Волоконно-оптичний пристрій для контролю радіального тиску поршневого кільця

Реферат: Волоконно-оптичний пристрій для контролю радіального тиску поршневого кільця складається з циліндричної основи з кварцового скла, на неробочій поверхні якої є приплив для фіксації, а на робочій - шість сегментів чутливих елементів, вкритих захисним стійким до механічних пошкоджень віддзеркалюючим шаром з сапфірового скла, та до яких підведені випромінюючеприймаючі волоконні світловоди, та оптичного мультиплексора/демультиплексора. Чутливі елементи та оптичний канал передачі інформації виконані захищеними та закритими. UA 100946 U (12) UA 100946 U UA 100946 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до волоконно-оптичних пристроїв для контролю радіального тиску поршневого кільця, які засновано на керуванні властивостями оптичних матеріалів. Область застосування - контроль епюри радіальних тисків поршневих кілець двигунів внутрішнього згоряння [1, 2]. Відомий оптичний пристрій для контролю радіального тиску поршневого кільця, до складу якого входять джерело світла, кільцевий калібр з оптично-активного матеріалу, жорстка оправка, поляроїди та інтерференційні еталони [3]. Недоліки пристрою, які обумовлені застосуванням кільцевого калібру, поляроїдів та інтерференційних еталонів: - неможливість компенсації деградаційних процесів на внутрішній оптичній поверхні кільцевого калібру, які виникають внаслідок контакту з металевою поверхнею поршневих кілець; - наявність відкритого оптичного каналу передачі інформації; - необхідність наявності значної кількості інтерференційних еталонів; - наявність елементів, виконаних з матеріалів з коефіцієнтами теплового поширення, що відрізняються один від одного. Найбільш близьким за технічною суттю та результатом, що досягається, до корисної моделі є оптичний пристрій для контролю радіального тиску поршневого кільця, який містить металеву циліндричну основу, що обертається навколо своєї осі, джерело світла, кільцевий калібр з оптично-активного матеріалу та вимірювальної шкали [4]. Недоліки пристрою, які обумовлені застосуванням металевої циліндричної основи, що обертається навколо своєї осі та кільцевого калібру з оптично-активного матеріалу: - неможливість компенсації деградаційних процесів на внутрішній оптичній поверхні кільцевого калібру, які виникають внаслідок контакту з металевою поверхнею поршневих кілець; - наявність відкритого оптичного каналу передачі інформації; - необхідність компенсації порушення геометрії зв'язку калібр-вимірювальна шкала, що виникає внаслідок відхилення осі основи в підшипниках при обертанні; - необхідність підтримки зовнішньої оптичної поверхні калібру з надзвичайно високою якістю для уникнення створення умов для появи паразитної модуляції. Задачею корисної моделі є створення волоконно-оптичного пристрою для контролю радіального тиску поршневого кільця, у якому застосовані елементи, виконані з однорідних матеріалів, відсутня необхідність корегування похибок порушення геометрії чутливих елементів та одночасно забезпечений захист елементів пристрою та збережено високий рівень метрологічних характеристик. Поставлена задача вирішується тим, що у волоконно-оптичному пристрої для контролю радіального тиску поршневого кільця, що складається з циліндричної основи з кварцового скла, на неробочій поверхні якої є приплив для фіксації, а на робочій - шість сегментів чутливого елемента, вкритих захисним, стійким до механічних пошкоджень віддзеркалюючим шаром з сапфірового скла, та до яких підведені випромінююче-приймаючі волоконні світловоди, та оптичного мультиплексора/демультиплексора, згідно з корисною моделлю, чутливі елементи та оптичний канал передачі інформації виконані захищеними та закритими. Технічний ефект досягається завдяки тому, що комбінація елементів забезпечує: - підвищення якості функціонування за рахунок переходу від суцільного відкритого оптичного калібру до захищеного сегментного; - можливість уникнення похибок вимірювання за рахунок застосування закритого інформаційного каналу та матеріалів, рівних по міцності, та коефіцієнта теплового поширення; - можливість використання волоконно-оптичних ліній як інформаційного каналу та створення на їх базі розгалужених цифрових систем та банків даних; - високу надійність і ресурс (більш 10000 г); - малі масу і габарити. Суть корисної моделі пояснюється кресленням, де зображено циліндричну основу з кварцового скла 1 з припливом для фіксації 2, шість сегментів чутливого елемента 3, вкритих захисним віддзеркалюючим шаром з сапфірового скла 4 та шість випромінююче-приймаючих волоконних світловодів 5. Волоконні світловоди одним кінцем з'єднані з оптичним мультиплексором/демультиплексором 6, а другим з сегментами - чутливими елементами 3. При розташуванні поршневого кільця в простір між сегментами, в матеріалі останніх, під впливом радіального тиску, відбувається зміна оптичних властивостей (коефіцієнта переломлення). Це приводить до порушення умов повного внутрішнього відбивання світла у сегменті чутливого елемента та модуляції інтенсивності світлового потоку у ньому пропорційно величині тиску, який, після відбивання випромінювання від віддзеркалюючого шару, надходить до випромінююче-приймаючого світловода. 