RU2539681C1 - Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect - Google Patents

Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect Download PDF

Info

Publication number
RU2539681C1
RU2539681C1 RU2013134964/28A RU2013134964A RU2539681C1 RU 2539681 C1 RU2539681 C1 RU 2539681C1 RU 2013134964/28 A RU2013134964/28 A RU 2013134964/28A RU 2013134964 A RU2013134964 A RU 2013134964A RU 2539681 C1 RU2539681 C1 RU 2539681C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical radiation
optical
fiber
optic
linear acceleration
Prior art date
Application number
RU2013134964/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2013134964A (en
Inventor
Владимир Игоревич Бусурин
Максим Александрович Жеглов
Александр Викторович Казарьян
Вадим Викторович Коробков
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ)
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 бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ)
Priority to RU2013134964/28A priority Critical patent/RU2539681C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2539681C1 publication Critical patent/RU2539681C1/en
Publication of RU2013134964A publication Critical patent/RU2013134964A/en

Links

Images

Landscapes

  • Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)

Abstract

FIELD: physics.
SUBSTANCE: fibre-optic linear acceleration converter consists of two optical radiation receiving-transmitting channels and a sensitive element which includes two optical radiation orientation devices made of quartz glass in the form of a parallelepiped, partially coated by mirror spray, and an optical radiation absorption device which is cantilever-fitted through a spacer between the optical radiation orientation devices and is in the form of a beam made of light-absorbing material with a load attached at its end. Between the orientation devices at the opposite side of the absorption device there is a spacer which provides a gap between said devices, wherein the mirror spray is absent on regions corresponding to the rectangular projection of the cantilever-fitted beam on the surface of the optical radiation orientation devices.
EFFECT: invention broadens functional capabilities of the fibre-optic converter based on the optical tunnelling effect to enable measurement of linear acceleration.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам измерения линейного ускорения летательных аппаратов аэрокосмической техники.The invention relates to the field of instrumentation, in particular to devices for measuring the linear acceleration of aircraft of aerospace engineering.

Известен волоконно-оптический преобразователь давления, состоящий из источника оптического излучения, световода, передающего оптическое излучение от источника оптического излучения к волоконно-оптическому ответвителю, волоконно-оптического ответвителя, световода, передающего оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя к чувствительному элементу и обратно, чувствительного элемента, состоящего из призмы полного внутреннего отражения и отражательной мембраны, световода, передающего оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя к приемнику оптического излучения, приемника оптического излучения, блока обработки информации (прототип (Бусурин В.И., Жеглов М.А., Казарьян А.В. Волоконно-оптический преобразователь давления. Патент на изобретение №2457453 от 27 июля 2012 г., БИ №21)).Known fiber optic pressure transducer, consisting of an optical radiation source, a fiber transmitting optical radiation from an optical radiation source to a fiber optic coupler, a fiber optic coupler, a fiber transmitting optical radiation from a fiber optic coupler to a sensitive element and vice versa, sensitive element consisting of a prism of total internal reflection and a reflective membrane, a fiber that transmits optical radiation from fiber optical coupler to the optical radiation receiver, optical radiation receiver, information processing unit (prototype (Busurin V.I., Zheglov M.A., Kazaryan A.V. Fiber-optic pressure transducer. Patent for the invention No. 2457453 dated July 27, 2012 ., BI No. 21)).

Технический результат, создаваемый изобретением, - расширение функциональных возможностей волоконно-оптического преобразователя на основе оптического туннельного эффекта для обеспечения измерения линейного ускорения.The technical result created by the invention is the expansion of the functionality of a fiber-optic converter based on an optical tunnel effect to provide linear acceleration measurements.

