RU2544885C1 - Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed - Google Patents

Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed Download PDF

Info

Publication number
RU2544885C1
RU2544885C1 RU2013146847/28A RU2013146847A RU2544885C1 RU 2544885 C1 RU2544885 C1 RU 2544885C1 RU 2013146847/28 A RU2013146847/28 A RU 2013146847/28A RU 2013146847 A RU2013146847 A RU 2013146847A RU 2544885 C1 RU2544885 C1 RU 2544885C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical radiation
information processing
devices
optical
processing unit
Prior art date
Application number
RU2013146847/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Владимир Игоревич Бусурин
Максим Александрович Жеглов
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 RU2013146847/28A priority Critical patent/RU2544885C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2544885C1 publication Critical patent/RU2544885C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Gyroscopes (AREA)

Abstract

FIELD: measurement equipment.
SUBSTANCE: invention relates to the field of instrument making and relates to an angular speed sensor. The sensor comprises a fibre-optic coupler, connected by light guides with a source and a receiver of optical radiation. The radiation receiver is connected to a unit of information processing and a sensitive element. The sensitive element includes a centrally fixed beam and four devices of optical radiation orientation, symmetrically arranged opposite to two opposite horizontal planes of the beam. The beam is made of piezomaterial with a light absorbing coating applied opposite to horizontal planes of optical radiation orientation devices. The orientation devices are made of quartz sand and are partially coated with mirror sputtering. Mirror sputtering is not available on areas corresponding to rectangular projection of the beam to surfaces of orientation devices.
EFFECT: expansion of functional capabilities of a sensor.
2 dwg

Description

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения угловой скорости летательных аппаратов аэрокосмической техники.The invention relates to the field of instrumentation and is intended to measure the angular velocity 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., Казаръян 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 угловой скорости.The technical result created by the invention is the expansion of the functionality of a fiber-optic transducer based on an optical tunnel effect to provide measurement of angular velocity.

Для достижения указанного результата предлагается микро-опто-электромеханический 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 покрытое зеркальным напылением, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введена центрально-закрепленная балка и три дополнительных устройства ориентации оптического излучения, расположенных симметрично относительно геометрического цента балки, при этом с каждой стороны горизонтальной плоскости балки расположены два устройства ориентации оптического излучения, прикрепленные зеркально расположенными малыми боковыми гранями к стойке, торцевая часть которой опирается на балку, центрально-закрепленная балка выполнена из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием в местах, расположенных напротив горизонтальных плоскостей устройств ориентации оптического излучения, и электрическими контактами, расположенными с обоих торцов балки, между устройствами ориентации оптического излучения, расположенными с противоположных сторон относительно горизонтальной плоскости балки, введены прокладки, обеспечивающие зазор между устройствами ориентации оптического излучения, при этом зеркальное напыление отсутствует на областях устройства ориентации оптического излучения, соответствующих прямоугольной проекции балки на поверхности устройств ориентации оптического излучения, микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости дополнительно содержит три канала приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из трех дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, устройство управления, соединенное с блоком обработки информации и электрическими контактами центрально-закрепленной балки.To achieve this result, a micro-opto-electromechanical 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 element including an optical radiation orientation device made of quartz glass in the shape of a parallelepiped, hours typically coated with a mirror coating, characterized in that a centrally fixed beam and three additional optical radiation orientation devices are arranged symmetrically with respect to the geometric center of the beam, and two optical radiation orientation devices are mounted on each side of the horizontal plane of the beam, mounted mirror-mounted small lateral faces to the rack, the end part of which rests on the beam, the centrally fixed beam is made of piezoelectric material with a light-absorbing coating in places opposite the horizontal planes of the optical radiation orientation devices and electrical contacts located on both ends of the beam between the optical radiation orientation devices located on opposite sides with respect to the horizontal plane of the beam, spacers are introduced to provide a gap between the optical orientation devices radiation, while mirror spraying is absent on the areas of the optical orientation device radiation corresponding to the rectangular projection of the beam on the surface of the optical radiation orientation devices, the micro-opto-electromechanical angular velocity sensor additionally contains three optical radiation reception and transmission channels, each of which is connected optically, through a light guide, to one of three additional optical radiation orientation devices and electrically with an information processing unit, a control device connected to the information processing unit and the electrical contacts is centrally fixed Noah beam.

