Фотоупругий датчик

Фотоупругий датчик

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

8-стс-, б.о;-„;, ц

О Il И. И Е

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

Союз Советскнн

Социалистические

Рес ублик

787654

К АВТОРСХОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6I ) Дополнительное к авт. снял-ву— (22) Заявлено 10.01.79(2l ) 2710530/22-03 с присоединением заявки ¹â€” (23 }Приоритет

Опубликовано 15.12.80. Бюллетень №46

Дата опубликования описания 18.12.80 (5l )М. Кл.

E 21 С 39/00

Гевударстевнный квмитет ао девает изобретений н атнрытнй (53) УДК622, 831 3(088 8) (72) Автор изобретения

Г. И. Кулаков (71) Заявитель

Институт горного дела Сибирского отделения AH СССР (54) ФОТОУПРУГИЙ ДАТЧИК

Изобретение относится к горному делу, в частности к приборам для измерения напряжений и деформаиии в гбрных породах.

Известны фотоупругие датчики для иэ5 мерения напряжений в горных породах, выполненные в виде иилиндра из оптически чувствительных материалов (1).

Извес тен также фотоупругий датчик для измерения напряжений в горных породах, включающий элемент из оптически чувствительного материала — стекла, с одной стороны которого последовательно размещены поляризаиионный фильтр, электролампочка и параболическое зеркало (2).

Однако снятие отсчетов по датчику производится визуально с псатощью полярископа, что ограничивает точность измерений и не позволяет проводить измерения в недоступных участках горного массива.

Бель изобретения - проведение измерений с повышенной точностью в недоступных участках массива пород.

Бель достигается тем, что датчик снабжен дополнительным поляризаиионным фильтром, размещенным с другой стороны элемента, и фотоприемником, становленным последовательно с дополнительным поляризаиионным фильтром.

Поляризаиионный фильтр, электрическая лампочка и параболическое зеркало последовательно размещены с одной стороны элемента иэ оптически чувствительного материала, а дополнительный поляризаиионный фильтр и фотоприемник последовательно размещены с другой стороны того же элемента. Такое устройство датчика позволяет фиксировать с помощью элемента из оптически чувствительного материала изменение напряжений в породе, а наличие электролампочки с параболическим зеркалом и двух поляриэаиионных фильтров обеспечивает преобразование механического сигнала в оптический в виде интерферениионной картины на выходе дополнительного поляриэаиионного фильтра, пресбразуемой в электрический сигнал в

787654 фотоприемнике. Последний по сравнению с визуальным наблюдением позволяет повысить чувствительность датчика, которая дополнительно увеличивается за счет размещения фотоприемника в зоне высокого градиента измен ения интерференционных полос, число которых пропорционально концентрации напряжений в соответствующей области элемента иэ оптически чувствительного материала. Такой датчик не тре- 0 бует непосредственного наблюдения и может устанавливаться в недоступных участках массива горных пород.

На чертеже приведена принципиальная схема датчика.

Фотоупругий датчик состоит из элемента 1, осветительного блока 2, блок приемника 3 и проводов 4.

Ъ емент 1 изготовляется из оптически чувствительного материала и предназначен для преобразования механической информации в оптическую. В качестве оптически, чувствительного материала могут использоваться оптическое стекло, эпоксималы и т. и. 25

Ссветительный блок 2 включает последовательно размещенные за элементом 1 поляризационный фильтр, состоящий из. четвертьволновой пластинки 5 и поляроида 6, монохроматический фильтр 7, ма» 3О товое стекло 8, электролампочку 9, параболическое зеркало 10. Все элементы осветительного блока 2 заключены в чехлы 11.

Блок приемника 3 включает последова- тельно установленные с другой стороны элемента 1 дополнительный поляриэационный фильтр, состоящий из четвертьволнсвой пластинки 12 и анализатора 13, и фотоприемник 14 . Элементы блока приемника 3 заключены в чехол 15.