Для достижения указанного результата предлагается волоконно-оптический преобразователь, состоящий из основного канала приемо-передачи оптического излучения, включающего волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического и приемником оптического излучения, соединенного электрически с блоком обработки информации и оптически, через световод, с чувствительным элементом, включающим в себя устройство ориентации оптического излучения, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытого зеркальным напылением, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введены устройство поглощения оптического излучения и дополнительное устройство ориентации оптического излучения, при этом устройство поглощения оптического излучения консольно-закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце, кроме того, между устройствами ориентации оптического излучения с противоположной стороны относительно устройства поглощения оптического излучения, введена прокладка, обеспечивающая зазор между устройствами ориентации оптического излучения, при этом зеркальное напыление отсутствует на областях, соответствующих прямоугольной проекции консольно закрепленной балки на поверхности устройств ориентации оптического излучения, волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения содержит дополнительный канал приемо-передачи оптического излучения, соединенный оптически, через световод, с дополнительным устройством ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации.To achieve this result, a fiber-optic converter is proposed, consisting of a main channel for receiving and transmitting optical radiation, including a fiber-optic coupler connected by optical fibers to an optical source and an optical radiation receiver, connected electrically to the information processing unit and optically, through a fiber, with a sensitive an element including an optical radiation orientation device made of quartz glass in the shape of a parallelepiped, partially coated which is characterized by the fact that an optical absorption device and an additional optical radiation orientation device are introduced into the sensitive element, while the optical radiation absorption device is cantilevered through spacers between the optical radiation orientation devices and made in the form of a beam of light-absorbing material with a load, fixed at its end, in addition, between optical radiation orientation devices from the opposite side relative to the device In order to absorb optical radiation, a spacer was introduced to provide a gap between the optical radiation orientation devices, while mirror spraying is absent on the areas corresponding to the rectangular projection of the cantilever beam on the surface of the optical radiation orientation devices, the fiber-optic linear acceleration converter contains an additional optical transmission and reception channel radiation connected optically through an optical fiber with an additional optical orientation device radiation and electrically with an information processing unit.

Применение вместо отражательной мембраны устройства поглощения оптического излучения, выполненного в виде консольно закрепленной балки из светопоглощающего материала с грузом на ее свободном конце, введение дополнительного устройства ориентации оптического излучения, введение дополнительного канала приемо-передачи оптического излучения позволит обеспечить высокую чувствительность волоконно-оптического преобразователя к воздействию линейного ускорения.The use of an optical radiation absorption device instead of a reflective membrane made in the form of a cantilever beam of light-absorbing material with a load at its free end, the introduction of an additional optical radiation orientation device, the introduction of an additional optical radiation reception and transmission channel will ensure high sensitivity of the fiber-optic converter to the effects of linear acceleration.

На фиг.1 представлена структурная схема волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта.Figure 1 presents the structural diagram of a fiber optic linear acceleration converter based on the optical tunnel effect.

На фиг.2 представлена конструкция чувствительного элемента волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта.Figure 2 shows the design of the sensor element of the fiber-optic linear acceleration converter based on the optical tunneling effect.

Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта содержит два канала приемо-передачи оптического излучения, включающие источники оптического излучения 1, световоды 2, передающие оптическое излучение от источников 1 к волоконно-оптическим ответвителям 3, световоды 4, осуществляющие передачу оптического излучения от волоконно-оптических ответвителей 3 к чувствительному элементу 5 и обратно, световоды 6, передающие оптическое излучение от волоконно-оптических ответвителей 3 к приемникам оптического излучения 7, блок обработки информации 8. Блок обработки информации 8 осуществляет расчет измеренного значения ускорения аизм, соответствующего значению ускорения на входе авх.The fiber-optic linear acceleration converter based on the optical tunneling effect contains two optical radiation reception and transmission channels, including optical radiation sources 1, optical fibers 2, transmitting optical radiation from sources 1 to optical fiber couplers 3, optical fibers 4, transmitting optical radiation from fiber optic couplers 3 to the sensing element 5 and vice versa, optical fibers 6 transmitting optical radiation from fiber optic couplers 3 to the receivers about pticheskogo radiation 7, the information processing unit 8. The data processing unit 8 carries out the calculation of the measured acceleration values and edited corresponding to the value of acceleration at the inlet and Rin.

