RU179547U1 - Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций - Google Patents
Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций Download PDFInfo
- Publication number
- RU179547U1 RU179547U1 RU2017139623U RU2017139623U RU179547U1 RU 179547 U1 RU179547 U1 RU 179547U1 RU 2017139623 U RU2017139623 U RU 2017139623U RU 2017139623 U RU2017139623 U RU 2017139623U RU 179547 U1 RU179547 U1 RU 179547U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- fiber
- loop
- radiation source
- electromagnetic radiation
- vibrations
- Prior art date
Links
- 239000000835 fiber Substances 0.000 title claims abstract description 33
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 title description 3
- 230000005670 electromagnetic radiation Effects 0.000 claims abstract description 11
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 7
- 238000013016 damping Methods 0.000 claims abstract description 6
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 5
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 3
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 abstract 1
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 5
- 238000005452 bending Methods 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 239000000758 substrate Substances 0.000 description 2
- 230000001427 coherent effect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 238000002839 fiber optic waveguide Methods 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Полезная модель относится к области измерительной техники. Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций содержит корпус, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности, последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучении, чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода, размещенного в корпусе устройства, и фотоприемник, входящий в блок обработки информации. Чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства. В верхней части петли световода закреплен груз, а вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний. Источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны. Технический результат – непрерывная регистрация вибрации контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства. 7ил.
Description
Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к датчикам вибрации, и может быть использовано для регистрации вибраций.
Известен волоконно-оптический акселерометр, содержащий корпус, маятник с инерционной массой цилиндрической формы, две упругие цилиндрические подложки, одна из которых контактирует с одним торцом инерционной массы, две волоконные катушки, намотанные с натягом на боковые поверхности упругих цилиндрических подложек, образующие двухлучевой интерферометр, когерентный двухволновой источник света, блок обработки, состоящий из двух фотоприемников, оптического спектрально-делительного устройства, двух усилителей, двух интеграторов, двух компараторов, двух электронных ключей, двух блоков опорных напряжений, двух управляемых масштабирующих устройства, двух аналого-цифровых преобразователей и делительного устройства (патент РФ 2115933, 1998.07.20).
Недостатками известного устройства являются относительная сложность оптической схемы устройства, необходимость настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства; низкая устойчивость выходного сигнала к неконтролируемым температурным изменениям окружающей среды; необходимость обработки интерференционного сигнала для получения измерительной информации.
Наиболее близким устройством того же назначения к заявленной полезной модели по совокупности признаков является волоконно-оптический акселерометр, состоящий из корпуса, жестко зафиксированного на нем маятника, чувствительного элемента в виде одномодового волоконного световода, содержащего участок с уменьшенным диаметром сердцевины, при этом корпус выполнен герметичным и заполнен средой, демпфирующей собственные колебания маятника, маятник представляет собой плоскую пружину, один конец которой закреплен на корпусе, а другой - на волоконном световоде вне участка с уменьшенным диаметром сердцевины таким образом, чтобы обеспечить его начальное смещение в продольном направлении (патент РФ №132564 от 20.09.2013 г.). Данное устройство принято за прототип.
Известное устройство позволяет производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства и упрощенной конструкции.
Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, - корпус, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности; последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучения, чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода, размещенного в корпусе устройства, и фотоприемник, входящий в блок обработки информации.
Задачей, на решение которой направлено заявленное техническое решение, является расширение арсенала технических средств регистрации вибраций, позволяющих производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства.
Поставленная задача была решена за счет того, что в известном волоконно-оптическом устройстве регистрации вибраций, содержащем корпус, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности, последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучения, чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода, размещенного в корпусе устройства, и фотоприемник, входящий в блок обработки информации, согласно полезной модели чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства, в верхней части петли световода закреплен груз, а вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний, при этом источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.
Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства; в верхней части петли световода закреплен груз; вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний; источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.
Отличительные признаки в совокупности с известными позволят производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства. Расширяется арсенал технических средств регистрации вибраций.
Предлагаемое устройство иллюстрируется чертежами, представленными на фиг. 1-7.
На фиг. 1 представлена схема волоконно-оптического устройства регистрации вибраций.
На фиг. 2 представлена конструкция чувствительного элемента.
На фиг. 3 представлена деформация волокна при колебаниях грузика, закрепленного на волоконном световоде.
На фиг. 4 - зависимости ΔР от относительной амплитуды колебаний при частоте 40 Гц и разных диаметрах изгиба: 1 - d=16 мм, 2 - 18 мм, 3 - 20 мм.
