RU2712777C1 - Aerometric pressure sensor - Google Patents

Aerometric pressure sensor Download PDF

Info

Publication number
RU2712777C1
RU2712777C1 RU2019114581A RU2019114581A RU2712777C1 RU 2712777 C1 RU2712777 C1 RU 2712777C1 RU 2019114581 A RU2019114581 A RU 2019114581A RU 2019114581 A RU2019114581 A RU 2019114581A RU 2712777 C1 RU2712777 C1 RU 2712777C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
housing
microcontroller
photodetector
gap
aerometric
Prior art date
Application number
RU2019114581A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Иван Васильевич Антонец
Руслан Андреевич Борисов
Алексей Аркадьевич Черторийский
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
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 учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук filed Critical Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук
Priority to RU2019114581A priority Critical patent/RU2712777C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2712777C1 publication Critical patent/RU2712777C1/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L11/00—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00
    • G01L11/02—Measuring steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by means not provided for in group G01L7/00 or G01L9/00 by optical means
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01L—MEASURING FORCE, STRESS, TORQUE, WORK, MECHANICAL POWER, MECHANICAL EFFICIENCY, OR FLUID PRESSURE
    • G01L7/00—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements
    • G01L7/02—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges
    • G01L7/08—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type
    • G01L7/086—Measuring the steady or quasi-steady pressure of a fluid or a fluent solid material by mechanical or fluid pressure-sensitive elements in the form of elastically-deformable gauges of the flexible-diaphragm type with optical transmitting or indicating means

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measuring Fluid Pressure (AREA)

Abstract

FIELD: monitoring and measuring equipment.
SUBSTANCE: invention relates to instrumentation and can be used to measure the altitude and speed of flight of aircraft based on the use of the aerometric method. Aerometric pressure sensor comprises a housing in which there are two holes communicating with the measured medium, and inside which an aneroid sensitive element is formed, formed by the upper and lower membranes, which are divided into upper and lower membranes attached to housing with a gap between them. At that, two holes of the housing are located above and below the gap, inside the gap there are two sources of optical radiation, a post attached to the housing, and two photoreceiving lines fixed on the rack opposite to the radiation sources, to the centers of the upper and lower membranes are rigidly attached curtains with slits, located in front of the photosensitive region of the photoreceiving lines, outputs of two photoreceiving lines through corresponding ADC are connected to two inputs of microcontroller, first and second control outputs of which are connected to two control inputs of both photoreceiving lines, and the second control output of the microcontroller is connected to the control input of both ADCs, the output of the microcontroller is connected to the device for recording aerometric pressures.
EFFECT: increase in the measurements accuracy.
1 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода.The invention relates to instrumentation and can be used to measure the altitude and speed of aircraft based on the use of the aerometric method.

Известен барометрический высотомер (авторское свидетельство СССР №1426187, заяв. 1987, МПК G01C 5/00; G01C 5/06, публ. 10.06.2005 г.), содержащий последовательно соединенные преобразователь давления в частоту импульсов тока, формирователь интервала счета, двоичный многоразрядный счетчик с входами предварительной установки и выходной регистр, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя интервала счета, генератор опорной частоты и схему. И, первый и второй входы которой соединены соответственно с выходами генератора опорной частоты и формирователя интервала счета.Known barometric altimeter (USSR author's certificate No. 1426187, application. 1987, IPC G01C 5/00; G01C 5/06, publ. 06/10/2005), containing a series-connected pressure transducer to the frequency of current pulses, shaper of the count interval, binary multi-bit a counter with preset inputs and an output register, the control input of which is connected to the output of the counter interval shaper, a reference frequency generator and a circuit. And, the first and second inputs of which are connected respectively with the outputs of the reference frequency generator and the shaper of the count interval.

Существенными недостатками частотных преобразователей давления являются: высокая зависимость от стабильности частоты питающего напряжения и чувствительность к механическим вибрациям; появление температурных погрешностей датчика и относительно большие энергетические затраты, вызванные наличием специального электромагнитного возбудителя колебаний; постоянный уход метрологических характеристик упругого элемента, определяемый большим числом колебаний.Significant disadvantages of the frequency pressure transducers are: high dependence on the stability of the frequency of the supply voltage and sensitivity to mechanical vibrations; the appearance of temperature errors in the sensor and relatively high energy costs caused by the presence of a special electromagnetic exciter; constant departure of the metrological characteristics of the elastic element, determined by a large number of vibrations.

