ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЙ

Каримберди Эгамбердиевич Онаркулов; Шохжахон Аброрович Юлдашев; Аброр Абдувоситович Юлдашев

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЙ

Каримберди Эгамбердиевич Онаркулов

Ферганский государственный университет

Шохжахон Аброрович Юлдашев

Ферганский государственный университет

Аброр Абдувоситович Юлдашев

Ферганский государственный университет [email protected]

АННОТАЦИЯ

Разработано оптоэлектронный измерительный тензопреобразователь. Предложено различные варианты преобразователя. Предложенный измеритель работает автономно по средством вторичных источников тепловой энергии возобновляемого типа. С помощью тензопреобразователя можно осуществить дистанционного измерения и контроль.

Ключевые слова: АФН - элемент, термо оптрон, тензопреобразователь, поляроид, показатель, преломления.

ABSTRACT

An optoelectronic measuring strain gauge has been developed. Various versions of the converter are proposed. The proposed meter works autonomously by means of secondary sources of thermal energy of a renewable type. With the help of a strain gauge, it is possible to carry out remote measurement and control.

Keywords: APV - element, thermo optocoupler, strain gauge, polaroid, index, refraction.

ВВЕДЕНИЕ

Устройства относится к области оптоэлектроники, предназначено для одновременного дистанционного определения (измерения) изменения давления и механического напряжения. Измерения давления и определения механического напряжения является важной задачей информационо -управляющих устройств во многих отраслях науки и техники. Поэтому

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

актуальной является задача измерения, определения давления и механических напряжения различных объектов не только в (стационарных) условиях но и мгновенных значений давления и механических напряжений. Применяемые методы измерения давления (0 - 200 мм.вод.ст) (1мм.вод.ст=9,81Ра), и малых механических напряжений исследуемого объекта должен обладать высокой чувствительности при необходимом пространственном разращении. Этим условиям соответствуют оптоэлектронные методы измерения на основе элементарных тепло оптронов [1] и энергонезависимые фотоупругие элементы (ФУЭ) генераторного типа [2]. Сушествует большое количество устройств, в которых используются различные физические явления [3]. В таких устройствах обычно судят по изменению амплитуды проходящего через датчика (чувствительного элемент) свет. Несмотря большой чувствительности данные устройства имеют существенные недостатки. Существующие устройства не позволяют производит дистанционные измерения; характеристики нелинейные; датчики имеют подвижных частей; возможности микроминиатюризации отсутствует.

ОБСУЖДЕНИЕ

Избавиться от этих недостатков разработано оптоэлектронный метод измерения (давления и механических напряжений) использующих специальных элементарных оптронов (тепло оптрон) и в качестве первичного преобразователя давления, и механических напряжений использовано фотоупругий элемент (ФУЭ). В зависимости от воздействующих на ФУЭ (датчик) давления (механических напряжений) происходит изменения коэффициента пропускания или отражения, это приводит также пропускания (или отражения), это приводит также к изменению показателя преломления ФУЭ. Изменение оптического пропускания структуры ФУЭ, соответственно, приводить изменение выходного сигнала фотоприёмника. Анализ свойств ФУЭ позволяет предложить несколько вариантов конструкции измерительного тензопреобразователя давления и механических напряжений.

На чертеже 1 представлена обобщенная блок-схема оптоэлектронного измерительного тензопреобразователя

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

Рис-1

1- Источник тепла (ИТ), например, тепла человеческого тела

2- Термо оптрон (ТО), то состоит из термоэлектрического элемента и светоизлучающего диода (СД)

3- Поляроид (П), устройства для получения плоско поляризованного света

4- Основной элемент измерительной тензопреобразователя, фотоупругий элемент (ФУЭ)

5- Анализатор (А), определяет степень поляризованной плоско поляризованного света.

6- Фотоприёмник генераторного типа работающий на диэлектрическую нагрузку, АФН-элемент (АЭ), подключается к прибору (гальванометр типа С20) для регистрации выходного сигнала фотоприёмника.

