Волоконно-оптический датчик давления

(7 1) Научно-исследовательский институт физических измерений(56) Авторское свидетельство СССР ж 1571449, кл, 6 01 . 11/00, 1988.Авторское свидетельство СССР ЬЬ 1600889, кл. 6 01 1. 11/00, 1987.54) ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ДАТЧИК ДАВЛЕНИЯ(57) Использование; изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения статического и динамического давления в широком диапазоне температур. Изобретение направлено на повышение точности измерений за счет уменьшения температурной погрешности. Сущность изобретения: в волоконно-оптический датчик давления, содержащий корпус 1, мембрану 2 с жестким центром иО эвол греш ГОСУДАРСТВЕ НЮЕ ПАТЕ НТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) ОЛИСАНИЕ И утолщенной периферийной частью и два волоконно-оптических преобразователя 7,8, выполненных в виде световодов, с источником света 11 и фотоприемниками 12,13, причем концы световодов закреплены в плате 5 и торец одного из них установлен напротив жесткого центра мембраны, а торец другого - напротив утолщенной периферийной части мембраны, и установленную в плате 5 между световодами светозащитную кольцевую перегородку 4, в соответствии с изобретением введен прикрепленный к жесткому центру мембраны со стороны световода компенсационный элемент, в виде металлического диска 3 с диаметром, равным диаметру жесткого центра мембраны, при этом температурный коэффициент линейного 3 расширения материала диска отличен от температурного коэффициента линейного расширения материала мембраны, что поуменьшить мультипликативную поть измерения в 6 раэ, 1 ил.Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано вдатчиках, применяемых для измерения давления в различных областях народного хозяйства, -5Известен волоконно-оптический датчикдавления, содержащий прогибающуюсямембрану и оптические волокна, закрепленные перпендикулярно плоскости мембраны. Ка мембране сформирована 10отражающая площадка; перпендикулярнокоторой или под углом закреплены передающий и принимающий световой потокоптические волокна. При прогибе мембраныизменяется расстояние между отражающей 15площадкой и торцами оптических волокон,в результате чего происходит модуляциясветового потока, Недостатком данного устройства являются довольно значительныетемпературные погрешности, связанные с 20измейением модуля упругости материаламембраны от температуры и температурного изменения линейных размеров прокладки, задающей расстояние междуплоскостью мембраны. и торцами оптических волокон.Известен волоконно-оптический датчикдавления, содержащий закрепленный в корпусе мембранный чувствительный элементс жестким центром и утолщенной периферийной частью, и два волоконно-оптическихпреобразователя, выполненных в виде световодов с источником света и фотоприемниками, причем концы световодов закрепленыв плате, торец одного из них установлен 35напротив жесткого центра мембраны, а торец другого- напротив утолщенной периферийной части мембраны, и установленную вплате между световодами светОзащитнуюкольцевую перегородку. Недостатком данной конструкции является наличие мультилликативной погрешности, вызваннойизменением модуля упругости материаламембраны от температуры,Цель изобретения - повышение точности за счет уменьшения температурной погрешности,Поставленйая цель достигается тем,что в волоконно-оптический датчик давления, содержащий закрепленный в корпусе 50мембранный чувствительный элемент сжестким центром и утолщенной периферийной частью;и два волоконно-оптиче. ских преобразователя, выполненных в.виде световодов, с источником света и фотоприемниками, причем концы световодовзакреплены в плате; и торец одного из нихустановлен напротив жесткого центра мембраны, а торец другого - напротив утолщенной периферийной части мембраны, и установленную в плате между световодами светозащитную кольцевую перегородку, введен прикрепленный к жесткому центру мембраны со стороны световода компенсационный элемент в виде металлического диска, с диаметром равным диаметру жесткого центра мембраны, при этом температурный коэффициент линейного расширения материала диска отличен от температурного коэффициента линейного расширения материала мембраны, утолщенная периферийная часть мембраны со стороны световода выполнена с кольцевым выступом, а светозащитная