RU2240566C1 - Pendulum acceleration meter - Google Patents

Pendulum acceleration meter Download PDF

Info

Publication number
RU2240566C1
RU2240566C1 RU2003112191/28A RU2003112191A RU2240566C1 RU 2240566 C1 RU2240566 C1 RU 2240566C1 RU 2003112191/28 A RU2003112191/28 A RU 2003112191/28A RU 2003112191 A RU2003112191 A RU 2003112191A RU 2240566 C1 RU2240566 C1 RU 2240566C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
pendulum
outputs
pairs
microprocessor
light sources
Prior art date
Application number
RU2003112191/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003112191A (en
Inventor
Ю.Н. Власов (RU)
Ю.Н. Власов
В.К. Маслов (RU)
В.К. Маслов
С.Г. Цыганков (RU)
С.Г. Цыганков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений" filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений"
Priority to RU2003112191/28A priority Critical patent/RU2240566C1/en
Publication of RU2003112191A publication Critical patent/RU2003112191A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2240566C1 publication Critical patent/RU2240566C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Navigation (AREA)

Abstract

FIELD: measuring equipment engineering.
SUBSTANCE: device has pendulum fixed in hermetical body filled with working liquid, which pendulum is displaced from balanced position by effect from acceleration. Position of pendulum is tracked by two coordinates by two optical detectors, made in form of two couples of filament coils fixed on four sides of pendulum in pairs relatively to each other. Filament coils are optically matched in pairs to two coherent light sources and two photo-detectors in two interferometers. Effect from acceleration produces phase change of interfering beams of interferometers, which is measured by electronic system.
EFFECT: higher precision.
3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации.The invention relates to measuring equipment and can be used in inertial navigation systems.

Известен маятниковый акселерометр, в котором положение маятника отслеживается системой фотоэлектронного слежения [1].Known pendulum accelerometer, in which the position of the pendulum is tracked by a photoelectronic tracking system [1].

Недостатком аналога является влияние на результаты измерений положения маятника, а значит и величины ускорения, амплитудных факторов (измерения яркости источника света, старение фотоприемника, разъюстировка устройства и т.п.).The disadvantage of the analogue is the influence on the results of measurements of the position of the pendulum, and hence the magnitude of acceleration, amplitude factors (measuring the brightness of the light source, aging of the photodetector, misalignment of the device, etc.).

Известен маятниковый акселерометр с дисковым металлическим маятником и демпфирующим устройством. Угол поворота маятника измеряется с помощью оптического устройства, содержащего закрепленный на маятнике кодовый диск с радиальными сквозными прорезями, источник света и три фотоприемниика, оптически согласованные через кодовый диск [2].Known pendulum accelerometer with a disk metal pendulum and damping device. The angle of rotation of the pendulum is measured using an optical device containing a code disk mounted with a pendulum with radial through slots, a light source and three photodetectors optically matched through a code disk [2].

Выходной сигнал акселерометра носит здесь частотный характер, поэтому данный акселерометр свободен от недостатка аналога.The output signal of the accelerometer is of a frequency nature here, so this accelerometer is free from the lack of analog.

Однако аналогу [2] присущи недостатки, связанные с погрешностью дискретизации отклонения маятника, особенно значительной при малых значениях отклонения маятника под действием ускорения. Это обусловлено тем, что количество прорезей кодового диска на определенном угле отклонения маятника - конечно.However, analogue [2] has inherent disadvantages associated with the discretization error of the pendulum deviation, which is especially significant for small values of the pendulum deviation under the action of acceleration. This is due to the fact that the number of slots of the code disk at a certain angle of deviation of the pendulum is, of course.

Известен маятниковый акселерометр, содержащий корпус и закрепленный внутри корпуса маятник, а также два оптических датчика величины смещения маятника от положения равновесия, ориентированных в двух ортогональных направлениях, и выполненных в виде попарно оптически согласованных двух пар источников света и фотоприемников, подключенных выходами к входам усилителей, выходы которых соединены с микропроцессором, подключенным входом к регистратору [3].A pendulum accelerometer is known, comprising a housing and a pendulum fixed inside the housing, as well as two optical sensors of the pendulum displacement from the equilibrium position oriented in two orthogonal directions and made in the form of pairwise optically matched two pairs of light sources and photodetectors connected by outputs to the inputs of amplifiers, the outputs of which are connected to a microprocessor connected by an input to the recorder [3].

Данный акселерометр [3] принят за прототип.This accelerometer [3] is adopted as a prototype.

