RU2629654C1 - Linear microaccelerometer - Google Patents
Linear microaccelerometer Download PDFInfo
- Publication number
- RU2629654C1 RU2629654C1 RU2016127937A RU2016127937A RU2629654C1 RU 2629654 C1 RU2629654 C1 RU 2629654C1 RU 2016127937 A RU2016127937 A RU 2016127937A RU 2016127937 A RU2016127937 A RU 2016127937A RU 2629654 C1 RU2629654 C1 RU 2629654C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- inertial mass
- photodetectors
- key
- coil
- voltage source
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
- G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
- G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
- G01P15/093—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by photoelectric pick-up
Landscapes
- Gyroscopes (AREA)
Abstract
Description
Заявляемое техническое решение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах ориентации и навигации.The claimed technical solution relates to measuring technique and can be used in orientation and navigation systems.
Известен «Маятниковый компенсационный акселерометр» (патент US 6422076 В1, МПК G01P 15/13, опубл. 23.07.2002), содержащий корпус, в котором расположен маятниковый блок, выполненный в виде единой пластины монокристаллического кремния, который содержит подвижную лопатку на упругом подвесе и опорную рамку с выступами. На противоположных сторонах подвижной лопатки закреплены две магнитные системы и две катушки вращающего устройства, которые расположены с зазором относительно сердечника и закреплены на соответствующей стороне подвижной лопатки. Упругий подвес содержит гибкие элементы, расположенные под углом 90 градусов относительно друг друга, симметрично относительно оси симметрии маятникового устройства. Когда акселерометр ускоряется, подвижная лопатка отклоняется в направлении, противоположном ускорению, и ток в катушках возвращает подвижную лопатку в исходное положение. Измеренный ток в катушках используется для определения ускорения.Known "Pendulum compensation accelerometer" (patent US 6422076 B1, IPC
Недостатком известного аналога является высокая нелинейность и, как следствие, низкая точность.A disadvantage of the known analogue is the high non-linearity and, as a consequence, low accuracy.
Известен «Линейный микроакселерометр» (патент РФ 2410703, МПК G01P 15/08, опубл. 27.01.2011), содержащий корпус, крышку, две инерционные массы на упругих подвесах, выполненные в виде прямоугольных пластин из монокристаллического кремния и расположенные в одной плоскости последовательно друг за другом вдоль оси чувствительности с возможностью линейного перемещения. Два датчика положения для каждой инерционной массы выполнены в виде двух пар излучателей и фотоприемников. Первые из них расположены в отверстиях крышки над прямоугольными пластинами, а вторые - соосно с ними размещены в корпусе. При этом каждая пара фотоприемников соединяется с соответствующим ей компаратором. Выходы компараторов соединены с ключами, к которым также подсоединен стабилизированный источник тока. Выходы ключей через упругие подвесы соединены с токопроводящими дорожками компенсационных преобразователей, выполненных в виде двух постоянных магнитов, размещенных на крышке и корпусе, и токопроводящих дорожек, напыленных на поверхности прямоугольных пластин перпендикулярно оси чувствительности. Изобретение позволяет повысить точность измерения за счет введения режима автоколебаний.The well-known "Linear microaccelerometer" (RF patent 2410703, IPC G01P 15/08, publ. 01/27/2011) containing a housing, a cover, two inertial masses on elastic suspensions, made in the form of rectangular plates of single-crystal silicon and located in the same plane in series with each other one after the other along the axis of sensitivity with the possibility of linear movement. Two position sensors for each inertial mass are made in the form of two pairs of emitters and photodetectors. The first of them are located in the openings of the lid above the rectangular plates, and the second ones are coaxially aligned with them in the housing. In this case, each pair of photodetectors is connected to its corresponding comparator. The outputs of the comparators are connected to the keys, to which a stabilized current source is also connected. The outputs of the keys through elastic suspensions are connected to the conductive paths of the compensation transducers, made in the form of two permanent magnets placed on the cover and the housing, and conductive paths sprayed on the surface of rectangular plates perpendicular to the sensitivity axis. The invention improves the accuracy of measurements by introducing a mode of self-oscillations.
Недостатком известного аналога является узкая полоса пропускания, а также необходимость размещения излучателя и фотоприемников в непосредственной близости к инерционной массе, что приводит к низкой точности измерения ускорения.A disadvantage of the known analogue is the narrow passband, as well as the need to place the emitter and photodetectors in close proximity to the inertial mass, which leads to low accuracy in measuring acceleration.
