RU2522791C2 - Fibre-optic end transducer (versions) - Google Patents
Fibre-optic end transducer (versions) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2522791C2 RU2522791C2 RU2012125667/28A RU2012125667A RU2522791C2 RU 2522791 C2 RU2522791 C2 RU 2522791C2 RU 2012125667/28 A RU2012125667/28 A RU 2012125667/28A RU 2012125667 A RU2012125667 A RU 2012125667A RU 2522791 C2 RU2522791 C2 RU 2522791C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- pressure sensor
- membrane
- sensor according
- housing
- fiber
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Measuring Fluid Pressure (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к измерительной технике и предназначено для измерения давления (как статического, так и динамического) газов и жидкостей.The invention relates to measuring equipment and is intended for measuring pressure (both static and dynamic) of gases and liquids.
Известен емкостный датчик давления (патент РФ №2441207, МПК G01L 9/00, 2006). Датчик давления включает корпус и упругую измерительную мембрану. Корпус и/или измерительная мембрана выполнены из керамики, стекла или монокристаллического материала. Измерительная мембрана имеет, по меньшей мере, один первый электрод, который обращен к поверхности основного корпуса. Поверхность основного корпуса имеет, по меньшей мере, один второй электрод, который обращен к измерительной мембране. Емкость между первым и вторым электродами является мерой давления, подлежащего измерению. Один из первого и второго электродов имеет проводящий ток слой, который содержит металл и стекло. Недостатком емкостного датчика давления является чувствительность к электромагнитным помехам и наличие токопроводящих элементов, в результате чего невозможно проводить измерения в области действия высокого напряжения. Также недостатком являются массогабаритные размеры, не позволяющие проводить локальные измерения. Удаленность размещения датчика от регистратора напрямую влияет на точность измерения.Known capacitive pressure sensor (RF patent No. 2441207, IPC G01L 9/00, 2006). The pressure sensor includes a housing and an elastic measuring membrane. The body and / or measuring membrane are made of ceramic, glass or single crystal material. The measuring membrane has at least one first electrode that faces the surface of the main body. The surface of the main body has at least one second electrode that faces the measuring membrane. The capacitance between the first and second electrodes is a measure of the pressure to be measured. One of the first and second electrodes has a current-conducting layer that contains metal and glass. The disadvantage of a capacitive pressure sensor is its sensitivity to electromagnetic interference and the presence of conductive elements, as a result of which it is impossible to carry out measurements in the field of high voltage. Also the disadvantage is the overall dimensions that do not allow local measurements. The remoteness of the placement of the sensor from the recorder directly affects the measurement accuracy.
Известен волоконно-оптический датчик давления (патент РФ №2420719, МПК G01L 11/02, 2006). Волоконно-оптический датчик давления, выполнен на основе оптического волокна, содержит участки ввода и вывода излучения, а также участок, размещенный в пропускном канале резинового корпуса прямоугольного сечения. Участки ввода и вывода излучения оптического волокна пропущены через металлический рукав. Пропускной канал включает, по меньшей мере, один участок для размещения оптического кабеля параллельно основанию корпуса, выполненный в виде паза с рифленой поверхностью в основании. Оптическое волокно в пазу прижато к вершинам выступов рифленой поверхности пластиной из термостойкой резины. На концах участков ввода и вывода излучения оптического волокна установлены оптические разъемы. Недостатком волоконно-оптического датчика давления является прямая зависимость точности измерений от внешних воздействий на соединительный волоконно-оптический кабель, а именно от изгибных потерь. Также недостатком является сложная технология сборки и малая вероятность воспроизведения характеристик при серийном производстве.Known fiber optic pressure sensor (RF patent No. 2420719, IPC G01L 11/02, 2006). The fiber optic pressure sensor, made on the basis of optical fiber, contains radiation input and output sections, as well as a section located in the passage channel of a rectangular rubber housing. The areas of input and output of optical fiber radiation are passed through a metal sleeve. The passage channel includes at least one section for placing the optical cable parallel to the base of the housing, made in the form of a groove with a corrugated surface in the base. The optical fiber in the groove is pressed to the tops of the protrusions of the corrugated surface with a plate of heat-resistant rubber. Optical connectors are installed at the ends of the input and output sections of the optical fiber radiation. A disadvantage of a fiber optic pressure sensor is the direct dependence of the accuracy of measurements on external influences on the connecting fiber optic cable, namely, on bending losses. Another disadvantage is the complex assembly technology and the low probability of reproducing characteristics in mass production.
