Волоконно-оптический датчик измерения усилия

Область техники, к которой относится полезная модель
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим датчикам, и может использоваться в системах контроля и измерения усилий или давления.
Уровень техники
Известны волоконно-оптические датчики измерения усилия или давления, основанные на различных эффектах: на основе модуляции интенсивности, интерференционные датчики, датчики с использованием дифракционной решетки.
Недостатками таких датчиков является использование дорогостоящей аппаратуры для обработки сигналов, сложной технологией изготовления. Данные недостатки ограничивают сферы применения таких датчиков для задач, связанных с контролем параметров давления на поверхность распределенных объектов, где большое значение имеют стоимость, простота регулировки и обслуживания, простота технологии изготовления.
Известна полезная модель волоконно-оптического датчика перемещений (и его вариаций), содержащего: корпус, внутри которого размещен, по меньшей мере, один чувствительный элемент, способный изменять, по меньшей мере, одну характеристику входного света от источника света в зависимости от деформации чувствительного элемента, толкатель, обеспечивающий передачу перемещения контролируемого объекта на чувствительный элемент, при этом датчик имеет возможность соединения с устройством измерения, по меньшей мере, одной характеристики выходного света от чувствительного элемента, отличающийся тем, что обеспечивается возможность объединенного воздействия на, по меньшей мере, один чувствительный элемент, посредством толкателя и, по меньшей мере, одного оптически управляемого элемента, реагирующего на изменение мощности оптического излучения, передаваемого ему [патент РФ №117612, кл. G01D 5/00, дата публикации 27.06.2012 г.].
Недостатком таких датчиков является то, что при использовании серийновыпускаемых волоконно-оптических кабелей с пластиковой оболочкой такие датчики имеют недостаточную точность при использовании их в условиях отрицательных температур вследствие того, что пластиковая оболочка волоконно-оптического кабеля застывает и не позволяет восстановить форму спиральной намотки волоконно-оптического кабеля в исходное состояние. Также данный волоконно-оптический датчик перемещения по своему назначению не имеет элементов, обеспечивающих преобразование усилия в перемещение.
Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, повышение точности измерения при отрицательных температурах окружающей среды.
Сущность полезной модели
Предлагаемый волоконно-оптический датчик измерения усилия содержит чувствительный элемент, толкатель и фиксатор чувствительного элемента. Чувствительным элементом изменяет уровень оптического затухания в зависимости от его деформации и представляет собой волоконно-оптический кабель в пластиковой оболочке в виде спиральной намотки. Толкатель обеспечивает передачу усилия на чувствительный элемент через фиксатор. Фиксатор чувствительного элемента обеспечивает восстановление формы чувствительного элемента после снятия усилия с датчика и содержит две полуцилиндрические детали, два прижима волокна и упругие элементы. Полуцилиндрические детали фиксатора конструктивно повторяют форму чувствительного элемента. Прижимы волокна обеспечивают неподвижность чувствительного элемента относительно полуцилиндрических деталей в верхней и нижней частях чувствительного элемента и равномерное распределение усилия толкателя на чувствительный элемент. Упругие элементы обеспечивающих перемещение полуцилиндрических деталей фиксатора в зависимости от усилия на датчик и их возврат в исходное положение после снятия усилия с датчика и представляют собой механические пружины или отталкивающиеся магниты, расположенные вдоль направляющей оси.
На фиг. 1 показан внешний вид волоконно-оптического датчика измерения усилия. На фиг. 2 показан внешний вид волоконно-оптического датчика измерения усилий в разрезе.
Волоконно-оптический датчик измерения усилий состоит из чувствительного элемента 1, толкателя 2, и фиксатора, состоящего из полуцилиндрических деталей 3, прижимов волокна 4, упругих элементов 5 и направляющих осей 6.
Волоконно-оптический датчик измерения усилия работает следующим образом.
Для измерения усилия к датчику подключают источник оптического излучения и измеритель оптической мощности.
При воздействии усилия на толкатель 2 фиксатор 3 сжимается и деформирует чувствительный элемент 1. Чувствительный элемент 1 при деформации изменяет уровень оптического затухания походящего через него оптического излучения. При снятии усилия с толкателя упругие элементы 5 разжимают полуцилиндрические детали 3 фиксатора и деформируют чувствительный элемент 1 в исходное положение.