СТРУННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР Российский патент 2007 года по МПК G01P15/00 G01P15/02 

Описание патента на изобретение RU2292050C2

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации в летательных аппаратах, надводных и подводных самодвижущихся объектах.

Известен струнный акселерометр (СА), содержащий вибрирующий элемент в виде струны, элементы натяжения струны и систему съема информации с вибрирующего струнного элемента (РСТ №87/02467, кл. G 01 P 7/00, G 01 P 15/10, 1987).

Недостатком известного СА является отсутствие оптического сигнала на выходе акселерометра.

Известен СА, содержащий инерционную массу (ИМ), закрепленную в шести точках по декартовой системе координат на четырех упругих подвесах и двух струнах, элементы натяжения струн, а также последовательно соединенные усилитель и спектроанализатор (С.А.Спектор. Электрические измерения физических величин. Л.: Энергоатомиздат) ЛО, 1987, стр.226, 227).

Данный СА принят за прототип.

Недостатком прототипа, как и аналога, является отсутствие на выходе СА оптического выходного сигнала.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение на выходе СА оптического сигнала.

Данный технический результат достигают за счет того, что в известном СА, содержащем ИМ, закрепленную в шести точках по декартовой системе координат на четырех упругих подвесах и двух струнах, элементы натяжения струн, а также последовательно соединенные усилитель и спектроанализатор, струны выполнены в виде оптических волокон, являющихся двумя плечами волоконно-оптического интерферометра (ВОИ) Маха-Цендера, выполненного в виде источника когерентного света и фотоприемника, оптически согласованных друг с другом через оптические волокна и последовательно соединенных с оптическими волокнами оптических волокон катушек, при этом выход фотоприемника подключен ко входу усилителя.

ИМ может быть выполнена полой с расположенными внутри ее волоконными катушками ВОИ.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 представлена оптическая схема СА; на фиг.2 - пример конструктивной схемы СА.

СА включает в себя ИМ1, закрепленную в шести точках по декартовой системе координат на четырех упругих подвесах и двух струнах.

На фиг.1 ИМ1 подвешена на упругих подвесах 2, 3, ориентированных вдоль вертикальной координаты Z, и на упругих подвесах, ориентированных горизонтально вдоль оси Y, перпендикулярной плоскости чертежа (на чертеже не показаны).

ИМ1 подвешена также на двух струнах 4, 5, ориентированных вдоль горизонтальной оси X. Струны 4, 5 представляют собой скрученные между собой волокна (на фиг.1 скрутка волокон не отображена), являющиеся плечами ВОИ, собранного по схеме интерферометра Маха-Цендера.

ВОИ также включает в себя оптически согласованные источник 6 когерентного света, две волоконные катушки 7, 8 и фотоприемник 9. Оптические волокна, выполняющие роль упругих струн 4, 5, последовательно соединены с волоконными катушками 7, 8.

Имеются также элементы 10, 11 натяжения струн 4, 5, а также усилитель 12, подключенный к выходу фотоприемника 9 и спектроанализатор 13 (анализатор спектра), подключенный к выходу усилителя 12.

Конструктивно СА (фиг.2) выполняют, например, в виде цилиндрического корпуса 14, прикрепляемого к исследуемому изделию (на чертеже не показано), внутри которого располагают ИМ1, ВОИ со струнами 4, 5 и усилитель 12.

Электропитание на СА подается через разъем 15. Частотный выходной сигнал снимается через разъем 16 и подается на спектроанализатор 13.

Усилитель 12 и оптические элементы интерферометра сосредоточены в нижней части СА в блоке 17.

Струны 4, 5 прикрепляются к ИМ1 и элементам 10, 11 натяжения струн с помощью специального клея, например на основе эпоксидной смолы.

СА работает следующим образом.

Перед началом измерений струны 4, 5 предварительно натягивают силой F0 [H] с помощью элементов 10, 11 натяжения струн. При этом начальную разность фаз интерферирующих лучей ВОИ устанавливают равной 90°.

Длину струн l [м], по сравнению с длиной волоконных катушек 7, 8, задают такой, чтобы амплитуда частотного выходного сигнала не превышала квазилинейного участка выходной кривой ВОИ.

При воздействии на СА ускорения , направленного влево вдоль оси X, ИМ1 будет смещаться вправо (фиг.2) с силой инерции . При этом струна 4 будет растягиваться, а струна 5 - сжиматься.

До воздействия ускорения частота f [Гц] каждой из струн 4, 5 определялась формулой:

где масса на единицу длины струны.

Частоты струн f1, f2 [Гц] при действии силы инерции где m [кг] - масса ИМ1, будут:

при этом разностная частота Δf=f1-f2 [Гц] будет равна:

если

то

Условие (4) показывает, что для получения высокой линейности статической градуировочной характеристики СА предварительный натяг струны F0 должен значительно превосходить силы инерции ma.

