Оптический датчик перемещения патент

Оптический датчик перемещения патент

(21), (22) Заявка: 2005106626/28, 09.03.2005

(24) Дата начала отсчета срока действия патента:
09.03.2005

(43) Дата публикации заявки: 20.08.2006

(56) Список документов, цитированных в отчете о
поиске: JP 55164303 А, 22.12.1980. US 5175601 А, 29.12.1992. US 5140533 A, 18.08.1992. RU 2239505 C1, 10.11.2004.

Адрес для переписки:
665709, Иркутская обл., г. Братск, ул. Макаренко, 40, ГОУВПО «БрГУ», Патентный отдел, С.В. Кварацхелия

(72) Автор(ы):
Енаев Александр Андреевич (RU),
Мазур Владимир Викторович (RU)

(73) Патентообладатель(и):
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Братский государственный университет» (RU)

(54) СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ ДЕФОРМАЦИИ КУЗОВА АВТОМОБИЛЯ ПРИ ДОРОЖНО-ТРАНСПОРТНОМ ПРОИСШЕСТВИИ

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению остаточной деформации кузова автомобиля при дорожно-транспортном происшествии. Устройство для измерения деформации кузова автомобиля содержит бесконтактные аналоговые датчики расстояния и датчик, измеряющий толщину. Указанные датчики расстояния расположены на перемещаемом в вертикальной и горизонтальной плоскостях кронштейне. Также устройство содержит штатив, на конце которого установлен датчик ультразвукового прецизионного толщиномера. Технический результат заключается в уменьшении трудоемкости измерений деформации поверхности сложной формы, что дает возможность осуществлять оперативный выездной контроль на место ДТП для оценки его причин, определения начальной скорости столкновения автомобилей или автомобиля с препятствием, а также позволяет производить оценку ударно-прочностных свойств автомобильных кузовов. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к измерению остаточной деформации кузова автомобиля при дорожно-транспортном происшествии.

Известны способы определения пластических деформаций и перемещений элементов автомобиля путем линейных измерений, проводимых до и после испытаний ударно-прочностных свойств. Для определения жизненного пространства и оценки пассивной безопасности автомобиля расстояние между проекциями базовой линии, расположенной в недеформируемой зоне, и контрольной точки, расположенной на поврежденной поверхности, на горизонтальную плоскость измеряется с помощью стальной рулетки с точностью ±3 мм [1].

При правке кузовов автомобилей производится контроль геометрии точек крепления узлов шасси, а также проверка контрольных точек пола кузова с помощью стальной рулетки или линейки. Геометрические параметры можно также проверить с помощью самоцентрирующегося раздвижного приспособления. Углы в вертикальной плоскости проверяют с помощью угольника-угломера с уровнем или линейки с транспортиром и отвесом. Проверка отклонений от горизонтальной плоскости осуществляется с помощью нивелира и нивелирной рейки. Величина перекоса определяется сравнением поврежденного узла с таким же неповрежденным на однотипном кузове или неповрежденной стороной кузова этого же автомобиля [2].

Известны стенды, позволяющие осуществить комбинированную многоточечную правку аварийного кузова. Для быстрого и точного измерения внешних и внутренних размеров кузова, установленного на стенд, применяются полностью мобильные измерительные головки, содержащие в своей конструкции передвижные линейки с наконечниками [3].

Существующие контрольно-измерительные инструменты и приспособления конструктивно просты, но имеют ограниченные возможности, в частности невозможность контроля геометрических параметров поверхностей сложной формы. Кроме того, недостатком применения существующих инструментов и приспособлений является большая трудоемкость измерений и недостаточная их точность.

Известен способ контроля геометрии кузовов при правке, заключающийся в измерении с помощью излучателей лазерного типа, установленных на матрице и соединенных с датчиками угла поворота в двух плоскостях, пространственных координат точек. Способ заключается в определении размера между двумя контрольными точками и сравнении его с эталонным размером по трем координатам, что повышает производительность процесса контроля и его точность [4]. Существующий способ не позволяет измерять параметры деформированных поверхностей сложной формы и имеет узкую область применения — используется только для контроля положения базовых точек в пространстве при ремонте аварийных кузовов.

Известны бесконтактные аналоговые датчики расстояния, имеющие электрический выходной сигнал, величина которого пропорциональна расстоянию до измеряемого объекта. Принцип действия ультразвуковых датчиков основан на излучении импульсов ультразвука и измерении времени, пока звуковой импульс, отразившись от объекта измерения, вернется обратно в датчик. Принцип действия лазерного оптического датчика основан на том, что лазер посылает через линзу луч, который отражается от объекта и фокусируется на линейке из фотодиодов, которая преобразует световой сигнал в электрический. Триангуляционные лазерные оптические датчики способны измерять расстояние до объекта в диапазоне от 10 мм до 1 м с точностью 2 мкм за время 1 мс.

Известны ультразвуковые цифровые приборы для измерения толщины защитных покрытий на любых материалах, металлах и неметаллах, а также общей толщины или толщины отдельных слоев за один цикл измерения, имеющие функцию автоматического распознавания типа материала. Ультразвуковые прецизионные толщиномеры производят измерение толщины неразрушающим методом при одностороннем доступе в диапазоне от 0,08 до 500 мм с точностью 0,001 мм как однослойных, так и многослойных изделий.

Применение современных датчиков контроля расстояния и толщины позволяет обеспечить необходимый технический результат заявляемого изобретения.

Технический результат заключается в уменьшении трудоемкости измерений деформации поверхности сложной формы, что дает возможность осуществлять оперативный выездной контроль на место ДТП для оценки его причин, определения начальной скорости столкновения автомобилей или автомобиля с препятствием, а также позволяет производить оценку ударно-прочностных свойств автомобильных кузовов.

