RU2641507C1 - Микро-опто-электро-механический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта - Google Patents
Микро-опто-электро-механический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта Download PDFInfo
- Publication number
- RU2641507C1 RU2641507C1 RU2016136395A RU2016136395A RU2641507C1 RU 2641507 C1 RU2641507 C1 RU 2641507C1 RU 2016136395 A RU2016136395 A RU 2016136395A RU 2016136395 A RU2016136395 A RU 2016136395A RU 2641507 C1 RU2641507 C1 RU 2641507C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ring resonator
- optical radiation
- optical
- information processing
- processing unit
- Prior art date
Links
Images
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения угловой скорости. Датчик состоит из устройства управления, чувствительного элемента, выполненного в виде кольцевого резонатора, закрепленного на упругих подвесах в кремниевой пластине, соединенной со стеклянной подложкой, контактных площадок, четырех проводящих контуров, выполненных на соседних близко расположенных упругих подвесах и частично на кольцевом резонаторе, равноудаленно друг от друга, постоянного магнита, верхнего и нижнего магнитопроводов. При этом датчик дополнительно содержит блок обработки информации, четыре канала приемо-передачи оптического излучения, включающие волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и устройством ориентации оптического излучения, причем устройства ориентации оптического излучения, выполненные в виде прямоугольных параллелепипедов из кварцевого стекла, установлены на стеклянной подложке чувствительного элемента со сдвигом в 45° относительно центров проводящих контуров, расположенных на кольцевом резонаторе, на расстоянии от 1 до 10 мкм от кольцевого резонатора, покрыты зеркальным напылением, за исключением области, расположенной напротив кольцевого резонатора, а на внешнюю поверхность кольцевого резонатора нанесено светопоглощающее покрытие. Технический результат заключается в повышении точности. 5 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения угловой скорости вращения в инерциальной системе отсчета, связанной с центром масс летательных аппаратов аэрокосмической техники.
Известен датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа, изготовленный на основе микроэлектромеханических технологий, состоящий из устройства управления и чувствительного элемента, выполненного в виде кольцевого резонатора, упругих элементов подвеса, кремниевой пластины, контактных площадок, четырех проводников для возбуждения колебаний, четырех проводников для измерения амплитуды колебаний, постоянного магнита, верхнего и нижнего магнитопровода, стеклянной подложки (прототип: Распопов В.Я. Микросистемная авионика: учебное пособие. Тула: «Гриф и К», 920. - 248 с.: ил. ISBN 1078-5-8135-1567-10. стр. 136-139). Принцип действия данного датчика основан на измерении в четырех точках с помощью индуктивного метода, амплитуд колебаний резонатора, возникающих из-за воздействия угловой скорости на резонатор. К недостаткам датчика можно отнести низкую чувствительность и помехозащищенность индуктивного метода, применяемого для измерения угловой скорости.
Технический результат, создаваемый изобретением - улучшение точностных характеристик датчика.
Для достижения указанного результата предлагается микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости, содержащий чувствительный элемент, выполненный на основе волнового твердотельного гироскопа, блок обработки информации, блок управления, связанный с блоком обработки информации и чувствительным элементом, четыре канала приемо-передачи оптического излучения, состоящие из волоконно-оптического ответвителя, связанного световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом, при этом приемник оптического излучения связан с блоком обработки информации, чувствительный элемент выполнен в виде кольцевого резонатора, закрепленного на упругих подвесах в кремниевой пластине, соединенной со стеклянной подложкой, четырех проводящих контуров, выполненных на соседних близко расположенных упругих подвесах и частично на кольцевом резонаторе, равноудаленно друг от друга, кроме того, на стеклянной подложке со сдвигом в 45° относительно центров проводящих контуров, расположенных на кольцевом резонаторе, на расстоянии от 1 до 10 мкм от кольцевого резонатора установлены четыре устройства ориентации оптического излучения, соединенные со световодами каналов приемо-передачи оптического излучения и выполненные в виде прямоугольных параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылением, исключая области, расположенные напротив кольцевого резонатора, причем на внешнюю поверхность кольцевого резонатора нанесено светопоглощающее покрытие.
