RU2010235C1

RU2010235C1 - Fibre-optical accelerometer

Info

Publication number: RU2010235C1
Authority: RU
Inventors: Евгений Тимофеевич Дюндиков; Владимир Владимирович Приз
Original assignee: Евгений Тимофеевич Дюндиков; Владимир Владимирович Приз
Priority date: 1991-02-15
Filing date: 1991-02-15
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: instrumentation engineering. SUBSTANCE: fibre-optical accelerometer has electron-optical converter, matching devices, inertial mass, optoelectronic converter, code converter, computer. Body of accelerometer is filled with fluid, it has holes into which hermetic leads are put. They carry six section of optical fibre as a minimum placed inside body. Spherical inertial mass is located in fluid between sections of optical fibre passing inside body. Stops are oriented in pairs by three mutually perpendicular axes, are coupled to inner wall of body. Sections of optical fibre are fixed. Fibre-optical accelerometer has two measurement channels. One of them measures projections of accelerations acting in direction of axes, the other one measures projections of accelerations acting in opposite direction of axes. EFFECT: enhanced efficiency and authenticity of measurements. 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерению ускорения, в частности к измерению проекций ускорений, действующих по трем взаимно перпендикулярным осям. The invention relates to the measurement of acceleration, in particular to the measurement of projections of accelerations acting on three mutually perpendicular axes.

Известен волоконно-оптический акселерометр [1] , измеряющий ускорение вдоль первой оси, содержащий первый и второй отрезки оптического волокна, расположенные поперек первой оси, расположенную между этими отрезками инерционную массу. При действии ускорения вдоль первой оси первый и второй отрезки испытывают разные давления. Измерение фазового соотношения между светом, прошедшим по первому и второму отрезкам от специального источника когерентного света, преобразуется фазовым детектором, индикатором в показания ускорения вдоль первой оси. Known fiber optic accelerometer [1], measuring acceleration along the first axis, containing the first and second segments of the optical fiber located across the first axis, located between these segments inertial mass. Under the action of acceleration along the first axis, the first and second segments experience different pressures. The measurement of the phase relationship between the light transmitted through the first and second segments from a special source of coherent light is converted by a phase detector, an indicator into acceleration readings along the first axis.

Однако аналог обладает существенными недостатками, так как может измерять ускорения, действующие только по одной оси, и не может измерять ускорения по двум и трем осям одновременно, имеет сложную конструкцию отрезков волокна, подвержен вибрации. However, the analogue has significant drawbacks, as it can measure accelerations acting on only one axis, and cannot measure accelerations on two or three axes at the same time, has a complex structure of fiber segments, and is subject to vibration.

Известен волоконно-оптический акселерометр, содержащий сферическую чувствительную массу, расположенную внутри корпуса, электронно-оптический преобразователь, оптико-электронный преобразователь и компьютер [2] . Known fiber-optic accelerometer containing a spherical sensitive mass located inside the housing, an electron-optical converter, an optical-electronic converter and a computer [2].

Данный волоконно-оптический акселерометр по своим характеристикам является наиболее близким, поэтому его можно принять в качестве прототипа. Однако прототип обладает существенными недостатками: он обладает низкой точностью за счет существенного влияния вибраций и ударов. This fiber-optic accelerometer is the closest in its characteristics, so it can be taken as a prototype. However, the prototype has significant disadvantages: it has low accuracy due to the significant influence of vibration and shock.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния вибраций и ударов. The aim of the invention is to improve accuracy by eliminating the effects of vibration and shock.

