RU2758814C1 - Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента - Google Patents
Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента Download PDFInfo
- Publication number
- RU2758814C1 RU2758814C1 RU2021112754A RU2021112754A RU2758814C1 RU 2758814 C1 RU2758814 C1 RU 2758814C1 RU 2021112754 A RU2021112754 A RU 2021112754A RU 2021112754 A RU2021112754 A RU 2021112754A RU 2758814 C1 RU2758814 C1 RU 2758814C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- converter
- coarse
- moem
- sensitive element
- modulator
- 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
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Optical Couplings Of Light Guides (AREA)
Abstract
Изобретение относится к области приборостроения. Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента содержит источник оптического излучения, волоконно-оптический ответвитель, разделяющий оптическое излучение источника, два световода, подводящих излучение к четырёхканальному оптическому модулятору, воспринимающему входное ускорение, четыре фотоприёмника, детектирующих изменение оптического излучения в модуляторе, четыре преобразователя ток-напряжение, блок обработки и коррекции, формирующий значение измеренного ускорения и передающий сигналы коррекции на четыре пары обкладок контура точной стабилизации и два электромагнита контура грубой стабилизации. Технический результат – расширение диапазона измерений, снижение чувствительности к поперечным линейным ускорениям, снижение чувствительности к побочным угловым ускорениям, снижение риска механического контакта между деталями оптического преобразователя. 3 ил.
Description
Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения линейного ускорения.
Известен волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта, состоящий из основного канала приемо-передачи оптического излучения, включающего волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником и приемником оптического излучения, соединенного электрически с блоком обработки информации и оптически, через световод, с чувствительным элементом, включающим в себя устройство ориентации оптического излучения (прототип (Бусурин В.И., Жеглов М.А., Казарьян А.В., Коробков В.В. Волоконно-оптический преобразователь ускорения на основе оптического туннельного эффекта. Патент на изобретение № 2539681 от 20 января 2015 г.)
К недостаткам данного волоконно-оптического преобразователя можно отнести риск возникновения механического контакта между оптическими деталями.
Технический результат, создаваемый предлагаемым изобретением, – расширение диапазона измерений, снижение чувствительности к поперечным линейным ускорениям, снижение чувствительности к побочным угловым ускорениям, снижение риска механического контакта между деталями оптического преобразователя за счет совместного использования элементов электромагнитной обратной связи, обеспечивающей грубое позиционирование чувствительного элемента (ЧЭ), компенсируя изгибные деформации, вызванные измеряемым линейным ускорением, и элементов электростатической обратной связи, выравнивающих поверхность ЧЭ, уменьшая деформацию кручения.
Заявленный технический результат достигается тем, что микро-опто-электромеханический (МОЭМ) преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента, включает четырёхканальный оптический модулятор, оптически связанный с источником оптического излучения через волоконно-оптический ответвитель с двумя световодами, и размещенный в корпусе МОЭМ-преобразователя чувствительный элемент (ЧЭ), представляющий собой консольно закрепленную балку в виде плоскопараллельной пластины с четырьмя обкладками на углах свободного края и двумя закрепленными посередине ЧЭ магнитопроводами; четыре элемента приёма оптического излучения, представляющие собой прямоугольные призмы, находящиеся на корпусе МОЭМ-преобразователя, попарно сверху и снизу от ЧЭ, расположенного между ними, на равном удалении от места крепления ЧЭ к корпусу МОЭМ-преобразователя; модулятор связан с блоком обработки и корректировки четырьмя параллельными каналами, каждый из которых включает в себя фотоприёмник и преобразователь ток-напряжение; блок обработки и корректировки связан с модулятором двумя контурами обратной связи, при этом, контур грубой стабилизации включает два электромагнита, расположенные на корпусе МОЭМ-преобразователя напротив магнитопровода; а контур точной стабилизации включает четыре обкладки, расположенные на корпусе МОЭМ-преобразователя напротив обкладок на ЧЭ.
На фиг. 1 представлена структурная схема МОЭМ компенсационного преобразователя линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента.