Достоинством прототипа по сравнению с аналогами [1, 2] является возможность измерения величины ускорения по двум координатам х, у.The advantage of the prototype compared with analogues [1, 2] is the ability to measure the magnitude of the acceleration in two coordinates x, y.

Недостатком прототипа является влияние на результаты измерений ускорения амплитудных факторов, как в аналоге [1].The disadvantage of the prototype is the influence on the measurement results of acceleration of amplitude factors, as in the analogue [1].

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение недостатка прототипа за счет измерения не амплитуды, а фазы оптического сигнала.The technical result obtained from the implementation of the invention is to eliminate the disadvantage of the prototype by measuring not the amplitude but the phase of the optical signal.

Данный технический результат получают за счет того, что в известном маятниковом акселерометре, содержащем корпус и закрепленный внутри корпуса маятник, а также два оптических датчика величины смещения маятника от положения равновесия, ориентированных в двух ортогональных направлениях, и выполненных в виде попарно оптически согласованных двух пар источников света и фотоприемников, подключенных выходами к входам усилителей, выходы которых соединены с микропроцессором, подключенным выходами к регистратору, на маятнике закреплены в ортогональной системе координат две пары волоконных катушек, попарно оптически связанных в два интерферометра с источниками света и фотоприемниками, при этом источники света выполнены когерентными, корпус - герметичным и заполненным рабочей жидкостью, а регистратор - в виде частотомера.This technical result is obtained due to the fact that in the well-known pendulum accelerometer containing a housing and a pendulum fixed inside the housing, as well as two optical sensors of the pendulum displacement from the equilibrium position, oriented in two orthogonal directions, and made in the form of pairwise optically matched two pairs of sources light and photodetectors connected by outputs to the inputs of amplifiers, the outputs of which are connected to a microprocessor, connected by outputs to a recorder, are fixed in the gonal system, two pairs of fiber coils coordinate pairs optically coupled in two interferometer with light sources and photodetectors, with the light sources are made coherent, body - sealed and filled with hydraulic fluid, and the registrar - a frequency counter.

Акселерометр может также содержать два датчика знака (направления) отклонения маятника в прямоугольной системе координат, подключенными выходами к микропроцессору.The accelerometer may also contain two sensors of the sign (direction) of the deviation of the pendulum in a rectangular coordinate system, connected outputs to the microprocessor.

Акселерометр может содержать фазосдвигающее устройство, установленное в одной из волоконных катушек, при этом выходы усилителей соединяют с микропроцессором через аналого-цифровые преобразователи (АЦП).The accelerometer may contain a phase-shifting device installed in one of the fiber coils, while the outputs of the amplifiers are connected to the microprocessor through analog-to-digital converters (ADCs).

В качестве рабочей жидкости используют дистиллированную воду, при этом корпус акселерометра выполняют из нержавеющей стали.Distilled water is used as the working fluid, while the accelerometer case is made of stainless steel.

Изобретение поясняется чертежом, на фиг.1 которого представлена конструктивная схема акселерометра, а на фиг.2 - его оптико-электронная схема.The invention is illustrated by the drawing, in Fig.1 which presents a structural diagram of the accelerometer, and in Fig.2 - its optical-electronic circuit.

Маятниковый акселерометр содержит корпус 1 (фиг.1) и закрепленный внутри корпуса на шарнире 2 маятник 3. Корпус 1 выполнен из нержавеющей стали герметичным. Корпус 1 заполнен дистиллированной водой 4.The pendulum accelerometer comprises a housing 1 (FIG. 1) and a pendulum 3 fixed inside the housing on a hinge 2. The housing 1 is made of stainless steel and sealed. Case 1 is filled with distilled water 4.

Имеется два оптических датчика смещения маятника от положения равновесия по направлению х, у под действием ускорения.There are two optical sensors for the displacement of the pendulum from the equilibrium position in the x, y direction under the action of acceleration.

Оптические датчики выполнены в виде двух пар волоконных катушек 5, 6 и 7, 8 из оптического волокна, расположенных на маятнике 3 с различных его сторон по прямоугольной системе координат х, у. (На фиг.1 волоконные катушки 7 и 8 слились на чертеже).The optical sensors are made in the form of two pairs of fiber coils 5, 6 and 7, 8 of optical fiber located on the pendulum 3 from its different sides in a rectangular coordinate system x, y. (In Fig. 1, the fiber coils 7 and 8 are merged in the drawing).

