Преобразователь давления

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ рц 966514 Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(22) Заявлено 2703.81 (21) 32 бб 498/18-10 с присоединением заявки Нов 6 0111/00 53 УДК 531. 787Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытий(23) Приоритет -Опубликовано 15.10.82. Бюллетень Мо 38 Дата опубликования описания 1510,82(72) Авторы изобретения В.И.Пасынков и В.А.Кузьмин Московский ордена Ленина авиационный инсти им.Серго Орджоникидзе(54) ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ Изобретение относится к волоконно-оптическим измерительным преобразователям и может найти широкое применение для измерения давления в условиях действия повышенных электромагнитных помех, во взрывоопасных и агрессивных средах, а также при повышенной пониженной) температуре.Известны волоконно-оптические преобразователи давления, содержащие источник излучения, один или несколько фотоприемников, отражатель,прикрепленный к мембране, и волоконныесветоводы 1).Недостатком этих устройств является незначительная чувствительность и точность, так как они зависят от диаметра используемых световодов, при этом рабочий ход мембраны должен быть не менее диаметра световодов. Для увеличения чувствительности и точности, следует уменьшать размеры волокон, что, в свою очередь, приводит к существенному увеличению оптических потерь и снижению уровня сигнала.Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности является преобразователь давления, содержащий источник излучения, два фотоприемника, включенные в дифференциально-мостовую схему, излучающийи два фотоприемных световода, мембрану с отражателем, перемещающимся поперек световодов и жесткое основание,на котором они закреплены 2).Устройство характеризуется недостаточно высокой точностью и чувствительностью, ограниченными минимальным диаметром световодов, которыепринципиально не могут быть сделаныменьше длины волны света, и пределомдифракционной разрешимости света,.который накладывает ограничения науменьшение размеров подвижного отражателя. Кроме того, в преобразователе присутствуют значительные френелевские потери - потери света на отражение при выходе из светорода ввоздух -на зеркален при вводе вфотоприемный световод.Цель изобретения - повышение чувствительности и точности эа счетуменьшения френелевских, потерь света 25 на отражение.Поставленная цель достигается тем,что в преобразователе давления, содержащем корпус с воспринимающей давление мембраной, основание, источник З 0 излучения и два фотоприемника, подэтом осевые лучи, выходящие из излу- -1 О чающего световода б и падающие наоснование 10, разделяютсяна две равныечасти - отраженную и преломленную, прошедшую через воздушный зазор. Отраженный и преломленный све товые потоки попадают на симметрич"но расположенные два фотоприемных. световода 7 и 8, в результате чего.на фотоприемники 2 и 3 попадает висходном состоянии одинаковое количество световой энергии. После преобразования световой энергии в электрическую сигналы двух дифференциальных каналов поступают в мостовую измерительную схему 4, на выходе которой после вычитания сигнала в исходном состоянии напряжение равно нулю.При подаче давления на мембрану 9 онапрогибается, уменьшая тем самым величину воздушного зазора, что приводитк увеличению доли прошедшего световоЗ 0 го потока и соответствующему уменьшению величины отраженного световогопотока. При создании разрежения наблюдается обратная картина. Поэтому.в результате подачи давления (соэда ния разряжения) создается разбалансмостовой схемы и на выходе ее появляется сигнал, величина которого пропорциональна давлению.Таким образом, использование пре образователя давления позволяет путем уменьшения френелевских потерьсвета на отражение повысить чувствительность и точность устройства. 45 Формула изобретения 50 55 60 65 ключенные соответственно к излучающему и двум Фотоприемным световодам, мембрана установлена на основании с зазором и снабжена со стороны измеряемого давленияжестким центром в виде сферического сегмента, геометрический центр которого размещен на обращенной к мембране поверхности основания, в котором с противоположной стороны выполнена выемка, геометрический центр сферической поверх ности которой совпадает с центром сферического сегмента, радиус которого равен радиусу сферической поверхности выемки, при этом торцы излучающего и первого фотоприемного световода установлены диаметрально противоположно на сферических поверхностях мембраны и .основания, а торец второго фотоприемного световода установлен на сферической поверхности основания симметрично первому относительно"поверхности основания, обращенной к мембране.На чертеже изображена конструкция преобразователя давления.Преобразователь давления содержит источник излучения 1, фотоприемники 2 и 3, включенные по дифференциальной схеме в цепь измерительного моста 4,а также объединенные корпусом 5 излучающий б и два фотоприем.ных 7 и 8 световода, например волоконно-оптических, подключенных соответственно к излучателю 1 и фотоприемникам 2 и 3, мембрану 9, установленную на основании 10 с зазором, и прокладку 11.Основание 10 выполнено прозрачным, в середине одной из его сторон сделана выемка 12 со сферической поверхностью 13. На мембране 9 выполнен жесткий центр в виде сферического сегмента 14, радиус которого равен радиусу сферической поверхности 13. Геометрический центр сферических поверхностей 13 и 14 расположен на обращенной к мембране 9 поверхности основания 10. Торцы излучающего б и фотоприемного 7 световода установлены на сферической поверхности 13 выемки. 12, а торец другого фотоприемного световода 8 установлен на сферическом сегменте 14. Ось излучающего световода 6 совпадает с осью фотоприемного световода 8 и . проходит по диаметру сфер под таким углом к оси основания, что для осевых лучей, выходящих из излучающего световода б, выполняется условие гол" ного внутреннего отражения от границы поверхности основания с воздухом. Торцы двух фотоприемных световодов 7 и 8 расположены симметрично друг другу относительно плоскости основания, обращенной к мембране. Толщина кольцевой прокладки 11 имеет такую величину, что для осевых лучей выполняется условие равенства отражательной и пропускательной способности..Преобразователь давления работает следующим образом,В исходном положении при отсутствии давления зазор между мембраной 9 и плоскостью основания 10 равен толщине разделяющей их прокладки 11, При Преобразователь, давления, содержащий корпус с воспринимающей давление мембраной, основание, источникизлучения и два фотоприемника, подключенные соответственно к излучающему и двум фотоприемным световодам,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения чувствительности и точности за счет уменьшения френелевских потерь света на отражение, мембрана установлена на основании с зазором и снабжена со стороны измеряемого давления жестким центром в виде сфеРического сегмента, геомет. рический центр которого размещен на обращенной к мембране поверхности основания, в котором с противополож.ной стороны выполнена выемка, геометрический центр сферической поВерхнос.4/ 113 иал ППП "Патент", г.ужгород роектная,ти которой совпадает с центром сферического сегмента, радиус которого равен радиусу сферической поверхностивыемки, при этом торцы излучающего ипервого фотоприемного световода установлены диаметрально противоположнона сферических поверхностях мембраныи основания, а торец второго фотоприемного световода установлен на сферической поверхности основания симметрично первому относительно поверхности основания, обращенной к мембране.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Патент ВеликобританииР 1549227, кл. 6 1 А, 1979.2. Патент США 9 3782667,кл, 73-406, 1974 (прототип).