RU2607731C1 - Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения - Google Patents
Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения Download PDFInfo
- Publication number
- RU2607731C1 RU2607731C1 RU2015139358A RU2015139358A RU2607731C1 RU 2607731 C1 RU2607731 C1 RU 2607731C1 RU 2015139358 A RU2015139358 A RU 2015139358A RU 2015139358 A RU2015139358 A RU 2015139358A RU 2607731 C1 RU2607731 C1 RU 2607731C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- optical radiation
- optical
- linear acceleration
- angular velocity
- beams
- Prior art date
Links
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 title claims abstract description 25
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 73
- 230000005855 radiation Effects 0.000 claims abstract description 64
- 238000010521 absorption reaction Methods 0.000 claims abstract description 16
- 230000010365 information processing Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims abstract description 9
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims abstract description 9
- 208000029152 Small face Diseases 0.000 claims abstract description 5
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims description 17
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 8
- 239000000463 material Substances 0.000 abstract description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 230000004431 optic radiations Effects 0.000 abstract 4
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 230000004907 flux Effects 0.000 description 3
- 230000010355 oscillation Effects 0.000 description 2
- 230000005641 tunneling Effects 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 description 1
- 238000004544 sputter deposition Methods 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P3/00—Measuring linear or angular speed; Measuring differences of linear or angular speeds
- G01P3/36—Devices characterised by the use of optical means, e.g. using infrared, visible, or ultraviolet light
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Power Engineering (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения угловой скорости и линейного ускорения. Сущность изобретения заключается в том, что устройство поглощения оптического излучения микро-опто-электромеханического трехосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения состоит из четырех скрещивающихся под прямым углом балок с квадратной боковой стороной, консольно закрепленных малыми гранями к центральной прокладке в зоне пересечения, каждая балка выполнена из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, содержит электрические контакты, расположенные с обоих торцов балки, и груз, закрепленный на ее свободном конце, чувствительный элемент содержит четырнадцать дополнительных устройств ориентации оптического излучения, при этом каждое из шестнадцати устройств ориентации оптического излучения расположено симметрично относительно геометрического центра скрещивающихся балок, параллельно длинным граням свободных концов четырех балок, прикреплено одной малой боковой гранью к центральной прокладке, а другой малой боковой гранью опирается на боковую прокладку, обеспечивающую зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения и консольно закрепленной балкой устройства поглощения оптического излучения, микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения дополнительно содержит четырнадцать каналов приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из четырнадцати дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, устройство управления, соединенное с блоком обработки информации и электрическими контактами скрещивающихся балок. Технический результат – расширение функциональных возможностей волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта для обеспечения измерения угловой скорости и линейного ускорения относительно трех осей инерциальной системы координат. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения угловой скорости вращения вокруг трех осей и линейных ускорений вдоль трех осей инерциальной системы отсчета, связанной с центром масс летательных аппаратов аэрокосмической техники.
Известен волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта, состоящий из блока обработки информации, двух каналов приемо-передачи оптического излучения, включающих волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом, соединенного с блоком обработки информации и чувствительным элементом, чувствительного элемента, включающего в себя устройство поглощения оптического излучения и два устройства ориентации оптического излучения, покрытые зеркальным напылением, за исключением области, расположенной напротив устройства поглощения оптического излучения, и прокладку, расположенную между устройством поглощения оптического излучения и устройствами ориентации оптического излучения, причем устройство поглощения оптического излучения выполнено в виде консольно закрепленной пластины (прототип) (Бусурин В.И., Жеглов М.А., Казарьян А.В., Коробков В.В. Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта. Патент на изобретение №2539681 от 26 июля 2013 г.). Прототип измеряет только линейное ускорение, направленное вдоль одной оси.
Технический результат, создаваемый изобретением, - расширение функциональных возможностей волоконно-оптического преобразователя линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта для обеспечения измерения угловой скорости и линейного ускорения относительно трех осей инерциальной системы координат.
Для достижения указанного результата предлагается волоконно-оптический преобразователь на основе оптического туннельного эффекта, состоящий из блока обработки информации, двух каналов приемо-передачи оптического излучения, включающих волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом, соединенных с блоком обработки информации и чувствительным элементом, чувствительного элемента, включающего в себя устройство поглощения оптического излучения и два устройства ориентации оптического излучения, покрытые зеркальным напылением, за исключением области, расположенной напротив устройства поглощения оптического излучения, отличается тем, что устройство поглощения излучения оптического излучения состоит из четырех скрещивающихся под прямым углом балок с квадратной боковой стороной, консольно закрепленных малыми гранями к центральной прокладке в зоне пересечения, каждая из которых выполнена из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, содержит электрические контакты, расположенные с обоих торцов балки, и груз, закрепленный на ее свободном конце, чувствительный элемент содержит четырнадцать дополнительных устройств ориентации оптического излучения, при этом каждое из шестнадцати устройств ориентации оптического излучения расположено симметрично относительно геометрического центра скрещивающихся балок, параллельно длинным граням свободных концов четырех балок, прикреплено одной малой боковой гранью к центральной прокладке, а другой малой боковой гранью опирается на боковую прокладку, обеспечивающую зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения и консольно закрепленной балкой устройства поглощения оптического излучения, микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения дополнительно содержит четырнадцать каналов приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из четырнадцати дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, устройство управления, соединенное с блоком обработки информации и электрическими контактами скрещивающихся балок.