1 UA 100946 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 Порушення умов повного відбивання світла у сегменті чутливого елемента знаходить своє відображення у зміні величини інтенсивності світлового випромінювання. Креслення. Волоконно-оптичний пристрій для контролю радіального тиску поршневого кільця (розріз у діаметральній площині): 1 - циліндрична основа; 2 - приплив для фіксації; 3 сегмент чутливого елемента; 4 - захисний віддзеркалюючий шар; 5 - випромінюючеприймаючий волоконний світловод; 6 - оптичний мультиплексор/демультиплексор. Відомості, які підтверджують можливість здійснення корисної моделі. Для здійснення корисної моделі застосовано складний світловод, у якому роль керованого світловода виконує сегмент чутливого елемента. При відсутності тиску, що створює поршневе кільце, оптичне випромінювання надходить до оптичного мультиплексора/демультиплексора, де поділяється на шість складових. Кожна складова відрізняється своєю довжиною хвилі. Після мультиплексора/демультиплексора оптичне випромінювання надходить по випромінююче-приймаючим волоконним світловодам до сегментів чутливих елементів, відбивається від віддзеркалюючого шару та повертається до мультиплексора/демультиплексора. Інтенсивність випромінювання, що повернулося, визначається за нульовий рівень. При розташуванні поршневого кільця в простір між сегментами, в матеріалі останніх, під впливом радіального тиску, відбувається зміна оптичних властивостей (коефіцієнта переломлення) [5, 6]. Це приводить до порушення умов повного внутрішнього відбивання світла у сегменті чутливого елемента та модуляції інтенсивності світлового потоку у ньому пропорційно величині тиску, який після відбивання випромінювання від віддзеркалюючого шару надходить до випромінююче/приймаючого світловода та мультиплексора/демультиплексора. При оцінюванні величині тиску в блоці з величини отриманої інтенсивності оптичного випромінювання (для кожної пари сегмент-світловод) віднімається зафіксована величина нульового рівня. Застосування сегментного чутливого елемента дозволяє визначити величину радіального тиску у шести контрольних точках, уникаючи похибок від порушення геометрії контакту суцільного оптичного калібру з поршневим кільцем. Для оцінки тиску у кожній контрольний точці застосовується випромінювання, що має свою довжину хвилі та підводиться/відводиться по своєму захищеному закритому інформаційному каналі. Джерела інформації: 1. Камкин, С.В., Возницкий, И.В., Шмелев, В.П. Эксплуатация судовых дизелей. - М.: Транспорт, 1990. - 344 с. 2. Гинзбург, Б.Я. Теория поршневого кольца. - М.: Машиностроение, 1979. - 237 с. 3. А.С. SU 1578527 СССР, G01L 1/24. Устройство для определения радиального давления поршневого кольца на стенку рабочего цилиндра двигателя внутреннего сгорания / Коломенский тепловозостроительный завод им. В.В. Куйбышева В.В. Давыдов, В.В. Кондратюк, А.В. Перфилов (СССР). - 422304/24-10; заявл. 07.04.87; опубл. 27.07.1997 15.07.90; бюл. № 26. 4. Пат. RU 2085878 Российская Федерация, G01L 1/24. Устройство для определения радиального давления поршневых колец / Данилов, Ю.С., Хохлов, А. В., Симдянкин А.А., Никитин Д.А.; Заявитель и патентообладатель Данилов, Ю.С., Хохлов, А.В., Симдянкин, А.А., Никитин, Д.А. - № 94009918/28; заявл. 22.03.1994 опубл. 27.07.1997. 5. Деклараційний патент України № 21859, МПК (2006) G01M 11/00. Волоконно-оптичний датчик тиску / Сандлер, А.К., Сандлер, О.А.; Заявитель и патентообладатель Сандлер, А.К., Сандлер, О.А. - заявл. 19.09.2006; опубл. 10.04.2007, бюл. № 4. 6. Гуляев, Ю.В., Меш, М.Я., Проклов, В.В. Модуляционные эффекты в волоконных световодах и их применение. - М.: Радио и связь, 1991. - 150 с. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 50 55 Волоконно-оптичний пристрій для контролю радіального тиску поршневого кільця, що складається з циліндричної основи з кварцового скла, на неробочій поверхні якої є приплив для фіксації, а на робочій - шість сегментів чутливих елементів, вкритих захисним стійким до механічних пошкоджень віддзеркалюючим шаром з сапфірового скла, та до яких підведені випромінююче-приймаючі волоконні світловоди, та оптичного мультиплексора/демультиплексора, який відрізняється тим, що чутливі елементи та оптичний канал передачі інформації виконані захищеними та закритими. 2 UA 100946 U Комп’ютерна верстка Л. Ціхановська Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3