На фиг. 5 - зависимости ΔР от относительной амплитуды при разных массах m: 1-m=50 мг, 2-70, 3-100, 4-130, 5-160. Частота 80 Гц, диаметре петли 18 мм.
На фиг. 6 - динамика изменения мощности при разных относительных амплитудах колебаний, диаметр изгиба 18 мм, частота 40 Гц. 1 - S/S0=10%, 2-15%, 3-20%.
На фиг. 7 - зависимости ΔР от относительной амплитуды колебаний, диаметр изгиба 18 мм, для разных частот. 1-40 Гц, 2-80 Гц.
Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций (фиг. 1) содержит источник электромагнитного излучения - лазер 1, чувствительный элемент 2, фотоприемник 3, входящий в блок обработки информации 4 (персональный компьютер ПК).
Чувствительный элемент 2 с одной стороны подключен к фотоприемнику 3, ас другой стороны соединен с источником электромагнитного излучения 1 при помощи волоконного световода 5. Источник электромагнитного излучения 1 выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.
Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций (фиг. 2) содержит корпус 6, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности. Чувствительный элемент 2 выполнен в виде участка волоконного световода и размещен в корпусе 6 устройства. Чувствительный элемент выполнен в виде петли 7 световода, закрепленной на основании корпуса 6 устройства. В верхней части петли 7 световода закреплен груз 8, а вдоль нижней части петли 7 установлены бортики 9 для гашения горизонтальных колебаний. В качестве волоконного световода может быть использован одномодовый или многомодовый волоконный световод. Чувствительный элемент 2 во время работы устанавливается на контролируемый объект.
В заявленной конструкции амплитудная регистрация сигнала, возможно использование некогерентного источника излучения.
Устройство работает следующим образом.
Излучение от источника 1 направляется к чувствительному элементу 2 по волокну 5, устойчивому к изгибам (фиг. 1, 2). Наличие вибрации вызывает вертикальные колебания груза 8, что в свою очередь приводит к изменению диаметра изогнутого волокна (фиг. 3). Часть излучения, проходящего через изогнутое волокно 7, покидает световод по причине нарушения полного внутреннего отражения, следовательно, увеличиваются потери мощности. Свет, прошедший через чувствительный элемент 2, распространяется далее по световоду 5 и попадает на фотоприемник 3. Сигнал с фотоприемника 3 обрабатывается с помощью специализированных программ на ПК 4.
На фиг. 4-5 приведены результаты измерения потери мощности Р на чувствительном элементе при различных диаметрах петли, а также зависимость потерь мощности от массы груза в чувствительном элементе.
На основании данных фиг. 4-5 можно выбирать требуемую чувствительность на этапе сборки, варьируя массой груза и диаметром петли.
Для измерения вибрации реализована экспериментальная установка, схема которой приведена на фиг. 1. В качестве источника излучения 1 использован лазер Thorlabs SFL1550S с рабочей длиной волны 1550 нм. Чувствительный элемент 2 реализован из оптического волокна Corning SMF-28 Ultra в виде петли с диаметром 18 мм и массой груза 70 мг. Изменение потери мощности при воздействии вибрации производилось фотоприемником 3 Thorlabs РМ-200.
Результаты измерений потери мощности приведены на фиг. 6-7.
По полученным результатам видно, что величина потери мощности в чувствительном элементе находится в зависимости от частоты и амплитуды вибрации.
Таким образом, предлагаемое устройство позволяет производить непрерывную регистрацию вибраций контролируемого объекта при отсутствии необходимости настройки рабочей точки перед эксплуатацией устройства. Расширяется арсенал технических средств регистрации вибраций.
