ИНТЕРФЕРОМЕТРИЧЕСКИЙ ТЕНЗОДАТЧИК ПЛАЗМЕННОГО НАПЫЛЕНИЯ

ИНТЕРФЕЕОМЕТРИЧЕСКИЙ ТЕНЗОДАТЧИК ПЛАЗМЕННОГО
полезная модель касается конструкции датчиков для измерения параметров деформации (вибрации) поверхностей объектов и может быть использована при расчете прочностных характеристик в процессе конструирования протяженных объектов, например, мостов, трубопроводов, эстакад, корпусов надводных и подводных судов.
в настоящее время для решения подобных задач используются датчики разных типов, например, пьезоэлектрические акселерометры /1/, тензодатчики /2/, интерферометрические акселерометры /3/ и др. Наибольшее распространение получили тензометрические датчики /2, стр. 54-97/, которые представляют собой нихромовую пленку или проволоку. Такие датчики приклеиваются, привариваются через нержавеющую фольгу к пове)кности объекта или запрессовываются в трубках из нержавеющей стали. Принцип действия тензодатчиков состоит в измерении изменений сопротивления чувствительных элементов, вызванных изменением их геометрических параметров под воздействием вибраций поверхности, на которой они закреплены.
Недостатком указанных датчиков является то, что они могут измерять деформацию /вибрацию/ испытуемого корпуса только в одной точке - точке установки датчика. Кроме того для тензодатчиков существует проблема изолирования чувствительных элементов и создания основы-изолятора с исполь.зованием различных полимерных материалов.
Для решения некоторых практических задач необходима информация о суммарном воздействии всех приложенных сил по всей длине протяженного объекта (трубопровода, моста, корпуса судНАПЫЛЕНИЯ
МКИ:С01М, 7/00
на) . В таких случаях могут быть использованы интегрирующие волоконно-оптические датчики /3/.
Наиболее близким решением к предлагаемой конструкции датчика является волоконный фазовый (интерферометрический) акселерометр /3, стр. 71 /. Он содержит лазерный генератор 1 (см. фиг. б - прототип), контрольное плечо (световод) 2, измерительное плечо (световод) 3, который намотан на упругий цилиндр 4, два полупрозрачных зеркала 5, приемник сигналов (фотоприемник) 6f инерционную массу 7. Излучение от лазера 1 делится полупрозрачным зеркалом 5 на две части, одна из которых направляется в измерительный световод 3, расположенный в зоне измерений. Другая часть излучения пропускается через контрольный световод 2 , изолированный от влияния внешнего сигнала. Под действием вибрации происходит деформация упругого цилиндра 4 и, как следствие, изменение длины измерительного световода 3,намотанного на этот цилиндр. Результирующий интерференционный сигнал на светочувствительной поверхности фотоприемника б зависит от разности оптических путей, которые проходит излучение в двух плечах интерферометра.
Задача предлагаемого решения - повышение эффективности и достоверности измерения параметров вибрации протяженных объектов.
Для решения поставленной задачи в интерферометрическом тензодатчике плазменного напьшения, содержащем генератор, выход которого подключен ко входам контрольного и измерительного плечей, выходы которых соединены со входом приемника сигналов, измерительное плечо вьшолнено в виде послойно напыленных диэлектрика и проводника. Слои проводника измерительного плеча мойсет быть снабжен
защитным диэлектрическим слоем, а поверх него может быть напылен экранирующий слой проводника, боковые участки которого выполнены с возможностью контактирования с металлической поверхностью контролируемого объекта.
,. ,
Подобная конструкция датчика расширяет его функциональные возможности, так как позволяет закреплять измерительное звено на всей поверхности испытуемого объекта любой протяженности и использовать датчик в качестве интегргфукщего измерительного прибора.
Предлагаемый тензодатчик показан на чертежах: фиг. 1 блок-схема датчика; фиг. 2, 3, 4 - варианты схематического решения измерительного плеча 3 датчика.
Датчик содержит генератор 1, контрольное плечо 2, измерительное плечо 3, приемник сигналов 4, в качестве которого может быть использован дифференциальный усилитель.
Измерительное плечо 3 (фиг.2) представляет собой следующее: на металлическую поверхность 5 испытуемого объекта напыляется диэлектрик б, на который затем напыляется проводник 7. При деформации поверхности вследствие вибраций будет происходить и деформация напыленного на нее измерительного плеча 3. В результате будет меняться протяженность, а, следовательно, фаза электрического сигнала на соответствукщем входе
дифференциального усилителя 4. Уровень выходного сигнала усилителя 4 определяется разностью фаз электрических сигналов, поступивших на его вход по контрольному и измерительному плечам. Этот сигнал затем преобразуется в информацию о параметрах вибрации контролируемой поверхности.
Для защиты от внешней среды измерительного плеча 3 поверх слоя проводника 7 (фиг.2) напыляется дополнительный слой диэлектрика 8. На диэлектрическую поверхность 8 может быть напылен еще один слой проводника 9, но так, чтобы его боковые участки контактировали с металлической поверхностью 1 контролируемого объекта. Это позволит не только айцитить датчик от внешней среды, но и экранировать от внещних сигналов, что обеспечит более высокую достоверность результатов измерений.
В случае контроля вибрационных параметров неметаллических поверхностей 10 (например, стекла, керамики) на такую поверхность непосредса венно напыляется проводник 7 (фиг.З) измерительного плеча 3 (фиг.1).
При необходимости экранирования и защиты от внешней среды тензодатчика, используемого для контроля объекта с диэлектрической поверхностью, действуют следующим образом (фиг. 5). На диэлектрическую поверхность 10 напыляют металлический слой 11, далее напыляют диэлектрик 6 (как на фиг. 2), проводник 7, диэлектрик 8 и проводник 9 (как на фиг. 3), причем боковые участки слоя 9 должны контактировать с металлической поверхностью слоя 11.
Предложенная полезная модель тензодатчика плазменного напыления позволяет не только существенно (на порядок) сократить затраты на монтаж датчиков на объекты с больщой протяженностью контролируемой поверхности, но и рещить совершенно новые инженерные задачи. Кроме того использование предлагаемых датчиков повышает достоверность измерения вибрационных характеристик контролируемых объектов.
Литература.
1.Электронная аппаратура Брюль и Къер. Каталог 1985/1986г.
2. Экспериментальная механика под редакцией Кобаяси А. (перевод с анг.) М.: Мир, в 2-х книгах, книга 1, 1990г.
3.Бусурин В.И., Носов Ю.Р. Волоконно-оптические датчики. Физические основы, вопросы расчета и применения, М.: Энергоатомиздат, 1990г.