Применение в качестве устройства поглощения оптического излучения четырех скрещивающихся под прямым углом балок с квадратной боковой стороной, консольно закрепленных малыми гранями к центральной прокладке в зоне пересечения, каждая из которых выполнена из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, содержащих электрические контакты, расположенные с обоих торцов балки, и груз, закрепленный на ее свободном конце, четырнадцати дополнительных устройств ориентации оптического излучения, четырнадцати дополнительных каналов приемо-передачи оптического излучения и устройства управления, позволит обеспечить чувствительность микро-опто-электромеханического преобразователя к воздействию угловой скорости и линейного ускорения относительно трех осей инерциальной системы координат, связанной с центром масс объекта.
На фиг. 1 представлена структурная схема микро-опто-электромеханического трехосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения.
На фиг. 2-5 представлена конструкция чувствительного элемента микро-опто-электромеханического трехосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения (основной вид, виды А, Б, В).
Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости содержит шестнадцать каналов приемо-передачи оптического излучения А1-А16, включающих 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 угловых скоростей Ω_X-изм, Ω_Y-изм, Ω_Z-изм и линейных ускорений а_X-изм, а_Y-изм, а_Z-изм, соответствующих значению угловых скоростей объекта Ω_X-вх, Ω_Y-вх, Ω_Z-вх и линейных ускорений а_X-вх, a_Y-вх, a_Z-вх объекта в инерциальной системе координат, блок управления 14, предназначенный для формирования управляющих импульсов, по командам от блока обработки информации 8, подающихся на четыре устройства поглощения оптического излучения чувствительного элемента.
Чувствительный элемент 5 микро-опто-электромеханического трехосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения состоит из шестнадцати устройств ориентации оптического излучения 9, выполненных в виде прямоугольных параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылением, исключая области, расположенные напротив консольно закрепленных балок 10, четырех консольно закрепленных балок 10, выполненных из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, с грузом, закрепленным на ее конце 11, центральной прокладки 12, обеспечивающей крепление четырех консольно закрепленных балок 10 и одной из малых граней всех шестнадцати устройств ориентации оптического излучения, боковых прокладок 13, обеспечивающих зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения и консольно закрепленной балкой устройства поглощения оптического излучения.
Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения 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 консольно 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 плоскостями свободных концов консольно закрепленной балки 10 и устройствами ориентации оптического излучения 9 может меняться под действием сил Кориолиса, возникающих из-за продольных колебаний балки 10, выполненной из пьезоматериала, возбуждаемых электрическим сигналом блока управления 14, по командам от блока обработки информации 8, и вращения свободных концов балки с угловой скоростью Ω_X-вх, Ω_Y-вх, Ω_Z-вх, вокруг осей X, Y и Z, вызывающих деформацию свободных концов балки в трех плоскостях вращения, что приводит к изменению во времени потока оптического излучения, распространяющегося в каждом из устройств ориентации оптического излучения, причем световой поток будет меняться по гармоническому закону с частотой, определяемой частотой колебаний пьезоэлементов центрально закрепленных балок, и амплитудой, пропорциональной угловой скорости, воздействующей на объект. При этом воздействие линейного ускорения а_X-вх, a_Y-вх, a_Z-вх, направленного вдоль осей X, Y и Z, приведет к возникновению постоянного светового потока, не зависящего от колебаний пьезоэлемента. 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 шестнадцати каналов в измеренные значения угловой скорости Ω_X-вх, Ω_Y-вх, Ω_Z-вх, вокруг осей X, Y и Z, и линейного ускорения а_X-вх, a_Y-вх, a_Z-вх, направленного вдоль осей X, Y и Z в инерциальной системе координат, связанной с объектом.
Изобретение может быть использовано для измерения угловых скоростей и линейных ускорений подвижных объектов.
