PL151115B1 - Czujnik do pomiaru chwilowej wartości prędkości kątowej oraz innych miar ruchu obrotowego i liniowego - Google Patents

Description

RZECZPOSPOLITA POLSKA	OPIS PATENTOWY	151115
aga	Patent dodatkowy do patentu nr- Zgłoszono: 85 02 23 /P.252078/	fc2YTfLNIAT I Pnjunto*1 | Μγίι» .. , ; 1
W*	Pierwszeństwo ____	Int. Cl.’ G01D 5/30 GÓ1P 3/44
URZĄD PATENTOWY	Zgłoszenie ogłoszono: 86 oe 26
RP	Opis patentowy opublikowano: 1990 12 31

Twórca wynalazku: Krzysztof Emil Kicyło

Uprawniony z patentu: Krzysztof Emil Kicyło, Warszawa /Polska/

CZUJNIK DO POMIARU CHWILOWEJ WARTOŚCI PRĘDKOŚCI KĄTOWEJ ORAZ INNYCH MIAR RUCHU OBROTOWEGO I LINIOWEGO

Przedmiotem wynalazku jest czujnik do pomiaru prędkości kątowej oraz innych miar ruchu obrotowego i liniowego urządzeń lub elementów urządzeń poruszających się ruchem wahliwym·

Znane są czujniki żyroskopowe wykrywające odchylenia od ustalonego położenia lub kierunku, a także czujniki żyroskopowe 1 żyrotronowe mierzące prędkość kątową ruchu obrotowego, Jak np. urządzenie według patentu polskiego nr 21 188 /1935/. Przyrządem tego typu jest zakrętomierz lotniczy.

Znane eą również czujniki do pomiaru położenia kątowego jak np. czujnik według opisu patentowego radzieckiego nr 392 339 w kl.G01d/26. Czujnik ten odczytuje położenie kątowe obroto wego elementu przez pomiar natężenia odbitego od niego światła. Element ten jest w połowie zaczerniony, a więc przy pomiarze sumarycznego natężenia światła odbitego natężenie to wzrasta, gdy większa powierzchnia niezaczernlona znajdzie elę w polu widzenia kolektora światła odbitego Zarówno kolektor ten jak i oświetlacz mają postać nieruchomego światłowodu z tubowym rozszerzeniem zwróconym w stronę powierzchni oświetlanej.

Wadą takiego rozwiązania jest mała czułość oraz użycie elementów obrotowych. Wyznaczanie prędkości i przyspieszenia wymaga obniżającego dokładność różniczkowania sygnału.

W zastosowaniach, gdzie nie jest wymagana znajomość położeń czy też odchyleń od ustało nego położenia lub azymutu, lecz prędkość lub przyspieszenie, a także takich, gdzie położenia i przemieszczenia ustalane są na podstawie obllczenia^a nie pomiaru, wystarczający okazuje się pomiar chwilowej wartości prędkości kątowej lub przyspieszenia.

Istotą czujnika według wynalazku Jest, że posiada nie użyte wspólnie w znanych rozwiązaniach następujące elementy sprzężone z jego obudową: kanał /2/ wypełniony cieczą, giętki światłowód /4/ oraz element fotoczuły /5/. Wylot światłowodu i element fotoczuły umieszczone sę

151 115 naprzeciwległe w wypełnionym cieczą kanale w położeniu poprzecznym w stosunku do możliwego ruchu cieczy. Zamocowanie światłowodu na niecałej jego długości umożliwiający uginanie jego włókna i ukształtowanie kanału umożliwiające ruch cieczy względem obudowy, zapewniają wymaganą swobodę ruchu dla światłowodu 1 cieczy w kanale. Ciecz w kanale jeet przezroczysta co najmniej w roboczym przedziale widmowym. Wylot światłowodu oświetla powierzchnię umieszczonego naprzeciwległe elementu fotoczułego, tworząc na tej powierzchni plamkę świetlną,przemieszczającą się przy uginaniu włókna światłowodu przez ruch cieczy i zmieniając oporność elementu fotoczułego wskutek tych przemieszczeń. Różnice w stosunku do znanych rozwiązań polegają na wykorzystaniu innych elementów lub innej ich funkcji. Na przykład, opisany powyżej czujnik radziecki wyposażony jest wprawdzie w światłowody, lecz uginanie tychże nie stanowi podstawy pomiaru, nie ma tam w ogóle kanału wypełnionego cieczą, jest zaś element sztywny, obrotowo zamocowany.

Czujnik według wynalazku zapewnia możliwość uzyskania sygnału elektrycznego,niosącego informacje o stanie ruchu urządzenia, do którego przymocowana jest jego obudowa, przy czym czujnik ten nie zawiera żadnych elementów obracających się na osiach, jest prosty w budowie i może być tani.

