ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ ДЛЯ РАСХОДОМЕРОВ МАССЫ ТОПЛИВА

Полезная модель используется для измерения давления с помощью упругих чувствительных элементов и предназначена для измерения мгновенных быстроизменяющихся давлений в расходомерах массы топлива.
Известен волоконно-оптический датчик давления для расходомеров массы топлива (патент США, №3580082, кл.: G01L 7/08, 1971 г.), состоящий из корпуса, металлической мембраны с зеркалом в центре, расположенных напротив зеркала осветительных и приемных волоконных световодов. При этом осветительные волоконные световоды подсоединены к источнику света, а приемные волоконные световоды подсоединены к фотоприемнику. Изменение давления перемещает зеркало мембраны относительно объединенных торцов волоконных световодов, в результате пропорционально этому перемещению изменяется мощность светового потока, пришедшего на фотоприемник.
Надежность, чувствительность и стабильность работы описанного волоконно-оптического датчика давления в составе расходомера массы топлива во многом зависят от конструкции мембраны и серо-парафиновых отложений на ее рабочих поверхностях, приводящих к динамическому изменению параметров измерительной системы мембраны.
Известен также волоконно-оптический датчик давления для расходомеров массы топлива (Авт.свид. СССР №1504522, кл.: G01L 7/08, 30.08.89. Бюл. 32), состоящий из корпуса, металлической мембраны с зеркальным отражателем, чередующихся подводящих и отводящих поток света концентрических пучков волоконных световодов, расположенных коаксиально напротив центральной отражательной части мембраны на расстоянии δ, определяемом геометрическими и оптическими параметрами волоконных световодов. При этом подводящие поток света волоконные световоды подсоединены к источнику света, а отводящие поток света волоконные световоды подсоединены к входу фотоприемника.
Недостатком этого волоконно-оптического датчика давления в составе расходомера массы топлива является наличие в выходном сигнале высокого уровня флюктуационных шумов, обусловленных серо-парафиновыми отложениями на рабочей поверхности мембраны и взаимосвязанными колебаниями зеркального отражателя совместно с мембраной. При этом шумы и пульсации в выходном сигнале первичного преобразователя наблюдаются как в стационарном режиме из-за серо-парафиновых отложений на рабочей поверхности мембраны, так и в динамическом режиме из-за взаимосвязанных колебаний и мембраны и зеркального отражателя. Все это существенно снижает эксплуатационные и технические параметры подобного типа датчиков давления, используемых в расходомерах массы топлива.
Задача предлагаемой полезной модели - улучшение технических и эксплуатационных параметров волоконно-оптического датчика давления для расходомеров массы топлива за счет устранения жесткого центра в конструкции мембраны и за счет предотвращения серо-парафиновых осаждений на рабочую поверхность этой мембраны. Кроме того, за счет предложенного способа крепления мембраны к корпусу и за счет размеров и свойств, используемых в конструкции мембраны новых покрытий, стабилизируется собственная частота колебаний мембраны.
Поставленная задача достигается тем, что волоконно-оптический датчик давления для расходомеров массы топлива, содержащий установленную в корпусе металлическую мембрану, напротив центральной отражающей части которой размещен объединенный торец подводящих и отводящих поток света волоконных световодов в виде чередующихся концентрических кольцевых пучков, причем подводящие поток света волоконные световоды подсоединены к источнику света, а отводящие поток света волоконные световоды подсоединены к входу фотоприемника, в отличие от известных, дополнительно содержит защитный фильтр, втулку, упругое кольцо, механизм юстировки, причем с помощью втулки и упругого кольца мембрана крепится с постоянным кольцевым натяжением по краю к корпусу датчика, с помощью механизма юстировки обеспечивается требуемое радиальное и угловое согласование объединенного торца волоконных световодов относительно центра мембраны на расстоянии δ, определяемом геометрическими и оптическими параметрами пучков волоконных световодов, при этом на рабочую поверхность металлической мембраны нанесено несколько слоев композитных покрытий, предотвращающих возникновение серо-парафиновых отложений, а на тыльную сторону вместо зеркального отражателя нанесено зеркальное покрытие из сплава циркония.
Существо заявляемой полезной модели поясняется следующими чертежами. На фиг.1 изображена конструктивная схема волоконно-оптического датчика давления для расходомеров массы топлива; на фиг.2 - сечение металлической мембраны с наружным покрытием из композитных материалов и внутренним зеркальным покрытием из сплава циркония; на фиг.3 - схема расположения концов волоконных световодов в объединенном торце.
Волоконно-оптический датчик давления для расходомеров массы топлива (фиг.1) состоит из корпуса 1, металлической мембраны 2 с наружным покрытием 3 из композитных материалов и внутренним зеркальным покрытием 4 из сплава циркония (фиг.2), пучков волоконных световодов 5, объединенные торцы 6 которых сформированы в виде чередующихся подводящих 7 и отводящих 8 поток света концентрических пучков волоконных световодов (фиг.3), расположенных коаксиально напротив центра этой мембраны на расстоянии δ, определяемом геометрическими и оптическими параметрами волоконных световодов. Разделенные концы 9 и 10 жгута волоконных световодов подведены соответственно к источнику света 11 и фотоприемнику 12 с приемным усилителем. С помощью втулки 13 и упругого кольца 14 мембрана 2 крепится к корпусу 1 датчика давления с постоянным кольцевым натяжением по краю, а механизм юстировки 15 обеспечивает радиальное и угловое согласование объединенного торца относительно центра мембраны на расстоянии δ, определяемом геометрическими и оптическими параметрами пучков волоконных световодов. Защитный фильтр 16 предотвращает попадание крупных частиц топлива на рабочую поверхность мембраны 2.
Волоконно-оптический датчик давления работает следующим образом.
0
с
Под действием давления металлическая мембрана 2 с наружным покрытием 3 из композитных материалов и внутренним зеркальным покрытием 4 из сплава циркония упруго деформируется на величину изменения давления. В результате зазор между объединенным торцом 6 и внутренним зеркальным покрытием 4 мембраны 2 будет изменяться по закону изменения этого давления. Поток оптического излучения Фисточника света 11, пройдя подводящие пучки волоконных световодов 7, освещает внутреннее зеркальное покрытие 4 мембраны 2, а модулированный изменением давления поток света Ф, по отводящим поток света пучкам волоконных световодов 8 возвращается к фотоприемнику 12, где преобразуется в электрические колебания, по частоте и амплитуде соответствующие колебаниям давления. Диапазон перемещения внутреннего зеркального покрытия 4 металлической мембраны 2 относительно объединенного торца 6 определяется оптическими и геометрическими параметрами используемых волоконных световодов.
Таким образом, заявляемая полезная модель улучшает технические и эксплуатационные параметры волоконно-оптического датчика давления для расходомеров массы топлива за счет устранения жесткого центра в конструкции мембраны и за счет предотвращения серо-парафиновых осаждений на рабочую поверхность этой мембраны. Кроме того, за счет предложенного способа крепления мембраны к корпусу и за счет размеров и свойств, используемых в конструкции мембраны новых покрытий, стабилизируется собственная частота колебаний мембраны.