ОПТОЭЛЕКТРОННЫЙ КРЕНОМЕТР Российский патент 2005 года по МПК G01C9/20 G01C9/06 

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано для индикации и измерения уклонов и кренов подводных и надводных судов во время морской навигации.

Известно устройство аналогичного назначения, содержащее по крайней мере один источник света и один фотоприемник, оптически согласованные через волоконный световод [1].

При появлении крена на выходе фотоприемника формируется выходной сигнал, пропорциональный углу крена изделия (в аналоге [1] ракеты).

Недостатком аналога является влияние амплитудных факторов (изменение яркости источника света, старение фотоприемника, разъюстировка устройства и т.п.) на результаты измерений.

Известен оптоэлектронный кренометр, содержащий цилиндрический сосуд с рабочей жидкостью, вне которой расположены попарно оптически согласованные два источника света и два фотоприемника, а также два усилителя фототока, подключенных к выходам фотоприемников, регистратор и микропроцессор, соединенный входами с выходами усилителей, а выходами - с регистратором [2].

Данный кренометр принят за прототип.

Недостатком прототипа, как и аналога, является влияние амплитудных факторов на результаты измерений величины крена изделия. Поскольку в прототипе, как и в аналоге, об угле крена изделия судят по амплитуде выходного сигнала фотоприемника, то на результат измерения будет влиять любой амплитудный фактор: как то изменение прозрачности жидкости, старение фотоприемника, изменение коэффициента усиления усилителя и т.п.

Техническим эффектом, получаемым от внедрения изобретения, является устранение указанного недостатка, т.е. устранение влияния амплитудных факторов на результаты измерения крена.

Поставленный технический результат достигают за счет того, что известный оптоэлектронный кренометр, содержащий цилиндрический сосуд с рабочей жидкостью, вне которой расположены попарно оптически согласованные два источника света и два фотоприемника, а также два усилителя фототока, подключенных к выходам фотоприемников, регистратор и микропроцессор, соединенный входами с выходами усилителей, а выходом - с регистратором, дополнительно содержит четыре световода, свернутых в виде волоконных катушек, попарно оптически связанных с источником света и фотоприемником в два интерферометра, при этом источник света выполнен когерентным, а волоконные катушки расположены попарно диаметрально противоположно на дне цилиндрического сосуда с рабочей жидкостью.

Регистратор кренометра выполнен в виде частотомера.

В одной из волоконных катушек обоих интерферометров установлено по фазосдвигающему устройству, при этом выходы усилителей соединены со входами микропроцессора через два аналого-цифровых преобразователя (АЦП).

Кренометр может также дополнительно содержать источник опорного сигнала, сравнивающее устройство и сигнализатор тревоги, при этом выход источника опорного сигнала соединен с первым входом сравнивающего устройства, второй вход которого подключен к выходу микропроцессора, а выход - к сигнализатору тревоги.

В качестве рабочей жидкости используется дистиллированная или морская вода.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема кренометра, а на фиг.2 - его оптоэлектронная схема.

Оптоэлектронный кренометр содержит цилиндрический сосуд 1 с рабочей жидкостью 2, в качестве которой может использоваться дистиллированная или морская вода (фиг.1).

На дне сосуда 2 расположены напротив друг друга диаметрально противоположно в прямоугольной системе координат четыре волоконные катушки 4, 5 и 6, 7, оптически связанные с источниками когерентного света и фотоприемниками в два интерферометра.

На фиг.2 представлена схема одного из этих интерферометров с источником 8 света и фотоприемником 9.

Одна из волоконных катушек каждого из интерферометров (например, волоконная катушка 5) может включать в себя фазосдвигающее устройство 10.

Электронная схема каждого из интерферометров включает в себя усилитель 11 и АЦП 12, последовательно подключенные к выходу своего фотоприемника (на фиг.2 - к выходу фотоприемника 9).

Схема также включает в себя микропроцессор 13, соединенный с АЦП обоих интерферометров, и регистратор 14, выполненный в виде частотомера.

Имеется также сравнивающее устройство 15, блок 16 опорного сигнала и сигнализатор 17 тревоги наличия опасной величины крена.

Оптоэлектронный кренометр выполнен в двух вариантах. В первом варианте выполнения кренометр предназначен для измерения малых кренов. В данном варианте выполнения кренометр включает фазосдвигающее устройство 10 и АЦП 12, а также аналогичные элементы во втором интерферометре (реализуются п.п.1 и 2 формулы изобретения).

Во втором варианте, предназначенном для измерения больших кренов, приводящих к смещению разности фаз интерферирующих лучей в несколько интерференционных полос, реализуется схема, в которой отсутствуют фазосдвигающее устройство 10 и АЦП 12 (реализуется основной пункт формулы изобретения). В данном варианте исполнения реверса (знака) крена целесообразно наличие датчика знака крена, соединенного выходом с микропроцессором 13 (датчик не показан). При этом нарушение единства изобретения не происходит, поскольку связь усилителя 11 с микропроцессором 13 остается в обоих случаях, только в одном случае через АЦП, а в другом - напрямую.

На практике часто крен изделия происходит преимущественно по одной из координат. Поэтому для одного интерферометра надо реализовывать первый вариант схемы, а для другого - второй вариант.

