Устройство для измерения давления на поверхность

Область техники, к которой относится изобретение
Полезная модель относится к измерительным устройствам, использующим в качестве чувствительного элемента оптическое волокно, и может быть использована в системах контроля и измерения давлений на поверхность.
Уровень техники
Известна полезная модель - волоконно-оптический датчик усилий, содержащий основание датчика с крепежными отверстиями, оптическое волокно, эластичный материал, согласно изобретению содержащий второе оптическое волокно, пазы под волокна, упорную крышку, демпфирующий материал, элемент изгиба с изгибающей волокна головкой, при этом на основание укладывается второе оптическое волокно перпендикулярно первому волокну на эластичный материал, который помещается в углубление основания, на котором находятся пазы под волокна, которые присутствуют и на нижней части упорной крышки, которая закрепляется на основании, в которой располагается демпфирующий материал, на который крепится элемент изгиба с изгибающей волокна головкой [патент РФ №199709, кл. G01L 11/00, G08B 13/186, дата публикации 15.09.2020 г.].
Недостатком такого волоконно-оптического датчика усилий являются использование для преобразования давления на датчик в линейное перемещение эластичного материала, что снижает точность измерения при отрицательных температурах окружающей среды за счет изменения свойств эластичности материала. Таким образом, применение такого волоконно-оптического датчика усилий при больших отрицательных температурах становится неэффективным. Например, в условиях крайнего севера температуры достигают значений до минус 60 градусов Цельсия и ниже, вследствие чего эластичные материалы изменяют свои свойства, а в некоторых случаях становятся хрупкими.
Технический результат, наблюдаемый при реализации заявленного устройства, заключается в повышении точности измерений при отрицательных температурах окружающей среды. Технический результат достигается тем, что в заявленном устройстве для измерения давления на поверхность вместо эластичных материалов используются компенсаторы нагрузки, выполненные в виде набора тарельчатых пружин, стабильных по характеристикам упругости при отрицательных температурах окружающей среды.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет повысить точность измерений при отрицательных температурах окружающей среды.
Сущность изобретения
Предлагаемое устройство содержит: основание с крепежными отверстиями, закрепленные к нему компенсаторы нагрузки и волоконно-оптический датчик, крышку, закрепленную к компенсаторам нагрузки, защитную манжету, закрепленную между основанием и крышкой. Волоконно-оптический датчик установлен в центре устройства. Компенсаторы нагрузки представляют собой набор тарельчатых пружин, расположенных на направляющей оси между фланцами, к которым винтами закреплены основание и крышка, при этом компенсаторы нагрузки равноудалены от волоконно-оптического датчика.
На фиг. 1 приведен общий вид устройства. На фиг. 2 приведен общий вид устройства в разрезе. Устройство содержит основание 1, компенсаторы нагрузки 2, волоконно-оптический датчик 3, защитную манжету 4, крышку 5. Механическая связь между компенсаторами нагрузки 2, основанием 1 и крышкой 2 обеспечивается с помощью винтов. Механическая связь между волоконно-оптическим датчиком 3 с основанием устройства 1 осуществляется с помощью винтов.
Устройство работает следующим образом.
Основание устройства 1 жестко закрепляется к поверхности объекта. При воздействии давления на крышку устройства 5 усилие с крышки передается через компенсаторы нагрузки 2 на основание 1. Компенсаторы нагрузки 2 обеспечивают перемещение крышки 5 относительно основания 1 в зависимости от величины давления на крышку за счет сжатия компенсаторов нагрузки 2. Волоконно-оптический датчик 3 обеспечивает изменение уровня оптического затухания в зависимости от величины перемещения крышки 5 относительно основания 1.
Для измерения величины давления на поверхность выводы оптического волокна устройства подключают к источнику оптического излучения и измерителю оптической мощности. По уровню измеренного оптического затухания вычисляют значение давления на устройство.
Диапазон измерения устройства определяется компенсаторами нагрузки, за счет подбора тарельчатых пружин с требуемыми характеристиками по усилию и количеством тарельчатых пружин в компенсаторах нагрузки.