Технический результат достигается тем, что деформированная в результате ДТП поверхность кузова автомобиля измеряется в виде трехмерной пространственной зависимости глубины деформации, высоты и длины деформированного участка, а также толщины деформированного слоя металла и записывается для последующей математической обработки в электронном виде в память ЭВМ с помощью аналого-цифрового преобразователя и устройства, которое состоит из перемещаемого электродвигателями в вертикальной и горизонтальной плоскостях кронштейна, на котором расположены три лазерных бесконтактных оптических датчика расстояния, два из которых контролируют положение в вертикальной и горизонтальной плоскостях самого кронштейна и третьего лазерного датчика, который измеряет расстояние до деформируемого участка кузова, а также штатив, на конце которого установлен датчик ультразвукового прецизионного толщиномера, измеряющий толщину деформированных слоев металла кузова и прижимаемый к поверхности кузова с помощью пружины, при этом управление электродвигателями осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя в соответствии с алгоритмом, заложенным в ЭВМ.

Устройство крепится к основанию с помощью шарнира, который позволяет устанавливать кронштейн с датчиками для измерения деформации крыши или капота сверху, при этом лазерные датчики расстояния будут контролировать положение кронштейна в горизонтальной плоскости относительно продольной и поперечной осей автомобиля, а штатив датчика толщины займет вертикальное положение.

Сущность изобретения поясняется чертежами. На фиг.1 изображено устройство для измерения деформации кузова автомобиля, а на фиг.2 — структурная схема подключения датчиков.

Устройство для измерения деформации кузова (Фиг.1) состоит из кронштейна 3, который может перемещаться как в вертикальной, так и в горизонтальной плоскостях. Перемещение кронштейна в вертикальной плоскости осуществляется электродвигателем 2, на валу которого установлена зубчатая шестерня 1, входящая в зацепление с зубчатой рейкой 9, которая, в свою очередь, крепится к направляющей стойке 10. Ролики 14 являются направляющими элементами при перемещении кронштейна 3 вдоль стойки 10. Перемещение кронштейна 3 в горизонтальной плоскости осуществляется вместе со стойкой 10 относительно рамы 17 устройства. Для перемещения стойки относительно рамы служит электродвигатель 19 и зубчатая пара — шестерня 18 и рейка 20. Зубчатая рейка 20 жестко крепится к раме 17. Ролики 15 являются направляющими элементами при перемещении стойки 10 вдоль рамы 17. Рама 17 крепится к основанию 13 с помощью шарнирного устройства, состоящего из кронштейна 11 и удлинительного стержня 12 с отверстиями и позволяющего устанавливать раму как в вертикальном, так и горизонтальном положениях.

На кронштейн установлено три лазерных бесконтактных оптических датчика расстояния 4, 5 и 8 и штатив 6 с датчиком толщиномера 7. Датчики расстояния 4 и 8 контролируют положение кронштейна 3 и лазерного датчика 5 относительно базовых поверхностей, расположенных на стойке и раме устройства. При работе устройства датчик толщиномера 7 постоянно прижимается к поверхности кузова автомобиля с помощью пружины 16.

Устройство работает следующим образом. В памяти ЭВМ хранятся в электронном виде формы поверхностей кузовов различных марок и моделей автомобилей, записанные с помощью заявляемого устройства. Для измерения участка кузова, поврежденного в результате ДТП, устройство устанавливается и фиксируется в том же положении и на том же расстоянии относительно недеформированной части автомобиля как и при измерениях до аварии. В соответствии с записанным в память ЭВМ алгоритмом цифроаналоговый преобразователь ЦАП (Фиг.2) подает напряжение и включает электрический двигатель ЭДВ, который перемещает кронштейн с датчиками в вертикальном направлении вдоль стойки. Сигнал с лазерного датчика расстояния ДРВ, контролирующего вертикальное положение кронштейна, поступает на один из четырех задействованных каналов аналого-цифрового преобразователя АЦП, а затем обрабатывается ЭВМ. При вертикальном перемещении кронштейна с датчиками, равном шагу измерения деформированной поверхности, который заложен в алгоритм управления устройством, подается сигнал на ЦАП, который отключает электрический двигатель ЭДВ и подает напряжение на лазерный датчик ДР, измеряющий расстояние до точки на поверхности деформированного кузова, а также на датчик ультразвукового толщиномера ДТ, измеряющего толщину слоев металла деформированной части кузова. Сигналы с датчиков ДР и ДТ поступают на соответствующие каналы АЦП, а затем записываются в память ЭВМ. Несовпадение луча датчика расстояния ДР и оси датчика толщиномера ДТ учитывается компьютерной программой.

По толщине слоев металла деформированного участка судят о нарушении геометрии скрытых элементов кузова. Если скрытые оболочкой элементы кузова, повышающие его жесткость или прочность, до аварии не соприкасались с оболочкой, а после дорожно-транспортного происшествия датчик толщиномера фиксирует толщину большую, чем толщина листового металла оболочки, то геометрическая форма этих элементов нарушена.

При перемещении кронштейна с датчиками в верхнее или нижнее конечные положения на канал АЦП с датчика ДРВ подается сигнал, благодаря которому ЦАП включает электрический двигатель ЭДГ, перемещающий кронштейн с датчиками вдоль рамы устройства в горизонтальном направлении на величину шага измерений. При этом горизонтальное положение кронштейна контролируется с помощью лазерного оптического датчика ДРГ.

Лазерный оптический датчик ДР и датчик ультразвукового толщиномера ДТ измеряют расстояние до поверхности деформируемого участка и толщину деформированных слоев металла при каждом фиксированном положении кронштейна в соответствии с записанным в память ЭВМ алгоритмом управления устройством.