Имеются также два когерентных источника света 9, 10 (фиг.2), выполненные в виде светодиодов, и два фотоприемника 11, 12, выполненных в виде фотодиодов.There are also two coherent light sources 9, 10 (figure 2), made in the form of LEDs, and two photodetectors 11, 12, made in the form of photodiodes.

Источники 9, 10 света и фотоприемники 11, 12 оптически связаны через волоконные катушки 5, 6 и 7, 8 в два интерферометра.Light sources 9, 10 and photodetectors 11, 12 are optically coupled through fiber coils 5, 6 and 7, 8 into two interferometers.

Волоконные катушки 6, 8 интерферометров могут содержать фазосдвигающие устройства 13, 14.Fiber coils 6, 8 of interferometers may contain phase-shifting devices 13, 14.

Выходы фотоприемников 11, 12 подключены через последовательно соединенные усилители 15, 16 и АЦП 17, 18 к двум входам микропроцессора 19, выход которого подключен к регистратору 20, выполненному в виде частотомера.The outputs of the photodetectors 11, 12 are connected through series-connected amplifiers 15, 16 and the ADC 17, 18 to two inputs of the microprocessor 19, the output of which is connected to the recorder 20, made in the form of a frequency meter.

Когда реализуется основной пункт формулы изобретения для упрощения программы работы микропроцессора 19 целесообразно введение двух датчиков знака отклонения маятника 3 по координатам х, у, выполненных по любой известной схеме. Например, в виде цилиндрической капсулы с двумя парами электрических контактов у оснований капсулы, замыкаемых электропроводным шариком, расположенным внутри капсулы при наклоне последней. Капсулы закрепляются на конце маятника 3 (не показаны).When the main claim is implemented to simplify the microprocessor 19's program of work, it is advisable to introduce two sensors of the pendulum deviation sign 3 at the x, y coordinates, made according to any known scheme. For example, in the form of a cylindrical capsule with two pairs of electrical contacts at the base of the capsule, closed by an electrically conductive ball located inside the capsule when the latter is tilted. Capsules are fixed at the end of the pendulum 3 (not shown).

Провода к капсулам и оптические волокна к источникам света 9, 10 и фотоприемникам 11, 12 проходят внутри маятника 3 и выходят наружу корпуса 1. (На фиг.1 данная оптическая и электрическая связь не показаны).Wires to the capsules and optical fibers to the light sources 9, 10 and photodetectors 11, 12 pass inside the pendulum 3 and go outside the housing 1. (In Fig. 1, this optical and electrical connection is not shown).

Выходы усилителей 15, 16 могут быть соединены с исполнительными механизмами изделия, на котором используется акселерометр (например, ракете, торпеде, подвижном плавсредстве и т.п.) для корректировки величины скорости и направления его движения.The outputs of the amplifiers 15, 16 can be connected to the actuators of the product on which the accelerometer is used (for example, a rocket, a dashboard, a mobile craft, etc.) to adjust the magnitude of the speed and direction of its movement.

Маятниковый акселерометр работает в двух режимах: в режиме больших отклонений маятника (первые два пункта формулы изобретения) и малых (пункты 1, 2, 3 формулы изобретения).The pendulum accelerometer operates in two modes: in the mode of large deviations of the pendulum (the first two claims) and small (paragraphs 1, 2, 3 of the claims).

В первом режиме работы в акселерометре отсутствуют фазосдвигающее устройство 13, 14 и АЦП 17, 18. А выходные сигналы фотоприемников 11, 12 выглядят в виде интерференционных пиков.In the first mode of operation, the accelerometer does not have a phase shifter 13, 14 and ADC 17, 18. And the output signals of the photodetectors 11, 12 look like interference peaks.

Во втором режиме интерферометры работают в пределах четверти интерференционной полосы на квазилинейном участке интерференционной полосы. Предварительно с помощью фазосдвигающих устройств 13, 14 начальную разность фаз интерферирующих лучей устанавливают равной 90°. Аналоговый выходной сигнал с помощью АЦП 17, 18 преобразуют в цифровой для нормальной работы микропроцессора 19.In the second mode, interferometers operate within a quarter of the interference band in the quasilinear portion of the interference band. Previously, using phase shifting devices 13, 14, the initial phase difference of the interfering rays is set equal to 90 °. The analog output signal using the ADC 17, 18 is converted to digital for normal operation of the microprocessor 19.