На первом варианте дифференциальном тензопреобразователе ФУЭ и выполнена из оптически прозрачного упруго материала и служит для контроля вещных механических напряжений, с изменением механический напряжений изменяется показатель преломления упругого элемента и это приводит соответственно пропускание поляризованного света. Остальные элементы кроме ФУЭ в обобщенной схеме сохраняется. Подобный тензодатчик способен измерять малых механических напряжений приложенное к ФУЭ. Плоско поляризованный свет проходя через ФУЭ далее поступает на анализатора. Информация о механической напряжение может быть получена по проходящей волны света т.е. по степенны поляризации (изменение) в виде выходного сигнала АЭ. Под действием механического напряжения возникает двойное лучепреломления, причем параметры двойного лучепреломления являются функциями деформации упругого элемента (ФУЭ). Чувствительность такого тензопреобразователя может достигать 106.

Конструкция второго варианта тензопреобразователя является модификацией предыдущего варианта преобразователя. Основное ее отличие-благодаря предложенной конструкции можно использовать совместно

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

проходную и отражательную часть света. Благодаря такой конструкции имеем возможности использовании отраженных лучей света обеспечивающее дистанционное управление и измерение. Кроме того, в этом варианте конструкции возможен двойной проход оптического излучения, что естественно повышает чувствительность измерительного

тензопреобразователя. В данном конструкции фото приёмная поверхность ФУЭ должна иметь поверхность с высоким коэффициентом отражения и обладать необходимой плоскостностью.

АНАЛИЗЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ

Тензопреобразователь ФУЭ третьего варианта конструкции представляет собой тонкая полупроводниковая фоточувствительная пленка. Для создания тонко пленочного ФУЭ, использовали АФН-пленки полученного напылением в вакуумной камере на полимерные подложки, допускающие значительные и обратимые деформации прогиба. Высокая степень адгезии обеспечивает передачу напряжений давления от подложки к АФН-пленке и осуществление деформации прогиба в пленках ФУЭ. Важным моментом данной методики является, что механическое напряжение вызванное давлением приложено к каждой точке поверхности на пиленной тонкой АФН-пленки, контактирующей с полимерной пленкой.

Поэтому при возникновении микро разрывов в полупроводниковой пленке механические напряжения не снимаются, и величина деформации не ограничивается пределом прочности в самом слабом месте, как это происходит в массивных образцах. В качестве подложки использовалась полиэтилен терафталатная лента, отличающаяся высокой прочностью и термо стойкостью.

Конструкция ФУЭ для третьего варианта преобразователя представлена на Рисунок.2

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

Рисунок.2

Прогибом тонкой пленки на полимерной подложке также характеризуется возможности изменения оптического пропускания в зависимости от приложенного давления. Новые функциональные возможности обеспечивает дополнение (рис.3) к конструкции для измерения аномального напряжения на АФН-пленке

Рисунок. 3

В данном случае все элементы ФУЭ третьего варианта исполнены тонкопленочном виде. Для работы измерительного тензопреобразователя не нежен внешний отдельный источник электрического питания. Предлагаемой нами измерительного тензор преобразователя для усиления сигнала ФУЭ тензопреобразователя нет необходимости каскадов блока усилителя. Регистрация давления (механическое напряжения) ведется с электростатическим гальванометром входное сопротивление которого больше

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

1012 Ом. Такие измерительные тензопреобразователи успешно можно применить при прочностных испытаниях различных машин и агрегатов дистанционно по электроне тральному фотонами цепи оптоэлектроники.

Принципы построения и порядок работы измерительного тензопреобразователя оптоэлектронно - дистационного типа предложенного нами созданы на основе следующих различных принципов:

1. Изменение показателя преломления (двойного лучепреломления) оптически прозрачного фотоупругого элемента (ФУЭ) сообщающая с измеряемой (контролируемой) средой; измерения механического напряжения или давления (например воздуха) приводят к изменениям коэффициента показателя преломления (п-п0=Ап параметр показателя двойного лучепреломления).

2. Первичный преобразователь давления на основе ФУЭ должен обеспечить условий для изменения коэффициента пропускания (или отражения) структуры контролируемой среды в зависимости от воздействующих на преобразователь (ФУЭ-датчик) давления.

