Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости с кольцевым резонатором

Авторы патента:

Булычев Роман Павлович (RU)

Коробков Кирилл Андреевич (RU)

Бусурин Владимир Игоревич (RU)

Жеглов Максим Александрович (RU)

Йин Наинг Вин (RU)

G01P3/00 - Измерение линейной или угловой скорости; измерение разности различных линейных и угловых скоростей (G01P 5/00-G01P 11/00 имеют преимущество; счетные устройства G06M)

Владельцы патента RU 2702703:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)" (RU)

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к устройствам для измерения угловой скорости. Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости выполнен на основе волнового твердотельного гироскопа и оптического туннельного эффекта, содержит чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого резонатора, четыре канала приемопередачи оптического излучения, блок управления, блок обработки информации, при этом в блок электроники введен блок коррекции, содержащий два усиливающих и одно умножающее устройство, блок обработки, состоящий из суммирующе-вычитающего устройства и усилителя, дополнительно вычисляет значение линейных ускорений по двум осям, при этом четыре входа суммирующе-вычитающего устройства связаны с выходами каналов приемопередачи оптического излучения, три сигнала, вырабатываемые суммирующе-вычитающим устройством, подаются на входы трех усилителей, выходы которых связаны с входами умножающего устройства. Технический результат – повышение точности датчика угловой скорости. 1 ил.

Изобретение относится к области приборостроения и предназначено для измерения угловой скорости вращения в инерциальной системе отсчета, связанной с центром масс летательных аппаратов аэрокосмической техники.

Известен датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта, состоящий из устройства управления, чувствительного элемента, выполненного в виде кольцевого резонатора, закрепленного на упругих подвесах в кремниевой пластине, соединенной со стеклянной подложкой, контактных площадок, четырех проводящих контуров, выполненных на соседних близко расположенных упругих подвесах и частично на кольцевом резонаторе, равноудалено друг от друга, постоянного магнита, верхнего и нижнего магнитопровода, блока обработки информации, четырех каналов приемо-передачи оптического излучения, включающих волоконно-оптический ответвитель, связанный световодами с источником оптического излучения, приемником оптического излучения, и устройством ориентации оптического излучения, причем устройства ориентации оптического излучения, выполненные в виде прямоугольных параллелепипедов из кварцевого стекла, установлены на стеклянной подложке чувствительного элемента со сдвигом в 45° относительно центров проводящих контуров, расположенных на кольцевом резонаторе, на расстоянии от 1 до 10 мкм от кольцевого резонатора, покрыты зеркальным напылением, за исключением области расположенной напротив кольцевого резонатора, а на внешнюю поверхность кольцевого резонатора нанесено светопоглощающее покрытие [Бусурин В.И., Жеглов М.А., Казарьян А.В., Коробков В.В., Медведев В.М. Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта. Патент на изобретение №2641507 от 17 января 2018 г.] (прототип). Принцип действия данного датчика основан на измерении в четырех точках с помощью оптического туннельного эффекта, амплитуд колебаний резонатора, возникающих из-за воздействия угловой скорости на резонатор. К недостаткам датчика можно отнести уменьшение чувствительности оптического метода, и как следствие уменьшение точности измеренной угловой скорости, при воздействии линейных ускорений.

Технический результат, создаваемый изобретением, - улучшение точностных характеристик датчика за счет корректировки выходного измерения масштабным коэффициентом.

Для достижения указанного результата предлагается микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости, выполненный на основе волнового твердотельного гироскопа и оптического туннельного эффекта, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого резонатора, четыре канала приемо-передачи оптического излучения, блок управления, блок обработки информации, состоящий из суммирующе-вычитающего устройства и усилителя измеренного значения угловой скорости, блок коррекции, содержащий два устройства усиления и одно умнения, при этом, четыре входа блока обработки информации связаны с выходами каналов приемо-передачи оптического излучения, измерения со второго и третьего выхода блока обработки, соответствующие измеренным значениям линейных ускорений по двум осям, подаются на первое и второе усиливающие устройства для формирования сигналов коррекции масштабного коэффициента, первый вход умножающего устройства связан с выходом усилителя блока обработки, формирующий значение угловой скорости, на второй и трений входы - поступают сигналы коррекции с усилителей блока коррекции.

Применение коррекции масштабного коэффициента в датчике угловой скорости на основе твердотельного волнового гироскопа и оптическим туннельным эффектом, позволит улучшить точностные характеристики датчика, за счет уменьшения влияния линейных ускорений.

На фиг. 1 представлена структурная схема микрооптоэлектромеханического датчика угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором, оптическим туннельным эффектом и коррекцией масштабного коэффициента.

Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа с кольцевым резонатором и оптического туннельного эффекта содержит чувствительный элемент 1, четыре канала приемо-передачи оптического излучения 2-5, блок электроники (БЭ), состоящий из блока обработки информации (БОИ), блока коррекции (БК) и блока управления. БОИ состоит из суммирующе-вычитающее устройства 6 и усилителя 7, и предназначен для расчета измеренных значений угловой скорости Ω_а, соответствующей значению угловой скорости объекта Ω_вх, и линейного ускорения по двум осям (U_ax, U_ay) в инерциальной системе координат. БК содержит усиливающие устройства 8-9 и умножающее устройство 10, предназначенное для корректировки масштабного коэффициента выходного значения угловой скорости по преобразованным усиливающими устройствами 8-9 сигналам суммирующе-вычитающее устройства 6, блок управления 11, предназначенный для формирования управляющих сигналов, подающихся на чувствительный элемент для возбуждения колебаний кольца резонатора.

Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости на основе волнового твердотельного гироскопа и оптического туннельного эффекта с коррекцией масштабного коэффициента работает следующим образом. По управляющим сигналам блока управления 11, происходит возбуждение колебаний чувствительного элемента 1. Выходные сигналы с каналов приемо-передачи оптического излучения 2-5 меняются по гармоническому закону с частотой, определяемой частотой колебаний чувствительного элемента 1, и амплитудой, пропорциональной угловой скорости, воздействующей на объект. Суммирующе-вычитающее устройство 6 по полученными сигналам с приемников оптического излучения рассчитывает удвоенное значение угловой скорости 2U_Ωа, как разность суммы этих сигналов, и может быть представлена формулой следующего вида:

2U_Ωа=(U_A1+U_A3)-(U_A2+U_A4),

где U_An (n=1, 2, 3, 4) - сигнал с n канала приема-передачи оптического излучения; вырабатывает два разностных сигнала с противолежащих приемников оптического излучения, соответствующие изменению линейного ускорения по двум осям (U_ax, U_ay):

U_ax=U_A3- U_A1,

U_ay=U_A4 - U_A2,

и осуществляет передачу на усиливающие устройства 7, 8, 9. На выходе усилителя 7 имеем значение угловой скорости без учета коррекции влияния линейного ускорения U_Ωa. Усиливающие устройства 8 и 9 реализуют функции преобразования измеренных линейных ускорений в корректирующие сигналы. Функции преобразования имеют нелинейных характер и могут быть описаны полиномами со степенью не ниже второй. В ходе аппроксимации функциональной зависимости отражательной способности оптического первичного преобразователя от линейного ускорения рассчитываются коэффициенты полинома. Корректирующие сигналы с усиливающих устройств подаются на второй и третий вход умножающего устройства 10 и изменяют масштабный коэффициент выходного измерения угловой скорости Ω_изм.

Изобретение может быть использовано для измерения линейного ускорения объектов.

Микрооптоэлектромеханический датчик угловой скорости, выполненный на основе волнового твердотельного гироскопа и оптического туннельного эффекта, содержащий чувствительный элемент, выполненный в виде кольцевого резонатора, четыре канала приемопередачи оптического излучения, связанные с чувствительным элементом, блок электроники, включающий блок обработки информации и блок управления, связанный с чувствительным элементом, отличающийся тем, что в блок электроники введен дополнительно блок коррекции, содержащий два усиливающих и одно умножающее устройство, предназначенное для вывода скорректированного значения измеренной угловой скорости, а блок обработки информации предназначен для вычисления значений угловой скорости и линейных ускорений по двум осям и состоит из суммирующе-вычитающего устройства и усилителя, при этом выходы каналов приемопередачи оптического излучения связаны с четырьмя входами суммирующе-вычитающего устройства, причем три выхода суммирующе-вычитающего устройства связаны с входами трех усилителей, выходы которых соединены с входами умножающего устройства.

Группа изобретений относится к испытательной технике, а именно к внешнетраекторной регистрации параметров пролета метаемого тела (МТ) на участках промежуточной и внешней баллистики, при осколочных и пулеосколочных испытаниях.

Устройство определения длины и скорости кабеля при проведении спускоподъёмных операций на скважине // 2698116

Изобретение относится к устройству определения длины и скорости кабеля при проведении спускоподъемных операций на скважине. Техническим результатом изобретения является создание устройства для одновременного определения длины и скорости кабеля при спуске в скважину и его подъёме с возможностью его использования для кабеля любого типоразмера и в комплекте с установкой для намотки и размотки кабеля любой конструкции.

Малогабаритный измеритель вектора угловой скорости на основе волоконно-оптического гироскопа // 2676944

Изобретение относится к области волоконной оптики и может быть использовано при конструировании гироскопических измерителей вектора угловой скорости (ГИВУС) на основе волоконно-оптических гироскопов (ВОГ).

Акустический способ исследования процесса воздействия исполнительных органов горных и строительных машин с ударным принципом погружения на разрабатываемый массив геосреды // 2674350

Изобретение относится к горному делу и строительству, используется для дистанционной регистрации и измерения параметров исполнительных органов горных и строительных машин с ударным принципом погружения в процессе их воздействия на разрабатываемую геосреду, применяется в лабораторных и натурных исследованиях.