Чувствительный элемент 5 волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта состоит из двух устройств ориентации оптического излучения 9, устройства поглощения оптического излучения и прокладок 10, расположенных между устройствами ориентации оптического излучения, а также между ними и устройством поглощения оптического излучения. Устройство поглощения оптического излучения включает консольно закрепленную балку 11 из кварцевого стекла, покрытую светопоглощающим составом, и груза 12, закрепленного на свободном конце балки.The sensitive element 5 of the fiber-optic linear acceleration converter based on the optical tunneling effect consists of two optical radiation orientation devices 9, an optical radiation absorption device and spacers 10 located between the optical radiation orientation devices, and also between them and the optical radiation absorption device. The optical radiation absorption device includes a cantilevered beam of quartz glass 11, coated with a light-absorbing composition, and a load 12, mounted on the free end of the beam.

Устройства ориентации оптического излучения 9 выполнены в виде параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылениям, исключая области над и под устройством поглощения оптического излучения.The optical radiation orientation device 9 is made in the form of quartz glass parallelepipeds coated with mirror coatings, excluding the areas above and below the optical radiation absorption device.

Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта работает следующим образом. Источник оптического излучения 1 генерирует оптическое излучение заданной мощности и подает его в световод 2, который передает оптическое излучение к волоконно-оптическому ответвителю 3. Волоконно-оптический ответвитель 3 обеспечивает передачу оптического излучения из световода 2 в световод 4. По световоду 4 оптическое излучение вводится в устройство ориентации оптического излучения 9. В зависимости от зазора между устройством ориентации оптического излучения 9 и консольно закрепленной балкой, выполненной из светопоглощающего материала 11, за счет оптического туннельного эффекта, часть оптического излучения покинет устройство ориентации оптического излучения, через области, где отсутствует зеркальное напыление. Зазор между консольно закрепленной балкой из светопоглощающего материала 11 и устройствами ориентации оптического излучения 9 может меняться под действием линейного ускорения авх, воздействующего на груз 12, закрепленный на свободном конце балки 11, что приводит к изменению потока оптического излучения, распространяющегося в каждом из устройств ориентации оптического излучения 9 и передаваемого к приемникам оптического излучения 7. Оптическое излучение, которое останется в устройстве ориентации оптического излучения, отразившись от грани, расположенной напротив световода 4, вернется обратно в световод 4 и через волоконно-оптический ответвитель 3 попадет в световод 6, а затем на приемник оптического излучения 7, где преобразуется в электрический сигнал. Блок обработки информации 8 преобразует электрический сигнал с обоих каналов в измеренное значение линейного ускорения аизм.The fiber-optic linear acceleration converter based on the optical tunneling effect works as follows. The optical radiation source 1 generates optical radiation of a given power and delivers it to the optical fiber 2, which transmits the optical radiation to the optical fiber coupler 3. The optical fiber coupler 3 transfers optical radiation from the optical fiber 2 to the optical fiber 4. Through the optical fiber 4, optical radiation is introduced into optical radiation orientation device 9. Depending on the gap between the optical radiation orientation device 9 and a cantilever beam made of light-absorbing material 11, due to the optical tunneling effect, part of the optical radiation leaves the device orientation of the optical radiation through the region where no mirror sputtering. The gap between the cantilever fixed beam of light absorbing material 11 and the devices orientation of optical radiation 9 may vary under the influence of the linear acceleration and Rin acting on the load 12 attached to the free end of the beam 11, which leads to a change of the optical radiation flux propagating in each of the orientation devices optical radiation 9 and transmitted to the receivers of optical radiation 7. Optical radiation that will remain in the device orientation of the optical radiation, reflected from Ani located opposite the optical fiber 4 will return back to the optical fiber 4 and, through the optical fiber coupler 3, will enter the optical fiber 6, and then to the optical radiation receiver 7, where it is converted into an electric signal. The information processing unit 8 converts the electrical signal from both channels into a measured value of linear acceleration a meas .