Известно также устройство для измерения барометрических вертикальной скорости и высоты полета (Патент РФ №1292447 Кл. G01P 3/489, 10.06.2005 г.], содержащее барометрический высотомер, подключенный выходом к первому входу первого вычитателя непосредственно и ко второму входу первого вычитателя через последовательно соединенные первый, второй и третий элементы задержки, второй вычитатель, подсоединенный первым входом к выходу первого элемента задержки, вторым входом к выходу второго элемента задержки и выходом к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого вычитателя, и выходные шины.A device is also known for measuring barometric vertical speed and altitude (RF Patent No. 1292447 Cl. G01P 3/489, 06/10/2005], containing a barometric altimeter connected directly to the first input of the first subtractor and to the second input of the first subtractor through a series connected first, second and third delay elements, a second subtractor connected by a first input to the output of the first delay element, a second input to the output of the second delay element and an output to the first input of the first adder, The second input with the output of the first subtractor, and the output buses.

Данное устройство обладает, по сравнению с предыдущим, более высокой точностью измерений за счет уменьшения динамической и флуктуационной погрешностей, однако ему также присущи все вышеперечисленные недостатки частотных преобразователей давления.This device has, compared with the previous one, higher measurement accuracy due to the reduction of dynamic and fluctuation errors, however, it also has all the above-mentioned disadvantages of frequency pressure transducers.

Известно весоизмерительное устройство (Патент РФ 177302 на полезную модель), в котором величина деформации упругого элемента определяется по величине смещения светового пятна по фоточувствительной поверхности фотоприемной линейки. При этом световое пятно формируется с помощью щели в шторке, жестко связанной с упругим элементом и расположенной между неподвижными источником излучения и фотоприемной линейкой.A weight measuring device is known (RF Patent 177302 for utility model), in which the amount of deformation of an elastic element is determined by the amount of light spot displacement along the photosensitive surface of the photodetector line. In this case, a light spot is formed using a gap in the curtain, rigidly connected with the elastic element and located between the stationary radiation source and the photodetector line.

В данном техническом решении, как и в предыдущем случае, отсутствует возможность повышения точности измерения, ограниченной периодом опроса фотоприемной линейки.In this technical solution, as in the previous case, there is no possibility of increasing the accuracy of the measurement, limited by the period of the survey of the photodetector line.

Прототипом предлагаемого датчика может служить датчик давлений, использующий оптический метод преобразования информации (Патент РФ 2653596 МПК G01L 7/00 (2006.01), 2018), содержащий корпус, который имеет два отверстия, сообщающиеся с измеряемой средой и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный двумя мембранами. В устройство дополнительно введены источник излучения, закрепленный на стойке, и две шторки со щелями, закрепленные на той же стойке, а также две фотоприемные линейки, причем мембраны чувствительного элемента разделены на верхнюю и нижнюю и герметично по периметру прикреплены к корпусу, образуя безвоздушный зазор, при этом отверстия корпуса расположены выше и ниже зазора, стойка размещена внутри зазора и прикреплена к корпусу, а фотоприемные линейки, также размещенные в зазоре, прикреплены соответственно к верхней и нижней мембранам и обращены к соответствующим щелям шторок.The prototype of the proposed sensor can be a pressure sensor using the optical method of information conversion (RF Patent 2653596 IPC G01L 7/00 (2006.01), 2018), containing a housing that has two openings in communication with the medium to be measured and inside which an aneroid sensitive element formed two membranes. An additional radiation source mounted on the rack and two curtains with slits mounted on the same rack, as well as two photodetector arrays, the membranes of the sensing element are divided into upper and lower and sealed around the perimeter to the housing, forming an airless gap, are additionally introduced into the device. while the openings of the housing are located above and below the gap, the rack is placed inside the gap and attached to the housing, and the photodetector lines also located in the gap are attached respectively to the upper and lower membranes and facing the corresponding slots of the blinds.