Цель достигается тем, что в волоконно-оптический акселерометр, содержащий сферическую чувствительную массу, расположенную внутри корпуса, электронно-оптический преобразователь, оптико-электронный преобразователь и компьютер, введены отрезки оптического волокна, гермовводы, упоры, преобразователь кода и согласующие устройства, а корпус заполнен жидкостью и выполнен с отверстиями, в которые установлены гермовводы, через которые проложены, как минимум, шесть отрезков оптического волокна внутри корпуса, упоры, фиксирующие отрезки оптического волокна, попарно сориентированы по трем взаимно перпендикулярным осям и соединены с внутренней стенкой корпуса, причем чувствительная масса имеет отрицательную плавучесть, входные концы отрезков оптического волокна через согласующие устройства соединены с выходом электронно-оптического преобразователя, а выходные концы соединены через согласующие устройства с входами оптико-электронных преобразователей, выходы которых соединены с входом преобразователя кода, выход которого соединен с входом компьютера. The goal is achieved by the fact that in the fiber-optic accelerometer containing a spherical sensitive mass located inside the housing, an electron-optical converter, an optoelectronic converter and a computer, fiber segments, pressure glands, stops, a code converter and matching devices are introduced, and the case is filled liquid and is made with holes in which the pressure glands are installed, through which at least six segments of the optical fiber are laid inside the housing, stops, fixing segments of the optical fiber, pairwise oriented along three mutually perpendicular axes and connected to the inner wall of the housing, the sensitive mass having negative buoyancy, the input ends of the optical fiber segments through matching devices are connected to the output of the electron-optical converter, and the output ends are connected through matching devices to the inputs of the optical -electronic converters, the outputs of which are connected to the input of the code converter, the output of which is connected to the input of the computer.

На фиг. 1 представлен вариант волоконно-оптического акселерометра в статическом состоянии при отсутствии ускорений по осям Х, Z; на фиг. 2 представлен вариант волоконно-оптического акселерометра в рабочем состоянии при измерении ускорений по осям X, Y, Z. In FIG. 1 shows a variant of a fiber optic accelerometer in a static state in the absence of accelerations along the X, Z axes; in FIG. Figure 2 shows a variant of a fiber-optic accelerometer in working condition when measuring accelerations along the X, Y, Z axes.

При отсутствии ускорений по осям X, Z инерционная масса 1, находящаяся внутри корпуса в жидкости в исходном положении, не оказывает давления на отрезки 2-7 оптического волокна, проходящие внутри корпуса 8, заполненного жидкостью 9. Упоры 10, соединенные с внутренней стенкой корпуса 8, придают отрезкам 2-7 волокна требуемую форму и фиксируют их. Ввод и вывод отрезков оптического волокна осуществляют с помощью гермовводов 11, закрепленных в отверстиях, выполненных в корпусе. In the absence of accelerations along the X, Z axes, the inertial mass 1 located inside the housing in the liquid in the initial position does not exert pressure on the segments 2-7 of the optical fiber passing inside the housing 8 filled with liquid 9. The stops 10 connected to the inner wall of the housing 8 give the segments 2-7 fibers the desired shape and fix them. The input and output of the segments of the optical fiber is carried out using the hermetic inputs 11, fixed in the holes made in the housing.