Наиболее близким из числа известных технических решений является «Линейный микроакселерометр» (патент РФ 2561303, С1 МПК G01P 15/08, опубл. 27.08.2015), содержащий основание, крышку, рамку с инерционной массой, выполненной из кремния, установленную с возможностью линейного перемещения на упругих подвесах вдоль продольной оси, датчик положения и источник напряжения, отличающийся тем, в устройство дополнительно введены два компаратора, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы, при этом магнитопроводящие сердечники размещены на противоположных торцевых сторонах рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы в области каждого из торцов расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, входы которого через компараторы подключены к датчику положения, который выполнен оптическим и состоит из излучателя и фотоприемников, при этом излучатель подключен к источнику напряжения, а между излучателем и фотоприемниками расположена оптическая щель.The closest known technical solution is the "Linear microaccelerometer" (RF patent 2561303, C1 IPC G01P 15/08, publ. 08/27/2015) containing a base, a cover, a frame with an inertial mass made of silicon, mounted with linear movement on elastic suspensions along the longitudinal axis, a position sensor and a voltage source, characterized in that two comparators, two current amplifiers, a key, an electromagnetic power drive, consisting of 2N coils placed on 2N magnetic conductors are additionally introduced into the device cores with pronounced poles directed to the end sides of the inertial mass, while the magnetically conductive cores are placed on the opposite end sides of the frame with N on each side, and on the surface of the inertial mass in the area of each of the ends are magnetic circuits that close the magnetic fluxes of the coils, and the inputs of the coils connected to the output of the key, the inputs of which through comparators are connected to a position sensor, which is made optical and consists of a radiator and photodetectors, while the radiator By connecting the voltage source and between the emitter and photodetectors is optical gap.
Недостатком прототипа является сложная конструкция упругих подвесов и их большая длина, необходимость размещения излучателя и фотоприемников в непосредственной близости к инерционной массе, а также узкая полоса пропускания, и как следствие, низкая точность измерения ускорения.The disadvantage of the prototype is the complex design of the elastic suspensions and their large length, the need to place the emitter and photodetectors in close proximity to the inertial mass, as well as a narrow passband, and as a result, low accuracy of acceleration measurement.
Задачей является создание линейного микроакселерометра, измеряющего ускорения с более высокой точностью.The task is to create a linear microaccelerometer that measures accelerations with higher accuracy.
Технический результат, обеспечивающий решение задачи, состоит в повышении точности измерения ускорения.The technical result that provides a solution to the problem is to increase the accuracy of measuring acceleration.
Технический результат достигается тем, что в линейном микроакселерометре, содержащем основание, рамку с инерционной массой, закрепленной на упругих подвесах, датчик положения, источник напряжения, четыре компаратора, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках, которые размещены с противоположных сторон рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы с каждой стороны расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, входы которого через компараторы подключены к датчику положения, который выполнен оптическим и состоит из излучателя, подключенного к источнику напряжения и двух фотоприемников, между излучателем и фотоприемниками расположены четыре оптических кабеля, а инерционная масса выполнена в виде маятника с возможностью совершения крутильных колебаний на упругих подвесах вокруг одной оси и содержит две заслонки, установленные с возможностью перекрытия светового потока между излучателем и фотоприемниками, размещенными на основании.The technical result is achieved by the fact that in a linear microaccelerometer containing a base, a frame with an inertial mass mounted on elastic suspensions, a position sensor, a voltage source, four comparators, two current amplifiers, a key, an electromagnetic power drive, consisting of 2N coils placed on 2N magnetic conductive cores, which are located on opposite sides of the frame in N on each side, and on the surface of the inertial mass on each side are magnetic circuits that close the magnetic flux of the coils, The coil inputs are connected to the key output, the inputs of which through the comparators are connected to a position sensor, which is optical and consists of an emitter connected to a voltage source and two photodetectors, four optical cables are located between the emitter and photodetectors, and the inertial mass is made in the form of a pendulum with the possibility of torsional vibrations on elastic suspensions around one axis and contains two dampers installed with the possibility of overlapping the light flux between the emitter and photodetector nicknames posted on the basis of.
