Оптический индикатор давления

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к индикаторам давления, и может быть использована для визуального контроля давления жидкости или газа. Технический результат исключение энергозависимости процесса измерений. Технический результат достигается тем, что в оптическом индикаторе давления, содержащем корпусной элемент с опорной поверхностью, мембрану с жестким центром, элемент осевого смещения, оптиковолоконный модуль с оптическими волокнами, оптико-волоконный модуль содержит отсчетное устройство со шкалой для визуального контроля давления жидкости или газа, элемент осевого смещения содержит световозвращающий указатель с отражающим покрытием, расположенный параллельно торцам оптических волокон, на торцах волокон установлены градиентные микролинзы, а отсчетное устройство снабжено фокусирующим элементом. Отражающее покрытие выполнено на основе микрошариков из стекла. 1 с.п.ф. 1 з.п.ф. 4 илл.

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к индикаторам давления, и может быть использована для визуального контроля давления жидкости или газа.

Известен волоконно-оптический датчик давления, содержащий корпус, прокладку, на которую опирается втулка, рабочий и дополнительный жгуты подводящих и отводящих оптических волокон, общие торцы которых закреплены во втулке, мембрану радиусом R с зеркальной поверхностью, которая установлена относительно общего торца рабочего жгута с зазором x₀, общий торец дополнительного жгута, расположенный напротив зеркальной поверхности мембраны с зазором x₀, оптические оси подводящих и отводящих оптических волокон дополнительного жгута, расположенные относительно оптических осей подводящих и отводящих оптических волокон рабочего жгута соответственно на расстоянии А, определяемом выражением:

где r_c - радиус сердцевины оптического волокна, - максимальный угол прогиба мембраны, W - максимальный прогиб центра мембраны, x₀=d_OB/2tg_NA, где d_OB, _NA - диаметр и апертурный угол оптического волокна соответственно. Патент Российской Федерации 2308689, МПК: G01L 11/02, G01L 19/04, 2007 г.

Известен волоконно-оптический датчик давления, содержащий корпус, подводящие и отводящие оптические волокна, относительно общего торца которых с зазором установлена кварцевая мембрана, жестко закрепленная в штуцере, кольцевую прокладку толщиной, равной длине волны источника излучения, волокна вклеенные в корпусе на расстоянии друг от друга, свободные концы которых выступают над поверхностью корпуса, кольцевую прокладку выполненную в виде металлической пленки, напыленной по периметру, введенную деталь с треугольником в сечении с углом при вершине 2 с боковым углублением, повторяющим форму и размеры оптических волокон, металлическую крышку с центральным сквозным отверстием шириной, равной диаметру оптического волокна d_ов и длиной а, определяемой выражением a=2d_OBtg, расположенную и жестко закрепленную между корпусом и штуцером, прижимающую оптические волокна к детали с треугольником в сечении, оптические волокна, расположенные выше крышки, срезанные и отполированные под определенным углом к продольной оси волокон. Патент Российской Федерации 2253850, МПК: G01L 11/02, G01L 19/04, 2005 г. Прототип.

Аналог и прототип используют источник излучения и приемник излучения с целью реализации измерительной функции датчиков. Аналог имеет в своем составе блок преобразования информации (БПИ), где формируется разность электрических сигналов и излучающий светодиод, формирующий световой поток. В прототипе указано на соответствие толщины кольцевой прокладки, выполненной в виде металлической пленки, напыленной по периметру, длине волны излучения. Таким образом, для реализации датчика-прототипа необходим излучатель, имеющий вполне определенный спектр излучения. Указано также, что используемый в прототипе приемник излучения осуществляет преобразование оптического сигнала в электрический. Как известно, использование оптико-электронных преобразователей и источников излучения со специальными спектральными параметрами, неизбежно потребляющих в процессе своего функционирования электроэнергию, свидетельствует о энергозависимости процессов измерения при использовании вышеупомянутых датчиков. Таким образом, недостатком аналога и прототипа является энергозависимость процессов измерения.

Задача полезной модели - создание энергонезависимого оптического индикатора давления для визуального контроля давления жидкости или газа.

Технический результат - исключение энергозависимости процесса измерений.

Технический результат достигается тем, что в оптическом индикаторе давления, содержащем корпусной элемент с опорной поверхностью, мембрану с жестким центром, элемент осевого смещения, оптиковолоконный модуль с оптическими волокнами, оптико-волоконный модуль содержит отсчетное устройство со шкалой для визуального контроля давления жидкости или газа, элемент осевого смещения содержит световозвращающий указатель с отражающим покрытием, расположенный параллельно торцам оптических волокон, на торцах волокон установлены градиентные микролинзы, а отсчетное устройство снабжено фокусирующим элементом. Отражающее покрытие выполнено на основе микрошариков из стекла.

Сущность полезной модели поясняется на фигурах 1-4.