Ознакомьтесь так же:  Продажа одной квартиры и покупка новой налог

Сопоставление электронных форм поврежденных поверхностей и поверхностей кузова автомобиля до аварии позволяет определить глубину деформации и размеры деформируемого участка.

1. Рябчинский А.И. Пассивная безопасность автомобиля. — М.: Машиностроение, 1983. — 145 с., ил.

2. Кац А.М. Автомобильные кузова: Техн. обслуживание и ремонт. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Транспорт, 1980. — 272 с., ил., табл.

3. Оборудование и инструмент для автосервиса. Каталог. — М.: ПФК «Скорпион», 1997.

4. Патент №2239505. Способ контроля положения точек кузова транспортного средств при правке, 2004.12.20, заявка №2003112932/02, Россия.

1. Устройство для измерения деформации кузова автомобиля, содержащее бесконтактные аналоговые датчики расстояния и датчик, измеряющий толщину, в котором на перемещаемом электродвигателями в вертикальной и горизонтальной плоскостях кронштейне расположены три лазерных бесконтактных оптических датчика расстояния, два из которых контролируют положение в вертикальной и горизонтальной плоскостях самого кронштейна и третьего лазерного датчика, который измеряет расстояние до деформируемого участка кузова, а также штатив, на конце которого установлен датчик ультразвукового прецизионного толщиномера, измеряющий толщину деформированных слоев металла кузова и прижимаемый к поверхности кузова с помощью пружины, при этом управление электродвигателями осуществляется с помощью цифроаналогового преобразователя в соответствии с алгоритмом, заложенным в ЭВМ.

2. Устройство для измерения деформации кузова автомобиля по п.1, в котором к основанию устройства крепится шарнир, который позволяет устанавливать кронштейн с датчиками для измерения деформации крыши или капота сверху, при этом лазерные датчики расстояния будут контролировать положение кронштейна в горизонтальной плоскости относительно продольной и поперечной осей автомобиля, а штатив датчика толщины займет вертикальное положение.

MM4A — Досрочное прекращение действия патента СССР или патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 10.03.2007

Волоконно-оптический датчик перемещений

Владельцы патента RU 2489679:

Изобретение относится к волоконно-оптическим преобразователям перемещений. Устройство содержит источник оптического излучения, первый и второй отводящие волоконно-оптические световоды, первый и второй волоконные световоды оптической связи, подводящий световод, первый и второй фотоприемники, отражающий элемент, оптический разветвитель, электронный блок обработки сигналов. Выход источника оптического излучения подключен к входу подводящего волоконно-оптического световода. Выходы первого и второго отводящего волоконно-оптические световода подключены к входам соответственно первого и второго фотоприемников. Отражающий элемент прикреплен к перемещающемуся объекту, на который направлены входы первого и второго волоконных световодов оптической связи. Выходы первого и второго волоконных световодов связи подключены через оптический разветвитель к выходу подводящего волоконного световода и к выходам соответствующих первого и второго отводящих волоконных световодов. Выходы первого и второго фотоприемников подключены к соответствующим входам электронного блока обработки сигналов, выполненного с возможностью вычисления перемещения. Выход блока обработки сигналов является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений. Технический результат — повышение точности измерения перемещения объекта. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к измерительной технике, а именно к волоконно-оптическим преобразователям перемещений, и может быть использовано при измерении ускорения, вибрации и давления.

Известен датчик перемещений [1], содержащий источник света, светопровод, выполненный в виде пакетов подводящих и отводящих гибких светопроводов, фотоэлектронный умножитель и регистрирующий прибор.

Недостатком известного устройства является низкая точность преобразования перемещения объекта в модуляцию оптического сигнала, обусловленная зависимостью коэффициента преобразования от оптической мощности, излучаемой источником света, и коэффициента отражения поверхности объекта.

Наиболее близким техническим решением к предлагаемому является оптический датчик перемещений [2] (прототип), содержащий источник света, светопровод, выполненный в виде пакетов подводящих и отводящего гибких светопроводов, фотоэлектронный умножитель и регистрирующий прибор, снабжен блоком регулировки света, выполненным в виде оптически связанных светопровода, фотоприемника и подключенного к последнему регулятора источника света, а второй конец светопровода объединен в один пакет с первыми двумя светопроводами. Выход пакета светопроводов смотрит на отражающий элемент, которым является сам перемещающейся объект.

В данном устройстве осуществлено повышение точности измерения перемещения объекта путем уменьшения зависимости результата измерения перемещения объекта от мощности источника излучения за счет регулировки мощности источника излучения электрическим сигналом, пропорциональным оптической мощности, отраженной от перемещаемого объекта.

Недостатком предложенного оптического датчика перемещений является недостаточная точность измерения перемещения объекта, обусловленная тем, что мощность источника света регулируется внешним электрическим сигналом, которая не является однозначной из-за тепловых флуктуации.

Техническим результатом является повышение точности измерения перемещения объекта.

Технический результат достигается тем, что волоконно-оптический датчик перемещений, содержащий источник оптического излучения, выход которого подключен к входу подводящего волоконно-оптического световода, первый и второй отводящие волоконно-оптические световоды, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фотоприемников, содержит отражающий элемент, прикрепленный к перемещающемуся объекту, на который направлены входы первого и второго волоконных световодов оптической связи, оптический разветвитель, электронный блок обработки сигналов, выполненный с возможностью вычисления перемещения Δs по формуле:

Δ s = k U 1 − U 2 U 1 + U 2 ,

где k — коэффициент преобразования; U1, U2 — сигналы с первого и второго фотоприемников соответственно, причем выходы первого и второго волоконных световодов связи подключены через оптический разветвитель к выходу подводящего волоконного световода и к входам соответствующих первого и второго отводящих волоконных световодов, выходы первого и второго фотоприемников подключены к соответствующим входам электронного блока обработки сигналов, выход которого является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.

