ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ПРОБЛЕСКОВЫЙ ИЗВЕЩАТЕЛЬ Российский патент 2006 года по МПК H04R17/10 

Предлагаемое изобретение относится к информационным системам и преобразователям механических воздействий в оптические сигналы и может найти применение в средствах оповещения о местопребывании и динамики перемещения объектов, в т.ч. для оценки координат пребывания и динамики, вектора направления и скорости перемещения объектов, носителей пьезооптических проблесковых извещателей, в частности пешеходов (детей), в условиях ограниченной освещенности пространства их текущего пребывания.

Известно устройство для визуализации перемещения пешеходов (детей и подростков), содержащее преобразователь механической энергии в оптическую, включающий элемент электропитания постоянного тока (гальванический элемент), ключ и светоизлучающий элемент (преобразователь электрической энергии в оптическую, лампу накаливания), соединенные последовательно и вмонтированные в обувь. Общие признаки - преобразователь электрической энергии в оптическую.

Существенные недостатки известного устройства - высокая энергоемкость, ограниченный срок службы и, как следствие, низкая надежность в работе.

Известно "устройство для предотвращения столкновения автомобиля" (см. патент RU 20050561, G 01 S 17/93, б.35, 1995 г.), содержащее источник электропитания, светоизлучающий элемент (преобразователь электрической энергии в оптическую), оптико-электронный преобразователь, включающий оптический фокусирующий элемент, преобразовательные элементы и бленду, коммутатор-определитель координат, выход которого через блок определения опасного расстояния до объекта соединен с выходом генератора сигнала тревоги, оптический фильтр, подавляющий диапазон излучения с длиной волн менее 3 мкм, теплоизоляцию, закрывающую оптико-электронный преобразователь со всех направлений, кроме санкционированного направления приема излучений, n добавочных резисторов, соединенных соответственно с n чувствительными элементами, одни выводы которых параллельно подсоединены к одному выходу источника питания, к другому выходу которого подключены выводы добавочных резисторов, и (n-1) дифференциальных усилителей, первый вход первого и (n-1)-го дифференциальных усилителей соединены соответственно с большими точками первых и n-х чувствительных элементов и добавочных резисторов, вторые входы нечетных, кроме (n-1)-го, и первые входы четных дифференциальных усилителей попарно соединены соответственно с общими точками одноименных четных чувствительных элементов и добавочных резисторов, вторые входы четных и первые входы нечетных дифференциальных усилителей, кроме первого, попарно подключены к общим точкам соединения одноименных чувствительных элементов и добавочных резисторов, выходы дифференциальных усилителей соединены с соответствующими входами коммутатора-определителя координат, при этом один из чувствительных элементов расположен в фокусе оптического элемента, а остальные расположены один над другим выше фокуса. Общий признак - светоизлучающий элемент (преобразователь электрической энергии в оптическую).

Существенные недостатки известного устройства - значительные аппаратная избыточность, габаритно-весовые характеристики и энергоемкость и, как следствие, ограниченная надежность в работе.

Известен, как более близкий к предмету изобретения, "пьезоэлектрический преобразователь и звуковой извещатель на основе пьезоэлектрического преобразователя" (см. свидетельство на полезную модель RU 26717, Н 04 R 17/10, G 01 К 9/13, б.34, 2002 г.), содержащий источник высокого напряжения, собранные в пакет излучающую накладку и пьезоэлемент, электроды, соединенные с электрическими проводами высокого напряжения, излучающую накладку, выполненную в виде круглой мембраны, пьезоэлемент, выполненный в виде пластины круглой формы, при этом пьезоэлемент и излучающая накладка закреплены соосно на плоскости мембраны, пьезоэлемент заключен в корпус со звуковой камерой, а электрические провода соединения с пьезоэлементом и излучающей накладкой подсоединены непосредственно к источнику высокого напряжения. Общий признак - пьезоэлемент.

Недостатки известного извещателя - ограниченные функциональные возможности в условиях зашумленности окружающей среды, недостаточная информативность о динамике поведения источника опасности, особенно в условиях недостаточной освещенности.

Задача изобретения - расширение функциональных возможностей путем представления неопределенному кругу лиц репрезентативной оптической информации о координатах и динамике перемещения его носителя, снижение энергоемкости и повышение долговечности и надежности в работе.

Достижение поставленной задачи обеспечивается тем, что в пьезооптическом проблесковом извещателе, содержащем пьезоэлектрический элемент и светоизлучающий элемент, в качестве светоизлучающего элемента использован твердотельный, выполненный на базе неполярного светодиода, двух полярных, соединенных между собой встречно-параллельно, светодиодов, или газоразрядный источник света, соединенный с пьезоэлектрическим элементом, введены корпус извещателя, эластичный элемент с двумя состояниями равновесия, одно из которых - устойчиво, а другое - неустойчиво, соединенный одним концом жестко с корпусом, боек, установленный на свободном конце эластичного элемента соосно с пьезоэлектрическим элементом и на фиксированном удалении от него, и толкатель, установленный на фиксированном расстоянии от свободного конца эластичного элемента подпружиненно по легкоходовой возвратно-поступательной посадке.

Технический результат достигается тем, что в качестве преобразователя механической энергии в электрическую использован пьезоэлектрический элемент, выполненный в виде пластины произвольной формы, а в качестве преобразователя электрической энергии в оптическую использован светоизлучающий элемент, выполненный на базе твердотельного преобразователя электрической энергии в оптическую, неполярного (двустороннего, симметричного) светодиода (диода с излучением в видимой части спектра излучения) или двух полярных (односторонних, несимметричных светодиодов, соединенных между собой встречно-параллельно), соединенного гальванически (проводниками) с пьезоэлементом (преобразователем механической энергии в электрическую).