Свет номинальной интенсивности от электронно-оптического преобразователя 12, выход которого соединен с входами согласующих устройств 13, 14, проходит через отрезки 2-7 оптического волокна, входные концы которых соединены с выходами согласующих устройств 13, 14, а выходные концы которых соединены с входами согласующих устройств 15, 16, преобразуются в электрический сигнал в оптико-электронном преобразователе 17, входы которого соединены с выходами согласующих устройств 15, 16, а выходы соединены с входами преобразователя 18 кода, выходы которого соединены с входами компьютера 19. Электрический сигнал, полученный в оптико-электронном преобразователе 17, преобразуется в цифровой код в преобразователе 18 кода, а затем поступает на вход компьютера 19. При этом код, поступающий в компьютер, зависит от величины интенсивности света в отрезках волокна при отсутствии или наличии давления на соответствующие отрезки волокна инерционной массы 1. Влияние возможных вибро- или ударных шумов может быть уменьшено за счет применения возможно коротких участков оптического волокна, находящихся за пределами внутренней полости корпуса. Например, устройства 12-17 размещены на корпусе 8 прибора, а также может быть обеспечена вибрационная развязка всего прибора в целом применением амортизирующих и демпфирующих устройств. При действии ускорения, например, по осям X, Y, Z одновременно (см. фиг. 2) инерционная масса 1 перемещается относительно исходного положения и оказывает давление на отрезки 2, 5, 6 оптического волокна. Интенсивность светового потока в этих отрезках изменяется за счет появления микроизгибов, вносящих потери в передаваемый свет от согласующих устройств 13, 14 до согласующих устройств 15, 16, причем интенсивность выходного света зависит от величины давления инерционной массы 1 на участки волокна, проходящего внутри корпуса 8. Light of nominal intensity from the electron-optical converter 12, the output of which is connected to the inputs of the matching devices 13, 14, passes through segments 2-7 of the optical fiber, the input ends of which are connected to the outputs of the matching devices 13, 14, and the output ends of which are connected to the inputs of the matching devices 15, 16 are converted into an electrical signal in an optoelectronic converter 17, the inputs of which are connected to the outputs of matching devices 15, 16, and the outputs are connected to the inputs of a code converter 18, the outputs of which are inens with computer inputs 19. The electrical signal received in the optoelectronic converter 17 is converted into a digital code in the code converter 18, and then fed to the input of the computer 19. In this case, the code supplied to the computer depends on the amount of light intensity in the fiber segments in the absence or presence of pressure on the corresponding segments of the fiber of inertial mass 1. The influence of possible vibration or shock noise can be reduced through the use of as short sections of the optical fiber as possible and the interior of the housing. For example, devices 12-17 are placed on the housing 8 of the device, and vibration isolation of the entire device as a whole can also be provided by the use of shock-absorbing and damping devices. Under the action of acceleration, for example, along the X, Y, Z axes at the same time (see Fig. 2), the inertial mass 1 moves relative to the initial position and puts pressure on the segments 2, 5, 6 of the optical fiber. The intensity of the light flux in these segments changes due to the appearance of microbends, which introduce losses into the transmitted light from matching devices 13, 14 to matching devices 15, 16, and the intensity of the output light depends on the pressure of the inertial mass 1 on the sections of the fiber passing inside the housing 8.

Техническое преимущество заявляемого изобретения заключается в следующем: обеспечивается одновременное измерение проекций ускорений по трем взаимно перпендикулярным осям; обеспечивается одновременное измерение проекций ускорений по двум взаимно перпендикулярным осям; обеспечивается возможность определения результирующего вектора ускорений; уменьшается действие нежелательных вибраций и влияние ударов на измерение. (56) 1. Патент США N 4671113, кл. G 01 P 15/08, 1987. The technical advantage of the claimed invention consists in the following: simultaneous measurement of projections of accelerations along three mutually perpendicular axes is provided; provides simultaneous measurement of projections of accelerations along two mutually perpendicular axes; it is possible to determine the resulting acceleration vector; the effect of unwanted vibrations and the impact of shocks on the measurement are reduced. (56) 1. U.S. Patent No. 4,671,113, cl. G 01 P 15/08, 1987.

2. Патент США N 4384487, кл. G 01 P 15/08, 1983. 2. US patent N 4384487, CL. G 01 P 15/08, 1983.

Claims

FIBER-OPTICAL ACCELEROMETER, containing a spherical sensitive mass located in the housing, an electronic-optical converter, an optical-electronic converter and a computer, characterized in that, in order to increase accuracy by eliminating the effects of vibration and vibration, , stops, code converter and matching devices, and the case is filled with liquid and is made with holes in which the hydraulic inputs are installed, through which at least six cuts of the optical fiber are installed on the inside of the housing, the supports that fix the optical fiber cuts are paired with three mutually perpendicular axes and are connected to the internal wall of the housing, the sensitive mass has negative buoyancy, the input ends of the cuts of the optical fiber are the ends are connected through matching devices with the inputs of the optoelectronic converter, the outputs of which are connected to the input of the code converter, the output of which is connected to the input computer home.