Жидкостной акселерометр
Патент 2253872
Авторы
Правообладатели
Классы МПК
Жидкостной акселерометр
Иллюстрации
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорений объектов. Существо изобретения заключается в том, что в жидкостном акселерометре, содержащем канал с рабочей жидкостью, на концах которого расположены два датчика частотного преобразователя гидростатических давлений, частотный преобразователь выполнен в виде волоконного интерферометра, в состав которого входят оптически согласованные источник когерентного света, две волоконные катушки и фотоприемник, подключенный через усилитель к частотомеру. Для определения знака ускорения в состав акселерометра также входит специальная электронная схема. Техническим результатом является получение на выходе оптического выходного сигнала. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.
Реферат
Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения ускорений.
Известен жидкостной акселерометр аналогичного назначения [1], содержащий установленный в корпусе цилиндр с электролитом, в котором размещен проводящий поплавок, привод вращения цилиндра и электролитический преобразователь линейного перемещения поплавка.
Наиболее близким к предлагаемому является жидкостной акселерометр [2], содержащий заполненный рабочей жидкостью канал и частотный преобразователь гидростатических давлений, два датчика которого расположены на концах этого канала, причем выход частотного преобразователя подключен через усилитель к частотомеру.
Данный жидкостной акселерометр [2] принят за прототип.
В прототипе частотный преобразователь гидростатических давлений включает в себя два независимых друг от друга частотных датчика, выходы которых подключены к вычислителю, в состав которого входят последовательно соединенные усилитель и частотомер.
Недостатком известных жидкостных акселерометров [1, 2] является отсутствие на их выходе оптического выходного сигнала.
Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение на выходе акселерометра оптического выходного сигнала, что позволяет осуществить применение в качестве телекоммуникационной системы для дальнейшей передачи сигнала оптических линий связи.
Поставленный технический результат получают за счет того, что известный жидкостной акселерометр, содержащий заполненный рабочей жидкостью канал и частотный преобразователь гидростатических давлений, два датчика которого расположены на концах этого канала, причем выход частотного преобразователя подключен через усилитель к частотомеру, дополнительно содержит источник пилообразного напряжения, программный задатчик командных сигналов и электронный ключ, а частотный преобразователь гидростатических давлений выполнен в виде источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек и фотоприемника, оптически связанных в волоконно-оптический интерферометр, выходом которого является выход фотоприемника, при этом одна из волоконных катушек намотана с натягом на боковую поверхность пьезоцилиндра, электроды которого подключены к источнику пилообразного напряжения, управляемый вход которого соединен с выходом программного задатчика командных сигналов, а усилитель подключен к частотомеру через электронный ключ, управляемый вход которого соединен с выходом программного задатчика командных сигналов.
В частном случае вторая волоконная катушка интерферометра также может быть намотана на боковую поверхность дополнительного аналогичного пьезоцилиндра.
Жидкостной акселерометр может также дополнительно содержать поршень, выполненный из материала, плотность которого превышает плотность рабочей жидкости, размещенный в середине канала.
Изобретение поясняется чертежом. На фиг.1 представлена конструктивная схема акселерометра; на фиг.2 - оптико-электронная схема прибора; на фиг.3 - частотно-временные диаграммы для пояснения работы акселерометра.
Жидкостной акселерометр содержит заполненный рабочей жидкостью канал 1 (фиг.1) и частотный преобразователь гидростатических давлений, выполненный в виде источника когерентного света 2 (фиг.2), двух идентичных волоконных катушек 3, 4 и фотоприемника 5, оптически согласованных в волоконно-оптический интерферометр, выходом которого является выход фотоприемника 5.
Волоконная катушка 3 намотана с натягом на боковую поверхность пьезоцилиндра 6, электроды которого подключены к источнику 7 пилообразного напряжения.
Волоконная катушка 4 может быть намотана на аналогичный пьезоцилиндр 8, электроды которого не подключены к источнику напряжения. То есть пьезоцилиндр 8 по существу используется как подложка для волоконной катушки 4. Обе катушки 3, 4 расположены на концах канала 1 с рабочей жидкостью.
Выход фотоприемника 5 через усилитель 9 фототока и электронный ключ 10 подключен к частотомеру 11.