Przedmiot wynalazku przedstawiony jest w przykładzie wykonania na rysunku w dwu wzajemnie prostopadłych przekrojach. Wszystkie elementy czujnika przymocowane są bezpośrednio lub pośrednio do Jego obudowy 1 będącej cylindryczną puszką. Wewnątrz puszki ukształtowany jest kanał 2 wypełniony przeźroczystą cieczą, środkową część wnętrza puszki zajmuje uchwyt 3 mocujący światłowód 4. Włókno światłowodu 4 mocowane jest tak, aby jego koniec wylotowy był skierowany ku środkowi fotoczułego elementu 5. Koniec ten powinien być swobodny jak na rysunku lub zamocowany obrotowo tak, aby ugięcie włókna powodowało przesuwanie się plamki świetlnej tworzonej przez światło padające ze światłowodu na powierzchnię fotoczułego elementu 5. Drugi koniec światłowodu 4 zamocowany jest w obudowie 6 układu optycznego 7. Obudowa ta umożliwia zamocowania źródła światła. Układ optyczny 7 skupia światło na wlocie światłowodu 4. śruby 8 dociskają wieko 9 i jego izolację termiczną 10,zapewniając szczelność. Cała puszka otoczona jest izolacją termiczną 10 z zewnątrz, a zaczerniona od wewnątrz. Puszka zaopatrzona jest w zawór odpowietrzający 11 w postaci śruby z wewnętrznym kanałem odpowietrzającym 12. Wycięcie 13 w uchwycie 3 zwiększa sztywność włókna światłowodu 4 przy dużych jego ugięciach.

Układ optyczny 7 może być umieszczony w zasadzie w dowolnym miejscu na obudowie, także w mlejścu przeciwległym w stosunku do fotoczułego elementu 5. W tym przypadku światłowód przechodziłby przez kanał 2, prostopadle do osi cylindra obudowy. Swobodny odcinek światłowodu może być zaopatrzony w przymocowany do niego pędzelek lub ciężarek 14, w zależności od przeznaczenia czujnika. Przewiduje się taką możliwość dobrania ciężaru właściwego cieczy i materiału światłowodu, a także pędzelka, aby wszystkie te ciężary właściwe były sobie równe. Z tego powodu światłowód z materiału organicznego jest także brany pod uwagę. Jeżeli światłowód wykonany byłby bez płaszcza, to współczynnik załamania światła cieczy w kanale 2 powinien być odpowiednio mniejszy od współczynnika załamania światła w materiale światłowodu. Pędzelek 14 może spełniać rolę ciężarka, jeśli wykonany jest z materiału o ciężarze właściwym większym niż ciężar właściwy cieczy. Czujnik z takim ciężarkiem może służyć do bezpośredniego pomiaru przyspieszenia.

Element fotoczuły 5, jeżeli pracuje jako fotopotencjometr, może być włączony do zewnętrznego obwodu elektrycznego za pomocą zacisków 15 i ma za zadanie umożliwić pomiar spadku napięcia elektrycznego między zaciskami 15. Ten spadek napięcia powinien zależeć od położenia plamki świetlnej światła padającego ze światłowodu na powierzchnię fotooporu 5. Charakter tej zależności określony jest rodzajem fotoopornika· W zasadzie każdy materiał fotoprzewodzący o dwu typach przewodnictwa /z wyjątkiem szczególnych przypadków/ wykaże zależność spadku napięcia od odległoś ci plamki świetlnej od zacisków 15. Wymagania stawiane elementowi 5 zależą od cech źródła światła, światłowodu oraz elektrycznego układu pomiarowego współpracującego z czujnikiem.

W przypadku, gdy źródłem światła jest dioda laserowa /Laser Dioda, USA/ o mocy 7 mW przeznaczona w zasadzie do łączności światłowodowej, a użytym światłowodem jest światłowód firmy Rank Optics /UK/ o średnicy 10 mikrometrów, przepuszczający światło o długości fali 0,9 mikrometra, wtedy fotoczuły element 5 może być wycinkiem monokryształu germanu zaopatrzonym w doprowadzenia 15. Domieszkowanie germanu może być dostosowane do pożądanych efektów przy przepływie

151 115 prędu. Możliwe jest wykorzystanie efektu powielania elektronów. Pomiar może być wykonywany w sposób cięgły lub impulsowy. W szczególnych przypadkach przewiduje się możliwość zwielokrotnienia ilości zamontowanych światłowodów /np. zastosowanie wielu światłowodów o zróżnicowanej sztywności, Jak również podział elementu fotoczułego na sekcje.

Działanie czujnika polega na tym, źe Jego obudowa zostaje przymocowana śrubami 8 do elementu urzędzenia, którego ruch ma być śledzony i wykonuje ruchy takie jak ten element, natomiast ciecz w kanale 2 posiada pewnę swobodę ruchu, ma więc tendencję do zachowywania swego poprzedniego stanu ruchu, to znaczy porusza się względem obudowy pod działaniem sił bezwładności, jeżeli obudowa zmienia swój ruch. Włókno światłowodu 4 ma tendencję do naśladowania ruchów cieczy. Jest bowiem uginane przez ruch cieczy, w której jest zanurzone. Przeciwdziałaję ugięciu siły sprężystości włókna światłowodu. Siły uginajęce włókno sę będź zależne od prędkości cieczy względem obudowy, będź same sę siłami bezwładności, gdy włókno jest obcięźone. Wielkość ugięcia ma swój skutek w zmianie położenia miejsca oświetlonego na powierzchni element fotoczułego 5 i zmianie oporności tego elementu. Zmianę tę może zmierzyć zewnętrzny elektroniczny układ pomiarowy.

Claims (1)

1. Zastrzeżenie patentowe

   Czujnik do pomiaru chwilowej wartości prędkości kętowej oraz innych miar ruchu obroto wego i kętowego wykorzystujęcy światłowód, znamienny tym, że posiada zespolony z obudowę kanał /2/ wypełniony cieczę, giętki światłowód /4/ oraz element fotoczuły /5/, przy czym wylot światłowodu /4/ i element fotoczuły /5/ umieszczone sę naprzeciwległe w wypełnionym cieczę kanale /2/ i poprzecznie w stosunku do możliwego ruchu cieczy w kanale /2/.

   Fig. 1

   Fig. 2