Технический результат также достигается тем, что отражающий элемент выполнен в виде прямоугольника из отражающего свет материала, расположенного на неотражающей поверхности таким образом, чтобы проекции световых пятен из входов первого и второго световодов оптической связи при отсутствии перемещений объекта делятся пополам.

Технический результат также достигается тем, что отражающий элемент выполнен в виде двух примыкающих друг к другу прямоугольных полос, каждая из которых разделена на отражающую и неотражающую области, причем отражающая область первой полосы примыкает к неотражающей области второй полосы, а неотражающая область первой полосы примыкает к отражающей области второй полосы таким образом, чтобы границы отражающих областей обеих полос делят пополам проекции световых пятен из входов первого и второго световодов оптической связи при отсутствии перемещений объекта.

На Фиг.1 приведена схема устройства.

На Фиг.2 приведен отражающий элемент в виде прямоугольника из материала, отражающего свет, помещенного на неотражающей поверхности, с указанием проекций входов первого и второго световодов связи на отражающий элемент.

На Фиг.3 приведен отражающий элемент в виде двух примыкающих друг к другу прямоугольных областей с указанием проекций входов первого и второго световодов связи на отражающий элемент.

1 — отражающий элемент;

21,2 — первый и второй волоконные световоды оптической связи;

3 — оптический разветвитель;

41,2 — первый и второй отводящие волоконные световоды,

5 — подводящий световод,

6 — источник оптического излучения,

71,2 — первый и второй фотоприемники,

8 — электронный блок обработки сигналов.

Устройство состоит из отражающего элемента 1, первого и второго волоконных световодов оптической связи 21, 2, оптического разветвителя 3, первого и второго отводящих волоконных световодов 41,2, подводящего световода 5, источника оптического излучения 6, первого и второго фотоприемников 71,2, электронного блока обработки сигналов 8.

Отражающий элемент 1 прикреплен к перемещающемуся объекту. Он оптически связан с первым и вторым волоконными световодами оптической связи 21,2 таким образом, что проекции световых пятен из входов световотов 21,2 при отсутствии перемещений объекта делятся пополам, как показано на Фиг.2 или Фиг.3. Выходы световодов 21,2 через оптический разветвитель 3 подключены к выходу подводящего световода 5 и входам отводящих световодов 41,2. Вход подводящего световода 5 подключен к источнику оптического излучения 6. Выходы световодов 41,2 через соответствующие фотоприемники 71,2 подключены к входам электронного блока обработки сигналов 8. Выход электронного блока обработки сигналов 8 является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.

Волоконно-оптический датчик перемещения работает следующим образом.

После включения датчика источник оптического излучения 6 излучает световой пучок постоянной мощности Р, который по подводящему световоду 5 передается на оптический разветвитель 3, на котором разделяется на два пучка половинной мощности P1, P2 в первый и второй световоды 21,2 соответственно:

где ka — потери мощности в подводящем световоде 5 и в оптическом разветвителе 3.

Эти два пучка P1, P2 по световодам оптической связи 21,2 передаются на отражающий элемент 1, от которого отражаются в виде P 1 ‘ , P 2 ‘ и вводятся обратно в световоды 21,2, в соответствии с формулами:

,

,

где kR — коэффициент отражения отражающего элемента 1;

R, S — радиус и площадь проекции торца каждого из световодов 21,2 на плоскость отражающего элемента 1;

Δs — искомое перемещение.

По световодам 21,2 через оптический разветвитель 3 световые сигналы P 1 ‘ , P 2 ‘ поступают в отводящие световоды 41,2, по которым передаются на оптические входы фотоприемников 71,2, где оптические мощности световых пучков преобразуются в электрические аналоги U1, U2

,

,

где Sph — коэффициент преобразования фотоприемников 71,2 оптической мощности в электрический сигнал.

Эти аналоги поступают на электронный блок обработки сигналов 8, где проводится вычисление выходного сигнала датчика Δs по формуле:

Δ s = k U 1 − U 2 U 1 + U 2 , ( 1 )

где k — коэффициент преобразования электронного блока обработки сигналов

k = S 2 R .

Отражающий элемент 1 может быть выполнен путем нанесения алюминиевого или серебряного покрытия на поверхность перемещаемого объекта.

В качестве световодов 21,2, 41,2, 5 и оптического разветвителя 3 могут быть использованы волоконно-оптические компоненты, применяемые в волоконно-оптических линиях связи.

В качестве источника оптического излучения 6 можно использовать светодиод L10762 фирмы HAMAMATSU PHOTONICS.

В качестве фотоприемников 712 можно использовать фотодиоды с предусилителем S8745-01 фирмы HAMAMATSU PHOTONICS.

В качестве электронного блока обработки сигналов 8 можно использовать микроконвертер ADuC841 фирмы Analog Devices, включающий в себя аналого-цифровые преобразователи входных сигналов от фотоприемников 71,2, микропроцессор для выполнения вычислений по формуле (1) и цифроаналоговый преобразователь выходного сигнала.

Таким образом, на выходе датчика получается сигнал, пропорциональный перемещению перемещающегося объекта, который не зависит от колебаний мощности источника излучения 6, как в прототипе.

1. Авторское свидетельство СССР №225464, кл. G01B 11/02, 1968 г.

Ознакомьтесь так же:  Как рассчитывается пособие на ребенка до полутора лет

2. Авторское свидетельство СССР №938029, кл. G01H 1/00, 1982 г.

