NO791209L

NO791209L - METERS FOR MEASUREMENT OF STRETCH AND OFFSET

Info

Publication number: NO791209L
Application number: NO791209A
Authority: NO
Inventors: Kenneth Frank Hale
Original assignee: Kenneth Frank Hale
Priority date: 1978-04-13
Filing date: 1979-04-10
Publication date: 1979-10-16
Also published as: GB2020012A; FR2422932A1

Description

Målere for måling av strekk og forskyvning.Gauges for measuring tension and displacement.

Den foreliggende oppfinnelse vedrører målere for måling avThe present invention relates to meters for measuring

strekk og forskyvning.stretch and displacement.

Ifølge oppfinnelsen omfatter en måler for måling av strekk eller forskyvning to elementer mellom hvilke strekk eller forskyvning skal måles, og to fiber optiske baner mellom hvilke lys kan føres, hvor de to banene er plassert relativt hverandre for å tillate at lys kan føres mellom dem av størrelse avhengig av graden av bevegelse mellom elementene. According to the invention, a meter for measuring tension or displacement comprises two elements between which the tension or displacement is to be measured, and two fiber optic paths between which light can be passed, where the two paths are positioned relative to each other to allow light to be passed between them by size depending on the degree of movement between the elements.

I en utførelsesform av oppfinnelsen er de to fiber optiske banene hver plassert på respektive elementer og størrelsen av lyset som passerer mellom banene avhenger av graden av innretting mellom banene og således av posisjonene av de to elementene relativt hverandre. I en form av den ovenfor nevnte anordning er det tilveiebragt en fiber optisk bane langs hvilken lyset fra kilden sendes og to fiber optiske baner som begge er plassert til å motta lys som kommer fra den nevnte ene bane differensielt i avhengighet av størrelsen av bevegelsen mellom elementene. In one embodiment of the invention, the two fiber optic paths are each placed on respective elements and the size of the light that passes between the paths depends on the degree of alignment between the paths and thus on the positions of the two elements relative to each other. In one form of the above-mentioned device, there is provided a fiber optic path along which the light from the source is transmitted and two fiber optic paths which are both positioned to receive light coming from the aforementioned one path differentially depending on the magnitude of the movement between the elements .

I en annen anordning er et flertall av adskilte fiber optiske lys-transmitterende baner tilveiebragt festet til et element og et flertall av adskilte fiber optiske lysmottacjende baner er tilveiebragt festet til det andre elementet, hvor respektive avstander mellom de transmitterende baner og mellom de mottagende baner er litt forskjellig for å tillate måling av bevegelsen ved en nonius effekt. I ennu en ytterligere utførelsesform er begge baner tilveiebragt på et element og lysdempningsmidler er tilveiebragt på det andre elementet plassert til å dempe lyset som passerer mellom banene i overensstemmelse med størrelsen av relativ bevegelse imellom elementene. Lysdempningsmidlene kan omfatte en optisk lukker eller kan omfatte milder som har adskilte markeringer på denne slik at bevegelse mellom elementene frembringer trinnvis variasjon i intensiteten av lys som føres mellom banene. In another arrangement, a plurality of spaced fiber optic light transmitting paths are provided attached to one element and a plurality of spaced fiber optic light receiving paths are provided attached to the second element, where respective distances between the transmitting paths and between the receiving paths are slightly different to allow measurement of the movement by a vernier effect. In yet another embodiment, both paths are provided on one element and light attenuation means are provided on the other element positioned to attenuate the light passing between the paths in accordance with the amount of relative movement between the elements. The light dimming means may comprise an optical shutter or may comprise dampers which have separate markings on it so that movement between the elements produces a gradual variation in the intensity of light which is carried between the paths.

For at oppfinnelsen skal bli nærmere forstått, skal det nå henvises til den vedlagte tegning. Fig. 1 illustrerer en utførelsesform av oppfinnelsen i blokk sjematisk form . In order for the invention to be understood in more detail, reference must now be made to the attached drawing. Fig. 1 illustrates an embodiment of the invention in block schematic form.

Fig. 2 illustrerer en strekk-måler ifølge oppfinnelsen.Fig. 2 illustrates a strain gauge according to the invention.

Fig.3 viser ennu en strekk-måler som omfatter nonius effekten. Fig.3 shows yet another strain gauge that includes the nonius effect.

Fig. 4 illustrerer strekk måling i to ortogonale retninger.Fig. 4 illustrates stretch measurement in two orthogonal directions.