С помощью заявленного изобретения решается техническая задача обеспечения малых массогабаритных параметров, повышения точности измерения, уменьшения влияния внешних воздействий на точность измерения, упрощения конструкции датчика, механического упрочнения датчика при надежной гальванической развязке и возможности использования подводящей линии длиной до 30 км.Using the claimed invention, the technical problem of providing small weight and size parameters, improving the measurement accuracy, reducing the influence of external influences on the measurement accuracy, simplifying the design of the sensor, mechanical hardening of the sensor with reliable galvanic isolation and the possibility of using a supply line up to 30 km long is solved.
Поставленная задача решается тем, что предлагаемый волоконно-оптический датчик торцевого давления (далее - ВОДД) состоит из записанной на оптическом световоде по меньшей мере одной волоконно-оптической решетки Брэгга (ВБР), мембраны, корпуса, при этом мембрана жестко прикреплена к световоду и имеет возможность движения по осевой линии относительно корпуса, оптический световод жестко прикреплен к торцу корпуса по его осевой линии.The problem is solved in that the proposed fiber optic end pressure sensor (hereinafter referred to as “VODD”) consists of at least one Bragg fiber optic fiber array (FBG) recorded on the optical fiber, a membrane, a housing, and the membrane is rigidly attached to the fiber and has the possibility of movement along the axial line relative to the housing, the optical fiber is rigidly attached to the end of the housing along its axial line.
В частности, световод может быть покрыт полимером.In particular, the fiber may be coated with a polymer.
В частности, световод может быть покрыт полиимидом.In particular, the light guide can be coated with polyimide.
В частности, световод может быть покрыт металлом.In particular, the light guide can be coated with metal.
В частности, световод может быть соединен с мембраной посредством пайки.In particular, the light guide can be connected to the membrane by soldering.
В частности, световод может быть соединен с мембраной посредством сварки.In particular, the light guide can be connected to the membrane by welding.
В частности, световод может быть соединен с мембраной посредством клея.In particular, the light guide can be connected to the membrane by means of glue.
В частности, мембрана может быть прикреплена к корпусу.In particular, the membrane may be attached to the housing.
В частности, в качестве мембраны может быть использована металлическая пластина.In particular, a metal plate can be used as a membrane.
В частности, в качестве мембраны может быть использована пластиковая пластина.In particular, a plastic plate can be used as a membrane.
В частности, соединение световода с корпусом может быть выполнено посредством клея.In particular, the connection of the optical fiber with the housing can be performed by means of glue.
В частности, световод может быть соединен с корпусом таким образом, что ВБР располагается между корпусом и мембраной.In particular, the light guide can be connected to the housing in such a way that the FBG is located between the housing and the membrane.
В частности, на световоде могут быть последовательно записаны две ВБР, одна из которых выполняет функцию термокомпенсации (ВБР термокомпенсации).In particular, two FBGs can be sequentially recorded on the fiber, one of which performs the function of thermal compensation (FBG thermal compensation).
В частности, ВБР термокомпенсации может быть расположена вне зоны крепления световода к корпусу и к мембране.In particular, FBG thermal compensation can be located outside the zone of attachment of the fiber to the housing and to the membrane.
В частности, корпус, к торцу которого прикреплен световод, может иметь одно или несколько отверстий.In particular, the housing, to the end of which the fiber is attached, may have one or more holes.
Также, поставленная задача решается тем, что предлагаемый ВОДД состоит из мембраны, корпуса, записанной на оптическом волокне по меньшей мере одной волоконно-оптической решетки Брэгга (ВБР), базового элемента крепления, элемента приложения торцевой нагрузки, направляющей, при этом базовый элемент крепления и элемент приложения торцевой нагрузки соединены с оптическим волокном таким образом, что место соединения не касается ВБР, а направляющая соединена с базовым элементом крепления и корпусом, мембрана закреплена в корпусе, а элемент приложеня торцевой нагрузки касается мембраны по осевой линии.Also, the problem is solved in that the proposed VODD consists of a membrane, a housing recorded on the optical fiber of at least one Bragg fiber-optic array (FBG), a base fastener, an end load application element, a guide, and the base fastener and the end load application element is connected to the optical fiber in such a way that the connection point does not touch the FBG, and the guide is connected to the base fastening element and the housing, the membrane is fixed in the housing, and the element The end load sheet touches the membrane along the center line.
В частности, на световоде могут быть последовательно записаны две ВБР, одна из которых выполняет функцию термокомпенсации (ВБР термокомпенсации).In particular, two FBGs can be sequentially recorded on the fiber, one of which performs the function of thermal compensation (FBG thermal compensation).