Данное условие в свою очередь совпадает с требованием малости входного сигнала для квазилинейного преобразования ВОИ.

Оптический выходной сигнал СА, содержащий две гармоники f1 и f2, преобразуется фотоприемником 9 в электрический сигнал. После усиления в усилителе 12 сигнал поступает на спектроанализатор 13, в котором выделяются две гармонические составляющие сигнала f1 и f2 и определяется их разность Δf. Выходной прибор спектроанализатора 13 может быть отградуирован в единицах ускорения а в соответствии с формулой (5).

Таким образом, на выходе СА присутствует оптический выходной сигнал, на который не воздействуют электрические и магнитные поля и который можно непосредственно передавать по волоконно-оптическим линиям связи.

Похожие патенты RU2292050C2

название год авторы номер документа
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ПОЛЕЙ СКОРОСТЕЙ МОРСКИХ ТЕЧЕНИЙ 1995
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Сильвестров С.В.
  • Толстоухов А.Д.
RU2105986C1
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 1996
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Сильвестров С.В.
  • Толстоухов А.Д.
RU2115933C1
ИНЕРЦИАЛЬНЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ ПРИБОР 2005
  • Плотников Петр Колестратович
  • Наумов Сергей Геннадиевич
  • Чеботаревский Виктор Юрьевич
  • Синев Андрей Иванович
RU2300079C1
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ СЕЙСМОПРИЁМНИК 2002
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Сильвестров С.В.
  • Толстоухов А.Д.
  • Цыганков С.Г.
RU2219567C1
ЖИДКОСТНОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 2003
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Цыганков С.Г.
RU2253872C1
ГЕОГИДРОФОН 2003
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Цыганков С.Г.
RU2231088C1
ЖИДКОСТНОЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 2003
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Цыганков С.Г.
RU2236015C1
РАСПРЕДЕЛЕННЫЙ ДАТЧИК АКУСТИЧЕСКИХ И ВИБРАЦИОННЫХ ВОЗДЕЙСТВИЙ 2013
  • Трещиков Владимир Николаевич
  • Наний Олег Евгеньевич
RU2532562C1
МАЯТНИКОВЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 2003
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Цыганков С.Г.
RU2240566C1
ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ ШУМОПЕЛЕНГАТОР 1995
  • Цыганков С.Г.
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Сильвестров С.В.
  • Толстоухов А.Д.
RU2105992C1

Иллюстрации к изобретению RU 2 292 050 C2

Реферат патента 2007 года СТРУННЫЙ АКСЕЛЕРОМЕТР

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации в летательных и подводных аппаратах. В струнном акселерометре (СА), содержащем инерционную массу (ИМ), подвешенную на четырех подвесах и двух струнах по декартовой системе координат, струны выполнены в виде оптических волокон, представляющих два плеча волоконно-оптического интерферометра (ВОИ). Воздействие ускорения на СА приводит к смещению ИМ и соответствующему натяжению и расслаблению двух струн. Технический результат - получение на выходе струнного акселерометра оптического сигнала. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

Формула изобретения RU 2 292 050 C2

1. Струнный акселерометр, содержащий инерционную массу, закрепленную в шести точках по декартовой системе координат на четырех упругих подвесах и двух струнах, элементы натяжения струн, а также последовательно соединенные усилитель и спектроанализатор, отличающийся тем, что струны выполнены в виде оптических волокон, являющихся двумя плечами волоконно-оптического интерферометра Маха-Цендера, выполненного в виде источника когерентного света и фотоприемника, оптически согласованных друг с другом через оптические волокна и последовательно соединенных с оптическими волокнами оптических волоконных катушек, при этом выход фотоприемника подключен ко входу усилителя.2. Струнный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что каждая из струн выполнена в виде двух скрученных между собой волокон.3. Струнный акселерометр по п.2, отличающийся тем, что инерционная масса выполнена полой с расположенными внутри нее волоконными катушками интерферометра.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2007 года RU2292050C2

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР 1996
  • Власов Ю.Н.
  • Маслов В.К.
  • Сильвестров С.В.
  • Толстоухов А.Д.
RU2115933C1
WO 2004072654, 26.08.2004
Срунный акселерометр 1977
  • Аммер Станислав Алексеевич
  • Беленов Георгий Николаевич
  • Дрожжин Александр Иванович
  • Коротаев Евгений Алексеевич
SU653559A1
Установка для пропаривания зерна крупяных культур 1982
  • Каминский Валерий Дмитриевич
  • Бурдо Олег Георгиевич
  • Остапчук Николай Васильевич
  • Каминский Виктор Дмитриевич
  • Монашко Николай Трофимович
SU1171091A2
Походная разборная печь для варки пищи и печения хлеба 1920
  • Богач Б.И.
SU11A1

RU 2 292 050 C2

Авторы

Цыганков Сергей Григорьевич

Власов Юрий Николаевич

Маслов Валерий Константинович

Даты

2007-01-20Публикация

2005-02-22Подача