К недостаткам данного устройства можно отнести ряд факторов, влияющих на точность измерения. Информация о текущей координате оптического пятна вдоль оси фотоприемной линейки формируется дискретно, с периодом, равным периоду опроса всех пикселей фотоприемной линейки. Для повышение точности измерений необходимо уменьшать период опроса, однако это ограничивается техническими возможностями используемой фотоприемной линейки. Кроме того, установленные на верхней и нижней мембранах фотоприемные линейки с подходящими к ним проводами приводят к увеличению массы и габаритных размеров жесткого центра мембран. Это приводит к снижению их динамической устойчивости.The disadvantages of this device include a number of factors affecting the measurement accuracy. Information about the current coordinate of the optical spot along the axis of the photodetector line is formed discretely, with a period equal to the polling period of all pixels of the photodetector line. To increase the accuracy of measurements, it is necessary to reduce the polling period, however, this is limited by the technical capabilities of the used photodetector line. In addition, photodetector arrays installed on the upper and lower membranes with suitable wires lead to an increase in the mass and overall dimensions of the rigid center of the membranes. This leads to a decrease in their dynamic stability.

Техническая задача изобретения состоит в повышении точности измерения.The technical task of the invention is to improve the accuracy of measurement.

Поставленная задача решена заявляемым изобретением. Заявляется:The problem is solved by the claimed invention. Declares:

Датчик аэрометрических давлений, содержащий корпус, который имеет два отверстия, сообщающиеся с измеряемой средой и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный верхней и нижней мембранами, которые герметично прикреплены к корпусу с образованием безвоздушного зазора между ними, при этом два отверстия корпуса расположены соответственно выше и ниже зазора, внутри зазора размещены источник оптического излучения, две фотоприемные линейки и стойка, прикрепленная к корпусу, отличающийся тем, чтоAir pressure sensor comprising a housing that has two openings in communication with the medium to be measured and inside which an aneroid sensitive element is formed, formed by upper and lower membranes, which are hermetically attached to the housing with the formation of an airless gap between them, with two housing openings located respectively higher and below the gap, inside the gap there is an optical radiation source, two photodetector arrays and a stand attached to the housing, characterized in that

- введен второй источник оптического излучения и оба источника жестко прикреплены к корпусу,- introduced a second source of optical radiation and both sources are rigidly attached to the housing,

- фотоприемные линейки жестко закреплены на стойке напротив источников излучения,- photodetector lines are rigidly mounted on a rack opposite the radiation sources,

- к центрам верхней и нижней мембран жестко прикреплены соответствующие шторки с n щелями, при этом шторки расположены перед фоточувствительной областью соответствующей фотоприемной линейки,- the corresponding curtains with n slots are rigidly attached to the centers of the upper and lower membranes, while the curtains are located in front of the photosensitive region of the corresponding photodetector line,

- выходы двух фотоприемных линеек через АЦП соединены с соответствующими двумя входами микроконтроллера, первый и второй управляющие выходы которого соединены с двумя входами управления обеих фотоприемных линеек, а второй управляющий выход микроконтроллера также соединен с входом управления обоих АЦП,- the outputs of two photodetector lines through the ADC are connected to the corresponding two inputs of the microcontroller, the first and second control outputs of which are connected to two control inputs of both photodetector lines, and the second control output of the microcontroller is also connected to the control input of both ADCs,

- выход микроконтроллера соединен с входом устройства регистрации аэрометрических давлений.- the output of the microcontroller is connected to the input of the device for recording aerometric pressures.

Изобретение поясняется фигурой 1, на которой представлена функциональная схема датчика аэрометрических давлений, и фигурами 2 и 3, поясняющими обработку сигналов датчика и принцип его работы.The invention is illustrated by figure 1, which shows a functional diagram of the sensor air pressure, and figures 2 and 3, explaining the signal processing of the sensor and the principle of its operation.