I fig.l er det vist en strekk-måler omfattende en optisk kilde 1 koblet til en optisk fiber bane 2 og en optisk detektor 3 koblet til en annen optisk fiber bane 4. De to banene 2 og 4 er koblet til et strekkmåler element 5 som er fastspent på en konstruksjon 6 under påkjenning og hvis strekk det er ønskelig å måle. In fig.l, a strain gauge is shown comprising an optical source 1 connected to an optical fiber path 2 and an optical detector 3 connected to another optical fiber path 4. The two paths 2 and 4 are connected to a strain gauge element 5 which is clamped on a construction 6 under stress and whose tension it is desirable to measure.

Fibrene 2 og 4 eller fortsettelser av disse avsluttes i strekk-måler elementet 5 i plane ender som er adskilt med en liten avstand, men som har sine langsgående akser nøyaktig innrettet slik at det er meget, liten optisk dempning p.g.a. deres diskonti-nuitet. Når de to optiske fibrene er feilinnrettet på en hvilken som helst måte vil størrelsen av det utsendte lyset avhenge av størrelsen av feilinnretting av de optiske fibrene og særlig av størrelsen av overlapping av de to tverrseksjonene av fibrene. Endene av fibrene er innbefattet i elementer eller blokker i strekk— måleren som kan bevege seg fritt og jevnt m.h.t hverandre slik at endringen i lys som sendes mellom fibrene er en direkte indikasjon av størrelsen av relativ bevegelse av blokkene. Denne bevegelse vil være proporsjonal med strekket i konstruksjonen til hvilken blokkene' er festet. The fibers 2 and 4 or continuations of these terminate in the strain gauge element 5 at flat ends which are separated by a small distance, but which have their longitudinal axes precisely aligned so that there is very little optical attenuation due to their discontinuity. When the two optical fibers are misaligned in any way, the magnitude of the emitted light will depend on the magnitude of misalignment of the optical fibers and in particular on the magnitude of overlap of the two cross-sections of the fibers. The ends of the fibers are enclosed in elements or blocks in tension—the gauge that can move freely and smoothly relative to each other so that the change in light transmitted between the fibers is a direct indication of the magnitude of relative movement of the blocks. This movement will be proportional to the stretch in the construction to which the blocks are attached.

I stedet for et enkelt sende-fiber og et enkelt.mottager-fiber,Instead of a single transmitting fiber and a single receiving fiber,

kan størrelsen av strekk som kan måles i en hvilken som helst dimensjon økes ved å anordne en lineær rekke av mange fibre i the amount of strain that can be measured in any dimension can be increased by arranging a linear array of many fibers in

enten en av blokkene alene eller i begge blokker til å væreeither one of the blocks alone or in both blocks to be

på linje med retningen av strekket som skal måles. Anordningen i fig. 2 viser et enkelt sender~fiber og et flertall mottager-fibre. in line with the direction of the stretch to be measured. The device in fig. 2 shows a single transmitter fiber and a plurality of receiver fibers.

Fibrene kan være adskilt for tilveiebringe et noniussystem slikThe fibers can be separated to provide a vernier system like this

at N+l likt adskilte fibre med en avstand Dl mellom dem vender mot N identiske fibre med lik,men forskjellig avstand D2 slik at N+l av det første sett av fibre opptar den samme lengde som N fibre i det andre settet. For et enhet-strekk av størrelse D2-D1 er det en endring i situasjonen hvor to motstående fibre sender maksimum intensitet til en hvor tilliggende motstående fibre sender minimum intensitet. that N+l equally spaced fibers with a distance Dl between them face N identical fibers with an equal but different distance D2 so that N+l of the first set of fibers occupies the same length as N fibers in the second set. For a unit stretch of size D2-D1, there is a change in the situation where two opposing fibers transmit maximum intensity to one where adjacent opposing fibers transmit minimum intensity.

Anordningen kan tilpasses for måling av to-dimensjonalt strekkThe device can be adapted for measuring two-dimensional tension

ved å anordne en firkant matrise av fibre i en blokk og en eller flere enkelt fibre i den andre blokken. For enkelhetsskyld er kun et slikt fiber vist i fig. 4. Når lyset som kommer inn i en hvilken som helst gruppe av fire fibre integreres, er det mulig å bestemme størrelsen av relativ bevegelse i X og Y retningen. Det enkle sende-fiberet kan erstattes av et sett sende—fibre for by arranging a square matrix of fibers in one block and one or more single fibers in the other block. For simplicity, only such a fiber is shown in fig. 4. When the light entering any group of four fibers is integrated, it is possible to determine the magnitude of relative motion in the X and Y directions. The single send fiber can be replaced by a set of send fibers

å øke redundansen og følsomheten.to increase redundancy and sensitivity.

Optiske fibre som beskrevet ovenfor kan også anvendes for å over-våke moire rand effekt bevegelse mellom to linjerte diffraksjons-qitteresom er stivt festet til elementene som danner strekk-måleren. Optical fibers as described above can also be used to monitor moire rand effect movement between two linear diffraction gratings which are rigidly attached to the elements that form the strain gauge.