Схема электрическая принципиальная пьезооптического проблескового извещателя приведена на фиг.1, его возможное конструктивное исполнение - на фиг.2, а временные диаграммы механической F(t), электрической E(t) и оптической (световой) L(t) энергии - на фиг.3.

Пьезооптический проблесковый извещатель содержит (см. фиг.1) пьезоэлектрический элемент 1 и светоизлучающий элемент 2 (преобразователь электрической энергии в оптическую), в качестве светоизлучающего элемента 2 (преобразователя электрической энергии в оптическую энергию) может быть использован твердотельный источник света, выполненный на базе неполярного светодиода или блока из двух полярных светодиодов, соединенных между собой гальванически встречно-параллельно, или газорязрядный светоизлучающий элемент (неоновдя лампа), соединенный с пьезоэлектрическим элементом 1, и дополнительно введены корпус 3 извещателя, эластичный элемент 4, обладающий двумя состояниями равновесия, одно из которых - устойчивое, а другое - неустойчивое, жестко соединенный одним концом с корпусом 3, и боек 5, установленный на свободном конце эластичного элемента 4 соосно с пьезоэлектрическим элементом 1 и на удалении досягаемости соударений бойка 5 с пьезоэлектрическим элементом 1, и толкатель 6, установленный подпружйненно по легкоходовой возвратно-поступательной посадке на фиксированном удалении от свободного конца эластичного элемента 4.

Пьезооптический проблесковый извещатель работает следующим образом.

При перемещении объекта-носителя извещателя толкатель 6 (см. фиг.2) периодически нагружается усилием F_В, которое передается эластичному элементу 1. При изменении F_В в сторону его увеличения эластичный элемент 4 скачком переходит из устойчивого состояния равновесия в неустойчивое в момент выполнения условия F_В≥F_кр, боек 5 совершает импульсное перемещение в направлении пьезоэлемента 1, а при изменении F_В в сторону его уменьшения эластичный элемент 4 скачком переходит из неустойчивого состояния равновесия в устойчивое в момент выполнения условия F_в≤F_кр, боек 5 совершает импульсное перемещение в направлении от пьезоэлемента 1. При импульсном (см. фиг.3) воздействии F(t) бойка 5 на пьезоэлемент 1 генерируется последовательность разнополярных импульсов пьезо-э.д.с. E(t), импульсы тока с выхода пьезоэлектрического элемента 1, протекая через светоизлучающий элемент 2, преобразуются последним в импульсы оптического излучения L(t), которые воспринимаются человеческим глазом наблюдателя.

Пьезооптический проблесковый извещатель применим в технологических и бытовых целях. Будучи установленным на подвижном объекте, извещатель сериями, последовательно во времени и пространстве, генерируемых импульсов света информирует наблюдателя(ей) о координатах пребывания и динамике, направлении и скорости, перемещении его носителя.

Преимущества использования предлагаемого пьезооптического проблескового извещателя состоят в простоте его конструкции, низкой себестоимости и в том, что при перемещении его носителя генерируются серии импульсов света, видимые человеческим глазом и воспринимаемые визуально как бегущие строки, указывающие место пребывания и динамику, направление и скорость, перемещения носителя пьезооптического проблескового извещателя, что обеспечивает наблюдателя(ей) визуальной репрезентативной информацией о поведении носителя пьезооптического проблескового извещателя и позволяет принять адекватные меры по предотвращению столкновения и обеспечению безопасности (безаварийности).

Источники информации

1. Патент RU 20050561, G 01 S 17/93, б.35, 1995 г.

2. Заявка RU 2000130071/09, Н 01 J 61/80, 61/30, F 21 К 5/00, б.35, 2002 г.

3. Патент RU 2193802, Н 01 J 63/08, б.33, 2002 г.

4. Свидетельство RU 26717, Н 04 R 17/10, G 01 К 9/13, б.34. 2002 г.

Устройство относится к области приборостроения, а именно: к информационным системам и преобразователям механических воздействий в оптические сигналы. Техническим результатом является расширение функциональных возможностей, снижение энергоемкости, повышение долговечности и надежности в работе. Извещатель содержит корпус, расположенные в нем пьезоэлектрический элемент, светоизлучающий элемент, например светодиод или неоновую лампу, соединенные гальванически между собой, эластичный элемент с двумя состояниями равновесия, одно из которых устойчиво, а другое - неустойчиво, соединенный одним концом жестко с корпусом, боек, установленный на свободном конце эластичного элемента соосно с пьезоэлектрическим элементом и на фиксированном расстоянии от свободного конца эластичного элемента, и толкатель. Светоизлучающий элемент соединен с пьезоэлектрическим элементом. 3 ил.

Пьезооптический проблесковый извещатель, содержащий пьезоэлектрический элемент и светоизлучающий элемент, отличающийся тем, что дополнительно введены корпус, эластичный элемент с двумя состояниями равновесия, одно из которых устойчиво, а другое неустойчиво, соединенный одним концом жестко с корпусом, боек, установленный на свободном конце эластичного элемента соосно с пьезоэлектрическим элементом и на фиксированном удалении от него, и толкатель, установленный на фиксированном расстоянии от свободного конца эластичного элемента подпружиненно по легкоходовой возвратно-поступательной посадке, а в качестве светоизлучающего элемента использован твердотельный элемент, выполненный на базе неполярного светодиода или двух полярных соединенных между собой встречно-параллельно светодиодов, или газоразрядный источник света, причем упомянутый светоизлучающий элемент соединен с пьезоэлектрическим элементом.