В частности, ВБР термокомпенсации может быть расположена вплотную к торцу оптического волокна.In particular, FBG thermal compensation can be located close to the end of the optical fiber.
В частности, элемент приложения торцевой нагрузки может быть выполнен с впрессованным с одного торца шариком.In particular, the end load application element can be made with a ball pressed from one end.
В частности, ВБР термокомпенсации может быть расположена вне зоны соединения оптического волокна с элементом приложения торцевой нагрузки.In particular, the FBG thermal compensation can be located outside the zone of connection of the optical fiber with the element of application of the end load.
В частности, направляющая может быть соединена с корпусом посредством цангового соединения.In particular, the guide may be connected to the housing via a collet connection.
В частности, направляющая может быть соединена с корпусом посредством сварки.In particular, the guide may be connected to the housing by welding.
В частности, направляющая может быть соединена с корпусом посредством дополнительного крепежного элемента.In particular, the guide may be connected to the housing by means of an additional fastening element.
Заявляемые изобретения, представляющие собой варианты устройства связаны единым изобретательским замыслом.The claimed inventions, which are variants of the device are connected by a single inventive concept.
Заявляемые изобретения поясняются чертежами, где на Фиг.1 приведена схема ВОДД в котором место соединения оптического световода и мембраны не является торцом световода, на Фиг.2 приведена схема ВОДД, в котором мембрана соединена с элементом приложения торцевой нагрузки.The claimed inventions are illustrated by drawings, in which Fig. 1 shows a diagram of the VODD in which the junction of the optical fiber and the membrane is not the end of the fiber, Fig. 2 shows the diagram of the VODD, in which the membrane is connected to the end load application element.
ВОДД (фиг.1) состоит из последовательно записанных на световоде b1 двух ВБР, одна из которых может выполнять функцию термокомпенсации (ВБР термокомпенсации) b3, а другая ВБР b2 воспринимать нагрузку деформации мембраны b10, при этом мембрана жестко прикреплена к световоду b1. Места соединения световода с корпусом b7 и мембраной b10 обозначены цифрами b6 и b5 соответственно. При увеличении внешнего давления на торец датчика Ь4 давление посредством отверстий b8 передается на мембрану b10, в следствие чего, участок световода с ВБР b2 растягиватся, при этом резонансная длина волны ВБР b2 изменяется пропорционально изменению нагрузки на ВБР b2. Так как резонансная длина волны ВБР b2 также изменяется пропорционально изменению температуры окружающей среды, необходимо учесть этот фактор, применив ВБР термокомпенсации b3, которая находится в свободном от изменения нагрузки состоянии благодаря жесткому соединению b5, и имеет чувствительность резонансной длины волны только к изменению температуры.The VODD (Fig. 1) consists of two FBGs sequentially recorded on the fiber b1, one of which can perform the function of thermal compensation (FBG thermocompensation) b3, and the other FBG b2 perceives the strain load of the membrane b10, while the membrane is rigidly attached to the fiber b1. The connection points of the fiber with the housing b7 and the membrane b10 are indicated by the numbers b6 and b5, respectively. With an increase in the external pressure at the end face of the b4 sensor, pressure is transmitted through the b8 holes to the b10 membrane, as a result, the portion of the fiber with the FBG b2 is stretched, while the resonant wavelength of the FBG b2 changes in proportion to the load on the FBG b2. Since the resonant wavelength of the FBG b2 also varies in proportion to the change in the ambient temperature, it is necessary to take this factor into account when applying the FBG thermal compensation b3, which is in a free state due to the rigid connection b5, and has a sensitivity of the resonant wavelength only to temperature changes.