Устройство содержит корпус 1 с двумя отверстиями, соответственно для измерения статического [Рст] и полного [Рполн] давлений, причем отверстия расположены выше и ниже зазора, образованного мембранами 2 и 3. Мембраны 2 и 3 анероидного чувствительного элемента разнесены по высоте, образуя зазор, из которого выкачан воздух, и герметично по периметру прикреплены к корпусу. Внутри безвоздушного зазора, симметрично относительно мембран 2 и 3 расположена стойка 4, жестко закрепленная на боковой стенке корпуса 1. Сверху и снизу относительно стойки 4 к боковой стенке корпуса 1 жестко закреплены источники оптического излучения 9 и 10. Напротив источников излучения 9 и 10 расположены фотоприемные линейки 5 и 6, жестко закрепленные на стойке 4. К центрам верхней 2 и нижней 3 мембран жестко закреплены шторки 7 и 8, соответственно, с n щелями. При этом шторка 7 расположена перед фоточувствительной областью фотоприемной линейки 5, шторка 8 расположена перед фоточувствительной областью фотоприемной линейки 6, а фоточувствительные области фотоприемных линеек расположены вдоль направления перемещения шторок при изменении измеряемых давлений. Выход фотоприемной линейки 5 соединен с входом АЦП 11, а выход фотоприемной линейки 6 - с входом АЦП 12. Выходы АЦП 11 и АЦП 12 соединены с первым и вторым входами микроконтроллера 13, первый и второй управляющие выходы которого соединены с двумя входами управления обоих фотоприемных линеек, а второй управляющий вход также соединен с входами управления обоих АЦП. Выход микроконтроллера соединен с входом устройства регистрации аэрометрических давлений 14.The device comprises a housing 1 with two holes, respectively, for measuring static [PST] and full [Рпол] pressures, the holes being located above and below the gap formed by membranes 2 and 3. The membranes 2 and 3 of the aneroid sensor are spaced apart in height, forming a gap, from which air is pumped out, and tightly around the perimeter attached to the body. Inside the airless gap, symmetrically relative to the membranes 2 and 3, there is a rack 4, rigidly mounted on the side wall of the housing 1. On top and bottom relative to the rack 4 to the side wall of the housing 1, optical radiation sources 9 and 10 are rigidly mounted. Opposite the radiation sources 9 and 10 are photodetectors lines 5 and 6, rigidly fixed on the rack 4. To the centers of the upper 2 and lower 3 membranes are blinds 7 and 8, respectively, with n slots rigidly fixed. In this case, the shutter 7 is located in front of the photosensitive area of the photodetector line 5, the shutter 8 is located in front of the photosensitive area of the photodetector line 6, and the photosensitive areas of the photodetector line are located along the direction of movement of the shutter when the measured pressure changes. The output of the photodetector line 5 is connected to the input of the ADC 11, and the output of the photodetector line 6 is connected to the input of the ADC 12. The outputs of the ADC 11 and ADC 12 are connected to the first and second inputs of the microcontroller 13, the first and second control outputs of which are connected to two control inputs of both photodetector lines and the second control input is also connected to the control inputs of both ADCs. The output of the microcontroller is connected to the input of the registration device aerometric pressure 14.

Работа устройства при измерении статического давления осуществляется следующим образом. В исходном состоянии мембрана 2 анероидного чувствительного элемента занимает определенное положение. Оптическое излучение U1 от источника 9 падает на шторку 7. Прошедшее через n щелей в шторке 7 излучение формирует на фоточувствительной поверхности фотоприемной линейки 5 n световых пятен размером в несколько элементов (пикселей) фотоприемной линейки. Фотоприемная линейка 5 работает таким образом, что преобразует пространственное распределение падающей на ее поверхность оптической мощности в периодический изменяющийся во времени электрический сигнал U3. Это обеспечивается подачей на фотоприемную линейку 5 управляющих сигналов U5, U6 от микроконтроллера. Управляющий сигнал U5 задает период последовательного опроса всех элементов фотоприемной линейки приемника оптического излучения 4, а сигнал U6 задает период опроса каждого отдельного элемента (пикселя) фотоприемной линейки. Амплитуда электрического сигнала U3 на выходе фотоприемной линейки 5 в каждый момент времени пропорциональна оптической мощности, падающей на опрашиваемый в данный момент пиксель. В результате на выходе фотоприемной линейки 5 формируется периодический электрический сигнал U3, в котором пространственному распределению оптической мощности в пределах фоточувствительной поверхности фотоприемной линейки 5 ставится в соответствие распределение во времени амплитуды электрического сигнала в пределах периода сигнала U5. Амплитуды сигналов с n пикселей, на которые попадает излучение, прошедшее через n щелей в шторке 7, будут иметь локальные максимумы.The operation of the device when measuring static pressure is as follows. In the initial state, the membrane 2 of the aneroid sensitive element occupies a certain position. The optical radiation U 1 from the source 9 falls onto the curtain 7. The radiation transmitted through n slots in the curtain 7 forms on the photosensitive surface of the photodetector line 5 n light spots the size of several elements (pixels) of the photodetector line. The photodetector line 5 operates in such a way that it converts the spatial distribution of the optical power incident on its surface into a periodic, time-varying electrical signal U 3 . This is ensured by applying to the photodetector line 5 control signals U 5 , U 6 from the microcontroller. The control signal U 5 sets the period of sequential polling of all elements of the photodetector line of the optical radiation receiver 4, and the signal U 6 sets the polling period of each individual element (pixel) of the photodetector line. The amplitude of the electric signal U 3 at the output of the photodetector line 5 at each moment of time is proportional to the optical power incident on the pixel being polled at the moment. As a result, a periodic electrical signal U 3 is generated at the output of the photodetector line 5, in which the spatial distribution of the optical power within the period of the signal U 5 is mapped to the spatial distribution of optical power within the photosensitive surface of the photodetector line 5 . The amplitudes of the signals with n pixels that receive radiation transmitted through n slots in the shutter 7 will have local maxima.

