Устройство для измерения механических величин

.,с ВТОРСКО скии инсти г ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(56) Авторское свидетельство СССРМ 926260, кл. Е 21 В 47/022, 1980,Авторское свидетельство СССРМ 1180493, кл. Е 21 В 47/022, 1984.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ВЕЛИЧИН(57) Изобретение относится к промысловойгеофизике и предназначено для измерениямеханических величин при разработке многофункциональных инклинометров. Цельизобретения - повышение надежности работы при упрощении технологии изготовления. Устройство содержит оптическиедатчики (Д) механических величин, связанные с источником 1 света, подключенным к входу первого разделителя (Р) 3 света по частоте. Выходы Р 3 через подводящие световоды (СВ) 4 подключены к входам Д. Выходы Д через отводящие СВ 5 соединены с входами узла 6 уплотнения света, выход которого подключен к СВ 7. Конец СВ 7 связан через второй Р 8 с приемником 9 света.Выход приемника 9 света соединен через блок 10 обработки информации с блоком 11 индикации. При этом Р 3, 8,выполнены в виде голографической дифракционной решетки с максимумом интенсивности дифрагированного света в спектре +1 порядка. В зависимости от разрядности кода Д делят полосы спектра с Р 3 на участки, которые в соответствии с кодовой маской каждого Д поступают через СВ 5 в узел 6. Пучок свето вых волн с узла 6 несет информацию о состоянии каждого Д, которую посредством СВ 7 через Р 8 вводят в блок 11. 1 з.п. ф-лы, 7 ил.Изобретение относится к технике геофизических исследований скважин и может, быть исгользовано при разработке .а тога, баритных многофункциональных ин:слино, метров, а также приборов для, одновременного измерения нескольких ме.ханических параметров - угла вращения, взаимного положения тел, перемещения л тд.Цель изобретения - повь. пение надежности работы при упрощении технологииизготовления за счет увеличенля эффективности использования полосы частот,На фиг. 1 приведено устрОЙСТВО для измерения механических величин; на фиг, 2 -. пример рыполнения датчика зенитного угла; на фиг, 3 - разделитель све" я по частстена основе голографической дифряк;ионнойрешетки; на фиг. 4 - пример размещениядополнительных подводящих световодов вфокальнол плоскости разделителя света; няфиг, 5 - сечение А-А на фиг, 4; на фиг. б -размещение световода с квадратным сечением; на фиг, 7 - пример размещения датчиков на гидротехническом сооружении,Устройство для измерения механических величин (фиг. 1) содержит параллельноустановленнье оптические датчики Д 1,Д 11механичесКих величин, которые связаны систочником 1 светя, размещенным вне датчиков, основным подводящим световсдом2, связанным с входом перього разделителя3 света по частоте, Выходы разделителя 3через дополнительные подвадятцие световоды 4 подключены к схода. датчиков, Выходы датчиков через д:.,волнительныеотводящие световоды 5 сг единены с соответствующими входамл узла 6 уплотнениясвета, выход котороо подключен к основному отводящему световоду 7,Световод 7 связан через второй разделитель 8 света по частоте с приемником 9света, который размещен вне датчиковДДи, Выход прлемника 9 светя связанчерез блок 10 обработки информации с блоком 11 индикации. Разделители 3 и 8 светапо частоте выполнены в виде голографической дифракционной решетки с максимумом интенсивности дифрагированногосвета в спектре .":1 порядка.Датчик зенитного угла фиг. 2) вклгочяеткорпус 12 скважинного прибора, с которымжестко связаны опоры 13. В опорах на подшипниках 14 установлена рамка 15, ось воящения которой совпадает с осью прибора,В жестко связанном с рямкол держателе 16,содержащем отвес 17, установлен с возможностью вращения в подшипнлках 18 диск19, ось вращения которого перпендыкуляона оси прибора. Диск 19 имеет отвес 20, Нядиск 19 нанесена кодовая маска, состоящая20 из концентрично расположенных кОдОВыхдорожек, актиВные участки кяждОЙ из кОтОРых имат возможность пропуска света определенной длины вогны, Г 1 о обе стороны5 диска 19 по его радиусу расположены другпротив друга дополнительные подводящийи отводйщий светОВОДЫ 4 и 5.