Применение вместо индуктивного метода измерения амплитуды колебаний метода измерения амплитуды колебаний на основе оптического туннельного эффекта позволит улучшить точностные характеристики датчика за счет отсутствия влияния электромагнитных сигналов возбуждения колебаний на оптическое излучение, используемое для измерения амплитуды колебаний.
На фиг.1 представлена структурная схема микрооптоэлектромеханического датчика угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта.
На фиг. 2, 3, 4, 5 представлена конструкция чувствительного элемента микрооптоэлектромеханического датчика угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта (основной вид, виды А, Б, В).
Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта содержит четыре канала приемо-передачи оптического излучения А1-А4, включающие источник оптического излучения 1, световод 2, передающий оптическое излучение источника оптического излучения 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 Ω_изм, соответствующей значению угловой скорости объекта Ω_вх, в инерциальной системе координат, блок управления 9, предназначенный для формирования управляющих сигналов по командам от блока обработки информации 8, подающихся на чувствительный элемент для возбуждения колебаний кольца резонатора.
Чувствительный элемент 5 микрооптоэлектромеханического датчика угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта включает стеклянную подложку 10, соединенную с кремниевой пластиной 11, в которой размещен кольцевой резонатор 12, закрепленный на восьми упругих подвесах 13, четыре контакта 14, четыре контакта 15, постоянный магнит 16, верхний 17 и нижний 18 магнитопроводы, блок ориентации оптического излучения 19, выполненный в виде прямоугольных параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылением, исключая области, расположенные напротив кольцевого резонатора 12, четыре идентичных проводящих контура, каждый из которых образует цепочку - контакт 14, проволока 20, упругий подвес 13, сектор кольца (по часовой стрелке) до следующего упругого подвеса, упругий подвес 13, проволока 20, контакт 15. Корпус чувствительного элемента закрыт крышкой 21.
Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта работает следующим образом. Блок управления 9 по командам от блока обработки информации 8 подает управляющие сигналы на проводящие контуры, находящиеся под воздействием магнитного потока постоянного магнита 16, распространяющегося через верхний 17 и нижний 18 магнитопроводы, что приводит к возникновению колебаний кольцевого резонатора 12. 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 19. В зависимости от зазора между устройством ориентации оптического излучения 19 и внешней гранью кольцевого резонатора 12, 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 устройствами ориентации оптического излучения 19 и соответствующими им участками кольцевого резонатора 12 может меняться под действием сил Кориолиса, возникающих из-за колебания кольцевого резонатора и его вращения с угловой скоростью Ω_вх, вызывающих смещение стоячей волны колебаний резонатора и перемещение участков кольцевого резонатора напротив устройств ориентации оптического излучения, что приводит к изменению потока оптического излучения, распространяющегося в каждом из устройств ориентации оптического излучения, причем световой поток будет меняться по гармоническому закону с частотой, определяемой частотой колебаний кольцевого резонатора, и амплитудой, пропорциональной угловой скорости, воздействующей на объект. 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 Ω_изм.
Изобретение может быть использовано для измерения угловых скоростей подвижных объектов.