Выходной сигнал U3 фотоприемной линейки 5 поступает на АЦП 11, осуществляющий преобразование амплитуды сигнала с каждого пикселя фотоприемной линейки в соответствующий амплитуде цифровой код. Для синхронизации моментов выборки АЦП с работой фотоприемной линейки на управляющий вход АЦП подается сигнал U6. Массив значений амплитуд сигналов с пикселей фотоприемной линейки с выхода АЦП 11 в виде сигнала U7 поступает на вход микроконтроллера 13. Программное обеспечение микроконтроллера обрабатывает массив данных, полученных за один период сигнала U5. Задача обработки - вычислить значения координат п световых пятен на поверхности фотоприемной линейки.The output signal U 3 of the photodetector line 5 is fed to the ADC 11, which converts the amplitude of the signal from each pixel of the photodetector line to the corresponding digital code amplitude. To synchronize the moments of the ADC sample with the operation of the photodetector line, the signal U 6 is supplied to the control input of the ADC. An array of values of the amplitudes of the signals from the pixels of the photodetector line from the output of the ADC 11 in the form of a signal U 7 is fed to the input of the microcontroller 13. The software of the microcontroller processes the data array obtained for one period of the signal U 5 . The processing task is to calculate the coordinates of n light spots on the surface of the photodetector line.

Для вычисления координат светового пятна можно использовать так называемый центроид метод, обеспечивающий вычисление координаты центра тяжести изображения светового пятна. Алгоритм, реализующий данные вычисления, может быть реализован следующим образом. Вначале определяются номера n пикселей Nmax_n, амплитуда сигнала с которых соответствует локальным максимумам в пределах каждого из n световых пятен на фоточувствительной поверхности фотоприемной линейки. Затем выделяется область из М/2 пикселей до и М/2 пикселей после максимума. И для данной области осуществляется вычисление координаты максимума сигнала, выраженное в номере пикселя, по формулеTo calculate the coordinates of the light spot, you can use the so-called centroid method, which provides the calculation of the coordinates of the center of gravity of the image of the light spot. The algorithm that implements the calculation data can be implemented as follows. First, the numbers of n pixels N max_n are determined , the signal amplitude from which corresponds to local maxima within each of n light spots on the photosensitive surface of the photodetector line. Then, an area of M / 2 pixels before and M / 2 pixels after the maximum is highlighted. And for this area, the calculation of the coordinates of the maximum signal, expressed in pixel number, is carried out according to the formula

Figure 00000001
Figure 00000001

где MAXn - координата максимума n-го светового пятна на фотоприемной линейке, Ai - амплитуда сигнала с i-го пикселя в окрестностях n-го пятна, Nmax_n - номер пикселя, амплитуда с которого в пределах n-го пятна максимальна. Количество пикселей М/2 выбирается таким образом, чтобы охватить все пиксели вокруг локального максимума, амплитуда сигнала с которых заметно превышает начальный (темновой) уровень.where MAX n is the coordinate of the maximum of the n-th light spot on the photodetector line, A i is the amplitude of the signal from the i-th pixel in the vicinity of the n-th spot, N max_n is the number of the pixel whose amplitude within the nth spot is maximum. The number of M / 2 pixels is selected in such a way as to cover all the pixels around the local maximum, the signal amplitude from which significantly exceeds the initial (dark) level.