Технический результат достигается за счет того, что выполнение инерционной массы в виде маятника позволяет ей совершать более устойчивые крутильные колебания на упругих подвесах вокруг одной оси под действием знакопеременного сигнала постоянного тока, формируемого в цепи обратной связи электромагнитного силового привода, управляемого оптическим датчиком положения, а применение четырех оптических кабелей позволяет более точно фиксировать ее положение. Наличие входного воздействия приводит к смещению центра колебаний и возникновению временной модуляции сигнала. Измерение временной модуляции сигнала позволяет дополнительно повысить точность измерения ускорения.The technical result is achieved due to the fact that the execution of the inertial mass in the form of a pendulum allows it to perform more stable torsional vibrations on elastic suspensions around one axis under the action of an alternating DC signal generated in the feedback circuit of an electromagnetic power drive controlled by an optical position sensor, and application four optical cables allows you to more accurately record its position. The presence of the input action leads to a shift in the center of oscillation and the appearance of temporary modulation of the signal. Measuring the temporal modulation of the signal can further improve the accuracy of the measurement of acceleration.
Проведенный заявителем анализ уровня техники установил, что аналоги, характеризующиеся совокупностями признаков, тождественных всем признакам заявленного углового акселерометра, отсутствуют, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «новизна».The analysis of the prior art by the applicant has established that there are no analogs characterized by sets of features identical to all the features of the claimed angular accelerometer, therefore, the claimed invention meets the “novelty” condition.
Результаты поиска известных технических решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипов признаками заявленного изобретения, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники.Search results for known technical solutions in this and related fields of technology in order to identify features that match the distinctive features of the claimed invention from the prototypes showed that they do not follow explicitly from the prior art.
Из определенного заявителем уровня техники не выявлена известность влияния предусматриваемых существенными признаками заявленного изобретения преобразований на достижение указанного технического результата, следовательно, заявленное изобретение соответствует «изобретательскому уровню».From the prior art determined by the applicant, the influence of the transformations provided for by the essential features of the claimed invention on the achievement of the indicated technical result has not been revealed, therefore, the claimed invention corresponds to the “inventive step”.
Сущность технического решения поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлена конструктивная схема устройства, на фиг. 2 - релейный закон управления, на фиг. 3 - закон управления с запаздыванием, на фиг. 4 - закон управления с опережением и введены следующие обозначения:The essence of the technical solution is illustrated by drawings, where in FIG. 1 shows a structural diagram of the device, in FIG. 2 - relay control law, in FIG. 3 - the law of control with delay, in FIG. 4 - the control law is ahead of schedule and the following notation is introduced:
1. Основание1. The basis
2. Рамка2. Frame
3. Инерционная масса3. Inertial mass
4. Упругие подвесы4. Elastic suspensions
5. Заслонка5. Damper
6. Заслонка6. Damper
7. Излучатель7. Emitter
8. Фотоприемник8. Photodetector
9. Фотоприемник9. Photodetector
10. Волоконно-оптический кабель10. Fiber optic cable
11. Волоконно-оптический кабель11. Fiber optic cable
12. Волоконно-оптический кабель12. Fiber optic cable
13. Волоконно-оптический кабель13. Fiber optic cable
14. Источник напряжения14. Voltage source
15. Компаратор15. Comparator
16. Компаратор16. Comparator
17. Компаратор17. Comparator
18. Компаратор18. Comparator
19. Катушка19. Coil
20. Катушка20. Coil
21. Магнитопроводящий сердечник21. Magnetically conductive core
22. Магнитопроводящий сердечник22. Magnetically conductive core
23. Магнитопровод23. Magnetic circuit
24. Магнитопровод24. Magnetic circuit
25. Ключ25. The key
26. Усилитель тока26. Current amplifier
27. Усилитель тока.27. Current amplifier.