ВОДД (фиг.2) состоит из записанной на одном световоде c1 ВБР c2, чувствительной к деформации, и ВБР термокомпенсации c3, базового элемента крепления c4, элемента приложения торцевой нагрузки c5, направляющей c6, корпуса c9, мембраны c10, при этом базовый элемент крепления c4 и элемент приложения торцевой нагрузки c5 соединены с оптическим волокном так c7, что место соединения не соприкасается с ВБР c2 и ВБР термокомпенсации c3, при этом ВБР термокомпенсации c3 находится в свободном состоянии при работе ВОДД, направляющая c6 соединена c8 с базовым элементом крепления c4 и корпусом c9, элемент приложения торцевой нагрузки c5 воспринимает торцевую нагрузку деформации мембраны c10, вызванной измеряемым давлением, через шарик c11, таким образом, что нагрузка передается на ВБР c2, при этом ее резонансная длина волны изменяется пропорционально изменению нагрузки и температуры окружающей среды. Для изолирования влияния температуры окружающей среды на резонансную длину волны ВБР c2 применяется ВБР термокомпенсации c3, находящаяся в изоляции от внешних механических воздействий, чувствительность резонансной длины волны которой распространяется только на изменение температуры.The VODD (Fig. 2) consists of a strain-sensitive FBG c2 recorded on one optical fiber c1 and a FBG thermal compensation c3, a base fastening element c4, an end load application element c5, a guide c6, a c9 body, a membrane c10, and a basic fastening element c4 and the end load application element c5 are connected to the optical fiber in such a way c7 that the junction is not in contact with the FBG c2 and the FBG thermal compensation c3, while the FBG thermal compensation c3 is in the free state during the operation of the VODD, the guideway c6 is connected c8 to the base element cr of the c4 casing and c9 casing, the c5 end load application element receives the end load of the c10 membrane deformation caused by the measured pressure through the c11 ball, so that the load is transferred to the FBG c2, while its resonant wavelength changes in proportion to the change in the load and the ambient temperature . To isolate the influence of ambient temperature on the resonant wavelength of FBG c2, FBG thermal compensation c3 is used, which is isolated from external mechanical influences, the sensitivity of the resonant wavelength of which only applies to temperature changes.
Технический результат, получаемый в предлагаемых изобретениях ВОДД, достигается тем, что измерение давления осуществляется методом регистрации спектрального сдвига решетки Брэгга, напрямую зависящего от осевой нагрузки на торец оптического волокна. Метод измерения является прямым - регистрируемый спектральный сдвиг решетки Брэгга напрямую зависит от осевой нагрузки на световод, метод является простым в исполнении - процесс записи ВБР в волоконном световоде технологичен и может быть легко автоматизирован. Заявляемый датчик обладает высокой надежностью - полностью волоконное исполнение сенсорного элемента и использование трубок и крепежей необходимых размеров позволяет избежать не осевой нагрузки на ВБР, что позволяет сохранить его механическую прочность, при возможности изготовления датчика с подводящей линией длиной до 30 километров, также результат достигается тем, что в реализуемом методе достигается практически полное отсутствие внешних воздействий на точность измерения, благодаря спектральному методу измерения, в отличие от широко распространенных амплитудных методов.The technical result obtained in the proposed inventions of VODD is achieved by the fact that the pressure measurement is carried out by recording the spectral shift of the Bragg grating, which directly depends on the axial load on the end face of the optical fiber. The measurement method is direct - the recorded spectral shift of the Bragg grating directly depends on the axial load on the fiber, the method is simple to implement - the process of recording FBGs in a fiber is technologically advanced and can be easily automated. The inventive sensor has high reliability - the all-fiber version of the sensor element and the use of tubes and fasteners of the required size avoids the axial load on the FBG, which allows to maintain its mechanical strength, if it is possible to manufacture a sensor with a supply line up to 30 kilometers long, the result is also achieved by that in the implemented method, almost complete absence of external influences on the measurement accuracy is achieved, thanks to the spectral measurement method, in contrast to the width to the common amplitude techniques.
