RU2415382C1 - Катушка волоконно-оптического гироскопа - Google Patents
Катушка волоконно-оптического гироскопа Download PDFInfo
- Publication number
- RU2415382C1 RU2415382C1 RU2009148650/28A RU2009148650A RU2415382C1 RU 2415382 C1 RU2415382 C1 RU 2415382C1 RU 2009148650/28 A RU2009148650/28 A RU 2009148650/28A RU 2009148650 A RU2009148650 A RU 2009148650A RU 2415382 C1 RU2415382 C1 RU 2415382C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- coil
- fiber
- liquid
- fibre
- housing
- Prior art date
Links
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к измерительной технике, а именно к прецизионным волоконно-оптическим датчикам в системах ориентации подвижных объектов. Катушка волоконно-оптического гироскопа содержит закрытый корпус с заполнителем в виде жидкой среды, в которой помещено оптическое волокно в виде бухты. В качестве жидкой среды использована жидкость с плотностью, значение которой равно взвешенному среднему значению плотности материалов волокна, его оболочки для обеспечения гидростатического подвеса бухты волокна в жидком заполнителе, корпус закрыт компенсирующим устройством, которое выполнено в виде сильфона или мембраны. Бухта волокна закреплена в корпусе посредством упругих элементов, выполненных с возможностью перемещения бухты вдоль оси катушки, а корпус выполнен в виде герметичной кольцевой оболочки. Изобретение позволяет снизить в измерительных контурах напряжения, возникающие при действии вибрации, ударов и возникающие при температурных изменениях, что повышает точность и стабильность волоконно-оптических измерителей угловых скоростей. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к прецизионным волоконно-оптическим датчикам в системах ориентации подвижных объектов, а также измерительной технике.
В патенте GB 2299666A (Катушка для оптического волокна гироскопа) оптический гироскоп имеет наматывающуюся катушку из оптического волокна с многократными поворотами, которые изменяются по размеру с обеих сторон катушки. Повороты могут быть беспорядочно распределены по всей осевой и радиальной толщине катушки, чтобы уменьшить нагрузку, вызывая невзаимные изменения. Повороты на коническом ядре катушки нарушаются в направлении ее оси, когда ядро удалено. Катушка заключена, по крайней мере, частично в гель, защищающий ее от внешних сил. Гель может также иметь вложенные частицы типа воздушных пузырей или полых микросфер кварца, чтобы регулировать определенную вязкость и неподвижность. Волоконно-оптический гироскоп содержит жесткий корпус с размещенными в нем катушкой с гелем, который имеет модуль Юнга, постоянный в диапазоне рабочих температур гироскопа, и изменения температуры стеклования ниже температур рабочего диапазона гироскопа.
Это решение уменьшает воздействие от вибрации и ударов за счет геля, окружающего катушку, но недостаточно из-за малой гидростатической разгрузки волокон катушки.
Известна волоконно-оптическая катушка (патент JP 2001154032 от 6.08.2001), состоящая из оптического волокна, корпусной части, в которой в виде бухты размещены оптическое волокно, заполнитель, выполненный жидким либо полужидким.
Однако в этом решении нет данных по физическим свойствам жидкости и нет признаков присоединений концов катушки к волоконно-оптическому модулю, а также нет данных по стабильности формы при усадке заполнителя.
Известна волоконно-оптическая катушка (патент JP 200355146 от 9.10.2003) (прототип), которая установлена в закрытом корпусе, имеющем дно прямоугольной формы. Волоконно-оптическая катушка получена намоткой оптического волокна (DCF) и уложена таким образом, что изгибные напряжения в большей степени устранены. Оба конца волоконно-оптической катушки присоединены к соответствующим концам волокна соединителей. Корпус катушки наполнен заполнителем, который обволакивает волоконно-оптическую катушку таким образом, что катушка поддерживается заполнителем. Заполнителем служит сырая (влажная, жидкообразная) резина (каучук) типа полиуретановый гель, который в основном состоит из полиуретанового компаунда, усадка которого зависит от степени влажности. Задачей данного технического решения является обеспечение стабильности передаточной характеристики волоконно-оптической катушки. В известном техническом решении предусмотрено уменьшение изгибных напряжений в волокне за счет его амортизации полиуретановым гелем.
Однако при воздействии вибрации с большой частотой возможен сдвиг волокна в катушке, особенно при резонансных частотах, что приводит к снижению точности волоконно-оптического гироскопа.
Задачей изобретения является повышение стабильности точностных параметров волоконного световода и гироскопа в целом.
