Пьезооптический извещатель

Изобретение относится к преобразователям механических перемещений объектов в оптические сигналы перемещения объектов. Пьезооптический извещатель содержит пьезоэлектрический элемент и преобразователь электрической энергии в оптическую в виде твердотельного источника света, выполненного на базе неполярного светодиода или двух полярных светодиодов, соединенный с пьезоэлектрическим элементом, и светоизлучающий элемент, объединенные в блок преобразований механической энергии в оптическую. Дополнительно введены корпус извещателя, молоточек с молотовищем из эластичного материала, соединенным одним концом неразъемно с корпусом извещателя и бойком, установленным на молотовище соосно с пьезоэлектрическим элементом и на удалении досягаемости соударений бойка с ним, и преобразователь непрерывных перемещений носителя извещателя в дискретные перемещения бойка его молоточка, установленный подвижно, по легкоходовой вращательной или возвратно-поступательной посадке на фиксированном удалении от свободного конца молотовища молоточка. Рабочая поверхность преобразователя выполнена зубчатой так, чтобы при его перемещении относительно свободного конца молотовища обеспечивался дискретный механический контакт его рабочей поверхности со свободным концом молотовища, а бойка молоточка - с пьезоэлектрическим элементом. Технический результат - расширение функциональных возможностей, повышение надежности, снижение энергоемкости. 3 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к информационным системам и преобразователям механических воздействий в оптические сигналы и может найти применение в средствах оповещения о местопребывании и динамике перемещения объектов, в т.ч. для оценки координат пребывания и динамике, вектора направления и скорости перемещения объектов, носителей пьезооптических 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 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, БИ 35, 1995 г.), содержащее источник электропитания, преобразователь электрической энергии в оптическую, оптико-электронный преобразователь, включающий оптический фокусирующий элемент, n преобразовательных элементов 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)-ro 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 - 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, H 04 R 17/10, G 01 K 9/13, БИ 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.

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, непролярного (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 преобразователем механической энергии в электрическую.

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

Пьезооптический извещатель содержит (см. фиг.1) пьезоэлектрический элемент 1 и преобразователь электрической энергии в оптическую, светоизлучающий элемент, светодиод, 2, соединенные гальванически между собой. В качестве светоизлучающего элемента допустимо использование твердотельного, например светодиодного, элемента, в частности неполярного (двустороннего, симметричного) светодиода или двух полярных (односторонних, несимметричных) светодиодов, соединенных между собой встречно-параллельно, газоразрядного светоизлучающего элемента, например неоновой лампы, или др.

Пьезооптический извещатель содержит (см. фиг.1) пьезоэлектрический элемент 1 и преобразователь электрической энергии в оптическую 2, светоизлучающий элемент, объединенные в блок преобразований механической энергии в оптическую, в качестве преобразователя 2 электрической энергии в оптическую энергию использован твердотельный источник света, выполненный на базе неполярного светодиода или двух полярных, соединенных между собой гальванически встречно-параллельно светодиодов, соединенный с пьезоэлектрическим элементом 1, и дополнительно введены корпус 3 извещателя, молоточек 4 с молотовищем 5 из эластичного материала, соединенным одним концом неразъемно с корпусом 3 извещателя и бойком 6, установленным на молотовище 5 соосно с пьезоэлектрическим элементом 1 и на удалении досягаемости соударений бойка 6 с пьезоэлектрическим элементом 1, и преобразователь 7 непрерывных перемещений носителя извещателя в дискретные перемещения бойка 6 его молоточка 4, установленный подпружиненно подвижно, по легкоходовой возвратно-вращательной или возвратно-поступательной посадке на фиксированном удалении от свободного конца молотовища 5 молоточка 4, рабочая поверхность преобразователя 7 непрерывных перемещений носителя извещателя в дискретные перемещения бойка 6 молоточка 4 выполнена зубчатой так, чтобы при перемещении преобразователя 7 непрерывных перемещений носителя извещателя в дискретные перемещения бойка 6 молоточка 4 относительно свободного конца молотовища 5 обеспечивался дискретный механический контакт его рабочей поверхности со свободным концом молотовища 5, а бойка 6 молоточка 4 - с пьезоэлектрическим элементом 1.