Claims (1)
- Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости, содержащий чувствительный элемент, выполненный на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором, блок обработки информации, блок управления, связанный с блоком обработки информации и чувствительным элементом, четыре канала приемо-передачи оптического излучения, состоящие из волоконно-оптического ответвителя, связанного световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения и чувствительным элементом, при этом приемник оптического излучения связан с блоком обработки информации, чувствительный элемент выполнен в виде кольцевого резонатора, закрепленного на упругих подвесах в кремниевой пластине, соединенной со стеклянной подложкой, четырех проводящих контуров, выполненных на соседних близко расположенных упругих подвесах и частично на кольцевом резонаторе, равноудаленно друг от друга, кроме того, на стеклянной подложке со сдвигом в 45° относительно центров проводящих контуров, расположенных на кольцевом резонаторе, на расстоянии от 1 до 10 мкм от кольцевого резонатора установлены четыре устройства ориентации оптического излучения, соединенные со световодами каналов приемо-передачи оптического излучения и выполненные в виде прямоугольных параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылением, исключая области, расположенные напротив кольцевого резонатора, причем на внешнюю поверхность кольцевого резонатора нанесено светопоглощающее покрытие.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016136395A RU2641507C1 (ru) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Микро-опто-электро-механический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016136395A RU2641507C1 (ru) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Микро-опто-электро-механический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2641507C1 true RU2641507C1 (ru) | 2018-01-17 |
Family
ID=68235432
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016136395A RU2641507C1 (ru) | 2016-09-09 | 2016-09-09 | Микро-опто-электро-механический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2641507C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702703C1 (ru) * | 2019-02-04 | 2019-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости с кольцевым резонатором |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94028955A (ru) * | 1994-08-03 | 1996-06-20 | Производственное объединение "Корпус" | Волоконно-оптический измеритель угловой скорости |
CN101576383B (zh) * | 2009-06-04 | 2011-05-04 | 重庆大学 | 双路光干涉的精密光微机电陀螺仪 |
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 |
RU2566384C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения |
-
2016
- 2016-09-09 RU RU2016136395A patent/RU2641507C1/ru active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU94028955A (ru) * | 1994-08-03 | 1996-06-20 | Производственное объединение "Корпус" | Волоконно-оптический измеритель угловой скорости |
CN101576383B (zh) * | 2009-06-04 | 2011-05-04 | 重庆大学 | 双路光干涉的精密光微机电陀螺仪 |
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 |
RU2566384C1 (ru) * | 2014-07-02 | 2015-10-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2702703C1 (ru) * | 2019-02-04 | 2019-10-09 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" | Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости с кольцевым резонатором |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10677594B2 (en) | Microelectromechanical system (MEMS) device readout with optical directional coupler | |
US4450406A (en) | Triaxial optical fiber system for measuring magnetic fields | |
CN110967001B (zh) | 一种腔光机械振动陀螺 | |
CN101688884A (zh) | 角速度测量方法和振动微机械角速度传感器 | |
JP2016218054A (ja) | 光学力を使用したmems加速度計のアクティブな現場較正 | |
US4637255A (en) | Non-planar ring laser accelerometer | |
RU2641507C1 (ru) | Микро-опто-электро-механический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта | |
CN109681189A (zh) | 一种井径扇区固井质量及轨迹一体化测量仪 | |
US4717256A (en) | Fiber optic rate sensor | |
CN109541257A (zh) | 一种摆式加速度计 | |
RU2544885C1 (ru) | Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости | |
CN110546465B (zh) | 用于确定旋转构件的角度的装置 | |
EP3109644A1 (en) | Integrated time-based optical read out mems sensor and method therefor | |
Long et al. | A torsion MEMS magnetic sensor with permanent magnet and fiber-optic detection | |
EP0216812B1 (en) | A measuring device | |
RU2607731C1 (ru) | Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения | |
RU168085U1 (ru) | Устройство для измерения углового ускорения | |
CN208269894U (zh) | 一种可辨方向的自温补光纤光栅测斜传感器 | |
RU2702703C1 (ru) | Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости с кольцевым резонатором | |
CN108982912A (zh) | 一种微型差动式偏轴光纤迈克尔逊非本征型加速度计 | |
Liu et al. | Design and evaluation of a vibration sensor for measurement-while-drilling | |
RU2566384C1 (ru) | Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения | |
CN109142787A (zh) | 一种非金属挠性整体摆 | |
RU178309U1 (ru) | Устройство для измерения трехмерных угловых ускорений | |
RU2524687C2 (ru) | Космический измеритель приращения скорости |