ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ МОДУЛЬ ДЕФОРМАЦИИ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно чувствительным элементам измерительных функциональных модулей, обеспечивающих измерение деформации базовых несущих конструкций изделий ракетно-космической техники и объектов наземной космической инфраструктуры.
Известен высокочувствительный волоконно-оптический сенсор распределения деформации, предназначенный для систем мониторинга различных объектов на основе регистрации параметров тонкой структуры рассеянного излучения. [RU патент 123526 U1. G01N 21/00. высокочувствительный волоконно-оптический сенсор распределения деформации. Опубл. 27.12.2012]. Сенсор состоит из оптического волокна с армирующим покрытием в виде трех прямых, стальных, однородных, калиброванных, одинакового диаметра и одинаково натянутых проволок, плотно прилегающих к полимерному покрытию оптического волокна и защитной полимерной оболочкой, и дополнительно содержит уплотняющие элементы, заполняющие пустоты между оптическим волокном и армирующим покрытием.
Недостатком указанного технического решения является использование упрочняющих элементов в виде проволок, располагаемых вдоль всего оптического волокна, что в свою очередь существенно увеличивает массогабаритные характеристики всего изделия.
Наиболее близким техническим решением (прототипом) является волоконно-оптический преобразователь деформации, включающий оптическое волокно, содержащее по крайней мере одну волоконную решетку Брэгга, причем оптическое волокно закреплено на упругом элементе в виде пластинки из монокристалла сапфира, или кремния, или кварца. [RU патент 135119 U1. G01D 5/353. Волоконно-оптический преобразователь деформации. Опубл. 27.11.2013 г.].
Недостатками данного преобразователя являются: относительно низкая чувствительность к воздействию деформации, обусловленная принципом построения преобразователя на деформации изгиба упругого элемента; низкая надежность преобразователя деформации, обусловленная выполнением упругого элемента из монокристалла сапфира, кремния или кварца.
Целью заявляемой полезной модели является увеличение чувствительности и повышение надежности измерительного функционального модуля деформации.
Поставленная цель достигается тем, что в измерительный функциональный модуль деформации, содержащий оптическое волокно со сформированной волоконной брэгговской решеткой, закрепленное на упругом элементе, отличающийся тем, что в него дополнительно введена волоконная брэгговская решетка для температурной коррекции измеряемой деформации, а упругий элемент выполнен в виде сложно-профилированной металлической пластины с закрепленным оптическим волокном на ее краях, причем металлическая пластина выполнена с подвижным участком, на котором расположены брегговские решетки. Причем подвижный участок металлической пластины выполнен в центральной ее части.
Введение плоской сложно-профилированной пластины позволяет увеличить чувствительность измерения деформации путем точного позиционирования волоконных брэгговских решеток для измерения деформации и ее температурной коррекциии относительно центра сложно-профилированной металлической пластины, выполняющей роль масштабирующего элемента. Повышение надежности обусловлено жесткой фиксацией измерительного функционального модуля деформации на исследуемом объекте.
На фиг. 1 представлен измерительный функциональный модуль деформации.
Фиг. 2 поясняет принцип работы измерительного функционального модуля деформации.
Измерительный функциональный модуль деформации содержит чувствительный элемент деформации 1 и канал температурной коррекции 2, выполненных на основе волоконных брэгговских решеток. Чувствительный элемент деформации 1 и канал температурной коррекции 2 сформированны на одном и том же металлизированном оптическом волокне 3, оконцованное оптическим разъемом типа FC/APC 4. Оптическое волокно с волоконными брэгговскими решетками установлено в канавке треугольного сечения на верхней грани сложно-профилированной пластины 5, причем волоконные брэгговские решетки равноудалены от середины пластины. Фиксация оптического волокна осуществлена при помощи ситаллоцемента или высокотемпературного клея во втулках 6, которые запрессованны в отверстиях на торцах пластины 5. Материал втулки 29НК выбран для обеспечения наилучших адгезионных свойств при использовании ситаллоцемента или высокотемпературного клея. Участок оптического волокна с волоконными брэгговсими решетками посередине пластины не фиксируется. В конструкции пластины 5 предусмотрены зоны снятия напряжения 7, выполненные в подвижной пластине и обеспечивающие запас хода для растяжения и сжатия волоконных брэгговских решеток. Измерительный функциональный модуль деформации закреплен на исследуемом объекте при помощи точечной сварки в двенадцати точках 8 расположенных симметрично на боковых утонениях пластины.
Измерительный функциональный модуль деформации работает следующим образом.
0
1
1
2
1
2
1
2
Измерительный функциональный модуль деформации подключается через оптическую розетку 9 с помощью оптического разъема типа FC/APC 4 к блоку преобразования информации 10, в состав которого входит источник излучения 11, мультиплексор 12 и приемник излучения 13. Оптический сигнал Φ (λ, λ2), сформированный источником излучения 9, через мультиплексор 12, оптическую розетку 9 и разъем 4 подается в оптическое волокно 3. Воздействие деформационных нагрузок ξ и температуры T на исследуемый объект приводит к растяжению или сжатию серединного участка металлической пластины 5. Деформация пластины 5 приводит к изменению периода волоконной брэгговской решетки деформации 1 и температурной коррекции 2. В результате чего возникают сдвиги резонансных длин волн λ(ξ) и λ(T). Световые потоки Φ и Φ, полученные в результате сдвига резонансных длин волн передаются через приемник излучения 13 на схему обработки сигнала 14 в виде токового значения I (Φ, Φ). После схемы обработки формируются функциональные зависимости деформации ƒ′=ξ(t) и ƒ″=T(t) температуры от времени.
Снижение температурной погрешности при измерении деформации осуществляется каналом температурной коррекции 2, на основании зависимости ƒ″=T(t). Высокие точностные характеристики достигаются путем одновременного измерения деформации и температуры в одной и той же точке.
Технический результат заключается в увеличении чувствительности и повышения надежности путем использования плоской сложно-профилированной пластины в качестве масштабирующего элемента деформации и элемента крепежа модуля к исследуемому объекту.