Микро-опто-электромеханический компенсационный преобразователь линейных ускорений с контурами грубо-точной стабилизации чувствительного элемента

Авторы патента:

Бусурин Владимир Игоревич (RU)

Жеглов Максим Александрович (RU)

Коробков Кирилл Андреевич (RU)

Кошеварова Наталья Алексеевна (RU)

Штек Сергей Георгиевич (RU)

G01P15/093 - с помощью фотоэлектрического датчика

Владельцы патента RU 2758814:

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

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.

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 a_вх; четыре фотоприёмника (5), детектирующих изменение оптического излучения в модуляторе; четыре преобразователя ток-напряжение (6); блок обработки и коррекции (7), формирующий значение измеренного ускорения a_изм 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.

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.

Изобретение относится к области приборостроения и измерительной техники и может быть использовано для изготовления датчиков, работающих на принципе перемещения инерционной массы при изменении величины ускорения перемещающихся объектов. Фотоэлектрический датчик ускорений содержит корпус, сферическое инерционное тело, источник света, фотоприемник.

Линейный микроакселерометр // 2629654

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах ориентации и навигации. Линейный микроакселерометр содержит основание, рамку с инерционной массой, закрепленной на упругих подвесах, датчик положения, источник напряжения, четыре компаратора, два усилителя тока, ключ, электромагнитный силовой привод, состоящий из 2N катушек, размещенных на 2N магнитопроводящих сердечниках, которые размещены с противоположных сторон рамки по N с каждой стороны, а на поверхности инерционной массы с каждой стороны расположены магнитопроводы, замыкающие магнитные потоки катушек, причем входы катушек подключены к выходу ключа, входы которого через компараторы подключены к датчику положения, который выполнен оптическим и состоит из излучателя, подключенного к источнику напряжения, и двух фотоприемников, при этом между излучателем и фотоприемниками расположены четыре оптических кабеля, а инерционная масса выполнена в виде маятника с возможностью совершения крутильных колебаний на упругих подвесах вокруг одной оси и содержит две заслонки, установленные с возможностью перекрытия светового потока между излучателем и фотоприемниками, размещенными на основании.

Низкочастотный сложенный маятник с высокой механической добротностью в вертикальной конфигурации и вертикальный сейсмический датчик, использующий такой сложенный маятник // 2589944

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в сейсмоприемных устройствах. Предложен сложенный маятник, который может быть реализован в виде монолитного маятника, который не расположен в вертикальной конфигурации, т.е.

Линейный микроакселерометр с оптической системой // 2564810

Изобретение относится к области измерительной техники и касается линейного микроакселерометра с оптической системой. Микроакселерометр включает в себя корпус, две инерционные массы на упругих подвесах, два датчика положения, два компенсационных преобразователя.

Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения на основе оптического туннельного эффекта // 2539681

Изобретение относится к области приборостроения, в частности к устройствам для измерения линейного ускорения. Волоконно-оптический преобразователь линейного ускорения состоит из двух каналов приемо-передачи оптического излучения и чувствительного элемента, включающего два устройства ориентации оптического излучения, выполненные из кварцевого стекла в форме параллелепипеда, частично покрытые зеркальным напылением, и устройство поглощения оптического излучения, которое консольно закреплено через прокладки между устройствами ориентации оптического излучения и выполнено в виде балки из светопоглощающего материала с грузом, закрепленным на ее конце.

Акселерометр поляризационно-оптический // 2538929

Изобретение относится к приборостроению, а именно к акселерометрам, предназначенным для измерения малых ускорений. Акселерометр содержит ячейку из двух параллельно установленных поляроидов с чувствительным элементом между ними, выполненным из прозрачного тензочувствительного материала - полиуретана, имеющего форму клина.

Устройство для измерения виброускорений // 2454645

Изобретение относится к области измерительной техники, в частности к технике высокоточных измерений, и может быть использовано для измерения перемещений и вибраций. .

Способ измерения ускорения при микро- и наносмещениях // 2420746

Изобретение относится к измерительной технике и может найти применение в точном машиностроении и электронной технике. .

Оптический наноакселерометр // 2383026

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано при решении задач навигации, управления, гравиметрии. .

Механолюминесцентный датчик удара // 2305847

Изобретение относится к системам управления и измерительной технике и может быть использовано в качестве датчика управления подушками безопасности в автомобилях. .