Claims (1)
- Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения, состоящий из блока обработки информации, двух каналов приемо-передачи оптического излучения, включающих волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом, соединенных с блоком обработки информации и чувствительным элементом, чувствительного элемента, включающего в себя устройство поглощения оптического излучения и два устройства ориентации оптического излучения, покрытые зеркальным напылением, за исключением области, расположенной напротив устройства поглощения оптического излучения, отличающийся тем, что устройство поглощения оптического излучения состоит из четырех скрещивающихся под прямым углом балок с квадратной боковой стороной, консольно закрепленных малыми гранями к центральной прокладке в зоне пересечения, каждая балка выполнена из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, содержит электрические контакты, расположенные с обоих торцов балки, и груз, закрепленный на ее свободном конце, чувствительный элемент содержит четырнадцать дополнительных устройств ориентации оптического излучения, при этом каждое из шестнадцати устройств ориентации оптического излучения расположено симметрично относительно геометрического центра скрещивающихся балок, параллельно длинным граням свободных концов четырех балок, прикреплено одной малой боковой гранью к центральной прокладке, а другой малой боковой гранью опирается на боковую прокладку, обеспечивающую зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения и консольно закрепленной балкой устройства поглощения оптического излучения, микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения дополнительно содержит четырнадцать каналов приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из четырнадцати дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, устройство управления, соединенное с блоком обработки информации и электрическими контактами скрещивающихся балок.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015139358A RU2607731C1 (ru) | 2015-09-16 | 2015-09-16 | Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015139358A RU2607731C1 (ru) | 2015-09-16 | 2015-09-16 | Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2607731C1 true RU2607731C1 (ru) | 2017-01-10 |
Family
ID=58452662
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015139358A RU2607731C1 (ru) | 2015-09-16 | 2015-09-16 | Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2607731C1 (ru) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758814C1 (ru) * | 2021-04-30 | 2021-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040250620A1 (en) * | 2001-12-20 | 2004-12-16 | Liviu Nicu | Micromachined inertial sensor for measuring rotational movements |
| RU2412448C2 (ru) * | 2009-04-16 | 2011-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" (ОАО "НИИ "Элпа") | Ударопрочный вибрационный датчик угловой скорости |
| RU2539681C1 (ru) * | 2013-07-26 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта |
| RU2544885C1 (ru) * | 2013-10-21 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости |
-
2015
- 2015-09-16 RU RU2015139358A patent/RU2607731C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US20040250620A1 (en) * | 2001-12-20 | 2004-12-16 | Liviu Nicu | Micromachined inertial sensor for measuring rotational movements |
| RU2412448C2 (ru) * | 2009-04-16 | 2011-02-20 | Открытое акционерное общество "Научно-исследовательский институт "Элпа" с опытным производством" (ОАО "НИИ "Элпа") | Ударопрочный вибрационный датчик угловой скорости |
| RU2539681C1 (ru) * | 2013-07-26 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта |
| RU2544885C1 (ru) * | 2013-10-21 | 2015-03-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2758814C1 (ru) * | 2021-04-30 | 2021-11-02 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)» | Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US8770024B1 (en) | Fiber optic accelerometer | |
| CN106680535B (zh) | 基于光纤布喇格光栅反射谱特性实现激光拍频的差动型光学加速度计 | |
| US4717253A (en) | Optical strain gauge | |
| CN106872015B (zh) | 一种光纤型振动传感测量系统 | |
| CN104374410B (zh) | 一种光子带隙光纤陀螺中光纤环熔接点反射的测量装置及方法 | |
| CN104698468A (zh) | 光纤光学相干测距装置和光纤光学测距方法 | |
| US5137353A (en) | Angular displacement measuring device | |
| RU2607731C1 (ru) | Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения | |
| RU2544885C1 (ru) | Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости | |
| CN106940174A (zh) | 一种基于光纤声光调制的测量扭转与位移的传感器 | |
| CN103344255A (zh) | 一种新型光纤环性能评测装置 | |
| CN108254101A (zh) | 一种偏振干涉式无源光纤温度传感器 | |
| WO2018199786A1 (en) | Measurement method of vibrations, especially of seismic type, and a device for the measurement of vibrations, especially of seismic type | |
| RU2566384C1 (ru) | Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения | |
| US4822999A (en) | Apparatus and method for detecting movement of an object | |
| RU2539681C1 (ru) | Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта | |
| CN206557059U (zh) | 一种双光路粉尘浓度测量装置 | |
| CN108426631A (zh) | 一种光学回音壁式微型谐振腔的振动测量方法及系统 | |
| CN109506766A (zh) | 一种基于闪耀光栅和光纤光栅的光纤温振并联一体传感器 | |
| CN210533395U (zh) | 一种能够对伴生调幅进行消除的光纤干涉装置 | |
| CN110608761B (zh) | 一种能够对伴生调幅进行消除的光纤干涉装置及方法 | |
| RU2641507C1 (ru) | Микро-опто-электро-механический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта | |
| CN207991710U (zh) | 一种偏振干涉式无源光纤温度传感器 | |
| Jelić et al. | An intensiometric contactless vibration sensor with bundle optical fiber for real time vibration monitoring | |
| CN101799548B (zh) | 全光纤测速系统、相位测速方法 |