Спосіб вимірювання тиску

Реферат: Спосіб вимірювання тиску включає наступне: зони деформації мембрани сканують волоконнооптичними перетворювачами шляхом почергового, у відповідності з програмою, засвічування світлодіодами її поверхні, відбиті від мембрани світлові сигнали приймають фотоприймачем, який встановлюють на виході світлоприймального волокна, а величину тиску знаходять за допомогою математичної обробки отриманих сигналів. Сканування мембрани світлодіодами виконують в системі координат згідно з точками плану ортогонального центрального композиційного планування, будують математичну модель залежності тиску від координат розміщення торців світлодіодів, по якій знаходять величину тиску в різних точках мембрани, а по них розраховують середнє значення тиску. UA 98866 U (54) СПОСІБ ВИМІРЮВАННЯ ТИСКУ UA 98866 U UA 98866 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до вимірювальної техніки і може використовуватися для вимірювання тиску в інформаційно-вимірювальних системах. Відомий спосіб вимірювання тиску, який полягає у тому, що внутрішнє кільце волоконнооптичного колектора підводить світлове випромінювання від світлодіода до мембрани, а зовнішнє і центральне кільця приймають світлові потоки, що відбиті від мембрани. Фотоприймачі, які розташовані на виходах цих волоконних каналів вимірюють величини оптичних сигналів, а величина тиску знаходиться шляхом математичної обробки сигналів у кожному із каналів [Шапарь В.Н., Свечников С.В., Ягнуров В.Х., Васильєва В.И. Кольцевые многоканальные волоконно-оптические преобразователи для оптических датчиков физических величин // Сборник научных трудов III Международной научной конференции "Функциональная компонентная база микро-, опто- и наноэлектроники". - Харьков - Кацивели, 2010. - С. 224-229]. Недоліками цього способу є недостатня точність вимірювання тиску, обумовлена впливом вібрацій, температури та інших факторів, а також неможливість отримання математичних моделей залежності тиску і прогину мембрани від координат розміщення торців світловодів, використання яких дає можливість підвищити точність вимірювання тиску і точність оцінки працездатності мембрани в процесі їх випробування. Найбільш близьким до запропонованого є спосіб вимірювання тиску, який полягає у тому, що зони деформації мембрани скануються волоконно-оптичними перетворювачами шляхом почергового, у відповідності з програмою, засвічування світлодіодами її поверхні, відбиті від мембрани світлові сигнали приймаються фотоприймачем, який встановлюється на виході світлоприймального волокна, а величина тиску знаходиться за допомогою математичної обробки отриманих сигналів [Пат. № 91917, Україна, МПК G01L 11/00, G01L 9/00; заявка U201400173; заявл. 13.01.2014; опубл. 25.07.2014, Бюл. № 14]. Недоліками способу є неможливість отримання математичних моделей залежності тиску і прогину мембрани від координат розміщення торців світловодів, використання яких дає можливість підвищити точність вимірювання тиску і точність оцінки працездатності мембран в процесі їх випробування. В основу корисної моделі поставлена задача розробити спосіб вимірювання тиску, що забезпечує можливість з більшою точністю визначити величину тиску і оцінку працездатності мембран шляхом використання отриманих математичних моделей залежності тиску і прогину мембран від координат розміщення торців світловодів. Поставлена задача вирішується тим, що зони деформації мембрани сканують волоконнооптичними перетворювачами шляхом почергового, у відповідності з програмою, засвічування світлодіодами її поверхні, відбиті від мембрани світлові сигнали приймаються фотоприймачем, який встановлюють на виході світлоприймального волокна, а величина тиску знаходиться за допомогою математичної обробки отриманих сигналів, згідно з корисною моделлю, сканування мембрани світлодіодами виконується в системі координат відповідно з точками плану ортогонального центрального композиційного планування, будується математична модель залежності тиску від координат розміщення торців світловодів, по якій знаходять величину тиску в різних точках мембрани, а по них розраховують середнє значення тиску. Застосування сканування мембрани світлодіодами в системі координат згідно з точками плану ортогонального центрального композиційного планування, побудова математичної моделі залежності тиску в різних точках мембрани та розрахунок по них середнього значення тиску дозволяє підвищити точність вимірювання тиску і дає можливість використовувати спосіб для випробування мембран з метою оцінки їх працездатності. Суть