Электронный ключ 10 и источник 7 пилообразного напряжения подключены своими управляемыми входами к программному задатчику 12 командных сигналов.
Акселерометр также может содержать поршень 13, выполненный из материала, плотность которого превышает плотность рабочей жидкости. Поршень 13 располагается в середине канала 1 с рабочей жидкостью.
На фиг.1 источник 7 пилообразного напряжения показан подключенным к двум электродам пьезоцилиндра 6, а на фиг.2 - к одному, причем для ясности оптической схемы пьезоцилиндр на фиг.2 вынесен за пределы волоконной катушки 3.
Жидкостной акселерометр работает следующим образом.
При наличии в составе акселерометра поршня 13 последний играет роль инерционной массы. При отсутствии поршня 13 роль инерционной массы выполняет сама рабочая жидкость в канале 1.
Воздействие ускорения W на поршень 13 (или рабочую жидкость) приводит к их смещению вправо или влево в зависимости от направления воздействия. При этом гидростатическое давление около одной из катушек, например 3, увеличивается, а около другой (4) - уменьшается.
Это приводит к появлению на выходе интерферометра дополнительной разности фаз и измерению доплеровской частоты на выходе фотоприемника 5. После усиления в усилителе 9 частота интерференционных пиков регистрируется частотомером 11, который выдает сигнал, пропорциональный амплитуде воздействующего на инерционную массу ускорения.
Для определения знака (направления) воздействующего ускорения в акселерометры предусмотрены блоки 7, 10, 12, а также пьезоцилиндр 6.
На пьезоцилиндр 6 от источника 7 пилообразного напряжения подается сигнал, период которого (t1+t2) (фиг.3) задается задатчиком 12 командных сигналов (фиг.3а).
Пилообразное напряжение (фиг.3б) задает на выходе интерферометра постоянный сдвиг частоты f0 (фиг.3в), относительно которого определяется дополнительный сдвиг частоты f1 или f2, вызванный измеряемым ускорением W.
Это позволяет определить направление ускорения по знаку измеряемых частот f1, f2 относительно частоты f0. (Если частота увеличилась, то ускорение направлено вправо, если уменьшилась - влево.)
В связи с тем что идеальное пилообразное напряжение получить трудно, задатчик 12 командных сигналов на время t2 переходного процесса закрывает электронный ключ 10, и частотомер 11 накапливает измерительную информацию только в периоды времени t1.
Таким образом, с помощью данного жидкостного акселерометра на выходе прибора получают оптический сигнал, который можно направлять по волоконной линии связи длиной несколько километров (на чертеже не показана) к месту приема фотоприемником 5 (фиг.2).
Этим достигается поставленный технический результат.
Источники информации
1. Авторское свидетельство СССР №1211651, кл. G 01 P 15/08, 1986.
2. Авторское свидетельство СССР №732750, кл. G 01 P 15/08, 1980 - прототип.
1. Жидкостной акселерометр, содержащий заполненный рабочей жидкостью канал и частотный преобразователь гидростатических давлений, два датчика которого расположены на концах этого канала, причем выход частотного преобразователя подключен через усилитель к частотомеру, отличающийся тем, что дополнительно содержит источник пилообразного напряжения, программируемый задатчик командных сигналов и электронный ключ, а частотный преобразователь гидростатических давлений выполнен в виде источника когерентного света, двух идентичных волоконных катушек и фотоприемника, оптически согласованных в волоконно-оптический интерферометр, выходом которого является выход фотоприемника, при этом одна из волоконных катушек намотана с натягом на боковую поверхность пьезоцилиндра, электроды которого подключены к источнику пилообразного напряжения, управляемый вход которого соединен с выходом программного задатчика командных сигналов, а усилитель подключен к частотомеру через электронный ключ, управляемый вход которого соединен с выходом программного задатчика командных сигналов.
2. Жидкостной акселерометр по п.1, отличающийся тем, что вторая волоконная катушка интерферометра также намотана на боковую поверхность дополнительного аналогичного пьезоцилиндра.
3. Жидкостной акселерометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит поршень, выполненный из материала, плотность которого превышает плотность рабочей жидкости, размещенный в середине канала.