Изобретение может быть использовано для измерения линейного ускорения подвижных объектов.The invention can be used to measure the linear acceleration of moving objects.

Claims (1)

Волоконно-оптический преобразователь, состоящий из основного канала приемо-передачи оптического излучения, включающего волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником и приемником оптического излучения, при этом канал приемо-передачи оптического излучения соединен электрически с блоком обработки информации и оптически, через световод, с чувствительным элементом, включающим в себя устройство ориентации оптического излучения, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытого зеркальным напылением, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введены устройство поглощения оптического излучения и дополнительное устройство ориентации оптического излучения, при этом устройство поглощения оптического излучения консольно-закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце, кроме того, между устройствами ориентации оптического излучения с противоположной стороны относительно устройства поглощения оптического излучения, введена прокладка, обеспечивающая зазор между устройствами ориентации оптического излучения, при этом зеркальное напыление отсутствует на областях, соответствующих прямоугольной проекции консольно закрепленной балки на поверхности устройств ориентации оптического излучения, волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения содержит дополнительный канал приемо-передачи оптического излучения, соединенный оптически, через световод, с дополнительным устройством ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации. A fiber-optic converter, consisting of a main channel for receiving and transmitting optical radiation, including a fiber-optic coupler connected by optical fibers to a source and receiver of optical radiation, wherein the channel for receiving and transmitting optical radiation is electrically connected to the information processing unit and optically, through the light guide, with a sensitive element including an optical radiation orientation device made of quartz glass in the shape of a parallelepiped partially coated with a mirror sputtering, characterized in that the optical radiation absorption device and an additional optical radiation orientation device are introduced into the sensitive element, while the optical radiation absorption device is cantilevered through spacers between the optical radiation orientation devices and made in the form of a beam of light-absorbing material with a load fixed at its end, in addition, between optical radiation orientation devices on the opposite side with respect to the absorption device of optical radiation, a spacer was introduced to provide a gap between the optical radiation orientation devices, while mirror spraying is absent on the areas corresponding to the rectangular projection of a cantilever beam on the surface of the optical radiation orientation devices, the fiber-optic linear acceleration converter contains an additional optical radiation reception and transmission channel optically connected through an optical fiber with an additional device for orienting optical radiation and electric electrically with an information processing unit.
RU2013134964/28A 2013-07-26 2013-07-26 Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect RU2539681C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013134964/28A RU2539681C1 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013134964/28A RU2539681C1 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2539681C1 true RU2539681C1 (en) 2015-01-20
RU2013134964A RU2013134964A (en) 2015-02-10

Family

ID=53281415

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013134964/28A RU2539681C1 (en) 2013-07-26 2013-07-26 Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2539681C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2607731C1 (en) * 2015-09-16 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) Angular velocity and linear acceleration micro-opto-electromechanical three-axis sensor
RU2758814C1 (en) * 2021-04-30 2021-11-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» Micro-opto-electromechanical compensation converter of linear accelerations with circuits of coarse-precise stabilization of the sensitive element

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5276322A (en) * 1990-10-17 1994-01-04 Edjewise Sensor Products, Inc. Fiber optic accelerometer
RU2146373C1 (en) * 1995-08-02 2000-03-10 Петр Афанасьевич Демьяненко Fiber-optical acceleration transducer
JP2000292433A (en) * 1999-04-05 2000-10-20 Japan Science & Technology Corp Optical vibration sensor and optical vibration evaluation method
KR20070013734A (en) * 2005-07-27 2007-01-31 사단법인 한국콘크리트학회 Acceleration and inclination measurement system based on fiber bragg gratings
RU2454645C1 (en) * 2010-12-17 2012-06-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А.Благонравова Ран Apparatus for measuring vibration acceleration
RU2457453C1 (en) * 2010-12-13 2012-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) Fibre-optic pressure transducer
CN102707091A (en) * 2012-06-12 2012-10-03 中国科学院半导体研究所 Double-grating optical fiber vector accelerometer based on cantilever beam