Иногда целесообразно использовать две пары рассматриваемых интерферометров: по каждой из координат х, у использовать интерферометр для измерения малых и больших отклонений маятника 3. При этом программа работы микропроцессора 19 усложняется.Sometimes it is advisable to use two pairs of the considered interferometers: for each of the x, y coordinates, use an interferometer to measure small and large deviations of the pendulum 3. In this case, the program of operation of the microprocessor 19 is complicated.

Акселерометр работает следующим образом.The accelerometer works as follows.

Предварительно отградуированный акселерометр закрепляют на изделии. Начальное положение маятника 3 при этом может быть вертикальным или наклонным.A pre-calibrated accelerometer is attached to the product. The initial position of the pendulum 3 may be vertical or inclined.

При воздействии на изделие ускорения маятник 3, а с ним и волоконные катушки 5, 6 и 7, 8 придут в движение. При этом динамическое давление на одну из катушек (носовую) будет больше, чем на другую (кормовую). Например, при движении маятника 3 в направлении х давление на волоконную катушку 6 будет больше, чем на волоконную катушку 5 (фиг.1).When exposed to acceleration, the pendulum 3, and with it the fiber coils 5, 6 and 7, 8, will come into motion. In this case, the dynamic pressure on one of the coils (bow) will be greater than on the other (stern). For example, when the pendulum 3 moves in the x direction, the pressure on the fiber spool 6 will be greater than on the fiber spool 5 (Fig. 1).

В первом режиме работы интерферометров на их выходах появится частотный выходной сигнал. Частота сигнала несет информацию о скорости изменения измеряемой величины, а количество пиков - о ее величине. Информация поступает на микропроцессор 19 и частотомер 20.In the first mode of operation of interferometers, a frequency output signal will appear at their outputs. The signal frequency carries information about the rate of change of the measured value, and the number of peaks - about its value. Information is supplied to the microprocessor 19 and the frequency counter 20.

Во втором режиме - характер выходного сигнала - аналоговый. После преобразования в АЦП 17, 18 он также поступает на микропроцессор 19 и регистратор 20.In the second mode, the nature of the output signal is analog. After conversion to the ADC 17, 18, it also enters the microprocessor 19 and the recorder 20.

Для осуществления инерциальной автоматической навигации изделия (ракета, торпеда) сигнал с выхода усилителей 15, 16 или АЦП 17, 18 подается на соответствующие координатные исполнительные механизмы, снабженные соответствующими электронными блоками для преобразования поступающих сигналов (не показаны).To implement inertial automatic navigation of the product (rocket, torpedo), the signal from the output of amplifiers 15, 16 or ADC 17, 18 is fed to the corresponding coordinate actuators equipped with corresponding electronic units for converting incoming signals (not shown).

При этом все волоконные катушки 5, 6 и 7, 8 интерферометров находятся в одинаковых условиях по температуре, глубине и т.п., поэтому амплитудные факторы не будут влиять на результаты измерений. Чем достигается поставленный технический результат.Moreover, all fiber coils 5, 6 and 7, 8 of interferometers are in the same conditions in temperature, depth, etc., so the amplitude factors will not affect the measurement results. How is the technical result achieved.

Источники информацииSources of information

1. Заявка Японии №62 - 157574, кл. G 01 P 15/02, G 01 P 15/11, 1987.1. Japanese application No. 62 - 157574, cl. G 01 P 15/02, G 01 P 15/11, 1987.

2. Заявка ФРГ №4124031, кл. G 01 P 15/03, 1993.2. Application of Germany No. 4124031, class G 01 P 15/03, 1993.

3. Заявка Японии №62 - 233769, кл. G 01 P 15/11, 1987 - прототип.3. Japanese application No. 62 - 233769, cl. G 01 P 15/11, 1987 - prototype.

Claims (3)