Предлагаемый линейный микроакселерометр состоит из основания 1, рамки 2 с инерционной массой 3, закрепленной на упругих подвесах 4 и содержащей две заслонки 5 и 6. Оптический датчик положения инерционной массы 3 выполнен из излучателя 7, фотоприемников 8, 9 и волоконно-оптических кабелей 10, 11, 12, 13, при этом излучатель 7 подключен к источнику напряжения 14, а фотоприемники 8 и 9 подключены к компараторам 15, 16, 17 и 18. Электромагнитный силовой привод состоит из 2N катушек 19, 20, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках 21, 22 с явно выраженными полюсами, направленными к торцевым сторонам инерционной массы 3, при этом магнитопроводящие сердечники 21, 22 размещены с противоположных сторон инерционной массы 3 по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы 3 с каждой стороны расположены магнитопроводы 23, 24. Катушки 19 и 20 подключены к выходу ключа 25 через усилители тока 26 и 27 соответственно. Входы ключа 25 соединены с компараторами 15, 16, 17 и 18.The proposed linear microaccelerometer consists of a
Основание 1, рамка 2, инерционная масса 3 и упругие подвесы 4 выполнены, например, из монокристаллического или поликристаллического кремния или кварца.The
Излучатель 7 выполнен, например, на основе серийно выпускаемого лазерного диода LFO-401 фирмы ФТИ-Оптроник [1], рассчитанного на длину волны 1300 нм либо любого совместимого с выбранным типом оптоволокна.The
Фотоприемники 8 и 9 выполнены, например, на основе серийно выпускаемых фотодиодов ТМС-1С31-000 фирмы TrueLight [2], рассчитанных на длину волны 1300 нм либо любых совместимых с выбранным типом оптоволокна.Photodetectors 8 and 9 are made, for example, based on commercially available TrueLight TMS-1C31-000 photodiodes [2], designed for a wavelength of 1300 nm, or any compatible with the selected type of optical fiber.
Волоконно-оптические кабели 10, 11, 12 и 13 могут быть одномодовыми или многомодовыми, например, со стандартным диаметром оболочки 125 мкм и стандартным диаметром сердцевины 9, 50 или 62.5 мкм.
Источник напряжения 14 выполнен, например, на основе серийно выпускаемой микросхемы (источника напряжения) Mitsubishi Electric М5294 [3].The
Ключ 25 выполнен, например, на основе серийно выпускаемой микросхемы NJM2520V [4] либо на основе микросхем, работающих в режиме асинхронного RS-триггера.
Усилители тока 26, 27 выполнены, например, на основе серийно выпускаемой микросхемы (операционного усилителя) Mitsubishi Electric М5216 [5].
Компараторы 15, 16, 17 и 18 выполнены, например, на основе серийно выпускаемой микросхемы (компаратора) Mitsubishi Electric М51203 [4]. Компараторы подбираются таким образом, чтобы посылать сигнал на ключ 25 в соответствии с выбранным законом управления, который может быть релейным (фиг. 2), с запаздыванием (фиг. 3) или с опережением (фиг. 4), для этого они могут реагировать на низкий или высокий уровень сигнала с фотоприемников 8 и 9, а также на фронт или срез этого сигнала.
Волоконно-оптические кабели 10, 11, 12, 13 закреплены в углублениях в рамке таким образом, чтобы при колебаниях инерционной массы заслонки попеременно перекрывали световой поток между излучателем 7 и фотоприемниками 8 и 9. При этом форма заслонок 5 и 6 подбирается таким образом, чтобы моменты срабатывания компараторов 15, 16, 17 и 18 из-за изменения светового потока точно соответствовали выбранному закону управления, для этого добавляются углубления и/или выступы на поверхности заслонок 5 и 6.
Работа устройства разделяется на три стадии в зависимости от закона управления.The operation of the device is divided into three stages, depending on the control law.
Работа с использованием релейного закона управления (фиг. 3):Work using the relay control law (Fig. 3):
1.1. Выход в рабочий режим.1.1. Exit to the operating mode.
После включения питания основание 1 и инерционная масса 3 в рамке 2 находятся в состоянии покоя. Ключ 25 находится в предустановленном состоянии «1». Напряжение с выхода ключа 25 начинает поступать на первый усилитель тока 26. Созданный им в первой катушке 19 электрический ток наводит в первом магнитопроводящем сердечнике 21 магнитное поле, которое, стремясь замкнуться через первый магнитопровод 23, притягивает инерционную массу 3. В результате инерционная масса 3 поворачивается на упругих подвесах 4 в сторону первой катушки 19 до тех пор, пока заслонка 6 не перекроет световой поток, проходящий по волоконно-оптическим кабелям 10 и 11 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемником 9. В тот момент, когда заслонка 6 перекрывает световой поток, сигнал с фотоприемника 9, преобразованный компараторами 15, 16, 17 и 18, переводит ключ 25 в состояние «-1», в результате чего напряжение с выхода ключа 25 начинает поступать на второй усилитель тока 27, сигнал с которого поступает на вторую катушку 20. При этом выключается первый усилитель тока 26, сигнал с которого перестает поступать на первую катушку 19. Созданный вторым усилителем тока 27 во второй катушке 20 электрический ток наводит во втором магнитопроводящем сердечнике 22 магнитное поле, которое, стремясь замкнуться через второй магнитопровод 24, притягивает инерционную массу 3 ко второй катушке 20. После выполнения п. 1.1 начинается первый полупериод п. 1.2.After power-up, the
1.2. Первый полупериод.1.2. The first half period.
