Научная статья на тему 'ОПТИЧЕСКИЙ СЪЕМ ДАННЫХ ДЛЯ ДАТЧИКА ВИБРАЦИЙ С ЛЕВИТИРУЮЩИМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ'

ОПТИЧЕСКИЙ СЪЕМ ДАННЫХ ДЛЯ ДАТЧИКА ВИБРАЦИЙ С ЛЕВИТИРУЮЩИМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

CC BY
15
5
Читать
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Фотон-экспресс
ВАК
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по механике и машиностроению , автор научной работы — Жуков А. В., Жуков Г. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
Предварительный просмотрDOI: 10.24412/2308-6920-2023-6190-339-340
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «ОПТИЧЕСКИЙ СЪЕМ ДАННЫХ ДЛЯ ДАТЧИКА ВИБРАЦИЙ С ЛЕВИТИРУЮЩИМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ»

ВКВО-2023- УМНИК-ФОТОНИКА

ОПТИЧЕСКИЙ СЪЕМ ДАННЫХ ДЛЯ ДАТЧИКА ВИБРАЦИЙ С ЛЕВИТИРУЮЩИМ ЧУВСТВИТЕЛЬНЫМ ЭЛЕМЕНТОМ

Жуков А.В. *, Жуков Г.В.

Саратовский государственный технический университет имени Гагарина Ю.А. г. Саратов * E-mail: Andrew.rx@mail.ru DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-339-340

Вибрации, возникшие при обработке изделия или в процессе эксплуатации нефте-газоперекачивающего оборудования, могут привести к выходу из строя дорогостоящего оборудования, подвергнув опасности обслуживающий персонал. Повышение помехоустойчивости и разрешения снимаемых показаний позволят сделать более точную оценку компенсаций погрешностей уровня вибраций, что обеспечит устойчивость системы, с возможностью продления эксплуатационного ресурса, для обеспечения экономической эффективности [1].

Применение в качестве помехоустойчивой линии передачи информации квазиоптического ступенчатого одномодового волновода, позволит использовать датчик в местах повышенного электромагнитного поля: вблизи электродвигателей, трансформаторных подстанций и СВЧ установок.

Получение информации с чувствительного элемента осуществляется с помощью подачи когерентного пучка света с длиной волны 650нм, что соответствует длине волны красного лазера, на пластину с узором, напоминающим дифракционную решетку, вырезанной на подложке из амальгамы или высокопробного технического серебра. Применение источника излучения с большей длиной волны значительно понизит чувствительность датчика. Минимальная длина волны 405нм, что соответствует фиолетовому лазеру. Однако использование источника света с такой диной волны экономически не выгодно, так как повышается в два и более раз стоимость изготовления отражающей пластины. Принцип действия оптической системы можно описать следующем алгоритмом: луч света движется по волноводу и преломляется через оптическую линзу, закрепленную на конце волновода, после преломления направленный луч с линзы поступает на жестко закрепленную, забазированную призму, далее луч, прошедший через призму, попадает на отражающую пластину, закрепленную на парящем над магнитной системой чувствительным элементом, после чего отражается и возвращается через собирающую линзу к месту установки фотоприемника.

Полученные сигналы с фотоприемника проходят через аналогово цифровой преобразователь (АЦП), вследствие чего происходит конвертация в условный ноль и единицу. За условную единицу принимается сигнал на выходе фотоприемника, возникший при отражении луча света от отражающей пластины. У данной системы нет необходимости производить опрос датчика, так как в результате возникновения вибраций, фотоэлемент преобразует световую энергию в электрическую, что позволит обработать сигнал электронной вычислительной машиной (ЭВМ). Обработка сигнала может производиться на микропроцессорах (МК) STM32 или на базе отечественного микроконтроллера 1921ВК01Т. Подключение системы к компьютеру может осуществляться с помощью преобразователя интерфейса [2].

Движение чувствительного элемента осуществляется в 3 степенях свободы, однако магнитное поле, создаваемое магнитной системой, задает определенное поле допуска на перемещение чувствительного элемента. При проектировании магнитной системы, обеспечивающей быстрый отклик чувствительного элемента, было установлено, что при достижении определенной силы магнитов, колебания чувствительного элемента становятся более затухающими, то есть уменьшается добротность системы. А концентрированный поток, проходящий через центр фигуры соединения магнитов, просто выталкивает магнит на одну из поверхностей, как показано на Рис.1. В результате чего наблюдается наклон магнита и его смещение относительно центра магнитной системы.

Рис. 1. Смещение чувствительного элемента

ВКВО-2023 УМНИК-ФОТОНИКА

Использование чувствительного элемента из графита, полученного путем пиролиза, имеет ряд недостатков. А именно необходима калибровка каждого чувствительного элемента. Обуславливается тем, что структура пиролизованного графита неоднородная и может содержать дефекты поверхности при его синтезе, ввиду чего характеризуется по параметрам мозаичности. В результате чего каждый датчик нуждается в калибровке. Установка нуля датчика осуществляется с помощью призмы, преломляющей свет. Так же левитация зависит от расположения магнитов в магнитной системе и материала из которого они изготовлены. Так в эксперименте использовались магниты марки N42 с размерами 5*20мм, N52 с размерами 35*35*4, магниты тороидальной формы с сердечником и др. Наилучшие показатели по отклику и левитации показала система из магнитов N42 цилиндрической формы и чувствительного элемента по форме квадрат.

Рис.2. Левитация чувствительных элементов разных форм,а - круг с толщиной 0,46мм;

б - квадрата с толщиной 0,49мм

Применение упрощенной системы оптического съема данных с передачей сигнала по волноводу делает датчик доступным для внедрения в места повышенного электромагнитного поля. Изготовление корпуса датчика методом аддитивных технологий ускорит процесс изготовления датчика. Левитирующий чувствительный элемент, не имеющий механических контактов, имеет меньше погрешностей, так как нет необходимости делать компенсацию на физико-механические погрешности. К другим погрешностям можно отнести размагничивание магнитной системы в процессе эксплуатации датчика. Однако при сильном ослаблении магнитного поля, чувствительный элемент опустится на внешнюю поверхность магнитной системы, в следствии чего, направленный луч попадет не на отражающую пластину, в результате будет выведена ошибка. Следовательно необходимо произвести калибровку нуля датчика в пределах допуска, в котором получаемые данные с чувствительного элемента достоверны [3,4].

Так применение датчика с чувствительным элементом, парящим над магнитной системой, делает систему более чувствительной к разному виду вибрационных возмущений, возникших в результате эксплуатации оборудования или отдельных его узлов. Возможность бесконтактного оптического съема данных делает датчик помехоустойчивым. Высокие разрешающие способности, получаемые в результате преломления света через призму-кристалл, позволяют откалибровать датчик от нежелательных помех, ввиду высокой чувствительности системы.

Статья написана при поддержке «Фонда содействия инновациям», Договор №18078ГУ/2022.

Литература

1. Никифоров А.А., Душаньков М.Д., Сорокин А.И., Современные материалы, техника и технология: Материалы 3-й Международной научно-практической конференции, 1, 249-251 (2013)

2. Андреев А.И., Жуков А.В., Яковишин А.С., Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Машиностроение, материаловедение, 24, 28-34 (2022)

3. Жуков А.В., Никифоров А.А., Яковишин А.С., Вестник Саратовского государственного технического университета, 91, 57-70 (2021)

4. Захаров О. В., Яковишин А. С., Жуков А. В., Вестник Саратовского государственного технического университета, 95,36-49 (2022)

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.