На фиг.1 схематично представлен оптический индикатор давления, где: 1 - корпусной элемент, 2 - опорная поверхность, 3 - камера для приема большего измеряемого давления P₁ , 4 - камера для приема меньшего давления P₂, 5 - мембрана, 6 - жесткий центр, 7 - элемент осевого смещения, 8 - световозвращающий указатель, 9 - оптико-волоконный модуль, 10 - оптические волокна, 11 - градиентные микролинзы, 12 - фокусирующий элемент, 13 - отсчетное устройство.

На фиг.2 схематично изображено распределение оптических волокон 10 по функциональному назначению в оптико-волоконном модуле 9: волокна, подводящие световой поток обозначены цифрой "0", отводящие - 1.

На фиг.3 схематично представлен элемент отображения величины измеряемого давления в виде отсчетного устройства 13 со шкалой 14, граница световозвращающего указателя 8 изображена в нулевой отметке шкалы.

На фиг.4 схематично представлен вариант исполнения световозвращающего указателя 8, где 15 - микрошарики из стекла, 16 - слой адгезионного материала.

Оптический индикатор давления содержит корпусной элемент 1 с опорной поверхностью 2, мембрану 5 с жестким центром 6 и закрепленным на ней элементом осевого смещения 7 со световозвращающим указателем 8, оптико-волоконный модуль 9 с оптическими волокнами 10, подводящими и отводящими световой поток, с отсчетным устройством 13, фокусирующим элементом 12 и градиентными микролинзами 11.

Мембрана 5 закреплена периферийной частью в корпусном элементе 1 и разделяет полость оптического индикатора давления на две камеры.

При измерениях давление среды подают в камеру 3, а камера 4 сообщена с атмосферой.

При измерениях абсолютного давления камера 4 защищена от внешней среды и вакуумирована.

Камера 3 предназначена для приема большего измеряемого давления P₁ (давление среды), а камера 4 - для приема меньшего давления P₂ (давление атмосферы или вакуума).

Мембрана 5 снабжена жестким центром 6 - концентратором осевой деформации мембраны.

Элемент осевого смещения 7 со световозвращающим указателем 8 направляет отраженное излучение к оптическим волокнам 10.

Световозвращающий указатель 8 расположен параллельно торцам оптических волокон 10 и предназначен для отражения внешнего светового потока, естественно поступающего через эти волокна, для последующей визуальной оценки уровня давления среды.

Распределение оптических волокон (фиг.2) позволяет достичь равномерного распределения освещения на поверхности световозвращающего указателя 8 и повысить достоверность получаемой информации, заключенной в отраженном световом потоке, для визуального контроля давления жидкости или газа.

Градиентные микролинзы 11 представляют собой волоконные оптические элементы с плавно изменяющимся по сечению показателем преломления. Собирают естественно поступающий на оптический индикатор давления внешний световой поток для оптических волокон. Оптические волокна 10 являются многомодовыми.

Отсчетное устройство 13 предназначено для визуального контроля давления посредством фокусирующего элемента 12, формирующего изображение световозвращающего указателя 8 в вид, удобный для зрительного восприятия.

Световозвращающий указатель 8 содержит отражающее покрытие, в частности, на основе микрошариков из стекла (фиг.4). Для усиления яркости отраженного светового потока на микрошариках наносят слой отражателя из алюминия.

Оптический индикатор давления работает следующим образом.

Под действием давления P₁, превышающего величину давления P₂, мембрана 5 прогибается в сторону камеры 4, сдвигая вдоль своей оси элемент осевого смещения 7. Этот сдвиг приводит к смещению световозвращающего указателя 8 в том же направлении. Световой поток, естественным образом поступающий через подводящие волокна оптиковолоконного модуля 9, отражается, и посредством отводящих волокон направляется к отсчетному устройству 13.

Отсчетное устройство 13 отображает величину смещения световозвращающего указателя 8, соответствующую давлению среды в камере 3. Шкала 14 обеспечивает визуальную оценку уровня давления среды, причем отрицательные значения в маркировке шкалы соответствуют прогибу мембраны при давлении-разрежения.

Для устойчивости оптического индикатора давления к воздействиям односторонней перегрузки рабочим избыточным давлением, корпусной элемент 1 снабжен опорной поверхностью 2.

Благодаря отсутствию в полезной модели таких оптико-электронных компонентов как приемник оптического излучения, источник оптического излучения, а также устройств обработки и анализа информации, процесс измерения, основанный на визуальной оценке уровня давления среды является, является энергонезависимым.

1. Оптический индикатор давления, содержащий корпусной элемент с опорной поверхностью, мембрану с жестким центром, элемент осевого смещения, оптико-волоконный модуль с оптическими волокнами, отличающийся тем, что оптико-волоконный модуль содержит отсчетное устройство со шкалой для визуального контроля давления жидкости или газа, элемент осевого смещения содержит световозвращающий указатель с отражающим покрытием, расположенный параллельно торцам оптических волокон, на торцах волокон установлены градиентные микролинзы, а отсчетное устройство снабжено фокусирующим элементом.

2. Оптический индикатор давления по п. 1, отличающийся тем, что отражающее покрытие выполнено на основе микрошариков из стекла.

РИСУНКИ