1. Волоконно-оптический датчик перемещений, содержащий источник оптического излучения, выход которого подключен к входу подводящего волоконно-оптического световода, первый и второй отводящие волоконно-оптические световоды, выходы которых подключены к входам соответственно первого и второго фотоприемников, отличающийся тем, что содержит отражающий элемент, прикрепленный к перемещающемуся объекту, на который направлены входы первого и второго волоконных световодов оптической связи, оптический разветвитель, электронный блок обработки сигналов, выполненный с возможностью вычисления перемещения Δs по формуле:
Δ s = k U 1 − U 2 U 1 + U 2 ,
где k — коэффициент преобразования; U1, U2 — сигналы с первого и второго фотоприемников соответственно, причем выходы первого и второго волоконных световодов связи подключены через оптический разветвитель к выходу подводящего волоконного световода и к входам соответствующих первого и второго отводящих волоконных световодов, выходы первого и второго фотоприемников подключены к соответствующим входам электронного блока обработки сигналов, выход которого является выходом всего волоконно-оптического датчика перемещений.

2. Волоконно-оптический датчик перемещений по п.1, отличающийся тем, что отражающий элемент выполнен в виде прямоугольника из отражающего свет материала, расположенного на неотражающей поверхности таким образом, чтобы проекции световых пятен из входов первого и второго световодов оптической связи при отсутствии перемещений объекта делятся пополам.

3. Волоконно-оптический датчик перемещений по п.1, отличающийся тем, что отражающий элемент выполнен в виде двух примыкающих друг к другу прямоугольных полос, каждая из которых разделена на отражающую и неотражающую области, причем отражающая область первой полосы примыкает к неотражающей области второй полосы, а неотражающая область первой полосы примыкает к отражающей области второй полосы таким образом, что границы отражающих областей обеих полос делят пополам проекции световых пятен из входов первого и второго световодов оптической связи при отсутствии перемещений объекта.

Оптический датчик перемещения

Номер патента: 1631496

(5)5 0 02 В 6/04 ОБРЕТЕН тронного ма.Зиновьев СССР7.07.80.СССР982,РЕМЕЩ к волоконным ользовано для мещения объовышение точЮййй Ф ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Московский институт элшиностроения(57) Изобретение относитсясветоводам и может быть испизмерения парамеров переектов, Цель изобретения — и 2ности измерений за счет устранения влияния коэффициента отражения поверхности объекта измерений. Излучение от источника 1 излучения попадает в подводящий световод 2 и направляется на объект измерений. Отражаясь от объекта, излучение падает на общий торец подводящего световода 2 и двух отводящих световодов 3 и 4. Оптические волокна световодов на общем торце уложены регулярно. Пройдя по отводящим световодам 3 и 4, излучение попадает в оптические приемники 5 и 6, Отношение интенсивности излучения в отводящих световодах 3 и 4, выполненных из оптических волокон с различными оптическими или геометрическими параметрами, определяется только расстоянием от общеготорца до объекта измерений и не зависит от вариации коэффициента отражения поверхности объекта измерений. 2 ии.(ГСоставитель А.ПолянцевТехред М.Моргентал Корректор М,Максимишинец Редактор М.Петрова Заказ 545 Тираж 331 Подписное ВНИИПИ Государственногб комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат «Патейт», г. Ужгород, ул,Гагарина, 101 Изобретение относится к световодам и может быть использовано для измерения параметров перемещения объектов.Цель изобретения — повышение точности измерений за счет устранения влияния вариации коэффициента отражения поверхности объекта измерений.На фиг. 1 представлена функциональная схема датчика; на фиг. 2 — расположение ,подводящих, первых и вторых отводящих волокон на общем торце волоконно-оптического жгута.Датчик (фиг. 1) содержит источник 1 излучения, подводящий световод 2, отводящие световодц 3 и.4, выполненные из оптических волокон с различными оптическими или геометрическими параметрами, .приемники 5 и 6 излучения и регистрирующие приборы 7 и 8.Устройство работает следующим образом,Поток излучения от источника 1 излучения попадает в подводящий световод 2, проходит по нему и падает на обьект. Отражаясь от объекта, излучение попадает на общий торец подводящего световода и двух отводящих световодов. Оптические волокна световодов на общем торце уложены регулярно, а отводящие световоды выполнены из оптических волокон с различными оптическими или геометрическими параметрами. Вследствие этого в отводящие световоды 3 и 4 попадает излучение различной интенсивности после отражения от объекта, 5 причем отношение этих интенсивностей зависит только от расстояния между обьектом измерений и общим торцом световодов.Проходя по отводящим световодам 3 и 4 излучение попадает на приемники 5 и 6 из лучения, электрический сигнал с которых регистрируется регистрирующими приборами 7 и 8.Формула изобретения Оптический датчик перемещения, со держащий источник излучения, оптическисопряженный с подводящим световодом, два приемника излучения, оптически сопряженных с двумя отводящими световодами, и два регистрирующих блока, входы кото рых соединены соответственно с выходамиприемников излучения, при этом световодц имеют один общий торец, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью повышения точности измерений за счет устранения влияния ва риации коэффициента отражения объекта,два отводящих световода выполнены иэ оптических волокон с различными оптическими или геометрическими параметрами, при этом на общем торце оптические волокна 30 световодов уложены регулярно.

МОСКОВСКИЙ ИНСТИТУТ ЭЛЕКТРОННОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

ГУДКОВ ЮРИЙ ИГОРЕВИЧ, ЗАК ЕВГЕНИЙ АРОНОВИЧ, ЗИНОВЬЕВ ВЛАДИМИР ВЛАДИСЛАВОВИЧ, СМИРНОВ МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

Устройство для измерения температуры по инфракрасному излучению объекта

Номер патента: 1620860

. отраженного от него излучения фона.В шестой фазе, как и в третьей, перед окном оптической системы 2 расположен прозрачный сектор 4 прерывателя 3 излучения, а клиновидное зеркало 10 остается в том же положении, что и в пятой фазе. При этом излучение эталонного источника 1, как и в третьей фазе, направлено одновременно и на объект 14 контроля и на обьект-свидетель 8, а выходной сигнал приемника 12 излучения пропорционален потоку излучения, равному сумме собственного инфракрасного излучения объекта-свидетеля 8 и отраженных от него излучений фона и эталонного источника 1.Далее вновь наступает первая фаза, длительность которой равна суммедлительностей пятой и шестой фаз,Когда устройство выполнено с двумя приемниками 12 и 13 излучения, а.