корисної моделі пояснює креслення. Волоконно-оптичний датчик тиску складається із мембранного чутливого елемента 1, який закріплено в корпусі 2. Перед мембраною розташовано дев'ять передавальних світловодів 3 і приймальний світловод 4, на виході якого встановлено фотоприймач 5. На входах передавальних світловодів встановлено дев'ять світлодіодів 6. Торці світловодів оптично зв'язані з мембранним чутливим елементом і розміщені в системі координат XY згідно з точками ортогонального центрального композиційного планування, а торець світловода, пов'язаного з фотоприймачем, розміщено на початку системи координат. Фотоприймач під'єднаний до блока математичної обробки отриманих сигналів (на кресленні не показано). Спосіб реалізується наступним чином. Світлодіоди 6 через передавальні світловоди 3 почергово, у відповідності з програмою, засвічують поверхню мембрани 1, яка закріплена в корпусі 2 та приймає тиск Р. Засвічування вихідних торців, наприклад, виконується зліва направо по рядках, починаючи з верхнього. Мембрана під дією тиску Р, температури, а також вібрацій змінює свою форму. Відбиті від поверхні мембрани світлові сигнали потрапляють в зону світлоприймального волокна 4, а по 1 UA 98866 U 5 ньому на фотоприймач 5, який перетворює інтенсивність світлового потоку в напругу. Після того, як блок математичної обробки сигналів отримає дев'ять значень напруги, він виконує розрахунок поточних значень тиску Pi в кожній із дев'яти точок плану ортогонального центрального композиційного планування (ОЦКП) з використанням алгоритму цифрової обробки сигналів, а також їх корегування на величину поправки ΔР з урахуванням температури. З урахуванням отриманих поточних значень тиску Pi+ΔР за алгоритмом обробки результатів експерименту, отриманих по плану ОЦКП, будується математична модель 2 P  b0  b1x  b 2 y  b12 xy  b11x1  b 22 y 2 , 2 10 15 20 де b 0 , b1 , b 2 , b12 , b11 , b22 - коефіцієнти математичної моделі; x , y - координати точки мембрани, в якій розраховується тиск. По математичній моделі знаходять величину тиску в різних точках мембрани, а потім розраховують середнє значення тиску Рср. За рахунок побудови математичної моделі P  Fx, y  та усереднення значень тиску, отриманих по цій моделі, зменшуються похибки від впливу температури, вібрацій та інших факторів. При випробуванні мембрани на її вхід подається еталонне значення тиску, а в блоці математичної обробки сигналів, знайдені за перетвореними відбитими оптичними сигналами, прогини мембрани fi обробляються по алгоритмах плану ОЦКП. За отриманою математичною моделлю у вигляді 2 f  b0  b1x  b 2 y  b12 xy  b11x1  b 22 y 2 2 25 30 знаходяться в різних точках системи координат XY прогини fi та порівнюються з еталонними, що зберігаються в пам'яті блока математичної обробки сигналів. По результатах порівняння видається інформація про працездатність мембрани. Використання запропонованого способу вимірювання тиску забезпечує можливість з більшою точністю визначати величину тиску і оцінку працездатності мембрани шляхом використання отриманих математичних моделей. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 35 40 45 1. Спосіб вимірювання тиску, який включає наступне: зони деформації мембрани сканують волоконно-оптичними перетворювачами шляхом почергового, у відповідності з програмою, засвічування світлодіодами її поверхні, відбиті від мембрани світлові сигнали приймають фотоприймачем, який встановлюють на виході світлоприймального волокна, а величину тиску знаходять за допомогою математичної обробки отриманих сигналів, який відрізняється тим, що сканування мембрани світлодіодами виконують в системі координат згідно з точками плану ортогонального центрального композиційного планування, будують математичну модель залежності тиску від координат розміщення торців світлодіодів, по якій знаходять величину тиску в різних точках мембрани, а по них розраховують середнє значення тиску. 2. Спосіб вимірювання тиску за п. 1, який відрізняється тим, що на мембрану подають еталонне значення тиску, за перетвореними відбитими оптичними сигналами знаходять прогини мембрани в точках, що відповідають плану ортогонального центрального композиційного планування, будують математичну модель залежності прогину мембрани від координат розміщення торців світлодіодів, знайдені по математичній моделі прогини в різних точках системи координат порівнюють з еталонними, а по результатах порівняння видають інформацію про працездатність мембрани. 2 UA 98866 U Комп’ютерна верстка М. Мацело 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