На фиг. 2 представлен продольный разрез четырёхканального оптического модулятора со смежными элементами МОЭМ компенсационного преобразователя линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента.
На фиг. 3 представлена взрыв-схема четырёхканального оптического модулятора со смежными элементами МОЭМ компенсационного преобразователя линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента.
Предлагаемый микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента, включает: источник оптического излучения (1); волоконно-оптический ответвитель (2), разделяющий оптическое излучение источника; два световода (3), подводящих излучение к четырёхканальному оптическому модулятору (4), воспринимающему входное ускорение aвх; четыре фотоприёмника (5), детектирующих изменение оптического излучения в модуляторе; четыре преобразователя ток-напряжение (6); блок обработки и коррекции (7), формирующий значение измеренного ускорения aизм и передающий сигналы коррекции на четыре пары обкладок (8) контура точной стабилизации и два электромагнита (9) контура грубой стабилизации.
Четырёхканальный оптический модулятор (4) состоит из: чувствительного элемента (10), модулирующего оптическое излучение за счёт субмикрометровых изгибных деформаций, представляющего собой плоскопараллельную пластину, например кварцевую, консольно закреплённую между двумя половинами корпуса (12) МОЭМ-преобразователя, в торцевую часть которой через световоды (3) заведено коллимированное инфракрасное излучение под углом близким к критическому, но не превышающим его; двух магнитопроводов (11), являющихся якорями в цепях электромагнитов (9); двух половин корпуса (12) МОЭМ-преобразователя линейных ускорений (12), на которых предусмотрены четыре элемента приёма оптического излучения (13), представляющих собой прямоугольные призмы.
Наличие у микро-опто-электромеханического компенсационного преобразователя линейных ускорений элементов приёма оптического излучения сверху и снизу от ЧЭ позволяет реализовать дифференциальный способ считывания информации об изгибе ЧЭ относительно продольной оси, а элементов приёма слева и справа – детектировать перекос или скручивание ЧЭ вдоль его продольной оси.
Элементы приёма оптического излучения (13) находятся на корпусе МОЭМ-преобразователя (12) на микрометровом расстоянии попарно, сверху и снизу от ЧЭ (10), расположенного между ними, и на равном удалении от места крепления ЧЭ (10) к корпусу МОЭМ-преобразователя (12). ЧЭ (10) воспринимает входное линейное ускорение и модулирует оптический сигнал за счёт изменения расстояния между собой и элементами приёма оптического излучения (13). Информация о перемещениях ЧЭ (10) преобразуется в напряжение и поступает на блок обработки и коррекции (7).
Контур точной стабилизации представляет собой электростатическую обратную связь, состоящую из четырёх пар обкладок (8), расположенных на углах свободного края ЧЭ (10), и выравнивает его поверхность, уменьшая деформацию кручения от побочных угловых ускорений. Обкладки (8) представляют собой пластины, выполненные из токопроводящего материала.
Контур грубой стабилизации, которым является электромагнитная обратная связь, состоящая из двух электромагнитов (9), воздействующих на магнитопроводы (11), закреплённые на середине ЧЭ, обеспечивает компенсацию изгибных деформаций, вызванных измеряемым линейным ускорением.