Таким образом, в результате вычислений в памяти микроконтроллера будет содержаться n значений MAXn, соответствующих исходному значению координат световых пятен. При изменении статического (Pcm) давления мембрана 2 анероидного чувствительного элемента деформируются, в результате чего происходит перемещение всех световых пятен, пропорциональное изменению давления. Вычисление по формуле (1) новых значений координат световых пятен позволяет определить изменение статического давления по величине смещения мембраны 2 относительно исходного значения:Thus, as a result of calculations, the microcontroller will contain n values of MAX n corresponding to the initial value of the coordinates of the light spots. With a change in static (Pcm) pressure, the membrane 2 of the aneroid sensitive element deforms, resulting in the movement of all light spots proportional to the pressure change. The calculation according to formula (1) of the new values of the coordinates of the light spots allows us to determine the change in static pressure by the magnitude of the displacement of the membrane 2 relative to the initial value:

Figure 00000002
Figure 00000002

где ΔPcmn(t) - текущее значение изменения статического давления, определенное смещению n-го пятна, MAXn(t) - координата максимума n-го светового пятна на фотоприемной линейке в текущий момент времени t, MAXn(0) - исходное значение координаты n-го светового пятна, kn - калибровочный коэффициент, связывающий координаты n-го пятна, выраженное в пикселях, с изменением статического давления. С учетом того, что расстояние между шторкой 7 и фотоприемной линейкой 5 намного меньше, чем расстояние между шторкой 7 и источником излучения 9, значения калибровочных коэффициентов kn для всех n световых пятен в первом приближении можно считать равными. Для повышения точности измерения смещения мембраны предлагается усреднять результаты измерения изменения давления, полученные для всех n пятен:where ΔPcm n (t) is the current value of the static pressure change determined by the displacement of the nth spot, MAX n (t) is the coordinate of the maximum of the nth light spot on the photodetector line at the current time t, MAX n (0) is the initial value coordinates of the nth light spot, k n is a calibration coefficient relating the coordinates of the nth spot, expressed in pixels, with a change in static pressure. Considering that the distance between the curtain 7 and the photodetector 5 is much smaller than the distance between the curtain 7 and the radiation source 9, the values of the calibration coefficients k n for all n light spots can be considered equal to a first approximation. To improve the accuracy of measuring the displacement of the membrane, it is proposed to average the results of measuring the pressure change obtained for all n spots:

Figure 00000003
Figure 00000003

Вычисление полного давления происходит аналогично описанному выше процессу вычисления статического давления. При этом изменение полного давления приводит к перемещению шторки 8 и перемещению световых пятен по фотоприемной линейке 6. Выходной сигнал U4 с фотоприемной линейки 6 поступает на АЦП 12. Результат измерения амплитуды сигнала с пикселей фотоприемной линейки 6 в виде цифрового кода U8 поступает на вход микроконтроллера 13.The calculation of the total pressure is similar to the process for calculating the static pressure described above. In this case, the change in total pressure leads to the movement of the curtain 8 and the movement of light spots along the photodetector line 6. The output signal U 4 from the photodetector line 6 is fed to the ADC 12. The result of measuring the amplitude of the signal from the pixels of the photodetector line 6 is sent to the input as a digital code U 8 microcontroller 13.

Вычисляемые в режиме реального времени значения статического и полного давления позволяют вычислить все основные аэрометрические параметры. Для этого необходимо дополнительно ввести в микроконтроллер информацию о температуре воздуха и давление на уровне земли. Вычисленные в микроконтроллере значения аэрометрических параметров в виде сигнала U9 поступают на устройство регистрации аэрометрических давлений 14.The real-time values of static and total pressure calculated in real time make it possible to calculate all the basic aerometric parameters. To do this, you must additionally enter in the microcontroller information on air temperature and pressure at ground level. The aerometric parameters calculated in the microcontroller in the form of a signal U 9 are supplied to the aerometric pressure recording device 14.

Максимальное количество световых пятен, используемых для повышения точности измерения смещения мембран, ограничено следующими требованиями:The maximum number of light spots used to increase the accuracy of measuring the displacement of the membranes is limited by the following requirements:

- соседние световые пятна не должны накладываться друг на друга;- adjacent light spots should not overlap each other;

- перемещение шторки не должно приводить к выходу световых пятен за пределы фоточувствительной области фотоприемной линейки.- moving the curtain should not lead to the exit of light spots outside the photosensitive area of the photodetector line.

Фоточувствительная область современных фотоприемных линеек содержит 1000 и более пикселей. Если принять, что диапазон перемещения мембраны составляет половину длины фоточувствительной области, а изображение каждого светового пятна занимает около 20 пикселей, видим, что количество щелей в шторке (световых пятен) может достигать 20 и более.The photosensitive area of modern photodetector lines contains 1000 or more pixels. If we assume that the range of movement of the membrane is half the length of the photosensitive region, and the image of each light spot takes about 20 pixels, we see that the number of slots in the curtain (light spots) can reach 20 or more.