Провода к электролампочке 9 могут быть пропущены сбоку элемента 1 или через специальное отверстие в нем. Для обеспечения герметичности датчика чехлы 45

11 и 15 приклеиваются к соответствующим концам элемента 1. Форма последнего определяется задачами измерения и может быть в виде прямоугольного параллелепипеда при измерении одной компонен-, ты напряжений, в виде кругового цилинд ра при измерении разности главных напряжений и т. и.

Датчик устанавливают в скважине и приклеивают к ее стенкам. В процессе изменения напряженно-деформированного состояния породы элемент 1 деформируется совместно с окружающей его породой, в результате в нем появляются на4 пряжения и материал приобретает свойство двулучепреломления. Чувствительность датчика при выбранном оптически чувствительном материале определяется разрешающей способностью фотоприемника и дополнительно увеличивается за счет размещения последнего против области элемента 1 с наиболее высокой концентрацией напряжений. Последнее достигается за счет подбора формы элемента 1 и условий его сцепления с поверхностью скважины. В частности для элемента 1, выполненного B виде кругового цилиндра при условии контактирования с npocKBëbзыванием, область наибольшей концентрации напряжений совпадает с его геометрической осью, а при условии полного сцепления поле напряжений так распределено по сечению датчика, что в любой его точке будет одна и та же разность главных напряжений и следовательно фотоприемник может быть размещен против любой точки датчика. Возможна установка нескольких фотоприемников.

Датчик работает следующим образом.

К электролампочке 9 подается питание.

Луч света от нее проходит через матовое стекло 8, монохроматический фильтр

7 и далее через поляризатор 6 и четвертьволновую пластинку 5 попадает в элемент

1. Поляризованный луч света, пройдя через оптически чувствительный материал элемента 1 и протерпев двойное лучепреломление, выйдет из последнего с некоторой разностью хода, пропорциональной приросту напряжений. Пройдя дополнительный поляризационный фильтр, лучи света

HB анализаторе 13 дадут интерференционную картину, представляющую собой чередование светлых и темных полос. Далее лучи попадают в фотоприемник 14, где вызывают появление электрического тока.

В качестве фотоприемника может использоваться фотореэистор. Фотоприемник 14 выдает во внешнюю цепь. электрический сигнал, сила которого определяется количеством света,. прошедшего через анализатор, а получаемая информация зависит также от того, сколько раз сменились темные и,светлые полосы перед фотоприемником. Число сигналов будет тем больше, чем большее количество раз произойдет смена полос. Г оследнее зависит от концентрации напряжений в области элемента 1, против которой расположен фотоприемник 14.

Предложенный датчик в конечном счете преобразует механические сигналы, поступающие к нему от породы, в электричес7654

Составитель E. Борисова

Техред М.Петко Корректор М. Пожо

Редактор Н. Горват

Заказ 8308/35 Тираж 626 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5 78 кие. Последние могут быть переданы на соответствующий измерительный прибор.

1 акой датчик может найти применение в автсматизированных системах контроля за состоянием породнотя массива на гор-, нодобывающихх предприятиях.

Формула изобретения

Фотоупругий датчик для измерения напряжений в горных породах, включающий элемент из оптически чувствительного материала, с одной стороны которогь последовательно размещены поляризапионный фильтр, электролампочка и параболическое зеркало, о т л и ч à ю щ u It с я тем, что, с пелью проведения измерений с псвышенной точностью в недоступных участках массива пород, он снабжен дополнительным поляриза иконным фильтром, размещенным с другой стороны элемента, и фотоприемником, установленным последовательно с дополнительным поляризапионным фильтром.

Источники информапии, 10 принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

% 342049, кл. E 21 С 39/00, 09.09. 7 О.

2. Патент Великобритании % 965312, I$ кл. 001 ЖЕ Х 7, опублик.

03.05.62.