В этом случае удобнее использовать в схеме сразу четыре интерферометра, так чтобы по каждой из координат использовались оба варианта выполнения интерферометров. Тогда на местах волоконных катушек 4, 5 и 6, 7 располагают еще две пары соответствующих волоконных катушек (не показаны), связанные в соответствующие интерферометры с другими источниками когерентного света и фотоприемниками (не показаны). В дополнительных интерферометрах (в отличие от схемы на фиг.2) будут отсутствовать фазосдвигающее устройство 10 и АЦП 12.

К микропроцессору 13 в этом случае будет поступать четыре сигнала. И микропроцессор по заданной программе будет выдавать информацию о крене на регистраторе 14.

Оптоэлектронный кренометр работает следующим образом.

Перед началом работы с помощью фазосдвигающих устройств оба интерферометра настраиваются на разность фаз, равную 90°.

При появлении крена изделия (надводное или подводное плавсредство, торпеда, ракета и т.п.) цилиндрический сосуд, жестко закрепленный на изделии, также испытывает крен, благодаря которому поверхность 17 рабочей жидкости 2 наклоняется по отношению к дну 3 цилиндра 1.

При этом гидростатическое давление рабочей жидкости 2 на волоконные катушки 4, 5 и 6, 7 будет различным и на выходе фотоприемников (9) обоих интерферометров появится фототок из-за возникшей разности фаз интерферирующих лучей.

После усиления в усилителях (11) выходные сигналы поступают на АЦП (12) и затем на микропроцессор 13, где обрабатываются.

После обработки выходной сигнал регистрируется регистратором 14.

В представленном варианте исполнения кренометра разность фаз интерферирующих лучей не должна превышать 45°. Данное условие реализуется при сравнительно небольших кренах изделия.

Когда величина крена достаточно велика, интерферометры работают в режиме счета интерференциальных полос. В этом случае надобность в фазосдвигающем устройстве и АЦП отпадает (выходной сигнал и так получается цифровой), но появляется надобность в наличии датчика крена (не показан).

Для получения информации об опасной величине крена выходной сигнал микропроцессора 13 поступает на сравнивающее устройство 15, где сравнивают с опорным сигналом, поступающим с блока 16 опорного сигнала. При превышении опасного значения крена выходной сигнал со сравнивающего устройства поступает на сигнализатор 17 тревоги или на исполнительное устройство для устранения опасной величины крена изделия (ракеты, торпеды).

На показания кренометра не влияют изменения амплитудных факторов среды (температура, влажность, прозрачность среды и т.п.), поскольку обе волоконные катушки интерферометра подвержены одинаковому воздействию данных факторов.

С другой стороны на показания прибора не сказываются изменения яркости источников света, старение фотоприемников, разъюстировки устройства и т.п., поскольку информацию о величине крена несет не амплитуда сигнала, а фаза интерферирующих лучей.

Тем самым достигается поставленный в заявке технический результат.

Источники информации

1. Патент ФРГ №3735606, кл. G 01 B 11/26,1989.

2. Патент ФРГ №3634244, кл. G 01 C 9/20, G 01 D 5/30, G 01 P 15/08, 1988 - прототип.

Изобретение относится к измерительной технике и приборостроению и может быть использовано для индикации и измерения уклонов и кренов подводных и надводных судов во время морской навигации. Оптоэлектронный кренометр содержит цилиндрический сосуд с рабочей жидкостью, расположенные вне жидкости попарно оптически согласованные два источника света, два фотоприемника, два усилителя фототока, подключенных к выходам фотоприемников, регистратор, микропроцессор, четыре световода. Микропроцессор соединен входами с выходами усилителей, а выходом - с регистратором. Световоды свернуты в виде волоконных катушек и оптически связаны с источником света и фотоприемником в два интерферометра. Источник света выполнен когерентным. Волоконные катушки расположены попарно диаметрально противоположно на дне цилиндрического сосуда с рабочей жидкостью. Регистратор выполнен в виде частотомера. Технический результат состоит в устранении влияния амплитудных факторов на результаты измерений крена. 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Оптоэлектронный кренометр, содержащий цилиндрический сосуд с рабочей жидкостью, вне которой расположены попарно оптически согласованные два источника света и два фотоприемника, а также два усилителя фототока, подключенные к выходам фотоприемников, регистратор и микропроцессор, соединенный входами с выходами усилителей, а выходом - с регистратором, отличающийся тем, что дополнительно содержит четыре световода, свернутых в виде волоконных катушек, попарно оптически связанных с источником света и фотоприемником в два интерферометра, при этом источник света выполнен когерентным, а волоконные катушки расположены попарно диаметрально противоположно на дне цилиндрического сосуда с рабочей жидкостью, причем регистратор выполнен в виде частотомера.2. Оптоэлектронный кренометр по п.1, отличающийся тем, что в одной из волоконных катушек обоих интерферометров установлено по фазосдвигающему устройству, при этом выходы усилителей соединены с входами микропроцессора через два аналого-цифровых преобразователя.3. Оптоэлектронный кренометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит источник опорного сигнала, сравнивающее устройство и сигнализатор тревоги, при этом выход источника опорного сигнала соединен с первым входом сравнивающего устройства, второй вход которого подключен к выходу микропроцессора, а выход - к сигнализатору тревоги.4. Оптоэлектронный кренометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости используется дистиллированная вода.5. Оптоэлектронный кренометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости используется морская вода.