Инерционная масса 3 по инерции продолжает поворачиваться на упругих подвесах 4 в сторону первой катушки 19 до тех пор, пока сила упругости и сила притяжения инерционной массы 3 ко второй катушке 20 не уравновесит импульс инерционной массы 3. После чего инерционная масса 3 под действием силы упругости начинает движение ко второй катушке 20 до тех пор, пока заслонка 5 не перекроет световой поток, проходящий по волоконно-оптическим кабелям 12 и 13 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемником 8. В тот момент, когда заслонка 5 перекрывает световой поток, сигнал с фотоприемника 8, преобразованный компараторами 15, 16, 17 и 18, переводит ключ 25 в состояние «1», в результате чего напряжение с выхода ключа 25 начинает поступать на первый усилитель тока 26, сигнал с которого поступает на первую катушку 19. При этом выключается второй усилитель тока 27, сигнал с которого перестает поступать на вторую катушку 20. Созданный первым усилителем тока 26 в первой катушке 19 электрический ток наводит в первом магнитопроводящем сердечнике 21 магнитное поле, которое, стремясь замкнуться через первый магнитопровод 23, притягивает инерционную массу 3 к первой катушке 19. Начинается второй полупериод (п. 1.3).The
1.3. Второй полупериод.1.3. The second half period.
Инерционная масса 3 по инерции продолжает поворачиваться на упругих подвесах 4 в сторону второй катушки 20 до тех пор, пока сила упругости и сила притяжения инерционной массы 3 к первой катушке 19 не уравновесит импульс инерционной массы 3. После чего инерционная масса 3 под действием силы упругости начинает движение к первой катушке 19 до тех пор, пока заслонка 6 не перекроет световой поток, проходящий по волоконно-оптическим кабелям 10 и 11 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемником 9. В тот момент, когда заслонка 6 перекрывает световой поток, сигнал с фотоприемника 9, преобразованный компараторами 15, 16, 17 и 18, переводит ключ 25 в состояние «-1», в результате чего напряжение с выхода ключа 25 начинает поступать на второй усилитель тока 27, сигнал с которого поступает на вторую катушку 20. При этом выключается первый усилитель тока 26, сигнал с которого перестает поступать на первую катушку 19. Созданный вторым усилителем тока 29 в первой катушке 19 электрический ток наводит во втором магнитопроводящем сердечнике 22 магнитное поле, которое, стремясь замкнуться через второй магнитопровод 24, притягивает инерционную массу 3 ко второй катушке 20. Начинается первый полупериод (п. 1.2), и цикл повторяется заново.The
Тем самым инерционная масса 3 начинает совершать автоколебания на собственной частоте согласно релейному закону управления, приведенному на фиг. 3, а сигнал с фотоприемников 8 и 9 принимает вид меандра со скважностью 50%. При воздействии внешнего ускорения происходит смещение центра колебаний инерционной массы 3. Это смещение вызывает изменение скважности сигнала с фотоприемников 8 и 9, которое пропорционально действующему ускорению.Thus, the
Работа с использованием закона управления с запаздыванием (фиг. 3) или с опережением (фиг. 4):Work using the control law with delay (Fig. 3) or ahead of schedule (Fig. 4):
2.1. Выход в рабочий режим.2.1. Exit to the operating mode.