Изобретение обеспечивает достижение следующих технических результатов:The invention ensures the achievement of the following technical results:

1) применение шторок с n щелями позволяет сформировать на фотоприемной линейке n световых пятен, перемещающихся пропорционально изменению измеряемого давления. Благодаря этому за один период опроса фотоприемной линейки удается получить n независимых значений измеряемого давления и, усреднив результат, повысить точность измерения примерно в

Figure 00000004
раз;1) the use of curtains with n slits allows you to form n light spots on the photodetector line, moving in proportion to the change in the measured pressure. Due to this, for one period of scanning the photodetector line, it is possible to obtain n independent values of the measured pressure and, by averaging the result, increase the measurement accuracy by approximately
Figure 00000004
time;

2) отсутствие на шторках 7 и 8 дополнительных элементов (излучателей и фотоприемных линеек), улучшает динамические свойства датчика;2) the absence of additional elements (emitters and photodetector lines) on the blinds 7 and 8, improves the dynamic properties of the sensor;

3) внешние механические воздействия на датчик могут привести к смещениям фотоприемных линеек 5 и 6 относительно шторок 7 и 8. В связи с тем, что фотоприемные линейки крепятся на общей стойке 4, подобные смещения будут приводить к синфазным изменениям в измеренных значениях статического и полного давления. Синхронный режим работы фотоприемных линеек (благодаря использованию общих управляющих сигналов U5 и U6 от микроконтроллера) позволяет обнаружить подобные синфазные составляющие в выходных сигналах и программно минимизировать их влияние на точность измерения давлений.3) external mechanical influences on the sensor can lead to displacements of the photodetector lines 5 and 6 relative to the shutters 7 and 8. Due to the fact that the photodetector lines are mounted on a common rack 4, such displacements will lead to in-phase changes in the measured values of static and total pressure . The synchronous mode of operation of the photodetector arrays (due to the use of common control signals U 5 and U 6 from the microcontroller) makes it possible to detect such common-mode components in the output signals and minimize their influence on the accuracy of pressure measurement programmatically.

Изобретение осуществляется с использованием известных средств измерения и передачи электрических сигналов: аналого-цифровых преобразователей (АЦП), микроконтроллера и компьютера, выполняющего функцию устройства регистрации аэрометрических давлений.The invention is carried out using known means of measuring and transmitting electrical signals: analog-to-digital converters (ADCs), a microcontroller, and a computer that acts as a device for recording aerometric pressures.

Claims (1)

Датчик аэрометрических давлений, содержащий корпус, который имеет два отверстия, сообщающихся с измеряемой средой, и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный верхней и нижней мембранами, которые разделены на верхнюю и нижнюю мембраны и герметично прикреплены к корпусу с образованием безвоздушного зазора между ними, при этом два отверстия корпуса расположены соответственно выше и ниже зазора, внутри зазора размещены источник оптического излучения, две фотоприемные линейки и стойка, прикрепленная к корпусу, отличающийся тем, что введен второй источник оптического излучения и оба источника жестко закреплены к корпусу, фотоприемные линейки жестко закреплены на стойке напротив источников излучения, к центрам верхней и нижней мембран жестко прикреплены соответствующие шторки с n щелями, при этом шторки расположены перед фоточувствительной областью соответствующей фотоприемной линейки, выходы двух фотоприемных линеек через соответствующие АЦП соединены с двумя входами микроконтроллера, первый и второй управляющие выходы которого соединены с двумя входами управления обеих фотоприемных линеек, а второй управляющий выход микроконтроллера также соединен с входом управления обоих АЦП, выход микроконтроллера соединен с устройством регистрации аэрометрических давлений.An air pressure sensor comprising a housing that has two openings in communication with the medium to be measured, and inside which an aneroid sensitive element is formed, formed by the upper and lower membranes, which are divided into upper and lower membranes and are tightly attached to the housing with the formation of an airless gap between them, in this case, two housing openings are located respectively above and below the gap, an optical radiation source, two photodetector arrays, and a stand attached to the housing are located inside the gap Su, characterized in that a second source of optical radiation is introduced and both sources are rigidly fixed to the housing, photodetector arrays are rigidly fixed on a counter opposite to radiation sources, corresponding curtains with n slots are rigidly attached to the centers of the upper and lower membranes, while the curtains are located in front of the photosensitive region of the corresponding photodetector line, the outputs of two photodetector lines through the corresponding ADCs are connected to two inputs of the microcontroller, the first and second control outputs of which are connected enes with two control inputs both photodetector arrays and the second control output of the microcontroller is also connected to both the control input of the ADC, the output of the microcontroller is connected to the registration device aerometric pressures.
RU2019114581A 2019-05-13 2019-05-13 Aerometric pressure sensor RU2712777C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114581A RU2712777C1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 Aerometric pressure sensor

