ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЕФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЬНОГО РАСТЯЖЕНИЯ/СЖАТИЯ)

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДЕФОРМАЦИИ (ПРОДОЛЬНОГО РАСТЯЖЕНИЯ/СЖАТИЯ)
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения деформаций объектов и опытных образцов при механических испытаниях, объектов, деформирующихся под действием внешней нагрузки.
Известен датчик для измерения деформаций объекта (патент РФ №2440554), содержащий основание для размещения объекта, гибкую ленту, предназначенную для охватывания объекта по периметру, корпус с размещенным в нем неподвижным контактом в виде подпружиненного относительно гибкой ленты высокоомного проводника, расположенного перпендикулярно продольной оси ленты, подвижный контакт в виде зигзагообразного токопроводящего элемента, закрепленного вдоль гибкой ленты, и измерительную цепь, связывающую токопроводящий элемент и неподвижный контакт с регистратором, согласно изобретению он снабжен прямолинейным токопроводящим элементом, закрепленным вдоль гибкой ленты перпендикулярно неподвижному контакту, дополнительным регистратором, дополнительной измерительной цепью, связывающей неподвижный контакт с прямолинейным токопроводящим элементом и дополнительным регистратором, при этом корпус закреплен на основании, а гибкая лента выполнена с возможностью закрепления на объекте. Недостатком датчика для измерения деформации является чувствительность к электромагнитным помехам и наличие токопроводящих элементов, в результате чего невозможно проводить измерения в области действия высокого напряжения. Так же недостатком являются массогабаритные параметры, не позволяющие проводить локальные измерения. Удаленность размещения датчика от регистратора напрямую влияет на точность измерения.
Известен датчик деформации (US 2007193362 А1), содержащий преобразователь деформации в виде пластины, с внедренным оптоволокном с записанной волоконной решеткой Брэгга (далее ВБР). Принцип работы датчика основан на смещении и отраженной резонансной длины волны ВБР, в зависимости от внешнего воздействия на пластину. Недостатком датчика являются: ограниченный диапазон измерений, отсутствие температурной компенсации датчика, влияющей на точность измерений.
Наиболее близким аналогом является волоконно-оптический датчик деформации (RU 77420 U1), содержащий из упруго-деформируемого элемента (далее УДЭ), с внедренными двумя волоконными решетками показателя преломления (ВБР), и подвижной штанги, преобразующей перемещение в изгибную деформацию УДЭ. Принцип работы датчика состоит в следующем: перемещение подвижной штанги вызывает изгибную деформацию УДЭ, что в свою очередь вызывает деформацию ВБР и соответственно смещению резонансных длин волн ВБР. По известным функциональным зависимостям между изменениями положений длин волн ВБР и деформации УДЭ определяется фактическое перемещение. Недостатками датчика являются: ограниченный диапазон измерений датчика.
С помощью заявленного изобретения решается техническая задача повышения точности измерения, уменьшения влияния внешних воздействий на точность измерения.
Поставленная задача решается тем, что волоконно-оптический датчик деформации (далее - ВОДД), состоит из чувствительного элемента, механических крепежных элементов и корпуса датчика; при этом чувствительный элемент представляет собой балку равного момента с внедренным в нее оптическим световодом, содержащим две волоконных брэгговских решетки (далее - ВБР), чувствительный элемент жестко закреплен на одном из крепежных элементов, крепежные элементы расположены соосно внутри корпуса и являются элементами приложения нагрузки растяжения/сжатия.
В частности, ВБР могут быть расположены симметрично относительно центра толщины балки.
В частности, балка равного момента может быть выполнена из композиционного материала.
В частности, балка равного момента может быть выполнена из металла.
В частности, оптический световод может располагаться на поверхности балки равного момента.
В частности, оптический световод может быть покрыт полиимидом.
В частности, оптический световод может быть покрыт акрилатом.
В частности, оптический световод может быть покрыт металлом.
Заявляемое изобретение поясняется рисунками, где на Фиг. 1 приведена схема ВОДД, на Фиг. 2 приведена схема чувствительного элемента датчика.
ВОДД (фиг. 1) состоит из чувствительного элемента (1), механических крепежных элементов (2 и 3), корпуса датчика (4); при этом чувствительный элемент (1) жестко закреплен на крепежном элементе (3), крепежные элементы (2) и (3) располагаются соосно внутри корпуса датчика (4) и являются элементами приложения нагрузки растяжения/сжатия, крепежный элемент (2) выполнен таким образом, что чувствительный элемент (1) жестко в нем закреплен.
Чувствительный элемент (фиг. 2) состоит из балки равного момента (5), в которую внедрен оптический световод (6), содержащий две ВБР (7), которые располагаются симметрично, относительно центра толщины балки (8).
Технический результат, получаемый в предлагаемом ВОДД, достигается тем, что измерение деформации осуществляется методом регистрации спектрального сдвига ВБР, путем перераспределения боковой нагрузки на чувствительный элемент в осевую нагрузку волоконных брэгговских решеток. Благодаря расположению ВБР и конструкции чувствительного элемента, при деформационном воздействии достигается одновременное симметричное осевое сжатие одной ВБР и растяжение другой. Такая конструкция позволяет проводить отстройку от температурного влияния на ВОДД, что повышает его точность и надежность. При установке ВОДД на испытуемый объект, его зафиксированное положение принимается за нулевое недеформированное состояние. Метод является простым в исполнении - процесс записи ВБР в волоконном световоде технологичен и может быть легко автоматизирован. Датчик обладает высокой надежностью, в реализуемом методе достигается практически полное отсутствие внешних воздействий на точность измерения, благодаря спектральному методу измерения, в отличие от широко распространенных амплитудных методов.