Волоконно-оптичний датчик тиску

Реферат: Волоконно-оптичний датчик тиску містить джерело оптичного випромінювання, чутливий елемент, який включає в собі призму повного внутрішнього відбиття, відбиваючу мембрану, виконану з п'єзоматеріалу прокладку з електричними контактами і розташовану між призмою повного внутрішнього відбиття і відбиваючою мембраною, приймач оптичного випромінювання, а також світловоди, що з'єднують джерело і приймач оптичного випромінювання, підключений до блока обробки інформації, причому додатково введено (n-1) виконаних з п'єзоматеріалу ізольованих прокладок з електричними контактами і блок комутації, що своїм входом під'єднаний до блока обробки інформації, а виходами - до електричних контактів ізольованих прокладок, де n - кількість піддіапазонів вимірювання тиску. UA 119363 U (54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧНИЙ ДАТЧИК ТИСКУ UA 119363 U UA 119363 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Корисна модель належить до галузі приладобудування, і може застосовуватися для вимірювання тиску. Відомий волоконно-оптичний перетворювач тиску, що містить джерело оптичного випромінювання, чутливий елемент, відбиваючу мембрану, пристрій орієнтації оптичного випромінювання, прокладку, приймач оптичного випромінювання, блок обробки інформації, волоконно-оптичний розгалужувач, світловоди (патент РФ № 2457453, МПК G01L 11/02, опубл. 27.02.2012). Недоліком перетворювача є неможливість динамічно налагоджувати діапазон вимірювання тиску. Найбільш близьким до запропонованого є волоконно-оптичний перетворювач тиску з динамічно налагоджуваним діапазоном, що містить джерело оптичного випромінювання, чутливий елемент, який включає призму повного внутрішнього відбиття, відбиваючу мембрану і прокладку з електричними контактами, що виконана із п'єзоматеріалу і розташована між призмою повного внутрішнього відбиття і відбиваючою мембраною, приймач оптичного випромінювання, а також світловоди, що з'єднують джерело і приймач оптичного випромінювання, підключений до блока обробки інформації, з'єднаного з електричними контактами прокладки (патент РФ № 2456563, МПК G01L 11/02, опубл. 20.07.2012). Недоліком перетворювача є обмежений діапазон вимірювання тиску і недостатня чутливість. В основу корисної моделі поставлено задачу значно розширити діапазон вимірювання тиску і підвищити чутливість пристрою. Поставлена задача вирішується тим, що у волоконно-оптичному датчику тиску з динамічно налагоджуваним діапазоном, що містить джерело випромінювання, чутливий елемент, який включає в собі призму повного внутрішнього відбиття, відбиваючу мембрану і виконану із п'єзоматеріалу прокладку з електричними контактами і розташовану між призмою повного внутрішнього відбиття і відбиваючою мембраною, приймач оптичного випромінювання, а також світловоди, що з'єднують джерело і приймач оптичного випромінювання, підключений до блока обробки інформації, згідно з корисною моделлю, додатково введено (п-1) виконаних а п'єзоматеріалу ізольованих прокладок з електричними контактами і блок комутації, що своїм входом під'єднаний до блока обробки інформації, а виходами - до електричних контактів ізольованих прокладок, де n - кількість піддіапазонів вимірювання тиску. Застосування додаткових елементів (блок комутації і (n-1) ізольованих прокладок і зв'язків між ними дозволяє значно розширити діапазон вимірювання тиску і підвищити чутливість датчика. На фіг. 1 представлена функціональна схема волоконно-оптичного датчика тиску з динамічно налагоджуваним діапазоном. На фіг. 2 - схема з'єднання електричних контактів ізольованих прокладок. Волоконно-оптичний датчик тиску з динамічно налагоджуваним діапазоном містить джерело оптичного випромінювання 1, світловод 2, який передає оптичне випромінювання від джерела 1 до чутливого елемента 3, світловод 4, що передає оптичне випромінювання від чутливого елемента 3 до приймача 5, блок обробки інформації 6. Чутливий елемент 3 складається із призми повного внутрішнього відбиття 7, ізольованих прокладок 8, виконаних із п'єзоматеріалу, і відбиваючої мембрани 9. Ізольовані прокладки 8, що розташовані між призмою повного внутрішнього відбиття 7 і відбиваючою мембраною 9, мають електричні контакти 10 для подачі управляючої напруги Uyпp (фіг. 2) від блока обробки інформації 6 через блок комутації 11. Волоконно-оптичний датчик тиску з динамічно налагоджуваним діапазоном працює наступним чином. Джерело оптичного випромінювання 1 генерує оптичне випромінювання заданої потужності і подає його в світловод 2, який передає оптичне випромінювання до призми повного внутрішнього відбиття 7. Зазор d між мембраною 9 і основою призми 7 може змінюватися під дією тиску Рвх, що призводить до зміни відбитої частини оптичного випромінювання. Зменшення зазору d призводить до все більшого проникнення оптичного випромінювання в мембрану 9 і поглинання оптичної енергії. Відбита випромінювання через грань призми 7 передається оптичним світловодом 4 до приймача оптичного випромінювання 5, який перетворює його в електричний сигнал. Блок обробки інформації 6 перетворює електричний сигнал у значення тиску Рвим. При перевищенні максимально допустимого тиску Рвх зазор d між відбиваючою мембраною 9 і призмою 7 вибирається повністю, і чутливий елемент втрачає працездатність, що визначається по величині вихідного сигналу приймача оптичного випромінювання 5. 1 UA 119363 U 5 10 15 20 Для розширення діапазону вимірювання датчика сигнал управління Uупр із блока обробки інформації 6 подається на контакти 10 нижньої прокладки 8. При цьому нижня прокладка 8 деформується і збільшується зазор між призмою 7 і мембраною 9. В подальшому при зміні діапазону вимірювання тиску Рвх сигнал управління Uупр подається на контакти 10 другої ізольованої від нижньої прокладки 8. При цьому кількість піддіапазонів вимірювання визначається кількістю n ізольованих прокладок 8. Таким чином, управління величиною зазору d між призмою і мембраною дозволяє розширити діапазон вимірювання тиску і збільшувати чутливість датчика. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ Волоконно-оптичний датчик тиску, що містить джерело оптичного випромінювання, чутливий елемент, який включає в собі призму повного внутрішнього відбиття, відбиваючу мембрану, виконану з п'єзоматеріалу прокладку з електричними контактами і розташовану між призмою повного внутрішнього відбиття і відбиваючою мембраною, приймач оптичного випромінювання, а також світловоди, що з'єднують джерело і приймач оптичного випромінювання, підключений до блока обробки інформації, який відрізняється тим, що додатково введено (n-1) виконаних з п'єзоматеріалу ізольованих прокладок з електричними контактами і блок комутації, що своїм входом під'єднаний до блока обробки інформації, а виходами - до електричних контактів ізольованих прокладок, де n - кількість піддіапазонів вимірювання тиску. 2 UA 119363 U Комп’ютерна верстка О. Рябко Міністерство економічного розвитку і торгівлі України, вул. М. Грушевського, 12/2, м. Київ, 01008, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 3