Волоконно-оптический акселерометр

 

Использование: волоконно-оптический акселерометр относится к области изменения ускорений. Сущность изобретения: волоконно-оптический акселерометр содержит электронно-оптический преобразователь, согласующие устройства, инерционную массу, оптико-электронный преобразователь, кодовый преобразователь, компьютер. Корпус акселерометра заполнен жидкостью с отверстиями, в которые установлены гермовводы, через которые проложены как минимум шесть отрезков оптического волокна внутри корпуса. Сферическая инерционная масса размещена в жидкости между отрезками оптического волокна, проходящими внутри корпуса. Упоры попарно сориентированы по трем взаимно перпендикулярным осям, соединены с внутренней стенкой корпуса, фиксируют отрезки оптического волокна, проходящие внутри корпуса и придающие им форму. Волоконно-оптический акселерометр имеет два канала измерения, причем один из них измеряет проекции ускорений, действующих в направлении осей, другой измеряет проекции ускорений, действующих в противоположных направлениях осей. 2 ил.

Изобретение относится к измерению ускорения, в частности к измерению проекций ускорений, действующих по трем взаимно перпендикулярным осям.

Известен волоконно-оптический акселерометр [1] , измеряющий ускорение вдоль первой оси, содержащий первый и второй отрезки оптического волокна, расположенные поперек первой оси, расположенную между этими отрезками инерционную массу. При действии ускорения вдоль первой оси первый и второй отрезки испытывают разные давления. Измерение фазового соотношения между светом, прошедшим по первому и второму отрезкам от специального источника когерентного света, преобразуется фазовым детектором, индикатором в показания ускорения вдоль первой оси.

Однако аналог обладает существенными недостатками, так как может измерять ускорения, действующие только по одной оси, и не может измерять ускорения по двум и трем осям одновременно, имеет сложную конструкцию отрезков волокна, подвержен вибрации.

Известен волоконно-оптический акселерометр, содержащий сферическую чувствительную массу, расположенную внутри корпуса, электронно-оптический преобразователь, оптико-электронный преобразователь и компьютер [2] .

Данный волоконно-оптический акселерометр по своим характеристикам является наиболее близким, поэтому его можно принять в качестве прототипа. Однако прототип обладает существенными недостатками: он обладает низкой точностью за счет существенного влияния вибраций и ударов.

Целью изобретения является повышение точности за счет исключения влияния вибраций и ударов.

Цель достигается тем, что в волоконно-оптический акселерометр, содержащий сферическую чувствительную массу, расположенную внутри корпуса, электронно-оптический преобразователь, оптико-электронный преобразователь и компьютер, введены отрезки оптического волокна, гермовводы, упоры, преобразователь кода и согласующие устройства, а корпус заполнен жидкостью и выполнен с отверстиями, в которые установлены гермовводы, через которые проложены, как минимум, шесть отрезков оптического волокна внутри корпуса, упоры, фиксирующие отрезки оптического волокна, попарно сориентированы по трем взаимно перпендикулярным осям и соединены с внутренней стенкой корпуса, причем чувствительная масса имеет отрицательную плавучесть, входные концы отрезков оптического волокна через согласующие устройства соединены с выходом электронно-оптического преобразователя, а выходные концы соединены через согласующие устройства с входами оптико-электронных преобразователей, выходы которых соединены с входом преобразователя кода, выход которого соединен с входом компьютера.

На фиг. 1 представлен вариант волоконно-оптического акселерометра в статическом состоянии при отсутствии ускорений по осям Х, Z; на фиг. 2 представлен вариант волоконно-оптического акселерометра в рабочем состоянии при измерении ускорений по осям X, Y, Z.