Ettersom den målte mengde er en optisk mengde og ikke en elektrisk, er det mulig å fremstille komponentene i strekk-måler elementet av ikke-metalliske materialer som er motstandsdyktige overfor korroderende omgivelser eller omgivelser som er risikofylte for metalliske materialer. Den aktuelle sender og mottager kan pias-seres fjernt fra strekk-måleren slik at anordningen har anvendelse i overvåkningen av den strukturelle integritet av et antall kon-struksjoner slik som kjemisk anlegg, broer og dammer og olje og gass borings og produksjonsplatformer og undervannsinstallasjoner og rørledninger. Since the measured quantity is an optical quantity and not an electrical one, it is possible to manufacture the components of the strain gauge element from non-metallic materials which are resistant to corrosive environments or environments which are risky for metallic materials. The transmitter and receiver in question can be placed remotely from the strain gauge so that the device has application in monitoring the structural integrity of a number of constructions such as chemical plants, bridges and dams and oil and gas drilling and production platforms and underwater installations and pipelines .

Lyset som sendes fra kilden kan polariseres og strekket eller for-iI skyvningen kan omformes til dreining av en polarisert lysanalysator som derved endrer dempningen av lyset som passerer gjennom strékk-måléren som en funksjon av strekket. De to delene av strekk"målerne kaninnbefatte en polariserer og en analysator som dreier m.h.t. hverandre i overensstemmelse med bevegelsen som'måles. Ved den sist nevnte anordning er det utsendte lys upola-risert. The light emitted from the source can be polarized and the stretch or forward thrust can be transformed into the rotation of a polarized light analyzer which thereby changes the attenuation of the light passing through the strain gauge as a function of the stretch. The two parts of the strain gauges can include a polarizer and an analyzer which rotate with respect to each other in accordance with the movement being measured. In the last-mentioned device, the emitted light is unpolarized.

Alternativt kan optiske dempere eller tetthets-kile festes tilAlternatively, optical attenuators or density wedges can be attached

et eller begge av elementene som danner strekk-måleren som beveges inni lysbanen i overensstemmelse med bevegelsen som måles. one or both of the elements forming the strain gauge which are moved within the light path in accordance with the movement being measured.

I ennu en utførelsesform av oppfinnelsen kan en lyssendende eller reflekterende strimmel tilveiebringes som bærer adskilte markeringer slik at et hvilket som helst strekk tilveiebringer trinnvis variasjon i.lysintensiteten, hvilket gir en digital indikasjon av størrelsen av bevegelsen. In yet another embodiment of the invention, a light emitting or reflective strip may be provided which carries discrete markings so that any stretch provides stepwise variation in light intensity, giving a digital indication of the magnitude of the movement.

Selvom oppfinnelsen er blitt beskrevet i forbindelse med en strekk-måler er den like anvendbar for forskyvningsmålere eller ekstenso-metere for måling av bevegelse generelt. Although the invention has been described in connection with a strain gauge, it is equally applicable to displacement gauges or extensometers for measuring movement in general.

Claims

1. Gauge for measuring stretch or displacement, comprising two elements between which the stretch or displacement is to be measured, characterized in that two fiber optic paths are provided, between which the light can pass and that the two paths are arranged so that the size of the light that passes between them depends on the amount of movement between the elements.

2. Meter as stated in claim 1, characterized in that the two fiber optic paths are each placed on respective elements and the size of the light that passes between the paths depends on the degree of alignment between the paths and thus on the positions of the two elements relative to each other.

3. Meter as stated in claim 2, characterized in that there is provided a fiber optic path along which the light from the source is sent and two fiber optic paths which are both positioned to receive light coming from the said one path differentially depending on the size of the movement between the elements.

4. Meter as stated in claim 2, characterized in that a plurality of separate fiber optic light transmission paths are provided attached to one element and a plurality of separate fiber optic light receiving paths are provided attached to the other element, where the respective distances between the transmission paths and between the receiving paths are slightly different to allow measurement of the movement by a vernier effect.

5. Meter as stated in claim 1, characterized in that both paths are provided on one element and light attenuation means are provided on the other element positioned to dampen light passing between the paths in accordance with the magnitude of relative movement between the elements.

6. Meter as specified in claim 5, characterized in that the light dimming means comprises a non-transparent shutter.

7. Meter as stated in claim 5, characterized in that the light dimming means comprises means which have separate markings on them so that movement between the elements produces stepwise variation in the intensity of light which is carried between the tracks.

8. Gauge as set forth in any one of the preceding claims, characterized in that two sets of tracks are provided arranged so that movement between the elements in two. dimensions can be measured.

9. A meter as set forth in any one of the preceding claims, characterized in that it includes a light source for transmitting light along one of the paths and means for measuring the intensity of the light received by the other path.