Конструктивно пьезоэлектрический извещатель как пример реализации включает (см. фиг.2) пьезоэлектрический элемент 1, выполненный в виде пластины, преобразователь 2 электрической энергии в оптическую (может быть выносным), светоизлучающий элемент, соединенные между собой гальванически, корпус 3, в котором установлены молоточек 4, молотовище 5 которого выполнено из эластичного материала, один конец молотовища 5 которого неразъемно соединен с корпусом, на молотовище 5 соосно с пьезоэлектрическим элементом 1 закреплен боек (ударник) 6 молоточка и соединенный с корпусом 3 подвижно, по легкоходовой возвратно-вращательной или возвратно-поступательной посадке преобразователь 7 непрерывного перемещения объекта в дискретные во времени перемещения бойка 6 молоточка 4 в импульсы механической энергии, дискретно контактирующий рабочей поверхностью со свободным концом молотовища 5, рабочая поверхность преобразователя 7 выполнена зубчатой.

Пьезооптический преобразователь работает следующим образом.

При перемещении объекта, носителя извещателя, рабочая поверхность преобразователя 7 непрерывных перемещений объекта в дискретные перемещения бойка 6 вращательно или поступательно перемещается относительно свободного конца молотовища 5, его зубчатая рабочая поверхность дискретно во времени отклоняет молоточек от исходного положения, в результате чего происходят соударения бойка 6 молоточка 4 с пьезоэлектрическим элементом 1. Под действием механических (см. фиг.3) воздействий бойка 6 молоточка 4 на электродах пьезоэлектрического элемента 1 генерируются импульсы электродвижущей силы, импульсы тока которой, протекая через преобразователь 2 электрической энергии в оптическую, генерирует импульсы света в видимом человеком диапазоне спектра излучений.

Пьезооптический 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, перемещения его носителя.

Преимущества использования предлагаемого пьезооптического извещателя состоят в том, что при перемещении его носителя генерируются серии импульсов света, оптических в видимом человеческим глазом диапазоне спектра излучений импульсов, воспринимаемых человеком визуально как бегущие строки, указывающие место пребывания и динамику, направление и скорость, перемещения носителя пьезооптического извещателя, что обеспечивает наблюдателя(ей) визуальной репрезентативной информацией о поведении носителя пьезооптического извещателя и позволяет принять адекватные меры по обеспечению безопасности (безаварийности).

Источники информации

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

2. Заявка RU 2000130071/09, H 01 J 61/80, 61/30, F 21 K 5/00, БИ 35, 2002 г..

3. Патент RU 2193802, H 01 J 63/08, БИ 33, 2002 г..

4. Свидетельство RU 26717, H 04 R 17/10, G 01 K 9/13, БИ 34. 2002 г.

Пьезооптический извещатель, содержащий пьезоэлектрический элемент и преобразователь электрической энергии в оптическую, светоизлучаюший элемент, объединенные в блок преобразований механической энергии в оптическую, отличающийся тем, что в качестве преобразователя электрической энергии в оптическую использован твердотельный источник света, выполненный на базе неполярного светодиода или двух полярных, соединенных между собой гальванически встречно-параллельно, светодиодов, соединенный с пьезоэлектрическим элементом, дополнительно введены корпус извещателя, молоточек с молотовищем из эластичного материала, соединенным одним концом неразъемно с корпусом извещателя, и бойком, установленным на молотовище соосно с пьезоэлектрическим элементом и на удалении досягаемости соударений бойка с пьезоэлектрическим элементом, и преобразователь непрерывных перемещений носителя извещателя в дискретные перемещения бойка его молоточка, установленный подвижно, по легкоходовой вращательной или возвратно-поступательной посадке, на фиксированном удалении от свободного конца молотовища молоточка, рабочая поверхность преобразователя непрерывных перемещений носителя извещателя в дискретные перемещения бойка молоточка выполнена зубчатой так, чтобы при перемещении преобразователя непрерывных перемещений носителя извещателя в дискретные перемещения бойка молоточка относительно свободного конца молотовища обеспечивался дискретный механический контакт его рабочей поверхности со свободным концом молотовища, а бойка молоточка - с пьезоэлектрическим элементом.