Применение вместо отражательной мембраны центрально-закрепленной балки из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, трех дополнительных устройств ориентации оптического излучения, трех дополнительных каналов приемо-передачи оптического излучения и устройства управления позволит обеспечить чувствительность микро-опто-электромеханического преобразователя к воздействию угловой скорости.The use of a centrally fixed piezo-material beam with a light-absorbing coating instead of a reflective membrane, three additional optical radiation orientation devices, three additional optical radiation reception and transmission channels, and a control device will ensure the sensitivity of the micro-optoelectromechanical converter to the effects of angular velocity.

На фиг.1 представлена структурная схема микро-опто-электромеханического датчика угловой скорости.Figure 1 presents the structural diagram of a micro-optoelectromechanical angular velocity sensor.

На фиг.2 представлена конструкция чувствительного элемента микро-опто-электромеханического датчика угловой скорости.Figure 2 presents the design of the sensitive element of the micro-opto-electromechanical angular velocity sensor.

Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости содержит четыре канала приемо-передачи оптического излучения А1-А4, включающие источник оптического излучения 1, световод 2, передающий оптическое излучение от источника 1 к волоконно-оптическому ответвителю 3, световод 4, осуществляющий передачу оптического излучения от волоконно-оптического ответвителя 3 к чувствительному элементу 5 и обратно, световод 6, передающий оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя 3 к приемнику оптического излучения 7, блок обработки информации 8, предназначенный для расчета измеренного значения угловой скорости Ωизм, соответствующего значению угловой скорости объекта Ωвх, блок управления 13, предназначенный для формирования управляющих импульсов, по командам от блока обработки информации 8, подающихся на устройство поглощения оптического излучения чувствительного элемента.The micro-opto-electromechanical angular velocity sensor contains four channels of optical radiation reception and transmission A1-A4, including an optical radiation source 1, a light guide 2, transmitting optical radiation from a source 1 to a fiber optic coupler 3, a light guide 4, transmitting optical radiation from fiber optic coupler 3 to the sensing element 5 and vice versa, the light guide 6 transmitting optical radiation from the fiber optic coupler 3 to the optical radiation receiver 7, the information processing unit ation 8 for calculating the measured value of the angular velocity Ω edited corresponding to the value of the angular velocity Ω Rin object, the control unit 13 for generating control pulses on commands from the information processing unit 8, is fed to the absorption unit optical radiation sensor element.

Чувствительный элемент 5 микро-опто-электромеханического датчика угловой скорости состоит из четырех устройств ориентации оптического излучения 9, выполненных в виде параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылением, исключая области, расположенные под прямоугольной проекцией центрально-закрепленной балки 10 на поверхности параллелепипедов, центрально-закрепленной балки 10 из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, стоек 11, обеспечивающих зазор между двумя устройствами ориентации оптического излучения 9, расположенными с одной стороны относительно горизонтальной плоскости балки и балкой 10, прокладок 12, расположенных между устройствами ориентации оптического излучения.The sensitive element 5 of the micro-optoelectromechanical angular velocity sensor consists of four optical radiation orientation devices 9 made in the form of quartz glass parallelepipeds coated with a mirror coating, excluding the areas located under the rectangular projection of the centrally fixed beam 10 on the surface of the parallelepipeds, centrally a fixed beam 10 of piezomaterial with a light-absorbing coating, racks 11, providing a gap between two optical radiation orientation devices 9, p memory location to one side relative to the horizontal plane of the beam and the beam 10, spacers 12, located between the devices of optical radiation orientation.

Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости 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 горизонтальной плоскостью центрально-закрепленной балки 10, граничащей с данным устройством ориентации оптического излучения, за счет оптического туннельного эффекта часть оптического излучения покинет устройство ориентации оптического излучения через области, где отсутствует зеркальное напыление. Зазор между горизонтальными плоскостями свободных концов центрально-закрепленной балки 10 и устройствами ориентации оптического излучения 9 может меняться под действием силы Кориолиса, возникающей из-за продольных колебаний балки, выполненной из пьезоматериала, возбуждаемых электрическим сигналом блока управления 13, по командам от блока обработки информации 8, и вращения свободных концов балки с угловой скоростью Ωвх, вызывающей деформацию свободных концов балки в плоскости вращения, что приводит к изменению потока оптического излучения, распространяющегося в каждом из устройств ориентации оптического излучения. 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 четырех каналов в измеренное значение угловой скорости Ωизм.Micro opto-electromechanical angular velocity sensor operates 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 the horizontal plane of the centrally fixed beam 10 adjacent to nnym optical radiation device orientation, due to the tunneling effect of the optical part of the optical radiation leaves the device orientation of the optical radiation through the region where no mirror sputtering. The gap between the horizontal planes of the free ends of the centrally fixed beam 10 and the optical radiation orientation devices 9 may change due to the Coriolis force arising due to the longitudinal vibrations of the beam made of piezoelectric material excited by the electric signal of the control unit 13, by commands from the information processing unit 8 , and rotation of the free ends of the beam with an angular velocity Ω in , causing deformation of the free ends of the beam in the plane of rotation, which leads to a change in the optical radiation flux propagation in each of the optical radiation orientation devices. The optical radiation that will remain in the optical radiation orientation device, reflected from the face opposite the optical fiber 4, will be returned 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 electrical signal . The information processing unit 8 converts an electrical signal from four channels into a measured value of the angular velocity Ω meas .

Изобретение может быть использовано для измерения угловой скорости подвижных объектов.The invention can be used to measure the angular velocity of moving objects.

Claims (1)

Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости, состоящий из блока обработки информации, чувствительного элемента и 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 датчик дополнительно введены три дополнительных канала приемо-передачи оптического излучения и блок управления, в чувствительный элемент введена центрально-закрепленная балка и три дополнительных устройства ориентации оптического излучения, расположенных симметрично относительно геометрического центра балки, при этом устройства ориентации оптического излучения соединены попарно малыми боковыми гранями через две стойки, а между стойками расположена центрально-закрепленная балка, между попарно соединенными устройствами ориентации оптического излучения расположены две прокладки, обеспечивающие зазоры между устройствами ориентации оптического излучения и балкой, центрально-закрепленная балка выполнена из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием и снабжена электрическими контактами, расположенными с обоих торцов балки, на областях поверхностей устройств ориентации оптического излучения, соответствующих прямоугольной проекции балки на эти поверхности, отсутствует зеркальное напыление, волоконно-оптический датчик угловой скорости содержит три дополнительных канала приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из трех дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, блок управления соединен электрически с блоком обработки информации и с электрическими контактами центрально-закрепленной балки. A micro-opto-electromechanical angular velocity sensor, consisting of an information processing unit, a sensing element, and a main optical radiation receiving and transmitting channel, including a fiber optic coupler connected by optical fibers to an optical radiation source and receiver, while the optical radiation receiving and transmitting channel is connected electrically with an information processing unit and optically, through a light guide, with a sensing element including an optical radiation orientation device, made of a parallelepiped-shaped quartz glass partially coated with mirror coating, characterized in that three additional optical radiation reception and transmission channels and a control unit are additionally introduced into the sensor, a centrally fixed beam and three additional optical radiation orientation devices symmetrically arranged are introduced into the sensor relative to the geometric center of the beam, while the optical radiation orientation device is connected in pairs by small side faces through two racks, and between the racks there is a centrally fixed beam, between the pairwise connected optical radiation orientation devices there are two gaskets providing gaps between the optical radiation orientation devices and the beam, the centrally fixed beam is made of piezoelectric material with a light-absorbing coating and is equipped with electrical contacts located at both ends of the beam , on the surface areas of the optical radiation orientation devices corresponding to the rectangular projection of the beam on these surfaces surfaces, there is no mirror deposition, the fiber-optic angular velocity sensor contains three additional channels for receiving and transmitting optical radiation, each of which is connected optically, through a light guide, with one of three additional devices for orienting optical radiation and electrically with an information processing unit, the control unit is connected electrically with an information processing unit and with electrical contacts of a centrally fixed beam.
RU2013146847/28A 2013-10-21 2013-10-21 Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed RU2544885C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146847/28A RU2544885C1 (en) 2013-10-21 2013-10-21 Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2013146847/28A RU2544885C1 (en) 2013-10-21 2013-10-21 Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2544885C1 true RU2544885C1 (en) 2015-03-20