Измеритель воздушной скорости // 2672037

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах измерения расходов газообразных сред. Измеритель воздушной скорости содержит проточный корпус с расположенной, перпендикулярно потоку, внутри пластиной, на которой размещены по ее разные стороны в потоке струйные элементы, на одной стороне - два, на другой - один, соединенные каналами управления в последовательную цепь, замкнутую с выхода последнего элемента на вход первого элемента, и подключенные соплами питания к потоку, выход последнего струйного элемента подключен каналами к пневмоэлектропреобразователю, и далее к индикатору скорости потока, атмосферные каналы элементов соединены в общую полость, связанную с набегающим потоком через прорези в корпусе.

Способ определения зависимости баллистических характеристик снарядов от режима стрельбы и информационно-вычислительная система для его осуществления // 2661073

Изобретение относится к области полигонных испытаний, в частности для определений баллистических характеристик снарядов. Способ определения зависимости баллистических характеристик снарядов от режимов стрельбы, заключающийся в формировании в пространстве вдоль предполагаемой траектории движения снарядов n неконтактных измерительных полей в виде двухмерных сеток на основе выполнения конструкции неконтактных датчиков в виде двух линеек излучателей и фотоприемников, размещенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях, определении скорости и координат пролета снарядов относительно n измерительных полей на основе фиксации моментов и сработавших комбинаций элементов матриц фотоприемников, определении углов нутации на основе измерения основных элементов движения снаряда относительно центра массы, при этом для определения углов нутации предварительно определяют характерные размеры пробоин на каждой мишени при каждом угловом положении снарядов, определяют угол нутации в соответствии с видом пробоины на основе сравнении комбинации сработавших элементов фотоприемников с заданными значениями, определяют нулевое значение угла нутации, в случае если пробоина имеет форму окружности, данный вид пробоины образуется в случае совпадении оси снаряда с вектором скорости центра массы, определении значения углов нутации при увеличении размера пробоины в направлении отклонения оси снаряда от касательной к траектории, определяют динамику нутационного движения на основе измерения величины большой оси пробоины вдоль траектории движения снарядов, при выполнении стрельбы определяют режим стрельбы (номер и длительность очереди), определяют зависимость углов нутации от режимов стрельбы, учитывают время стрельбы, количество выстрелов и режимы стрельбы авиационного артиллерийского оружия в процессе эксплуатации.

Способ определения зависимости баллистических характеристик снаряда от условий стрельбы и информационно-вычислительная система для его осуществления // 2661069

Изобретение относится к области полигонных испытаний, в частности для определений баллистических характеристик снарядов. Способ определения зависимости баллистических характеристик снарядов от условий стрельбы, заключающийся в формировании в пространстве вдоль предполагаемой траектории движения снарядов n-измерительных полей в виде двухмерных сеток на основе выполнения конструкции неконтактных датчиков в виде двух линеек излучателей и фотоприемников, размещенных в вертикальной и горизонтальной плоскостях, определении скорости и координат пролета снарядов относительно измерительных полей на основе фиксации моментов и сработавших комбинаций элементов матриц фотоприемников, определении углов нутации на основе измерения основных элементов движения снаряда относительно центра массы, при этом предварительно определяют характерные размеры пробоин на каждой мишени при каждом угловом положении снарядов, определяют угол нутации в соответствии с видом пробоины на основе сравнения комбинации сработавших элементов фотоприемников с заданными значениями, определяют нулевое значение угла нутации, в случае если пробоина имеет форму окружности, при этом данный вид пробоины образуется в случае совпадения оси снаряда с вектором скорости центра массы, определении значения углов нутации при увеличении размера пробоины в направлении отклонения оси снаряда от касательной к траектории, определении динамики нутационного движения на основе измерения величины большой оси пробоины вдоль траектории движения снарядов, дополнительно определяют условия стрельбы, при этом определяют режимы стрельбы как «одиночная стрельба» или «стрельба очередью», интервалы стрельбы между очередями, длительность очереди, осуществляют запись данных о параметрах полета снарядов и режимах стрельбы в блок памяти, определяют зависимость баллистических характеристик снарядов от условий стрельбы.

Устройство доплеровского измерителя скорости движущейся поверхности на основе интерферометра с волоконным вводом излучения // 2657135

Изобретение относится к области исследований быстропротекающих процессов с применением эффекта Доплера с помощью лазерной гетеродинной диагностики и может быть использовано для непрерывной регистрации скорости движущегося объекта/объектов.

Способ цифровой фильтрации шумовой составляющей в инерциальных датчиках // 2654941

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано при построении одноосных и трехосных измерителей угловых скоростей и линейных ускорений с цифровым выходом информации.

Способ измерения вектора путевой скорости транспортного средства // 2654931

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к способам измерения путевой скорости транспортных средств с использованием эффекта Доплера для электромагнитных волн.