3. Тонкоплёночной, фоточувствительной фотовальтаический активном элементе ФУЭ датчика воздействием давления наблюдается деформация изгиба (пригибание). В зависимости от приложенного давления (механического напряжения) происходит изменение коэффициентов, оптического пропускание и поглощение света. Проходной часть света создает на фотоэлемента (ФЭ) фототок, поглощающее часть излучения генерирует на АФН-приёмнике аномальное фото напряжение. Фототок и фото напряжение соответственно в ФЭ и на АФН элементах позволяет осуществляет дистанционное измерения давления, т.к между изменением давления и коэффициентами пропускание (или коэффициент поглощения) существует линейная функциональная зависимость.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Измерительный тензопреобразователь оптоэлектронного типа включающая в себя тепло оптрон элементарный для получения светового излучения от источника тепла, термоэлемент для получения термического тока, генератор света с электрическим питанием (светоизлучающий диод), которая является источником света электроне тральной фотонной цепи оптрона, фотоприёмником оптрона является АФН - элемент которой входит в состав высоко вольтного блока преобразователя, между источником света и фотоприёмника находится поляризационный блок (поляроид-, поляризатор,

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

ФУЭ и поляроид-анализатор), чувствительным элементом тензооптоэлектронного преобразователя является упругий оптический элемент (ФУЭ), в котором под действием небольшого давления или механического напряжения наблюдается эффект фото упругости (деформационное двойное лучепреломление).

В результате фото упругости происходит изменение оптических параметров объекта (коэффициенты показателя преломления, отражения (пропускания), поглощения а также изменение степеней поляризации света).

Оптический (фотонный, электроне тральный) связи между блоками тензопреобразователя осуществляется по средством пленочного оптическими волноводами которое работает как собирающая линза в волноводе. Оптический связи обладают множеством достоинств, которое успехом применено предлагаемом нами устройстве оптической измерительной техники.

REFERENCES

1. Фотоэлектрические явления в полупроводниках и оптоэлектроника. Изд. «ФАН», Ташкент, с. 162-164.

2. Оптоэлектронные датчики, Минск 1972, БГУ, 2005

3. Патент Германии, №°ЕС-01-001725, май, 2018

4. Патент Германии, №ЕС-01-00505, октябрь, сентябрь 2019

5. Computational nanotechnology, издательский дом «Юр-ВАК», Москва, №2, 2018., с.72-76

6. Патент Германии, №ЕС-01-002993, октябрь, 2020.

7. Raxmonali, N., Abduvositovich, Y. A., & Abrorovich, Y. S. (2021). Chalcogenideth in Films with Micro Transitions.

8. Юсупов, Т. А., & Юсупова, Ф. Т. (2019). ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА СВОЙСТВА АФН-ЭЛЕМЕНТОВ. Евразийский Союз Ученых, (11-4 (68)).

9. Найманбоев, Р., Юлдашев, А. А., Юлдашев, Ш. А., & Юлдашева, Ш. А. (2021). ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЕ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ НА СВОЙСТВА АФН - ЭЛЕМЕНТОВ. INNOVATION IN THE MODERN EDUCATION SYSTEM,, 303-306.

10. Онаркулов, К. Э., Найманбоев, Р., Юлдашев, А. А., & Юлдашев, Ш. А. (2021). ХАЛКОГЕНИД БИРИКМАЛАРИ УСТИДА ТАДКИЦОТЛАР. EURASIAN JOURNAL OF ACADEMIC RESEARCH, 7(8), 136137.

Central Asian Research Journal For Interdisciplinary Studies (CARJIS)

DOI: 10.24412/2181-2454-2022-3-427-434

11. Онаркулов, К. Э., Юлдашев, Ш. А., & Юлдашев, А. А. (2022). ОПТОЭЛЕКТРОН ТУНДА КУРИШ МОСЛАМАСИ. NamDU ilmiy axborotnomasi, 56-61.

12. Юлдашев, Ш. А., Юлдашев, А. А., & Юлдашева, Ш. А. (2021). ОПТОЭЛЕКТРОННЫЕ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛИ. Илмий-амалий конференция, 151-153.

ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЙ Текст научной статьи по специальности «Физика»

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Каримберди Эгамбердиевич Онаркулов, Шохжахон Аброрович Юлдашев, Аброр Абдувоситович Юлдашев

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Каримберди Эгамбердиевич Онаркулов, Шохжахон Аброрович Юлдашев, Аброр Абдувоситович Юлдашев

Текст научной работы на тему «ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ МЕТОД ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАВЛЕНИЯ И МЕХАНИЧЕСКИЕ НАПРЯЖЕНИЙ»