После включения питания основание 1, рамка 2 и инерционная масса 3 находятся в состоянии покоя. Ключ 25 находится в предустановленном состоянии «1». Напряжение с выхода ключа 25 начинает поступать на первый усилитель тока 26. Созданный им в первой катушке 19 электрический ток наводит в первом магнитопроводящем сердечнике 21 магнитное поле, которое, стремясь замкнуться через первый магнитопровод 23, притягивает инерционную массу 3. В результате инерционная масса 3 поворачивается на упругих подвесах 4 вместе с заслонками 5 и 6 в сторону первой катушки 19 до тех пор, пока не пройдет через точку Т1а (фиг. 4). В этот момент положение заслонок 5 и 6 вызывает изменение светового потока, проходящего по волоконно-оптическим кабелям 10, 11, 12 и 13 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемниками 8 и 9, в результате чего срабатывает компаратор 15, сигнал с которого переводит ключ 25 в состояние «-1», в результате чего выключается первый усилитель тока 26, сигнал с которого перестает поступать на первую катушку 19, а напряжение с выхода ключа 25 начинает поступать на второй усилитель тока 27, сигнал с которого начинает поступать на вторую катушку 20. Начинается первый полупериод (п. 2.2).After turning on the power, the
2.2. Первый полупериод2.2. First half period
Созданный вторым усилителем тока 27 во второй катушке 20 электрический ток наводит во втором магнитопроводящем сердечнике 22 магнитное поле, которое, стремясь замкнуться через второй магнитопровод 24, притягивает инерционную массу 3 ко второй катушке 20.The electric current created by the second
Инерционная масса 3 по инерции продолжает поворачиваться на упругих подвесах 4 вместе с заслонками 5 и 6 в сторону первой катушки 19 до тех пор, пока сила упругости и сила притяжения инерционной массы 3 ко второй катушке 20 не уравновесят импульс инерционной массы 3. После этого инерционная масса 3 под действием силы упругости начинает движение ко второй катушке 20 до тех пор, пока не пройдет через точку Т2а (фиг. 4). В этот момент положение заслонок 5 и 6 вызывает изменение светового потока, проходящего по волоконно-оптическим кабелям 10, 11, 12 и 13 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемниками 8 и 9, в результате чего срабатывает компаратор 16, сигнал с которого переводит ключ 25 в состояние «0», в результате чего выключается второй усилитель тока 27, сигнал с которого перестает поступать на вторую катушку 20.The
Инерционная масса 3 по инерции продолжает поворачиваться на упругих подвесах 4 вместе с заслонками 5 и 6 в сторону второй катушки 20 до тех пор, пока не пройдет через точку Т1б (фиг. 4). В этот момент положение заслонок 5 и 6 вызывает изменение светового потока, проходящего по волоконно-оптическим кабелям 10, 11, 12 и 13 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемниками 8 и 9, в результате чего срабатывает компаратор 17, сигнал с которого переводит ключ 25 в состояние «1», в результате чего включается первый усилитель тока 26, сигнал с которого начинает поступать на первую катушку 19. Начинается второй полупериод (п. 2.3).The
2.3. Второй полупериод2.3. Second half period
Созданный первым усилителем тока 26 в первой катушке 19 электрический ток наводит в первом магнитопроводящем сердечнике 21 магнитное поле, которое, стремясь замкнуться через первый магнитопровод 23, притягивает инерционную массу 3 к первой катушке 19.The electric current created by the first
Инерционная масса 3 по инерции продолжает поворачиваться на упругих подвесах 4 вместе с заслонками 5 и 6 в сторону второй катушки 20 до тех пор, пока сила упругости и сила притяжения инерционной массы 3 к первой катушке 19 не уравновесят импульс инерционной массы 3. После этого инерционная масса 3 под действием силы упругости начинает движение к первой катушке 19 до тех пор, пока не пройдет через точку Т2б (фиг. 4). В этот момент положение заслонок 5 и 6 вызывает изменение светового потока, проходящего по волоконно-оптическим кабелям 10, 11, 12 и 13 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемниками 8 и 9, в результате чего срабатывает компаратор 18, сигнал с которого переводит ключ 25 в состояние «0», в результате чего выключается первый усилитель тока 26, сигнал с которого перестает поступать на первую катушку 19.The
Инерционная масса 3 по инерции продолжает поворачиваться на упругих подвесах 4 вместе с заслонками 5 и 6 в сторону первой катушки 19 до тех пор, пока не пройдет через точку Т1а (фиг. 4). В этот момент положение заслонок 5 и 6 вызывает изменение светового потока, проходящего по волоконно-оптическим кабелям 10, 11, 12 и 13 между излучателем 7, питающимся от источника напряжения 14, и фотоприемниками 8 и 9, в результате чего срабатывает компаратор 15, сигнал с которого переводит ключ 25 в состояние «-1», в результате чего включается второй усилитель тока 27, сигнал с которого начинает поступать на вторую катушку 20. Начинается первый полупериод (п. 2.2).The
Тем самым инерционная масса 3 начинает совершать автоколебания на собственной частоте согласно закону управления с запаздыванием, приведенному на фиг. 3 (либо с опережением, приведенному на фиг. 4), а сигнал с фотоприемников 8 и 9 принимает вид меандра. При воздействии внешнего ускорения происходит смещение центра колебаний инерционной массы 3. Это смещение вызывает изменение скважности сигнала с фотоприемников 8 и 9, которое пропорционально действующему ускорению.Thus, the
Построение акселерометра с использованием маятниковой схемы позволяет уменьшить длину подвесов, что снижает влияние погрешности изготовления и повышает надежность, и уменьшить нежелательные эффекты, действующие на инерционную массу за счет повышения частоты второго резонанса.The construction of an accelerometer using a pendulum circuit allows to reduce the length of the suspensions, which reduces the influence of manufacturing errors and increases reliability, and reduce unwanted effects acting on the inertial mass by increasing the frequency of the second resonance.