Claims (1)
- Микро-опто-электромеханический (МОЭМ) преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента, включающий четырёхканальный оптический модулятор, оптически связанный с источником оптического излучения через волоконно-оптический ответвитель с двумя световодами, и размещенный в корпусе МОЭМ-преобразователя чувствительный элемент (ЧЭ), представляющий собой консольно закрепленную балку в виде плоскопараллельной пластины с четырьмя обкладками на углах свободного края и двумя закрепленными посередине ЧЭ магнитопроводами; четыре элемента приёма оптического излучения, представляющие собой прямоугольные призмы, находящиеся на корпусе МОЭМ-преобразователя, попарно сверху и снизу от ЧЭ, расположенного между ними, на равном удалении от места крепления ЧЭ к корпусу МОЭМ-преобразователя; модулятор связан с блоком обработки и корректировки четырьмя параллельными каналами, каждый из которых включает в себя фотоприёмник и преобразователь ток-напряжение; блок обработки и корректировки связан с модулятором двумя контурами обратной связи, при этом контур грубой стабилизации включает два электромагнита, расположенные на корпусе МОЭМ-преобразователя напротив магнитопровода; а контур точной стабилизации включает четыре обкладки, расположенные на корпусе МОЭМ-преобразователя напротив обкладок на ЧЭ.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021112754A RU2758814C1 (ru) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2021112754A RU2758814C1 (ru) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2758814C1 true RU2758814C1 (ru) | 2021-11-02 |
Family
ID=78466498
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2021112754A RU2758814C1 (ru) | 2021-04-30 | 2021-04-30 | Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2758814C1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6170332B1 (en) * | 1993-05-26 | 2001-01-09 | Cornell Research Foundation, Inc. | Micromechanical accelerometer for automotive applications |
| RU2539681C1 (ru) * | 2013-07-26 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта |
| RU2564810C1 (ru) * | 2014-04-18 | 2015-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Линейный микроакселерометр с оптической системой |
| RU2607731C1 (ru) * | 2015-09-16 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения |
-
2021
- 2021-04-30 RU RU2021112754A patent/RU2758814C1/ru active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6170332B1 (en) * | 1993-05-26 | 2001-01-09 | Cornell Research Foundation, Inc. | Micromechanical accelerometer for automotive applications |
| RU2539681C1 (ru) * | 2013-07-26 | 2015-01-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) | Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта |
| RU2564810C1 (ru) * | 2014-04-18 | 2015-10-10 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет "Московский институт электронной техники" (МИЭТ) | Линейный микроакселерометр с оптической системой |
| RU2607731C1 (ru) * | 2015-09-16 | 2017-01-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (МАИ) | Микро-опто-электромеханический трехосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1115084A (en) | Optical measuring device using optical fibers | |
| US4450406A (en) | Triaxial optical fiber system for measuring magnetic fields | |
| EP0098875B1 (en) | Quadrature fiber-optic interferometer matrix | |
| CN107091950B (zh) | 基于光学传感原理集成了温度传感的反射式电流和磁场传感器 | |
| US7808618B1 (en) | Methods and apparatus for providing a semiconductor optical flexured mass accelerometer | |
| KR100486937B1 (ko) | 광섬유에 의해 구현된 패브리 페로 공진기와 이를 이용한 원자간력 현미경에서의 외팔보 탐침의 변위 측정 및 보정시스템 | |
| US10330697B2 (en) | Active, in-situ, calibration of MEMS accelerometers using optical forces | |
| EP0069352A1 (en) | Process and apparatus for measuring optical-fibre diameter | |
| US4717253A (en) | Optical strain gauge | |
| JPH0277626A (ja) | フアイバー光学振動センサー | |
| JPH04332878A (ja) | 電磁界強度測定装置 | |
| KR0153277B1 (ko) | 광대역 광섬유 진동 감지기 | |
| US6362615B1 (en) | Electro-optic voltage sensor for sensing voltage in an E-field | |
| JPH01102316A (ja) | 光学繊維センサ | |
| Rodriguez-Cobo et al. | Speckle characterization in multimode fibers for sensing applications | |
| RU2253882C1 (ru) | Гравиметр | |
| EP0167277B1 (en) | A micro-displacement measuring apparatus | |
| RU2758814C1 (ru) | Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента | |
| KR100575244B1 (ko) | 광섬유 격자를 이용한 온도 보상 광 변류기 | |
| CN113330320B (zh) | 电场传感器 | |
| EP0216812B1 (en) | A measuring device | |
| JP4637454B2 (ja) | 偏光消光比等測定装置ならびにその測定装置に用い得る偏光消光比等の測定方法 | |
| SU1320683A1 (ru) | Устройство дл измерени вибраций | |
| SU1626230A1 (ru) | Волоконно-оптический датчик электрических напр жений | |
| RU2748305C1 (ru) | Волоконно-оптический датчик магнитного поля и электрического тока |