещения на железнодорожном транспорте, и может быть использовано для информирования пассажиров и оповещения работающих на железнодорожных путях станций, перегонов и управления эксплуатационной работой станций. Технический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497176
Дата охранного документа: 27.10.2013
10.11.2013
№216.012.7d1e

Способ управления движением поезда по некодируемым станционным путям и система для его использования

Группа изобретений относится к области железнодорожной автоматики и телемеханики. Способ управления движением поезда по некодируемым станционным путям включает передачу информации о номере маршрута движения поезда от поездного диспетчера в бортовую ЭВМ локомотива. С микроЭВМ устройств...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002497703
Дата охранного документа: 10.11.2013
+ добавить свой РИД