Устройство для измерения распределения интенсивности излучения

Номер патента: 646774

. фотоматериала. используется в качестве приемникаНаиболее близким по технической излучения, Сигнал с фоторезистора сущности к предложенному устройству . 8 через усилитель 9 подается на является известное устройство, содер вход осциллографа 1 О, на который жащее сканирующий элемент, собираю подается также сигнал синхронизации щую лийзу, приемник излученйя сс работой двигателя 4. Так .как на коллимирующей щелью связанный че- фоторезистор попадает излучение рез усилитель с осциллографом. Одна- лишь с узкой полоски, то ширина ко такие устройства имеют существен- этой полоски и определяет простра- ные недостатки. Сканирующий элемент, ственное разрешение. Ширина полоски в среднем по времени, поглощает определяется диаметром цилиндра и (или.

Способ измерения длины волны излучения и измеритель для его осуществления

Номер патента: 1531690

. с операционнымусилителем 5 и регистрирующим прибором 6, расптиритель пучка излучения 7,за которым последовательно расположены акустооптический дефлектор 8,дифракционная рещетка 9 и фотоэлектрический регистратор, помещенный эа фокусирующим объективом 1 О в его фокальной плоскости 1. Регистраторсостоит из позиционно-чувствительного приемника 12, электрически соединенного с операционным усилителем13 и регистрирующим прибором 14. Устройство дополнительно содержит синтезатор радиочастот 15 с блоком 16плавной регулировки частоты и блоком17 контроля длины волны излучения .Синтезатор 15 электрически соединенс акустооптическим дефлектором 8, аблок 16 плавной регулировки частотысоединен с операционным усилителем13. В качестве приемника 12.

Устройство для измерения индикатрисы источника излучения и рассеяния образцов при воздействии на них пучков излучения

Номер патента: 1770771

. для измерения излучения на определенной длине волны 4 и с заданной поляризацией Ро (см. фиг.1), Угол, под которым пучок излучения 2 падает на исследуемую поверхность образца, определяется как угол между нормалью 30 к этой1770771 40 поверхности в точке пересечения осей 2 (14), 11,16 и 17 и осью пучка 2, и обозначается , Направление, по которому световод принимает излучение от образца, характеризуется двумя углами аиф. Угол а — угол 5 между проекцией 31 нормали 30 в плоскости, проходящей через оси 17 и 2, и осью 17. Угол ф — угол между осями 1 б и 11. Пучок 2 направляется под углом у на исследуемую поверхность образца. Полученное в резуль тате этого электромагнитное излучение в направлении, характеризуемом углами а и 3, проходит.

Калориметр для измерения импульсных ионизирующих излучений

Номер патента: 989963

. с пластин и сни40жает тем самым точность измерений.Крепление измерительных пластинпоглотителя к защитным кольцам с целью уменьшения потерь тепла. пластинойв процессе выравнивания температурыосуществляется с помощью шелковыхнитей и клея,1Такое крепление недостаточно надежао и не может быть применено для измерений мощных пучков излучения, сопровождаюшихся механическими эффектами. Температура разогрева пластинпоглотителя не может превышать температуру загорания пластин, шелка и разрушения клеевого соецинения55Кроме того, крепление к изьврительным пластинам шелковых нитей с помацьюклея вносит в измерительную систему дополнительную теплоемкость неопределенной величины, что прималой собственной теплоемкости измерительных пластянснижает.

RU117612U1 — Волоконно-оптический датчик перемещений с возможностью дистанционной градуировки — Google Patents

Полезная модель относится к измерительной технике и направлена на повышение достоверности измерительной информации, поступающей от волоконно-оптических датчиков (ВОД) перемещений, расширение диапазона измерений, повышение идентичности характеристик ВОД и, как следствие, обеспечение взаимозаменяемости и ремонтопригодности датчиков.

В ряде случаев традиционные методы метрологического обеспечения датчиков оказываются неприемлемыми или неэффективными, что диктует необходимость проведения дистанционного контроля метрологической исправности датчиков без демонтажа или длительного прерывания режима эксплуатации [1]. Это актуально, например, при мониторинге состояния строительных сооружений с помощью датчиков деформаций, заложенных непосредственно внутри железобетонных конструкций, доступ к которым невозможен в ходе эксплуатации сооружения.

Известен ВОД перемещений [2], содержащий источник света и фотоприемное устройство, связанные с преобразователем перемещений в виде оптоволоконного кольца с радиусом, зависящим от перемещения контролируемого объекта. Принцип работы указанного ВОД основан на зависимости коэффициента пропускания изогнутого участка световода от радиуса изгиба световода. Недостатками данного ВОД являются: отсутствие контроля метрологической исправности преобразователя перемещения и ограниченный диапазон измерений, связанные, с одной стороны, существенным уменьшением чувствительности к перемещению с ростом радиуса кривизны, и с другой стороны — с уменьшением прочности и долговечности участка световода с изгибом при уменьшении радиуса изгиба, что приводит к снижению надежности ВОД при длительных измерениях.

