Алексерометр на поверхностных акустических волнах Советский патент 1991 года по МПК G01P15/08 

(21)4609600/10

(22)17.10088

(46) 30.03.91. Бюл. fr 12

(71)Каунасский политехнический институт им. Антанаса Снечкуса

(72)В.Ю. Снитко

(53)531.768(088.8)

(56)Патент Франции № 2537726, кл. G 01 Р 15/08, 1982„

Патент Франции У 2528183, кл. G 01 Р 15/08, 1982„

(54)АКСЕЛЕРОМЕТР НА ПОВЕРХНОСТНЫХ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЛНАХ

(57)Изобретение относится к низкочастотным линейным акселерометрам прямого преобразования. Цель изобретения - повышение точности измерения ускорений,, В процессе измерения чувствительный элемент, несущий на себе оптическую фазовую решетку 15, прогибается. Световой поток от источника 5, модулированный по фазе решеткой 15, проходит через свето- прозрачную пьезоэлектрическую пластину 10, по которой распространяется поверхностная акустическая волна. Фаза сигнала с фотоприемника 9 по отношению к сигналу с генератора 12 зависит от угла между плоскостями поверхности пластинки 10 и консоли при прогибе последнего под действием измерительных сил. 3 ил.

оэ

GO 00 О

со

О5

Изобретение относится к технике измерения параметров движения, в частности к низкочастотным акселерометрам прямого преобразования на поверхностных акустических волнах.

Цель изобретения - повышение точности измерений.

На фиг. 1 представлена схема предлагаемого акселерометра; на фиг„ 2 - несущая рама с консольным элементом; на фиг. 3 - временные диаграммы, поясняющие работу акселерометра

Акселерометр на поверхностных акустических волнах (ПАВ) содержит корпус 1, прикрепленную к нему несущую раму 2 с консольным элементом

3,встречно-штыревой преобразователь

4,когерентный источник с плоскопараллельным фронтом излучения - полупроводниковый диодный лазер 5 с линзой 6, фокусирующую линзу 7, диафрагму 8, фотодиод 9, светопрозрачную полированную с обеих сторон пьезоэлектрическую пластинку 10 с поглотителями ft ПАВ, а также генератор 12

и последовательно соединенные фазометр 13 и блок 14 считывания. Выход генератора 12 параллельно соединен с встречно-штыревым преобразователем 4 ПАВ и вторым входом фазометра 13„ Несущая рама 2 с консольным элементом 3 выполнена из светопрозрач7 ного материала с нанесенной оптической фазовой решеткой 15, представляющей собой периодическую структуру полос с чередующимся коэффициентом преломления света с шагом, равным длине ПАВ.

Акселерометр на ПАВ работает следующим образом.

При подаче возбуждающего напряжения от генератора 12 на встречно- штыревой преобразователь 4 в свето- прозрачной полированной с обеих сторон пьезоэлектрической пластинке возбуждается ПАВ, которая распространяется вдоль пьезоэлектрической пластинки, в конце которой поглощается поглотителем 11. Одновременно полупроводниковый диодный лазер 5 излучает поток световой волны 1 (фиг„ 3, а), плоский фронт которой формируется линзой 6 и проходит через светопрозрачную консоль 3 с нан сенной фазовой решеткой 15, где глубина фазовой модуляции равна /4, а шаг равен длине ПАВ Д пав (фиг. 3 б) „ При 3fOM предполагается, что

5

0

5

0

5

0

45

50

55

распределение фазы в пространстве - постоянное и определяется профилем решетки. Далее модулированный по фазе световой поток Ф(1) проходит через светопроэрачную полированную с обеих сторон пьезоэлектрическую пластинку 10, по которой распространяется ПАВ. Момент t 0 показан на фиг,, 3, г„ После этого сфокусированный фокусирующей линзой 7 световой поток, пройдя диафрагму 8, ограничивающую паразитное освещение, попадает в фотодетектор 9, в котором, благодаря интерференции модулированных фазовой оптической решеткой и ПАВ световых лучей, получается сигнал с минимальной амплитудой (фиг, 3, д). Через интервал Т/2, где Т - период ПАВ, ПАВ перемещается на расстояние ft/2, где Д - длина волны ПАВ, и получается модулированный по фазе фронт световой волны (фиг. 3, е), после чего образуется сигнал с максимальной амплитудой (фиг. 3, ж). Так как ПАВ распространяется непрерывно, интенсивность освещения и амплитуда выходного сигнала фотодетектора из-за интерференции меняются периодически с частотой ПАВ (фиг0 3, з). Сигнал с фотодиода 9 (фиг„ 3, з) подается на фазометр 13, на второй вход которого поступает сигнал от генератора 12„ Фаза сигнала (фиг. 3, з), снятого с фотодиода 9, по отношению к сигналу генератора 12, зависит от угла между плоскостями поверхности пьезопластин- ки 10 и консоли 3, При наличии ускорения консоль 3 под действием инерционных сил отклоняется на угол, пропорциональный ускорению, вследствие чего пропорционально изменяется фаза выходного сигнала фотодиода 9, которая измеряется фазометром 13 и фиксируется блоком 14 считывания. Для получения максимального сигнала расстояние L между консолью 3 и поверхностью пьезопластинки 10 выбирается из условия L п-ft2/А, где А - длина световой волны; п - целое число Формула изобретения

Акселерометр на поверхностных акустических волнах, содержащий установленную в корпусе несущую раму с консольным чувствительным элементом и встречно-штыревой преобразователь поверхностных акустических волн, включенный в цепь генератора, о т личающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, он снабжен когерентным источником с плоскопараллельным фронтом излучения, установленным в корпусе по одну сторону от консоли чувствительного элемента, светопрозрачной пьезоэлектрической пластинкой с поглотителями поверхностных акустических волн, установленной в корпусе по другую сторону от чувствительного элемента, последовательно установленными по ходу излучения источника фокусирующей

линзой, диафрагмой и фотоприемником излучения, а также последовательно соединенными фазометром и блоком считывания, при этом встречно-штыревой преобразователь расположен на пьезоэлектрической пластинке с поглотителем, а чувствительный элемент выполнен из светопрозрачного мг триала с нанесенной на нем оптической фазовой решеткой, причем выход генератора подключен к одному из входов фазометра, к другому входу которого подключен выход фотоприемника.

/5

фиг. I

а

V V V V V U V V 1 V

ФарЬая решетка

Lr jruTi j

МЯЛОlfel.

ф

Л/Mfl

Э

tel

II

е

ФШ

.

Ti t VWW-

2 J-- №) Г«ЗД

Ф(1ш)Д

WW

Ж

(ФМ

Ј1

lfel.

е

14