Claims (23)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012125667/28A RU2522791C2 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Fibre-optic end transducer (versions) |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2012125667/28A RU2522791C2 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Fibre-optic end transducer (versions) |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2012125667A RU2012125667A (en) | 2013-12-27 |
| RU2522791C2 true RU2522791C2 (en) | 2014-07-20 |
Family
ID=49785866
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2012125667/28A RU2522791C2 (en) | 2012-06-20 | 2012-06-20 | Fibre-optic end transducer (versions) |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2522791C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU214775U1 (en) * | 2022-05-05 | 2022-11-14 | Общество с ограниченной ответственностью "СЕДАТЭК" | FIBER OPTIC PRESSURE SENSOR |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2567470C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-11-10 | Открытое акционерное общество "Уфимское моторостроительное производственное объединение" ОАО "УМПО" | Device to measure pressure and temperature in flow of gas and/or liquid and bench for testing and measurement of characteristics of gas turbine engine operation |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1500889A1 (en) * | 1987-11-17 | 1989-08-15 | Предприятие П/Я М-5696 | Pressure transducer |
| SU1760411A2 (en) * | 1991-02-19 | 1992-09-07 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Pressure transducer |
| RU2169713C2 (en) * | 1996-03-29 | 2001-06-27 | Галилео Корпорейшн | Method of molding removeable polyimide coating for optical fiber |
| US6820489B2 (en) * | 1998-12-04 | 2004-11-23 | Weatherford/Lamb, Inc. | Optical differential pressure sensor |
| WO2008089208A2 (en) * | 2007-01-16 | 2008-07-24 | Baker Hughes Incorporated | Distributed optical pressure and temperature sensors |
-
2012
- 2012-06-20 RU RU2012125667/28A patent/RU2522791C2/en active
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU1500889A1 (en) * | 1987-11-17 | 1989-08-15 | Предприятие П/Я М-5696 | Pressure transducer |
| SU1760411A2 (en) * | 1991-02-19 | 1992-09-07 | Научно-исследовательский институт физических измерений | Pressure transducer |
| RU2169713C2 (en) * | 1996-03-29 | 2001-06-27 | Галилео Корпорейшн | Method of molding removeable polyimide coating for optical fiber |
| US6820489B2 (en) * | 1998-12-04 | 2004-11-23 | Weatherford/Lamb, Inc. | Optical differential pressure sensor |
| WO2008089208A2 (en) * | 2007-01-16 | 2008-07-24 | Baker Hughes Incorporated | Distributed optical pressure and temperature sensors |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| С.А.Васильев, О.И.Медведков, И.Г.Королев, Е.М.Дианов, "Фотоиндуцированные волоконные решетки показателя преломления и их применения", "Фотон-Экспресс"-Наука, 2004, 6, 163-183, 2004 * |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU214775U1 (en) * | 2022-05-05 | 2022-11-14 | Общество с ограниченной ответственностью "СЕДАТЭК" | FIBER OPTIC PRESSURE SENSOR |
| RU221164U1 (en) * | 2023-08-25 | 2023-10-24 | Общество с ограниченной ответственностью "СтройПартнер" | FIBER OPTIC PRESSURE SENSOR |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2012125667A (en) | 2013-12-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Wang et al. | Advances in optical fiber sensors based on multimode interference (MMI): a review | |
| Pevec et al. | Multiparameter fiber-optic sensors: A review | |
| Zhao et al. | Discrimination methods and demodulation techniques for fiber Bragg grating sensors | |
| US6671055B1 (en) | Interferometric sensors utilizing bulk sensing mediums extrinsic to the input/output optical fiber | |
| CN101598773A (en) | A kind of magnetic induction intensity sensing head and magnetic induction intensity measurement method and device thereof | |
| CN101598748B (en) | Thermo-compensation current sensing head as well as alternate current measurement method and system | |
| EP3105548A2 (en) | Multicore optical fiber apparatus, methods, and applications | |
| Liu et al. | Fiber Bragg grating based displacement sensors: State of the art and trends | |
| Pan et al. | Flexible Liquid‐Filled Fiber Adapter Enabled Wearable Optical Sensors | |
| Xiong et al. | Fiber Bragg grating displacement sensor with high measurement accuracy for crack monitoring | |
| CN104316106A (en) | Optical fiber sensor based on Mach-Zehnder interference and fiber bragg grating | |
| Zhao et al. | In-fiber Mach–Zehnder interferometer based on up-taper fiber structure with Er3+ doped fiber ring laser | |
| CN105716755A (en) | Sensitivity enhanced sensor based on Loyt-Sagnac interferometer | |
| Ding et al. | An inline fiber curvature sensor based on eccentric core fiber and off-axis air cavity Fabry-Pérot interferometer | |
| CN104390594A (en) | Optic fiber micro-structure displacement sensor | |
| Li et al. | An ultrasensitive gas pressure sensor based on single-core side-hole fiber with optical vernier effect | |
| US20180172536A1 (en) | FIBER OPTIC PRESSURE APPARATUS, METHODS, and APPLICATIONS | |
| Sun et al. | All-fiber liquid-level sensor based on in-line MSM Fiber Structure | |
| CN201532450U (en) | Magnetic induction density sensing head | |
| WO2017150476A1 (en) | Optical fiber sensor | |
| RU2522791C2 (en) | Fibre-optic end transducer (versions) | |
| CN101586994B (en) | Fiber grating pull pressure sensor having temperature compensation function | |
| Xu et al. | Volume strain sensor based on spectra analysis of in-fiber modal interferometer | |
| Bai et al. | Air pressure measurement of circular thin plate using optical fiber multimode interferometer | |
| EP3298366B1 (en) | A temperature sensor |