Ознакомьтесь так же:  Можно ли встать на учет беременной не по прописке

Наиболее близким к полезной модели техническим решением является ВОД перемещений [3], содержащий источник излучения, фотоизмерительное устройство, подвижный шток (толкатель), корпус и закрепленный в нем оптоволоконный чувствительный элемент (ЧЭ) в виде витков волоконного световода, взаимодействующих со штоком и способных деформироваться при перемещении штока, связанного с контролируемым объектом. ВОД работает следующим образом: перемещение контролируемого объекта вызывает деформацию ЧЭ, что приводит к изменению характеристик оптического излучения на выходе ЧЭ (интенсивность, спектральный состав, поляризация, фаза), регистрируемых фотоизмерительным устройством. По известным функциональным зависимостям между изменениями характеристик излучения и деформацией ЧЭ определяется перемещение объекта. Недостатками указанного ВОД являются: отсутствие контроля метрологической исправности преобразователя перемещения на основе оптоволоконного ЧЭ; ограниченный диапазон измерений, обусловленный предельно допустимыми деформациями витков; сложный вид функции преобразования ВОД, приводящий к необходимости их индивидуальной градуировки, что усложняет взаимозаменяемость датчиков при эксплуатации.

Целью полезной модели является обеспечение дистанционного контроля метрологической исправности ВОД, расширение диапазона измерений, улучшение эксплуатационных характеристик датчика (взаимозаменяемость, ремонтопригодность).

Цель достигается тем, что ВОД перемещений, содержащий источник света, фотоизмерительное устройство, корпус, закрепленный в нем чувствительный элемент ВОД перемещений в виде витков волоконного световода, подвижный шток-стержень, связанный с контролируемым объектом, имеет:

1) оптически управляемый элемент (ОУЭ), способный деформироваться под действием падающего на него оптического излучения (например, в виде фотострикционной пластинки), закрепленный одним концом на штоке и/или на корпусе, а другим (рабочим) концом взаимодействующий с оптоволоконным ЧЭ, и, таким образом, обеспечивающий объединенное воздействие на ЧЭ, во-первых, вследствие перемещения штока, во-вторых, из-за дополнительной деформации, создаваемой фотострикционной пластинкой за счет энергии падающего света;

2) дополнительный источник света с регулируемой выходной мощностью и световодом (силовым), передающим оптическое излучение от дополнительного источника к светочувствительному участку поверхности фотострикционной пластинки;

3) вместо дополнительного источника света единственный источник света может быть выполнен импульсным с регулируемой скважностью с обеспечением передачи части оптического излучения (высвета), исходящего с изогнутого участка световода, к светочувствительному участку поверхности фотострикционной или биметаллической пластинки.

Важно отметить следующие технические результаты, обеспечивающие преимущества предложенных средств и способов измерения:

1) в ходе эксплуатации ВОД оптоволоконный ЧЭ не испытывает существенных переменных деформаций, находится, практически, в одном и том же состоянии, что способствует повышению стабильности характеристик и увеличению срока службы ВОД в целом;

2) в предлагаемом ВОД диапазон измерений не ограничивается характеристиками оптоволоконного ЧЭ, но определяется, главным образом, свойствами фотострикционной (биметаллической) пластинки и характеристиками источников света, что существенно снижает требования к точности изготовления оптоволоконного ЧЭ, который является нестандартным изделием;

3) в соответствии с предложенным способом измерений оптоволоконный ЧЭ всегда находится в зоне максимальной чувствительности и, таким образом, во всем рабочем диапазоне ВОД обеспечивается максимальная точность измерения;

4) существенно повышается взаимозаменяемость ВОД, поскольку, во-первых, индивидуальные особенности характеристик оптоволоконных ЧЭ (при их одинаковой максимальной чувствительности) заметно не влияют на характеристики ВОД, во-вторых, фотодеформационные характеристики ОУЭ и соответствующие функции преобразования не имеют особенностей и близки к линейным, а идентичность их свойств гарантируется требованиями ГОСТ.

Указанные преимущества реализуются в волоконно-оптическом датчике перемещений, содержащем:

— по меньшей мере, один чувствительный элемент, способный изменять, по меньшей мере, одну характеристику входного света от источника света в зависимости от деформации чувствительного элемента,

— толкатель, обеспечивающий передачу перемещения контролируемого объекта на чувствительный элемент,

датчик имеет возможность соединения с устройством измерения, по меньшей мере, одной характеристики выходного света от чувствительного элемента,

при этом обеспечивается возможность объединенного воздействия на, по меньшей мере, один чувствительный элемент, посредством толкателя и, по меньшей мере, одного оптически управляемого элемента, реагирующего на изменение мощности оптического излучения, передаваемого ему.

В данном базовом выполнении датчик может быть выполнен без прочного корпуса. Для обучения установщиков закрепление ЧЭ и толкателя на подставке обеспечивается любыми подходящими материалам — проволокой и т.д.

В частных случаях выполнения полезная модель может содержать:

— как источник света, обеспечивающий излучение входного света в чувствительный элемент, так и дополнительный источник света со световодом, передающим оптическое излучение от дополнительного источника света к чувствительному участку поверхности оптически управляемого элемента;

— дополнительный импульсный источник света с регулируемой скважностью;

— обеспечение передачи оптического излучения, высвечивающегося из изогнутого участка световода, к светочувствительному участку поверхности оптически управляемого элемента;

— источник света, обеспечивающий излучение входного света в чувствительный элемент, является импульсным с регулируемой скважностью;

— оптически управляемый элемент может быть биметаллическим или фотострикционным;

— сопряжение чувствительного элемента с компенсирующим элементом, который установлен и ориентирован таким образом, чтобы обеспечить при изменении температуры окружающей среды возможность компенсации температурных деформаций оптически управляемого элемента;

— обеспечение уменьшения теплового оттока от деформируемого элемента посредством тепловой развязки между толкателем и концом деформируемого элемента;

— оптически управляемый элемент, являющийся пластинкой, один конец которой связан с толкателем, а другой конец имеет возможность воздействия на чувствительный элемент;

— оптически управляемый элемент, являющийся пластинкой, один конец которой связан с корпусом, а другой конец имеет возможность воздействия на чувствительный элемент.