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5276322A (en) * 1990-10-17 1994-01-04 Edjewise Sensor Products, Inc. Fiber optic accelerometer
RU2146373C1 (en) * 1995-08-02 2000-03-10 Петр Афанасьевич Демьяненко Fiber-optical acceleration transducer
JP2000292433A (en) * 1999-04-05 2000-10-20 Japan Science & Technology Corp Optical vibration sensor and optical vibration evaluation method
KR20070013734A (en) * 2005-07-27 2007-01-31 사단법인 한국콘크리트학회 Acceleration and inclination measurement system based on fiber bragg gratings
RU2457453C1 (en) * 2010-12-13 2012-07-27 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (государственный технический университет) (МАИ) Fibre-optic pressure transducer
RU2454645C1 (en) * 2010-12-17 2012-06-27 Учреждение Российской Академии Наук Институт Машиноведения Им. А.А.Благонравова Ран Apparatus for measuring vibration acceleration
CN102707091A (en) * 2012-06-12 2012-10-03 中国科学院半导体研究所 Double-grating optical fiber vector accelerometer based on cantilever beam

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2607731C1 (en) * 2015-09-16 2017-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) Angular velocity and linear acceleration micro-opto-electromechanical three-axis sensor
RU2758814C1 (en) * 2021-04-30 2021-11-02 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» Micro-opto-electromechanical compensation converter of linear accelerations with circuits of coarse-precise stabilization of the sensitive element

Also Published As

Publication number Publication date
RU2013134964A (en) 2015-02-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CA2288746C (en) Distributed sensing system
CN102798411B (en) System and method for distributed optical fibre sensing measurement based on Brillouin scattering
US4713538A (en) Optical fiber apparatus and method for remotely measuring an external parameter from a monitoring position
CN101634571B (en) Optical pulse raster distributed fiber sensing device
CN107036733B (en) The many reference amounts Distributed Measurement System and measurement method of twin-core dim light grid array based on dark pulse light source
CN201876324U (en) Double-light source light path structure of distributed optical fiber Raman temperature sensor
CN106769736B (en) Dust concentration measurement system
CN101995227B (en) Optical path autocorrelator for distributed optical fiber strain sensing measurement
CN202648830U (en) A distributed fiber sensing device based on Brillouin scattering
CN103591971A (en) Positioning method and system of fiber grating
CN102162742A (en) Quasi-distribution optical fiber white-light strain sensing and demodulation device based on nonequilibrium Michelson interferometer
CN103940360A (en) Strain monitoring device based on cascade chirped fiber gratings
CN102721484A (en) Distributed optical fiber sensing device based on brillouin scattering
CN103712564A (en) Reflection type optical fiber displacement sensor based on Y-shaped optical fiber coupler and self-focusing lens
CN105241482A (en) Active fiber grating sensor wavelength demodulation system and method
CN204256266U (en) A kind of common light path Feisuo interferometer type light path correlator based on optical fibre ring catoptron
RU2539681C1 (en) Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect
RU2544885C1 (en) Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed
CN102494799B (en) Dual-wavelength optical delay optical fiber temperature sensor
CN102135437B (en) Method and device for inquiring signals by unbalanced Mach-Zehnder interferometer
CN102012284A (en) Photoelectronic device for distributed optical fiber temperature sensor
CN107727122B (en) Double-end detection combined Raman and Brillouin scattering distributed optical fiber sensing device
RU2457453C1 (en) Fibre-optic pressure transducer
CN106225949A (en) Wavelength-division multiplex dual-wavelength optical-fiber delay temperature sensor
CN107101697B (en) A kind of device of quasi-distributed optical fiber liquid level sensor and its method for measuring liquid level