Поставленная задача достигается следующим образом. В катушке волоконно-оптического гироскопа, содержащей закрытый корпус с заполнителем в виде жидкой среды, в которой помещено оптическое волокно в виде бухты, в качестве жидкой среды использована жидкость с плотностью, значение которой равно взвешенному среднему значению плотности материалов волокна, его оболочки для обеспечения гидростатического подвеса бухты волокна в жидком заполнителе, корпус закрыт компенсирующим устройством. При этом устройство выполнено в виде сильфона или мембраны, а бухта волокна закреплена в корпусе посредством упругих элементов, выполненных с возможностью перемещения бухты вдоль оси катушки, а корпус выполнен в виде герметичной кольцевой оболочки.
Признаки, отличающие заявляемое техническое решение от прототипа, - использование в качестве жидкого заполнителя жидкости с плотностью, равной взвешенному среднему значению плотности материала волокна и оболочки, что обеспечивает возможность нахождения бухты волокна в плавучем состоянии внутри жидкого заполнителя. При этом выполняется условие гидростатической разгрузки сил, действующих на волокно, и тем самым создается гидростатический подвес бухты волокна в жидком заполнителе, а это приводит к уменьшению воздействий на волокно при вибрациях с большой частотой и особенно при резонансных частотах. В результате происходит снижение и стабилизация напряжений в волокне, что повышает точностные параметры гироскопа.
Выполнение внутрикорпусного объема герметически закрытым с использованием устройства, выполненного с возможностью компенсации изменения давления в жидком заполнителе путем расширения его объема, позволяет сохранить стабильными напряжения в волокне, что влияет на точность измерений.
Закрепление волокна в корпусе посредством упругих элементов, которые выполнены с обеспечением перемещения бухты вдоль оси катушки, дает возможность стабилизировать положение бухты волокна в жидком заполнителе при изменениях давления в нем с последующим расширением его объема, а также при вибрациях и ударах, что не дает возникнуть в волокне дополнительным напряжениям, приводящим к снижению точности измерения.
Выполнение корпуса в виде герметичной кольцевой оболочки обеспечивает уменьшение нагрузки, вызванной силой инерции жидкости, находящейся между корпусом и бухтой.
Устройство предлагаемой катушки для волоконно-оптического гироскопа поясняется чертежом.
Катушка волоконно-оптического гироскопа (см. чертеж) состоит из оптического волокна в виде бухты 1, которая помещена в корпус 2, в котором бухта 1 закреплена посредством упругого элемента 3, выполненного в виде опор плоскопараллельного типа с обеспечением возможности перемещения бухты 1 вдоль оси катушки. Корпус 2 заполнен жидкой средой - заполнителем 4 - и сверху закрыт устройством 5, выполненным в виде сильфона или мембраны (мембранной коробки) и предназначенным для компенсации изменения давления в жидком заполнителе путем расширения его объема. Устройство 5 закреплено на торце корпуса 2, в стенке которого выполнены ввод и вывод 6 оптического волокна 1 и заливное отверстие, снабженное трубкой 7. Корпус 2 может быть выполнен в виде цилиндрической или кольцевой оболочки.
В предлагаемой катушке волоконно-оптического гироскопа в качестве жидкой среды - жидкого заполнителя 4 - предлагается использовать жидкость, значение плотности которой равно взвешенному среднему значению плотности материала волокна и его оболочки для обеспечения гидростатического подвеса бухты 1 волокна в жидком заполнителе. При этом выполняется условие гидростатической разгрузки сил, действующих на бухту волокна.
Катушка с волокном испытывает со стороны жидкости действие силы, равное весу вытесненной ею жидкости. Эта сила направлена вверх и проходит через центр масс вытесненной жидкости. На волоконную бухту 1 в состоянии равновесия вдоль ее оси действует сила инерции Qk и выталкивающая сила жидкости: Рж=γжV,
Dн, Dв - наружный, внутренний диаметры катушки,
h - высота катушки,
γж=γж0(1-αtΔt) - удельный вес жидкости, (γ=ρ·α), ρ - плотность жидкости,
α=n·g,
n - перегрузка от действия вибрации, удара,
Δt - изменение температуры, °C,
αt - температурный коэффициент изменения удельного веса жидкости (0,8-1)*10-3 °C-1.
(Гироскопические системы. Элементы гироскопических приборов. Е.А.Никитин, С.А.Шестов, В.А.Матвеев. Под ред. Д.С.Пельпора - М.: Высшая школа. 1988, с.-211).
Условие гидростатической разгрузки катушки можно записать в виде:
где L - длина оптического волокна в катушке волоконно-оптического гироскопа (L=500…1000 м).