Кроме того, применение оптического датчика положения позволяет снизить погрешность определения момента переключения, а применение оптического кабеля позволяет снизить стоимость изготовления как за счет использования типовых решений волоконно-оптических линий связи, так и за счет возможности размещения оптических излучателей и приемников на корпусе прибора, не прибегая к трудоемкому процессу их изготовления непосредственно на основании. Дополнительно это позволяет в случае необходимости увеличить мощность излучателя, например, для компенсации несоосности в результате погрешностей при изготовлении основания.In addition, the use of an optical position sensor allows one to reduce the error in determining the switching moment, and the use of an optical cable reduces the manufacturing cost both through the use of standard solutions of fiber-optic communication lines and due to the possibility of placing optical emitters and receivers on the device case without resorting to the laborious process of their manufacture directly on the basis. Additionally, this allows, if necessary, to increase the power of the emitter, for example, to compensate for misalignment due to errors in the manufacture of the base.
Применение электромагнитного силового привода позволяет повысить величину создаваемой силы, что расширяет диапазон измеряемых ускорений, а также позволяет повысить частоту автоколебаний, что расширяет полосу пропускания прибора.The use of an electromagnetic power drive allows you to increase the magnitude of the generated force, which expands the range of measured accelerations, and also allows you to increase the frequency of self-oscillations, which extends the bandwidth of the device.
Применение режима автоколебаний позволяет создать саморегулирующуюся систему, менее чувствительную к внешним помехам. Дополнительно это позволяет сократить время готовности прибора и отказаться от использования аналоговых компонентов и измерительной цепи, что повышает точность измерения, снижает нелинейность и расширяет диапазон измеряемых ускорений.The use of self-oscillation mode allows you to create a self-regulating system, less sensitive to external noise. In addition, this reduces the availability time of the device and eliminates the use of analog components and a measuring circuit, which increases the accuracy of the measurement, reduces non-linearity and extends the range of measured accelerations.
Применение законов управления, отличных от релейного, позволяет дополнительно повысить частоту автоколебаний и снизить амплитуду, что расширяет динамический диапазон прибора и снижает энергозатраты, приводя к увеличению точности.The application of control laws other than relay allows one to further increase the frequency of self-oscillations and reduce the amplitude, which extends the dynamic range of the device and reduces energy consumption, leading to an increase in accuracy.
Использование передоложенного устройства позволяет улучшить метрологические характеристики инерциальных модулей, а именно точность, диапазон измеряемых ускорений, нелинейность, а также снизить стоимость производства и размеры по сравнению с применением аналогов, обеспечивающих схожую точность измерения.Using the advanced device allows to improve the metrological characteristics of inertial modules, namely accuracy, the range of measured accelerations, non-linearity, as well as reduce the cost of production and size in comparison with the use of analogs that provide similar measurement accuracy.
Источники информацииInformation sources
1. Техническое описание одномодового лазерного диода LFO-401 [Электронный ресурс] / ФТИ-Оптроник. - Электрон, текстовые дан. – СПб.: 2016. - Режим доступа: http://www.fti-optronic.com/pdfs/LFO-401.pdf, свободный.1. Technical description of the single-mode laser diode LFO-401 [Electronic resource] / FTI-Optronik. - Electron, text data. - SPb .: 2016. - Access mode: http://www.fti-optronic.com/pdfs/LFO-401.pdf, free.
2. Техническое описание GaAs PIN фотодиода [Электронный ресурс] / ФТИ-Оптроник. - Электрон, текстовые дан. - СПб: 2016. - Режим доступа: http://www.fti-optronic.com/pdfs/TMC-8D31-000.pdf, свободный.2. Technical description of GaAs PIN photodiode [Electronic resource] / FTI-Optronik. - Electron, text data. - SPb: 2016. - Access mode: http://www.fti-optronic.com/pdfs/TMC-8D31-000.pdf, free.