кольцевая перегородка установлена с зазором относительно мембраны и расположена между жестким центром и кольцевым выступом,На чертеже изображен волоконно-оптический датчик давления, Он содержит корпус 1, мембрану 2 с жестким центром, снабженным металлическим диском 3, светозащитную перегородку 4, плату 5, установочное кольцо Б. В плате 5 смонтированы . оптические волокна 7 и 8. Оптическое волокно 8 принадлежит рабочему каналу преобразователя и его торец установлен над жестким центром, а оптическое волокно 7 принадлежит компенсационному каналу и его торец установлен над периферийной частью мембраны. Торцы оптических волокон располагаются в одной плоскости, На противоположных концах оптических волокон сформированы оптические разветвители 9, 10, к которым подключены источник света 11, фотоприемники 12, 13. Поверхности диска 3 и периферийной части мембраны имеют зеркальную чистоту и служат отражающими поверхностями соответственно рабочего и компенсационного преобразователя. Расстояние от поверхности оптических волокон до отражающих поверхностей задается толщиной кольца б,Волоконйо-оптический датчик работает следующим образом, Измеряемая среда подводится в приемную полость датчика и воздействует на мембрану, При включении питания световой поток от источника 11 по световоду 8 подводится к мембране, отражается от диска 3 и световодом 8 подается на фотоприемник 12, где преобразуется в электрический сигнал, При изменении давления мембрана деформируется и расстояние между ее центром с диском 3 и торцевой поверхностью световода 8 изменяется. При этом изменяется интенсивность отраженного потока, поступающего на фотоприемник 12, Сигнал с фотоприемника 13 компенсационного преобразователя при этом остается постоянным, так как расстоя ние между торцевой поверхностью светово1796937 Формула изобретения Составитель В, Полунин Редактор Т, Шагова Техред М.Моргентал Корректор С, ШекмарЗаказ 645 ТиражПодписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретенйяи и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж; Раушская наб 4 Л Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 101 да 7 и отражающей поверхностью периферийной части мембраны от изменения давления не меняется. При изменении температуры окружающей среды за счет изменения линейных размеров деталей расстояние между отражающей поверхностью диска 3 мембраны и торцевой поверхностью световода 8 будет изменяться, Для компенсации температурной погрешности используется сигнал компенсационного канала преобразователя. Сигнал этого канала в процессе изменения, давления, но при нормальной температуре, остается постоВолоконно-оптический датчик давления, содержащий закрепленный в корпусе мембранный чувствительный элемент с жестким центром и утолщенной периферической частью и два волоконно-оптических преобразователя, выполненных в виде световодов, с источником света и фотоприемниками, причем концы световодов закреплены в плате и торец одного из них установлен напротив жесткого центра мембраны, а торец другого - напротив утолщенной периферийной части мембраны, и установленную в плате между световодами светозащитную кольцевую перегородку, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью янным. Он изменяется только при изменении температуры, Сигнал компенсационного канала используется для корректировки выходной характеристики датчика, Для ком пенсации мультипликативной погрешностив датчик введен компенсационный элемент в виде металлического диска 3,Технико-зкономическим преимуществом 10 изобретения, по сравнению с прототипом,является уменьшение мультипликативной погрешности с 6 до уровня 1 в температурном диапазоне 200 С. повышения точности за счет уменьшения температурной погрешности, в него введен прикрепленный к жесткому центру мембраны со стороны световода компенсационный элемент в виде металлического диска с диаметром, равным диаметру жесткого центра мембраны, при этом температурный коэффициент линейного расширения материала диска отличен от температурного коэффициента линейного расширения материала мембраны, а утолщенная периферическая часть мембраны со стороны световода выполнена с кольцевым выступом, при этом светозащитная кольцевая перегородка установлена с зазором относительно мембраны и расположена между жестким центром и кольцевым выступом.