Пьезооптический извещатель

Пьезооптический извещатель

Иллюстрации

Показать все

Реферат

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.