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2019114581A RU2712777C1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 Aerometric pressure sensor

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2712777C1 true RU2712777C1 (en) 2020-01-31

Family

ID=69624915

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2019114581A RU2712777C1 (en) 2019-05-13 2019-05-13 Aerometric pressure sensor

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2712777C1 (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2762543C1 (en) * 2020-11-25 2021-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Static and full pressure sensor
RU2785033C1 (en) * 2022-10-18 2022-12-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Pressure sensor using optical method for information conversion

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2547896C1 (en) * 2013-11-26 2015-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Optical detector of pressure difference
RU2559300C2 (en) * 2013-12-24 2015-08-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Pressure transducer
RU2574227C1 (en) * 2014-11-12 2016-02-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Fibre-optic pressure sensor
US9918642B2 (en) * 2013-10-25 2018-03-20 Fibragg Diagnostics Gmbh Pressure gauge
RU2684683C1 (en) * 2017-11-14 2019-04-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Aerometric pressure sensor

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9918642B2 (en) * 2013-10-25 2018-03-20 Fibragg Diagnostics Gmbh Pressure gauge
RU2547896C1 (en) * 2013-11-26 2015-04-10 Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова" (ФГУП "ВНИИА") Optical detector of pressure difference
RU2559300C2 (en) * 2013-12-24 2015-08-10 Российская Федерация, От Имени Которой Выступает Министерство Промышленности И Торговли Российской Федерации Pressure transducer
RU2574227C1 (en) * 2014-11-12 2016-02-10 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Пермский национальный исследовательский политехнический университет" Fibre-optic pressure sensor
RU2684683C1 (en) * 2017-11-14 2019-04-11 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Aerometric pressure sensor

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2762543C1 (en) * 2020-11-25 2021-12-21 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Static and full pressure sensor
RU2785033C1 (en) * 2022-10-18 2022-12-02 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" Pressure sensor using optical method for information conversion

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Coppin et al. A three-component sonic anemometer/thermometer system for general micrometeorological research
RU2712777C1 (en) Aerometric pressure sensor
CN106338272B (en) Test method for component incline measurement
WO2020259591A1 (en) Calibration method and device for optical fiber strain sensing system
RU2684683C1 (en) Aerometric pressure sensor
CN110531443B (en) Calibration device of earthquake intensity meter
RU173822U1 (en) Meteorological Acoustic Doppler Locator
CN1971248A (en) Real-time measuring device for high precision thin-film stress and measuring method
RU2653596C1 (en) Pressure sensor using optical method of information transformation
US4184368A (en) Oceanic wave measurement system
US4750574A (en) Accurate weight determination at sea
CN111397721A (en) Method and system for absolute calibration of co-vibrating vector hydrophone based on water surface boundary vibration measurement technology
RU2736736C1 (en) Aerometric pressure sensor
RU2702808C1 (en) Aerometric pressure sensor
RU2762543C1 (en) Static and full pressure sensor
CN101545819B (en) Method of calibrating PVDF voltage coefficient when measuring gauge pressure of rotary body
RU2785033C1 (en) Pressure sensor using optical method for information conversion
CN107728021A (en) The partial discharge number of photons detection means compensated based on inclination angle and supersonic sounding
RU2796818C1 (en) Measurement of the parameters of the ambient and ram air streams on aircraft
CN110988401A (en) Photoelectric accelerometer calibration method and system
RU2519833C2 (en) Calibration method of piezoelectric accelerometer at lower frequencies, and device for its implementation
CN105203199A (en) Ultra-high sensitivity vibration sensor based on micro-nano scale material optical mechanical and electrical system
CN216816723U (en) Two-dimensional wind speed sensor based on piezoelectric technology
CN109631833A (en) The difference barometric leveling method merged based on storage verification with inertial sensor
CN112763752A (en) Acceleration sensor based on photoacoustic effect