ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к измерительной технике и может быть использована для измерения давления, создаваемого, в частности, транспортным средством на дорожное полотно, например, с целью определения веса транспортного средства.
Известен волоконно-оптический датчик давления [RU 2515116, С2, G01L 1/24, 10.05.2014], содержащий корпус, в котором закреплены два трубчатых элемента, имеющие, по меньшей мере, один заглушенный торец, установленные в корпусе так, что второй торец первого трубчатого элемента соединен с корпусом и сообщается с каналом для подвода рабочей среды, а второй торец второго трубчатого элемента выполнен открытым и сообщается с внутренней полостью корпуса, через которую пропущено оптическое волокно с двумя решетками Брэгга, причем, оптическое волокно участками, содержащими решетки Брэгга, прикреплено непосредственно к наружной цилиндрической поверхности трубчатых элементов так, что одна из решеток расположена на первом трубчатом элементе, а вторая - на втором.
Недостатком устройства является относительно высокая сложность, вызванная использованием двух решеток Брэгга.
Наиболее близким по технической сущности к предложенному является волоконно-оптический торцевой датчик давления [RU 2522791, С2, G01L 11/02, 20.07.2014], состоящий из записанной на оптическом световоде, по меньшей мере, одной волоконно-оптической решетки Брэгга (ВБР), мембраны, корпуса, при этом мембрана жестко прикреплена к световоду и имеет возможность движения по осевой линии относительно корпуса, а оптический световод жестко прикреплен к торцу корпуса по его осевой линии.
Недостатком этого технического решения является относительно узкие функциональные возможности, обусловленные тем, что датчик позволяет измерять давление, создаваемое торцевой нагрузкой, т.е. действующей на мембрану строго вдоль оси световода, т.е в торец датчика. Если по условиям применения этого обеспечить не удается, то возникают недопустимо большие ошибки измерений. Все это ограничивает область применения датчика и сужает арсенал технических средств, которые могут быть использованы для измерений, в частности, веса транспортных средств непосредственно при их движении по дорожному полотну.
Задачей, которая решается в полезной модели, является создание волоконно-оптического датчика давления, создаваемого транспортным средством на дорожное полотно при его движении, в частности, с целью определения веса транспортного средства.
Требуемый технический результат заключается в повышении точности измерений и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для измерений веса транспортных средств непосредственно при их движении по дорожному полотну.
Поставленная задача решается, а требуемый технический результат достигается тем, что в устройство, содержащее герметичный цилиндрический корпус, один конец которого содержит ввод оптического световода, а другой конец содержит чувствительный элемент в виде мембраны, к центру внутренней стороны которой жестко прикреплена решетка Брэгга, записанная на оптическом световоде, согласно полезной модели, чувствительный элемент дополнительно оснащен глухой цилиндрической трубкой, заполненной жидкостью, и открытый конец которой прикреплен к внешней стороне мембраны.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что диаметр герметичного цилиндрического корпуса составляет 38 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что глухая цилиндрическая трубка выполнена из нержавеющей стали.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что диаметр глухой цилиндрической трубки составляет 38 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что длина глухой цилиндрической трубки составляет 4000 мм.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что мембрана выполнена из нержавеющей стали или представляет собой металлическую пластину с нанесенным на нее антикоррозионным покрытием.
Кроме того, требуемый технический результат достигается тем, что в качестве жидкости используют тормозную жидкость DOT4.
На чертеже представлен волоконно-оптический датчик давления совместно с элементами монтажа.
Волоконно-оптический датчик давления содержит герметичный цилиндрический корпус 1, один конец которого содержит ввод 2 оптического кабеля 3 со световодом 4, а другой конец содержит чувствительный элемент 5 в виде мембраны 6, к центру внутренней стороны которой жестко прикреплена решетка Брэгга, записанная на оптическом световоде 4, причем, чувствительный элемент 5 дополнительно оснащен глухой цилиндрической трубкой 7, заполненной жидкостью 8, и открытый конец которой прикреплен к внешней стороне мембраны 6.
Волоконно-оптический датчик давления содержит герметичный цилиндрический корпус 1, один конец которого содержит ввод 2 оптического кабеля 3 со световодом 4 с записанной решеткой Брэгга, а другой конец содержит чувствительный элемент 5, содержащий мембрану 6, к внутренней стороне которой жестко прикреплен конец оптического световода 4, который закреплен вдоль оси цилиндрического корпуса 1.
Чувствительный элемент 5 дополнительно оснащен глухой цилиндрической трубкой 7, заполненной жидкостью 8, и открытый конец которой прикреплен к внешней стороне мембраны 6. В качестве жидкости, в частном случае может быть использована тормозная жидкость, например, DOT4. Могут быть использованы также гелеобразные или желеобразные жидкости.
При этом, цилиндрический корпус 1 соединен с мембраной 6 и глухой цилиндрической трубкой 7 накидной гайкой 9 с использованием уплотнительных колец 10.
В частном случае выполнения устройства диаметр герметичного цилиндрического корпуса составляет 38 мм, мембрана может быть выполнена из нержавеющей стали, глухая цилиндрическая трубка выполнена из нержавеющей стали и иметь длину 4000 мм, в качестве жидкости может быть использована тормозная жидкость DOT4.
Используется волоконно-оптический датчик давления следующим образом.
Колесные пары проезжающего по дорожному полотну автомобильного транспортного средства в зависимости от веса этого транспортного средства создают давление на дорожное полотно или непосредственно на сам датчик - на глухую цилиндрическую трубку 7, уложенную на жесткое основание в дорожном полотне. Воспринимаемое давление передается через объем жидкости 8 на мембрану 6 с твердо закрепленной на ней жестко концом оптического световода 4 с оптической решеткой Брэгга. Решетка Брэгга обладает чувствительностью к микро-деформациям, чтобы воспринять минимальные деформации мембраны из-за изменения объема стального корпуса датчика в пределах упругой деформации стали. Таким образом, стальной корпус датчика и мембрана не подвергаются пластической деформации, оставаясь в пределах упругих микро-деформаций и обеспечивая при этом достаточную чувствительность датчика. Величина совместной деформации мембраны и оптического световода 4 с оптической решеткой Брэгга непосредственно связаны с величиной давления и, соответственно, веса транспортного средства. Деформация световода 4 с оптической решеткой Брэгга приводит к изменению спектра, прошедшего через нее когерентного светового излучения, которое доставляется к ней через ввод 2 оптического кабеля 3 со световодом 4 с записанной решеткой Брэгга.
Совместная деформация мембраны и решетки Брэгга приводит к однозначному изменению длины волны пикового поглощения прошедшего через нее лазерного излучения. Однозначная связь веса транспортного средства и длины волны пикового поглощения решеткой Брэгга устанавливается на основании практически полученной калибровочной зависимости.
Таким образом, в предложенном техническом решении достигается требуемый технический результат, который заключается в повышении точности измерений и расширении арсенала технических средств, которые могут быть использованы для измерений веса транспортных средств непосредственно при их движении по дорожному полотну. В частности, глухая цилиндрическая трубка 7 может иметь изгиб под любым углом относительно оси герметичного цилиндрического корпуса 1, что, практически, не повлияет на точность измерений, поскольку не изменяет направление давления жидкости на мембрану.