Разделитель света фиг 3) содержит основной подводящий световод 2, располо 10 женную на расстоянии т 1 от него линзу Л 1,голографическую дифракционную .решеткуГР), вторую тонкую линзу Л 2 и расположенн ые в линейку в области спектра чпорядкана расстоянии Ь от нее в фокальной плоско 15 сти ФП), две группы 1 и 11 дополнительныхподводЯщих световОДОВ 4.,При размещении дополнительных подводящих световодов в фокальной плоскостиразделителя света приняты следующиеобозначения (фиг. 4 и 5): 1 - расстояниемежду рабочими участками световодов;ар - рабочий диаметр световодов; давдиаметр внешней части световода; ФП -фокальная плоскость разделителя света;25 э Мл;,лц=1, - , - . полосы спектра, вводимые всветоводы и 11 групп,В качестве световодав могут быть использованы световоды ленточного типа или30 лругие световоды с различной формой поперечного сечения: круглого, прямоугольногоили квадратного иг, 6, где с 1 П - величинапропускаю.цей части световода). В качествеузла уплотнения светя может быть исполь 35 зован разделитель света фиг. 3) или любойоптический мультиплексор - демультиплексоо,Гидротехническое сооружение (фиг. 7)состоит из проводящего 21 и отводящего 2240 трубопроводов, расположенных на небольшом расстоянии друг от доуга. Каждый трубопровод 22 снабжен затвором 23,регулирующим расход воды, Оси 24 затворов 23жестко связаны с осями оптических кодовыхдатчиков ДДы, которые пес редством дополнительных подводящих и отводящих световодов 4 и 5 включены в устройство дляизмерения механических величин фиг, 1), В5 качестве датчика положения затвора можетбыть использован датчик, изображенный нафиг. 2, О, вес 20 в этом случае не нужен,Устройство для измерения механических величин тфиг, 1) работае; следующим10 образомСвет от источника 1 с,вета попадает восновной подводящий световод 2 и по немупоступает ня вход первого разделителя 3светя, где происходит деление спектра ис 15 точника 1 света ня М полос, каждая из которых передается дальше по одному из й45 50 дополнительных подводящих световодое 4 к своему кодовому датчику Д 1.Ды механической величины. Внутри датчика происходит деление поступающей полосы спектра на и участков в соответствии с разрядностью кода, которые, проходя через кодовую маску, поступают (или не поступает) в дополнительный отводящий световод 5 в зависимости от кодовой комбинации. Полосы спектра с датчиков Д 1 Ди по И дополнительным отводящим световодам 5 поступают на узел 6 уплотнения, где световые волны объединяются в один пучок и по основному отводящему световоду. 7 поступают на вход второго разделителя 8 света, Последний разделяет поступивший спектр на И полос. которые идут на приемник 9 света. Затем информация обрабатывается блоком 10 обработки и еыводи 1 ся на блок 11 индикации,Если датчики аналоговые, то И полос света также поступают на них с подводящих световодов 4, а в отводящие световоды 5 с каждого датчика поступает не комбинация частот, а непрерывный спектр частот, обрезанный под действием контролируемого параметра. Очевидно, что возможна реализация данного устройства в случае, когда имеются кодовые и аналоговые датчики,Разделитель света (фиг. 3 и 4) работает следующим образом,Свет с торца подводящего световода 2 собирается тонкой линзой Л 1 в параллель.ный пучок и падает на голографическую дифракционную решетку (ГР), после про хождения через которую разделяется на участки, с максимумами интенсивности дифрагированного света в спектре +1 порядка. Собира,ощая тонкая линза Л 2 фокусирует зти участки в фокальной плоскости (ФП) в виде двух полосок. Торцы И дополнительных подводящих световодов 4 размещены е линию в фокальной плоскости и разделены на две группы: И/2 световодов первой группы размещены в области спектра+1 порядка; И/2 световодов второй группы размещены в областиспектра -1 порядка или наоборот, Начало рабочей чФсти первого световода первой группы совпадает с началом полосы спектра.В каждый из световодов вводится полоИса спектра Л 4,;=, -2- шириной бр, находящаяся напротив его рабочеи части, Полосас Испектра ЛА=шириной(., приходящаяся на расстояние между рабочими участками соседних световодов, первой группой не используется. Начало рабочей 20 25 30 35 40 45 г 0 г:,5 части первого световода второй группы смещена относительно качала спектра на расе Й стояниеи полосы спектра Лиц=1 - , не2вошедшие в световоды первой группы, вводятся в сеетоводы второй группы, В результате заданный спектр разделяется на Й полос шириной ЛЬ и при .