Family

ID=53290788

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2013146847/28A RU2544885C1 (en) 2013-10-21 2013-10-21 Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2544885C1 (en)

Cited By (3)

* 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
RU2641507C1 (en) * 2016-09-09 2018-01-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Micro-opto-electro-mechanical sensor of angular speed based on wave solid state gyroscope with ring resonator and optical tunnel effect
RU2702703C1 (en) * 2019-02-04 2019-10-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Micro-optoelectromechanical angular velocity sensor with annular resonator

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94028955A (en) * 1994-08-03 1996-06-20 Производственное объединение "Корпус" Fibre-optical meter of angular velocity
CN101576383B (en) * 2009-06-04 2011-05-04 重庆大学 Two-path optical interference fine optical micro-electro-mechanical gyroscope
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

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU94028955A (en) * 1994-08-03 1996-06-20 Производственное объединение "Корпус" Fibre-optical meter of angular velocity
CN101576383B (en) * 2009-06-04 2011-05-04 重庆大学 Two-path optical interference fine optical micro-electro-mechanical gyroscope
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

Cited By (3)

* 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
RU2641507C1 (en) * 2016-09-09 2018-01-17 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Micro-opto-electro-mechanical sensor of angular speed based on wave solid state gyroscope with ring resonator and optical tunnel effect
RU2702703C1 (en) * 2019-02-04 2019-10-09 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" Micro-optoelectromechanical angular velocity sensor with annular resonator

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN102564317B (en) High-accuracy remote absolute displacement measurement system based on optical fiber composite interference
US4293188A (en) Fiber optic small displacement sensor
EP0321252B1 (en) Optical fiber sensor
JPH1123223A (en) Unbalanced fiber-optic michelson interferometer as optical pick-off
US20180259551A1 (en) Fiber-Optic Accelerometer
CN106769736B (en) Dust concentration measurement system
CN104698468A (en) Fiber optic coherent ranging device and method
CN101995227B (en) Optical path autocorrelator for distributed optical fiber strain sensing measurement
US9518816B2 (en) Dual beam splitter interferometer measuring 3 degrees of freedom, system and method of use
RU2544885C1 (en) Micro-opto-electromechanical sensor of angular speed
CN102027346B (en) Device for spatially resolved temperature measurement
CN112444194A (en) Fabry-Perot grating interferometer for two-degree-of-freedom displacement measurement, measurement method thereof and six-degree-of-freedom interferometer
CN104677596A (en) Optical autocorrelator with unbalanced Mach-Zehnder type optical path scanner embedded in Sagnac annular light path
CN102650595B (en) Optical composition determinator
RU2539681C1 (en) Fibre-optic linear acceleration converter based on optical tunnelling effect
CN108254101A (en) A kind of polarization interference formula passive fiber temperature sensor
Cheng et al. Fiber interferometer combining sub-nm displacement resolution with miniaturized sensor head
CN206557060U (en) A kind of powder concentration measurement system
RU2566384C1 (en) Micro-opto-electromechanical two-axial angular speed and linear acceleration sensor
CN206557059U (en) A kind of double light path apparatus for measuring dust concentration
RU2607731C1 (en) Angular velocity and linear acceleration micro-opto-electromechanical three-axis sensor
RU2457453C1 (en) Fibre-optic pressure transducer
US20180267077A1 (en) Fiber-Optic Accelerometer
CN210533395U (en) Optical fiber interference device capable of eliminating associated amplitude modulation
KR102045831B1 (en) Apparatus for detecting light temperature using polarization maintaining optical fiber