3. Библиотека электронных компонентов. Выпуск 1: Оптоэлектронные приборы фирмы Kingbright. - М.: ДОДЭКА, 1999. - 64 с.3. Library of electronic components. Issue 1: Kingbright Optoelectronic Devices. - M .: DODEKA, 1999 .-- 64 p.
4. Библиотека электронных компонентов. Выпуск 17: Аналоговые и цифро-аналоговые микросхемы фирмы «Mitsubishi Electric». - М: ДОДЭКА, 2000. - 48 с.4. Library of electronic components. Issue 17: Analog and Digital-to-Analog Microcircuits by Mitsubishi Electric. - M: DODEKA, 2000 .-- 48 p.
5. Микросхемы для аудио- и радиоаппаратуры. - 2. - М.: Издательский дом "Додека XXI", 2001. - 288 с.5. Microcircuits for audio and radio equipment. - 2. - M.: Dodeka XXI Publishing House, 2001. - 288 p.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127937A RU2629654C1 (en) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Linear microaccelerometer |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127937A RU2629654C1 (en) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Linear microaccelerometer |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2629654C1 true RU2629654C1 (en) | 2017-08-30 |
Family
ID=59797897
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016127937A RU2629654C1 (en) | 2016-07-11 | 2016-07-11 | Linear microaccelerometer |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2629654C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2410703C1 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Linear microaccelerometre |
RU120235U1 (en) * | 2012-03-26 | 2012-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Завод "Фиолент" | COMPENSATION ACCELEROMETER WITH AN OPTICAL ANGLE SENSOR |
US20150168441A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-18 | Intel Corporation | Optomechanical sensor for accelerometry and gyroscopy |
RU2561303C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) | Linear microaccelerometer |
-
2016
- 2016-07-11 RU RU2016127937A patent/RU2629654C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2410703C1 (en) * | 2009-06-30 | 2011-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет Аэрокосмического приборостроения" | Linear microaccelerometre |
RU120235U1 (en) * | 2012-03-26 | 2012-09-10 | Открытое Акционерное Общество "Завод "Фиолент" | COMPENSATION ACCELEROMETER WITH AN OPTICAL ANGLE SENSOR |
US20150168441A1 (en) * | 2013-12-13 | 2015-06-18 | Intel Corporation | Optomechanical sensor for accelerometry and gyroscopy |
RU2561303C1 (en) * | 2014-06-11 | 2015-08-27 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения" (ГУАП) | Linear microaccelerometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5937188B2 (en) | Optical accelerometer system and method | |
CN112034696B (en) | System and method for integrating optical atomic sensors | |
US2940306A (en) | Dynamic transducer accelerometer | |
Maekoba et al. | Self-aligned vertical mirror and V-grooves applied to an optical-switch: modeling and optimization of bi-stable operation by electromagnetic actuation | |
CN103411597A (en) | Interference-type closed loop fiber optic gyroscope based on cyclic multi-loop effect | |
RU2629654C1 (en) | Linear microaccelerometer | |
RU2410703C1 (en) | Linear microaccelerometre | |
US8773665B1 (en) | Compact fiber optic gyroscope | |
CN102003959B (en) | Annular optical microcavity type optical fiber gyro | |
EP0038348A1 (en) | Force balanced piezoelectric vibratory rate sensor | |
RU2561303C1 (en) | Linear microaccelerometer | |
US6018386A (en) | Oscillatory, optically coupled measurement system | |
RU2399915C1 (en) | Angular accelerometre | |
US4891983A (en) | Inductively coupled force balance instrument | |
RU2641507C1 (en) | Micro-opto-electro-mechanical sensor of angular speed based on wave solid state gyroscope with ring resonator and optical tunnel effect | |
JP2009020057A (en) | Vibration detector | |
US3052127A (en) | Sensing apparatus | |
RU2602407C1 (en) | Micromechanical sensor of angular velocity with digital output | |
RU2410701C1 (en) | Micromechanical sensor of angular speed | |
GB2171509A (en) | Magnetic field detection | |
GB2127637A (en) | Improvements in or relating to pulse rebalanced servomechanisms | |
RU2509307C1 (en) | Linear accelerometer | |
Steiner et al. | MOEMS transducer with a non-linear transfer characteristic for static displacement measurement applications on the example of an inclination sensor | |
RU203751U1 (en) | Vibration measuring device | |
RU2287837C1 (en) | Magnetometer sensor |