==бр используется полностью.В качестве примера оптического датчика рассмотрим работу датчика для измерения зенитного угла (фиг, 2). Полоса спектра М с одного из выходов первого разделителя 3 света по дополнительному подводящему световоду 4 попадает на кодовую маску диска 19, Активные участки каждой из концентрично расположенных кодовых дорожек имеют возможность пропуска света определенной длины волны, Пройдя через соответствующие активные участки, сеет определенных длин волн попадает е дополнительный отводящий световод 5.В исходном состоянии, когда корпус 12 прибора расположен вертикально, нэ диске 19 устанавливается нулевая кодовая комбинация, При отклонении корпуса от вертикали в любом направлении рамка 15 под действием отвеса 17 ориентируется вместе с преобразователем угол - код в апсидальной плоскости, а кодовый диск 19 под действием отвеса 20 возвращается в исходное положение, поворачиваясь вокруг своей оси. Вместе с корпусом отклоняются и торцы светоеодое 4 и 5, Угол отклонения равен зенитному углу, значение которого считывается с кодовой маски отводящим световодом ",При измерении механической величины, например, при необходимости фиксации 30 положений каждого затвора гидротехнического сооружения (фиг, 7) в диапазоне 0-90"- с шагом 3, достаточно использовать датчик положения на 31 значение. Весь диапазон спектра Л, подвезешь й от ис гочника 1 света (фиг. 1), делится первым раздеителем 3 света на И полос Л = Л 11 + Л Л 2 + + Ю 44На аждый датчик поступает полоса спектра ЛЛ 1, которая, в свою очередь, разделяется е дг 1 чике, например, на 5 уча- стков 11 +, з +Л 4 +15каждому поЗрению И-го затвора соот ветствует комбинация участков спектра в дополн,",тельном отводящем световоде 5. При определенных положениях затворов, например1617136 1-й овернут на 27 О,2-й повернут на З,30 79 7 б й-й повернут на бОО,В дополнительных отводящих световодах 5присутствуют следующие участки спектраВ 1-МА 1 Я 11во 2-мй,в й-мй Ж,которые через узел 6 уплотнения, основнойсветовод 7, второй разделитель 8 света по ступаютна приемник 9 света. Затем информация обрабатывается блоком 10 обработкии на блоке 11 индикации выводятся положения каждого из М затворов гидротехнического сооружения.Повышение надежности работы устройства и упрощение технологии его изготовленияобеспечиваются данным конструктивным решением за счет увеличения эффективности использования полосы частот спектра,Формула изобретения 1. Устройство для измерения механических величин, содержащее параллельно установленные оптические датчики,связанные ОсноВными подводящим и ОТВО" дящим световодами с размещенными вне датчиков источником и приемником света, выход которого через блок обработки инфор мации связан с блоком индикации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности работы при упрощении технологии изготовления, оно снабжено двумя разделителями света по частоте, дополни тельными подводящими и отводящими световодами и узлом уплотнения света, при этом основной подводящий световод связан с входом первого разделителя света по частоте, выходы которого. через дополнитель ные подводящие световоды подключены к входам датчиков, выходы датчиков через дополнительные отводящие световоды соединены с соответствующими входами узла уплотнения света, а выход этого узла 20 подключен к основному отводящему световоду, который связан с приемником света через второй разделитель света по частоте.2.Устройство поп.1,отл ича ю щеес я тем, что разделитель света по частоте 25 выполнен в виде голографической дифракционной решетки с максимумом интенсивности дифрагирован ного света в спектре +1 порядка,1617136Составитель А.Цветков Редактор И. Касарда Техред М.Моргентал Корректор А.Обручар Заказ 4105 Тираж 489 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5Произаодстаенно.издателкский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул,Гагарина; 1