При отсутствии ускорений по осям X, Z инерционная масса 1, находящаяся внутри корпуса в жидкости в исходном положении, не оказывает давления на отрезки 2-7 оптического волокна, проходящие внутри корпуса 8, заполненного жидкостью 9. Упоры 10, соединенные с внутренней стенкой корпуса 8, придают отрезкам 2-7 волокна требуемую форму и фиксируют их. Ввод и вывод отрезков оптического волокна осуществляют с помощью гермовводов 11, закрепленных в отверстиях, выполненных в корпусе.

Свет номинальной интенсивности от электронно-оптического преобразователя 12, выход которого соединен с входами согласующих устройств 13, 14, проходит через отрезки 2-7 оптического волокна, входные концы которых соединены с выходами согласующих устройств 13, 14, а выходные концы которых соединены с входами согласующих устройств 15, 16, преобразуются в электрический сигнал в оптико-электронном преобразователе 17, входы которого соединены с выходами согласующих устройств 15, 16, а выходы соединены с входами преобразователя 18 кода, выходы которого соединены с входами компьютера 19. Электрический сигнал, полученный в оптико-электронном преобразователе 17, преобразуется в цифровой код в преобразователе 18 кода, а затем поступает на вход компьютера 19. При этом код, поступающий в компьютер, зависит от величины интенсивности света в отрезках волокна при отсутствии или наличии давления на соответствующие отрезки волокна инерционной массы 1. Влияние возможных вибро- или ударных шумов может быть уменьшено за счет применения возможно коротких участков оптического волокна, находящихся за пределами внутренней полости корпуса. Например, устройства 12-17 размещены на корпусе 8 прибора, а также может быть обеспечена вибрационная развязка всего прибора в целом применением амортизирующих и демпфирующих устройств. При действии ускорения, например, по осям X, Y, Z одновременно (см. фиг. 2) инерционная масса 1 перемещается относительно исходного положения и оказывает давление на отрезки 2, 5, 6 оптического волокна. Интенсивность светового потока в этих отрезках изменяется за счет появления микроизгибов, вносящих потери в передаваемый свет от согласующих устройств 13, 14 до согласующих устройств 15, 16, причем интенсивность выходного света зависит от величины давления инерционной массы 1 на участки волокна, проходящего внутри корпуса 8.

Техническое преимущество заявляемого изобретения заключается в следующем: обеспечивается одновременное измерение проекций ускорений по трем взаимно перпендикулярным осям; обеспечивается одновременное измерение проекций ускорений по двум взаимно перпендикулярным осям; обеспечивается возможность определения результирующего вектора ускорений; уменьшается действие нежелательных вибраций и влияние ударов на измерение. (56) 1. Патент США N 4671113, кл. G 01 P 15/08, 1987.

2. Патент США N 4384487, кл. G 01 P 15/08, 1983.

Формула изобретения

ВОЛОКОННО-ОПТИЧЕСКИЙ АКСЕЛЕРОМЕТР , содеpжащий сфеpическую чувствительную массу, pасположенную в коpпусе, электpонно-оптический пpеобpазователь, оптико-электpонный пpеобpазователь и компьютеp, отличающийся тем, что, с целью повышения точности путем исключения влияния вибpаций и удаpов, в него введены отpезки оптического волокна, геpмовводы, упоpы, пpеобpазователь кода и согласующие устpойства, а коpпус заполнен жидкостью и выполнен с отвеpстиями, в котоpые установлены геpмовводы, чеpез котоpые пpоложено как минимум шесть отpезков оптического волокна внутpи коpпуса, упоpы, фиксиpующие отpезки оптического волокна, попаpно соpиентиpованы по тpем взаимно пеpпендикуляpным осям и соединены с внутpенней стенкой коpпуса, пpичем чувствительная масса имеет отpицательную плавучесть, входные концы отpезков оптического волокна чеpез согласующие устpойства соединены с выходом электpонно-оптического пpеобpазователя, а выходные концы соединены чеpез согласующие устpойства с входами оптико-электpонного пpеобpазователя, выходы котоpого соединены с входом пpеобpазователя кода, выход котоpого соединен с входом компьютеpа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2