1. Маятниковый акселерометр, содержащий корпус и закрепленный внутри корпуса маятник, а также два оптических датчика величины смещения маятника от положения равновесия, ориентированных в двух ортогональных направлениях, и выполненных в виде попарно оптически согласованных двух пар источников света и фотоприемников, подключенных выходами к входам усилителей, выходы которых соединены с микропроцессором, подключенным выходом к регистратору, отличающийся тем, что дополнительно содержит два датчика знака отклонения маятника в ортогональной системе координат, подключенных выходами к микропроцессору, а на маятнике закреплены в ортогональной системе координат две пары волоконных катушек попарно оптически связанных в два интерферометра с источниками света и фотоприемниками, при этом источники света выполнены когерентными, а корпус герметичным преимущественно из нержавеющей стали и заполненным рабочей жидкостью, преимущественно дистиллированной водой, а регистратор выполнен в виде частотомера, причем оптические волокна от волоконных катушек и электрические провода от датчика знака отклонения маятника проходят внутри маятника и выходят наружу корпуса.1. A pendulum accelerometer comprising a housing and a pendulum fixed inside the housing, as well as two optical sensors of the pendulum displacement from the equilibrium position oriented in two orthogonal directions and made in the form of pairwise optically matched two pairs of light sources and photodetectors connected by outputs to the inputs of amplifiers the outputs of which are connected to a microprocessor connected to the output of the registrar, characterized in that it further comprises two sensors of the sign of the deviation of the pendulum into the orthogonal coordinate system connected by the outputs to the microprocessor, and two pairs of fiber coils optically coupled in two interferometers with light sources and photodetectors fixed to the pendulum in an orthogonal coordinate system, while the light sources are made coherent, and the case is sealed mainly from stainless steel and filled with a working liquid, mainly distilled water, and the recorder is made in the form of a frequency meter, with optical fibers from fiber coils and electric wires from pendulum deviation sign sensors pass inside the pendulum and exit the housing. 2. Маятниковый акселерометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит фазосдвигающее устройство, установленное в одной из волоконных катушек, а выходы усилителей соединены с микропроцессором через аналого-цифровые преобразователи.2. The pendulum accelerometer according to claim 1, characterized in that it further comprises a phase-shifting device installed in one of the fiber coils, and the outputs of the amplifiers are connected to the microprocessor through analog-to-digital converters. 3. Маятниковый акселерометр по п.1 или 2, отличающийся тем, что каждый датчик знака отклонения маятника выполнен в виде цилиндрической капсулы, закрепленной на конце маятника, с двумя парами электрических контактов у основания капсулы и электропроводного шарика, расположенного внутри маятника и замыкающего контакты капсулы при наклоне последней.3. The pendulum accelerometer according to claim 1 or 2, characterized in that each pendulum deviation sign sensor is made in the form of a cylindrical capsule fixed to the end of the pendulum, with two pairs of electrical contacts at the base of the capsule and an electrically conductive ball located inside the pendulum and closing the capsule contacts when tilting the latter.
RU2003112191/28A 2003-04-28 2003-04-28 Pendulum acceleration meter RU2240566C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003112191/28A RU2240566C1 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Pendulum acceleration meter

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003112191/28A RU2240566C1 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Pendulum acceleration meter

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2003112191A RU2003112191A (en) 2004-10-27
RU2240566C1 true RU2240566C1 (en) 2004-11-20

Family

ID=34310786

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003112191/28A RU2240566C1 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Pendulum acceleration meter

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2240566C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN1205077A (en) Five-axis/six-axis laser measuring system
US10024656B2 (en) System and methods for highly integrated optical readout MEMS sensors
US5098190A (en) Meterology using interferometric measurement technology for measuring scale displacement with three output signals
US5099690A (en) Fiber-optic gyroscope accelerometer
CN103033202A (en) Phase-shifting high-speed low coherence interference demodulating device and method thereof
CN111175779A (en) System and method for accurately measuring target motion by coherent detection laser radar
US7224463B1 (en) Resolving quadrature fringes of interferometer signals in real time
RU2240566C1 (en) Pendulum acceleration meter
US5061069A (en) Fiber-optic bender beam interferometer accelerometer
US4572670A (en) Interferometric piezoelectric change of state monitor
CN108204827A (en) A kind of phase-shifted fiber grating demodulating system
US5044749A (en) Fiber-optic bender beam interferometer rate sensor
CN206399453U (en) A kind of signal receiving device and phase-shifted fiber grating demodulating system
RU2244259C1 (en) Opto-electronic inclinometer
SU763680A1 (en) Photoelectric unit for motion measuring device
SU1083070A2 (en) Interference device for measuring displacements
RU2236015C1 (en) Fluid accelerometer
SU1583735A1 (en) Indicating raster for four-channel photoelectric instrument transducer
JPS5512417A (en) Length meter
SU756194A1 (en) Device for measuring object motion parameters
SU665205A1 (en) Linear displacement pick-up
SU1610253A1 (en) Raster grid
RU1781618C (en) Accelerometer - morrison cube
SU479948A1 (en) Two-axis optical-electronic protractor
SU574741A1 (en) Photoelectric converter of shaft rotation angle to code

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20080429