Полезная модель обеспечивает возможность определения положения толкателя, при котором достигается максимальная чувствительность чувствительного элемента для измерения перемещения контролируемого объекта в зоне максимальной чувствительности чувствительного элемента.

Сначала без воздействия оптически управляемого элемента на чувствительный элемент определяют положение толкателя, при котором достигается максимальная чувствительность чувствительного элемента, а затем при объединенном воздействии толкателя и оптически управляемого элемента на чувствительный элемент измеряют перемещение контролируемого объекта — в зоне максимальной чувствительности чувствительного элемента. При этом положение точки контакта толкателя с чувствительным элементом относительно корпуса остается практически неизменным.

На фиг.1 изображено средство с дополнительным источником света в первом состоянии.

На фиг.2 изображено средство с фотострикционной пластинкой, одним концом закрепленной на корпусе.

На фиг.3 изображено второе состояние средства по фиг.1 после перемещения штока и поясняется способ компенсации перемещения штока S соответствующим фотоиндуцированным смещением Sф от дополнительного источника света.

На фиг.4 изображено средство с одним источником света в первом состоянии.

На фиг.5 изображено второе состояние средства после перемещения штока и поясняется способ компенсации перемещения штока S соответствующим фотоиндуцированным противоположным смещением Sф в средстве измерения с одним источником света для обеспечения неподвижности точки А контакта оптоволоконного ЧЭ с фотострикционной пластинкой.

На фиг.6 изображена зависимость выходного сигнала U фотоизмерительного устройства от изменения координаты x точки контакта фотострикционной пластинки и оптоволоконного ЧЭ. В точке хо достигается максимальная чувствительность K=ΔU/Δx с уровнем выходного сигнала U=U(x), при этом измерения в окрестности точки хо являются наиболее точными.

На фиг.7 изображена схема обратной связи между фотоизмерительным устройством и дополнительным источником света для автоматической регулировки выходной мощности дополнительного источника света.

На фиг.8 изображена схема обратной связи между фотоизмерительным устройством и источником света для автоматической регулировки средней выходной мощности импульсного источника света.

На фиг.9 изображено устройство, имеющее дополнительный источник света, в котором обеспечивается температурная стабильность посредством двух одинаковых фотострикционных или биметаллических пластинок.

На фиг.10 изображено измерительное устройство с одним источником света, в котором обеспечивается температурная стабильность двух одинаковых фотострикционных или биметаллических пластинок.

На фиг.1 изображено измерительное устройство, имеющее два источника света. ВОД состоит из первого источника 1 света, который имеет стабильные характеристики выходного излучения и связан с фотоизмерительным устройством 2 с помощью оптоволоконного чувствительного элемента 3, который закреплен на корпусе 4 и взаимодействует с биметаллической пластинкой 5, способной испытывать фототермоиндуцированные деформации при ее освещении. Биметаллическая пластинка 5 закреплена одним концом на штоке 6, способном совершать продольные перемещения относительно корпуса 4. В корпусе 4 закреплен силовой световод 7, освещающий светопоглощающий участок поверхности 8 биметаллической пластинки 5 излучением второго (дополнительного) источника 9 света с регулируемой выходной мощностью, регулировка которой может осуществляться простым изменением тока J питания излучателя в соответствии с его ватт-амперной характеристикой P(J). Зависимость между выходной мощностью оптического излучения P и управляющим параметром J для второго источника 9 света описывается известной функцией P=P(J). В качестве второго источника 9 света может использоваться, например, полупроводниковый излучатель.

На фиг.2 изображен вариант ВОД, в котором биметаллическая пластинка 5 закреплена на корпусе 4 (например, на кронштейне внутренней стенки корпуса, как изображено на фиг.9, 10), при этом оптоволоконный преобразователь 3 перемещения закреплен на другом (свободном) конце пластинки 5. Поскольку принцип действия обоих вариантов одинаков, поэтому в дальнейшем ограничимся рассмотрением схемы, приведенной на фиг.1.

Принцип действия предлагаемого ВОД основан на компенсации деформаций оптоволоконного ЧЭ, вызванных перемещением контролируемого объекта, путем смещения рабочего конца биметаллической пластины за счет фототермоиндуцированных деформаций изгиба, возникающих при ее нагреве оптическим излучением. Предложенный принцип действия иллюстрируется фиг.3, поясняющей способ компенсации перемещения штока S соответствующим фототермоиндуцированным смещением Sф рабочего конца биметаллической пластинки, в результате которых положение (x — координата) точки A контакта оптоволоконного ЧЭ с биметаллической пластинкой относительно корпуса остается неизменным. Если диапазон измеряемых перемещений находится, например, в пределах (-Smax >+Smax), то необходимо обеспечить возможность фототермоиндуцированных смещений Sф=2·Smax. Величина смещения Sф определяется конструкцией биметаллической пластинки и поглощаемой оптической мощностью P. При условии, что Sф >T).

При условии, что Sф -2 сек позволяет регулировать среднюю мощность излучения на выходе световода в пределах P≈0÷0,5 Вт. В указанных пределах экспериментальная зависимость Sф(P) является линейной Sф=α·P с коэффициентом пропорциональности α≈4,5 мм/Вт. Расчеты показывают, что за счет оптимизации конструкции биметаллической пластинки ее эффективность может быть существенно повышена, так что при длине 1=30 мм коэффициент преобразования достигает значений α≈10÷15 мм/Вт, что позволяет использовать в рассматриваемых ВОД серийные, надежные и недорогие полупроводниковые излучатели с волоконным выходом, например, PL980P200, THORLABS, способных создавать фотоиндуцированные деформации до 3 мм.

1. А.Н.Пронин и др., «Контроль достоверности информации, поступающей от датчиков», журнал «Датчики и системы», 2008, №8, стр.58-63.