Claims (1)
- Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций содержит корпус, установленный с возможностью прикрепления к контролируемой поверхности, последовательно соединенные с помощью волоконного световода источник электромагнитного излучения, чувствительный элемент, выполненный в виде участка волоконного световода, размещенного в корпусе устройства, и фотоприемник, входящий в блок обработки информации, отличающееся тем, что чувствительный элемент выполнен в виде петли световода, закрепленной на основании корпуса устройства, в верхней части петли световода закреплен груз, а вдоль нижней части петли установлены бортики для гашения горизонтальных колебаний, при этом источник электромагнитного излучения выполнен с возможностью переключения рабочей длины волны.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139623U RU179547U1 (ru) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2017139623U RU179547U1 (ru) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU179547U1 true RU179547U1 (ru) | 2018-05-17 |
Family
ID=62151799
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2017139623U RU179547U1 (ru) | 2017-11-14 | 2017-11-14 | Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU179547U1 (ru) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716867C1 (ru) * | 2019-09-02 | 2020-03-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем» ("ФГУП ГосНИИАС") | Система измерения трёхмерного линейного и углового ускорения и перемещения объекта в пространстве с использованием волоконных брэгговских решеток |
| RU218106U1 (ru) * | 2022-09-15 | 2023-05-11 | ООО "Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в оптоволоконной технике" | Волоконно-оптический датчик вибрации отражательного типа |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004090485A2 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-21 | Sri International | Method and apparatus for real-time vibration imaging |
| RU2521450C2 (ru) * | 2012-07-09 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Способ и система наблюдения за наземным движением подвижных объектов в пределах установленной зоны аэродрома |
| RU2014150227A (ru) * | 2014-12-11 | 2016-07-10 | Сергей Евгеньевич Савенков | Чувствительный элемент для устройства мониторинга состояния армированной конструкции |
-
2017
- 2017-11-14 RU RU2017139623U patent/RU179547U1/ru active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2004090485A2 (en) * | 2003-04-03 | 2004-10-21 | Sri International | Method and apparatus for real-time vibration imaging |
| RU2521450C2 (ru) * | 2012-07-09 | 2014-06-27 | Общество с ограниченной ответственностью "ПетроФайбер" | Способ и система наблюдения за наземным движением подвижных объектов в пределах установленной зоны аэродрома |
| RU2014150227A (ru) * | 2014-12-11 | 2016-07-10 | Сергей Евгеньевич Савенков | Чувствительный элемент для устройства мониторинга состояния армированной конструкции |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2716867C1 (ru) * | 2019-09-02 | 2020-03-17 | Федеральное государственное унитарное предприятие «Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем» ("ФГУП ГосНИИАС") | Система измерения трёхмерного линейного и углового ускорения и перемещения объекта в пространстве с использованием волоконных брэгговских решеток |
| RU218106U1 (ru) * | 2022-09-15 | 2023-05-11 | ООО "Научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы в оптоволоконной технике" | Волоконно-оптический датчик вибрации отражательного типа |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US10401377B2 (en) | Optical sensor system and methods of use thereof | |
| US4893930A (en) | Multiple axis, fiber optic interferometric seismic sensor | |
| Takahashi et al. | Development of an optical fiber hydrophone with fiber Bragg grating | |
| US4322829A (en) | Fiber optic accelerometer and method of measuring inertial force | |
| Efendioglu | A review of fiber-optic modal modulated sensors: Specklegram and modal power distribution sensing | |
| Malayappan et al. | Sensing techniques and interrogation methods in optical MEMS accelerometers: A review | |
| Hernández-Serrano et al. | Robust optical fiber bending sensor to measure frequency of vibration | |
| Nishiyama et al. | Frequency characteristics of hetero-core fiber optics sensor for mechanical vibration | |
| CN104296856A (zh) | 增敏平台光纤光栅振动传感器 | |
| RU179547U1 (ru) | Волоконно-оптическое устройство регистрации вибраций | |
| Huang et al. | Ultra-high-resolution phase demodulation based miniature fiber-optic accelerometer at low and medium frequencies | |
| Chen et al. | Michelson fiberoptic accelerometer | |
| CN106680536A (zh) | 一种高灵敏度的单保偏光纤干涉式加速度传感*** | |
| Nguyen et al. | A medium-high frequency FBG accelerometer based on a V-shaped flexible hinge | |
| Nguyen et al. | A symmetrical dual-mass block fiber Bragg grating vibration sensor based on a V-shaped flexible hinge | |
| CN102721828B (zh) | 具有滑动反射镜式温度自补偿光纤加速度传感器 | |
| Nguyen et al. | An Optical Fiber Acceleration Sensor Based on a V-Shaped Flexure Hinge Structure | |
| AU2013100785A4 (en) | Vibration detection system based on biconical tapered fiber and the method thereof | |
| Parikh Meera et al. | A Survey Paper of Optical Fiber Sensor | |
| RU132564U1 (ru) | Волоконно-оптический акселерометр | |
| RU218106U1 (ru) | Волоконно-оптический датчик вибрации отражательного типа | |
| KR20130018011A (ko) | 광섬유를 이용한 3축 가속도 센서 | |
| Poczęsny et al. | Comparison of macrobend seismic optical fiber accelerometer and ferrule-top cantilever fiber sensor for vibration monitoring | |
| Poczęsny et al. | Vibration sensor based on optical fiber loop with seismic mass | |
| RU2066467C1 (ru) | Сейсмоизмерительное устройство |