В качестве жидкости можно применять тяжелые органические жидкости, такие как полиметилсилоксановая жидкость (ПМС-1,5, Б1П). У этой жидкости (Б1П) значение плотности равно ρ=1960 кг/м3 при t=20°C и ρ=1867 кг/м3 при t=70°C (Детали и узлы гироскопических приборов. Атлас конструкции, М. Машиностроение, 1975, с.341).
Для волокна в виде световода марки PANDA с диаметром кварца, равным 0,08 мм, и наружным диаметром оболочки d0=0.12 мм взвешенное значение плотности равно .
Технический результат заявляемого изобретения по сравнению с прототипом позволяет снизить в измерительных контурах напряжения, возникающие при действии вибрации, ударов и возникающие при температурных изменениях, что повышает точность и стабильность волоконно-оптических измерителей угловых скоростей.
Claims (3)
1. Катушка волоконно-оптического гироскопа, содержащая закрытый корпус с заполнителем в виде жидкой среды, в которой помещено оптическое волокно в виде бухты, отличающаяся тем, что в качестве жидкой среды использована жидкость с плотностью, значение которой равно взвешенному среднему значению плотности материалов волокна, его оболочки для обеспечения гидростатического подвеса бухты волокна в жидком заполнителе, корпус закрыт компенсирующим устройством.
2. Катушка волоконно-оптического гироскопа по п.1, отличающаяся тем, что компенсирующее устройство выполнено в виде сильфона или мембраны, а бухта волокна закреплена в корпусе посредством упругих элементов, выполненных с возможностью перемещения бухты вдоль оси катушки.
3. Катушка волоконно-оптического гироскопа по п.2, отличающаяся тем, что корпус выполнен в виде герметичной кольцевой оболочки.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009148650/28A RU2415382C1 (ru) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Катушка волоконно-оптического гироскопа |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2009148650/28A RU2415382C1 (ru) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Катушка волоконно-оптического гироскопа |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2415382C1 true RU2415382C1 (ru) | 2011-03-27 |
Family
ID=44052942
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2009148650/28A RU2415382C1 (ru) | 2009-12-29 | 2009-12-29 | Катушка волоконно-оптического гироскопа |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2415382C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783470C1 (ru) * | 2022-02-01 | 2022-11-14 | Александр Александрович Скрипкин | Волоконно-оптический гироскоп |
-
2009
- 2009-12-29 RU RU2009148650/28A patent/RU2415382C1/ru not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2783470C1 (ru) * | 2022-02-01 | 2022-11-14 | Александр Александрович Скрипкин | Волоконно-оптический гироскоп |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP0660082A1 (en) | Coil mounting arrangement for fiber optic gyroscope | |
GB2299666A (en) | Coil for a fiber-optic gyroscope | |
CN100405015C (zh) | 一种具有高抗振性能的光纤陀螺惯性测量系统 | |
JP5389664B2 (ja) | 寄生モード減衰を有する振動ジャイロ | |
KR101332136B1 (ko) | 가속도 측정 센서 | |
EP1415127B1 (en) | Isolated resonator gyroscope | |
US9227833B2 (en) | Vibration isolated MEMS structures and methods of manufacture | |
US20160238389A1 (en) | Axially symmetric coriolis vibratory gyroscope (variants) | |
US9121865B2 (en) | Hung mass accelerometer with differential Eddy current sensing | |
CN104296856A (zh) | 增敏平台光纤光栅振动传感器 | |
US20090323075A1 (en) | Flexural disc fiber optic sensor | |
CN116380032B (zh) | 光纤陀螺及其温度自补偿方法 | |
US5444534A (en) | Coil mounting arrangement for fiber optic gyroscope | |
CN113432591A (zh) | 一种基于磁流体的无张紧力空芯微结构光纤环圈绕制方法 | |
RU2415382C1 (ru) | Катушка волоконно-оптического гироскопа | |
CN110849365A (zh) | 一种捷联惯导系统的惯性组件 | |
Song et al. | Advanced interferometric fiber optic gyroscope for inertial sensing: A review | |
JP2010031953A (ja) | 圧縮コイルばねによる制振・防振装置 | |
RU121364U1 (ru) | Амортизированный блок датчиков первичной информации бесплатформенных инерциальных навигационных систем | |
Brown et al. | High-sensitivity, fiber-optic, flexural disk hydrophone with reduced acceleration response | |
CN214308641U (zh) | 一种不受运输振动影响的光纤光栅倾角传感器 | |
US11835406B2 (en) | Optical fiber sensing device having a symmetric optical fiber arrangement | |
RU2342683C2 (ru) | Способ гравиметрических измерений и струнный гравиметр | |
Feng et al. | A theoretical and experimental study on temperature dependent characteristics of silicon MEMS gyroscope drive mode | |
US3924474A (en) | Angular rate sensor |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20141230 |