Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения



Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения
Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения
Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения
Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения
G01P1/00 - Измерение линейной или угловой скорости, ускорения, замедления или силы ударов (толчков); индикация наличия, отсутствия или направления движения (измерение или регистрация кровотока A61B 5/02,A61B 8/06; контроль скорости или ускорения транспортных средств с электроприводом B60L 3/00; осветительные системы транспортных средств, приспособленные для указания скорости B60Q 1/54; определение положения или направления в навигации, измерение расстояний в геодезии или топографии G01C; комбинированные измерительные устройства для измерения двух или более переменных параметров движения G01C 23/00; измерение скорости звука G01H; измерение скорости света G01J 7/00; измерение направления или скорости твердых объектов путем отражения или переизлучения

Владельцы патента RU 2566384:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет) (МАИ) (RU)

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения угловой скорости и линейного ускорения. Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения, 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, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытое зеркальным напылением, дополнительно содержит: центрально-закрепленную балку, с квадратной боковой стороной, и семь дополнительных устройств ориентации оптического излучения, с каждой стороны расположены по два устройства ориентации оптического излучения; и две прокладки, расположенные под местом подсоединения световодов к скрепленным устройствам ориентации оптического излучения, обеспечивающие зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей волоконно-оптического преобразователя на основе оптического туннельного эффекта для обеспечения измерения угловой скорости и линейного ускорения относительно двух осей инерциальной системы координат. 4 ил.

 

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения угловой скорости вращения вокруг двух осей и линейных ускорений вдоль двух осей инерциальной системы отсчета, связанной с центром масс летательных аппаратов аэрокосмической техники.

Известен волоконно-оптический преобразователь давления, состоящий из источника оптического излучения, световода, передающего оптическое излучение от источника оптического излучения к волоконно-оптическому ответвителю, волоконно-оптического ответвителя, световода, передающего оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя к чувствительному элементу и обратно, чувствительного элемента, состоящего из призмы полного внутреннего отражения и отражательной мембраны, световода, передающего оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя к приемнику оптического излучения, приемника оптического излучения, блока обработки информации - прототип (Бусурин В.И., Жеглов М.А., Казаръян А.В. Волоконно-оптический преобразователь давления. Патент на изобретение №2457453 от 27 июля 2012 г., Б.И. №21).

Технический результат, создаваемый изобретением, - расширение функциональных возможностей волоконно-оптического преобразователя на основе оптического туннельного эффекта для обеспечения измерения угловой скорости и линейного ускорения относительно двух осей инерциальной системы координат.

Для достижения указанного результата предлагается микро-опто-электромеханический преобразователь, состоящий из основного канала приемо-передачи оптического излучения, включающего волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического и приемником оптического излучения, соединенного электрически с блоком обработки информации и оптически, через световод, с чувствительным элементом, включающим в себя устройство ориентации оптического излучения, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытое зеркальным напылением, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введены центрально-закрепленная балка с квадратной боковой стороной и семь дополнительных устройств ориентации оптического излучения, при этом все восемь устройств ориентации оптического излучения расположены симметрично относительно геометрического центра балки, параллельно передней, задней, верхней и нижней граням балки, с каждой стороны расположены по два устройства ориентации оптического излучения, прикрепленные зеркально расположенными малыми боковыми гранями друг к другу, каждая пара скрепленных устройств ориентации оптического излучения опирается плоскостью, обращенной к балке, на стойку, расположенную под местом соединения двух скрепленных устройств ориентации оптического излучения между собой, обеспечивающую крепление балки, и две прокладки, расположенные под местом подсоединения световодов к скрепленным устройствам ориентации оптического излучения, обеспечивающие зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения, расположенными симметрично, относительно каждой из половин центрально-закрепленной балки, выполненной из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием и электрическими контактами, расположенными с обоих торцов балки, при этом зеркальное напыление отсутствует на областях устройств ориентации оптического излучения, соответствующих прямоугольной проекции балки на поверхности устройств ориентации оптического излучения, микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости дополнительно содержит семь каналов приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из семи дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, устройство управления, соединенное с блоком обработки информации и электрическими контактами центрально-закрепленной балки.

Применение вместо отражательной мембраны центрально-закрепленной балки из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием семи дополнительных устройств ориентации оптического излучения, семи дополнительных каналов приемо-передачи оптического излучения и устройства управления позволит обеспечить чувствительность микро-опто-электромеханического преобразователя к воздействию угловой скорости и линейного ускорения относительно двух осей инерциальной системы координат, связанной с центром масс объекта.

На фиг. 1 представлена структурная схема микро-опто-электромеханического двухосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения.

На фиг. 2 (основной вид), фиг. 3 (вид А), фиг. 4 (вид Б) представлена конструкция чувствительного элемента микро-опто-электромеханического двухосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения.

Микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости содержит восемь каналов приемо-передачи оптического излучения A1-A8, включающие источник оптического излучения 1, световод 2, передающий оптическое излучение от источника 1 к волоконно-оптическому ответвителю 3, световод 4, осуществляющий передачу оптического излучения от волоконно-оптического ответвителя 3 к чувствительному элементу 5 и обратно, световод 6, передающий оптическое излучение от волоконно-оптического ответвителя 3 к приемнику оптического излучения 7, блок обработки информации 8, предназначенный для расчета измеренного значения угловых скоростей Ω_Y-изм, Ω_Z-изм и линейных ускорений a_Y-изм, a_Z-изм, соответствующих значению угловых скоростей объекта Ω_Y-ВХ, Ω_Z-ВХ и линейных ускорений a_Y-ВХ, a_Z-ВХ объекта в инерциальной системе координат, блок управления 13, предназначенный для формирования управляющих импульсов, по командам от блока обработки информации 8, подающихся на устройство поглощения оптического излучения чувствительного элемента.

Чувствительный элемент 5 микро-опто-электромеханического двухосевого датчика угловой скорости и линейного ускорения состоит из восьми устройств ориентации оптического излучения 9, выполненных в виде прямоугольных параллелепипедов из кварцевого стекла, покрытых зеркальным напылением, исключая области, расположенные под прямоугольной проекцией центрально-закрепленной балки 10 на поверхности параллепипедов, центрально-закрепленной балки 10 из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием, стоек 11, обеспечивающих крепление центрально-закрепленной балки, прокладок 12, обеспечивающих зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения, расположенными симметрично, относительно каждой из половин центрально-закрепленной балки.

Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения работает следующим образом. Источник оптического излучения 1 генерирует оптическое излучение заданной мощности и подает его в световод 2, который передает оптическое излучение к волоконно-оптическому ответвителю 3. Волоконно-оптический ответвитель 3 обеспечивает передачу оптического излучения из световода 2 в световод 4. По световоду 4 оптическое излучение вводится в устройство ориентации оптического излучения 9. В зависимости от зазора между устройством ориентации оптического излучения 9 и граничащей с ней стороной центрально-закрепленной балки 10, за счет оптического туннельного эффекта часть оптического излучения покинет устройство ориентации оптического излучения через области, где отсутствует зеркальное напыление. Зазор между плоскостями свободных концов центрально-закрепленной балки 10 и устройствами ориентации оптического излучения 9 может меняться под действием сил Кориолиса, возникающих из-за продольных колебаний балки 10, выполненной из пьезоматериала, возбуждаемых электрическим сигналом блока управления 13, по командам от блока обработки информации 8, и вращения свободных концов балки с угловой скоростью Ω_Y-ВХ, Ω_Z-ВХ, вокруг двух осей Y и Z, вызывающих деформацию свободных концов балки в двух плоскостях вращения, что приводит к изменению во времени потока оптического излучения распространяющегося в каждом из устройств ориентации оптического излучения, причем световой поток будет меняться по гармоническому закону с частотой, определяемой частотой колебаний пьезоэлемента центрально-закрепленной балкой и амплитудой, пропорциональной угловой скорости, воздействующей на объект. При этом воздействие линейного ускорения a_Y-ВХ, a_Z-ВХ, направленного вдоль осей Y и Z, приведет к возникновению постоянного светового потока, не зависящего от колебаний пьезоэлемента. Оптическое излучение, которое останется в устройстве ориентации оптического излучения, отразившись от грани, расположенной напротив световода 4, вернется обратно в световод 4 и через волоконно-оптический ответвитель 3 попадет в световод 6, а затем на приемник оптического излучения 7, где преобразуется в электрический сигнал. Блок обработки информации 8 преобразует электрический сигнал с восьми каналов в измеренные значения угловой скорости Ω_Y-ВХ, Ω_Z-ВХ, вокруг двух осей Y и Z, и линейного ускорения a_Y-ВХ, a_Z-ВХ, направленного вдоль осей Y и Z в инерциальной системе координат, связанной с объектом.

Изобретение может быть использовано для измерения угловых скоростей и линейных ускорений подвижных объектов.

Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения, состоящий из блока обработки информации, чувствительного элемента и основного канала приемо-передачи оптического излучения, включающего волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником и приемником оптического излучения, при этом канал приемо-передачи оптического излучения соединен электрически с блоком обработки информации и оптически, через световод, с чувствительным элементом, включающим в себя устройство ориентации оптического излучения, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытого зеркальным напылением, отличающийся тем, что в чувствительный элемент введены центрально-закрепленная балка с квадратной боковой стороной и семь дополнительных устройств ориентации оптического излучения, при этом все восемь устройств ориентации оптического излучения расположены симметрично относительно геометрического центра балки, параллельно передней, задней, верхней и нижней граням балки, с каждой стороны расположены по два устройства ориентации оптического излучения, прикрепленные зеркально расположенными малыми боковыми гранями друг к другу, каждая пара скрепленных устройств ориентации оптического излучения опирается плоскостью, обращенной к балке, на стойку, расположенную в месте соединения двух скрепленных устройств ориентации оптического излучения, обеспечивающую крепление балки, и две прокладки, расположенные под местом подсоединения световодов к скрепленным устройствам ориентации оптического излучения, обеспечивающие зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения, расположенными симметрично, относительно каждой из половин центрально-закрепленной балки, выполненной из пьезоматериала со светопоглощающим покрытием и электрическими контактами, расположенными с обоих торцов балки, при этом зеркальное напыление отсутствует на областях устройств ориентации оптического излучения, соответствующих прямоугольной проекции балки на поверхности устройств ориентации оптического излучения, микро-опто-электромеханический датчик угловой скорости дополнительно содержит семь каналов приемо-передачи оптического излучения, каждый из которых соединен оптически, через световод, с одним из семи дополнительных устройств ориентации оптического излучения и электрически с блоком обработки информации, устройство управления, соединенное с блоком обработки информации и электрическими контактами центрально-закрепленной балки.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к сенсорному устройству с сенсором и устройством для сигнальной обработки. Технический результат - надежное распознавание манипулирования с магнитом.

Изобретения относятся к блоку управления средствами безопасности для автомобиля и соответствующему способу сборки подобного блока управления. При этом, по меньшей мере, одну печатную плату для размещения электрических компонентов располагают между пластмассовой крышкой и пластмассовым дном.

Изобретение относится к измерительной технике. Техническим результатом заявляемого изобретения является повышение точности измерения.

Изобретение относится к способам визуального представления водителю транспортного средства (ТС) информации о параметрах движения ТС. .

Изобретение относится к области регистрации результатов измерений в транспортных средствах. .

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть использовано, например, в микрогирометрах, микроакселерометрах, микродатчиках давления. .

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах контроля скорости вращения, например, рабочего вала турбины. .

Изобретение относится к измерительной технике, а именно, к средствам контроля скорости и направления ветра и предназначено как для бытового применения, так и для оснащения маяков, метеостанций.

Изобретение относится к технике индикации рабочих характеристик транспортных средств (ТС) и предназначено для использования при отображении как минимум одного из параметров движения ТС и/или состояния его систем.
Изобретение относится к системам индикации параметров движения на пультах корабельных авторулевых. .

Изобретение относится к преобразователям, а более конкретно к акселерометру, способному работать в жестких условиях эксплуатации. Сущность изобретения заключается в том, что акселерометр содержит: металлический корпус; интегрированный пьезоэлектрический датчик ускорения и/или интегрированный электронный пьезоэлектрический (IEPE) датчик ускорения с усилителем, расположенные в указанном корпусе; металлический патрубок, выступающий из указанного корпуса; множество проводов датчика, проходящих из датчика в указанный патрубок, и металлическую оболочку кабеля, соединенную с указанным патрубком и содержащую множество проводов кабеля, изолированных порошком окисла металла, содержащимся в указанной оболочке; при этом по меньшей мере один из указанного множества проводов датчика соединен по меньшей мере с одним из указанного множества проводов кабеля внутри указанного патрубка, а указанные корпус, патрубок и металлическая оболочка кабеля обеспечивают герметичный металлический кожух для указанного по меньшей мере одного датчика, множества проводов датчика и множества проводов кабеля. Технический результат - повышение долговечности и надежности устройства. 3 н. и 17 з.п. ф-лы, 7 ил.

Заявленное изобретение относится к способу и системе для управления опорной скоростью транспортного средства. Система регулирования скорости на спуске в транспортном средстве в связи с уклоном спуска, который приводит к повышенной опорной скорости в конечной части упомянутого уклона, может изменять опорную скорость. Для этого система моделирует по меньшей мере один профиль будущей скорости для действительной скорости на участке дороги впереди. Моделирование основывается на топографической информации. Система содержит блок установления, который устанавливает, должна ли упомянутой опорной скорости назначаться повышенная опорная скорость. Установление основывается на сравнении смоделированного профиля будущей скорости с допустимой величиной для повышенной опорной скорости и/или со сверхнормативной скоростью. Система содержит блок назначения, который назначает повышенную опорную скорость упомянутой опорной скорости, если было установлено, что это необходимо. Достигается повышение безопасности управления транспортным средством. 2 н. и 22 з.п. ф-лы, 2 табл., 10 ил.

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения угловой скорости и линейного ускорения. Микро-опто-электромеханический двухосевой датчик угловой скорости и линейного ускорения, 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, выполненное из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытое зеркальным напылением, дополнительно содержит: центрально-закрепленную балку, с квадратной боковой стороной, и семь дополнительных устройств ориентации оптического излучения, с каждой стороны расположены по два устройства ориентации оптического излучения; и две прокладки, расположенные под местом подсоединения световодов к скрепленным устройствам ориентации оптического излучения, обеспечивающие зазор между четырьмя устройствами ориентации оптического излучения. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей волоконно-оптического преобразователя на основе оптического туннельного эффекта для обеспечения измерения угловой скорости и линейного ускорения относительно двух осей инерциальной системы координат. 4 ил.

Наверх