×
20.02.2020
220.018.0475

Ультразвуковой способ измерения угловой скорости

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Использование: для измерения угловой скорости. Сущность изобретения заключается в том, что осуществляют возбуждение и прием объемной акустической волны, прошедшей через измеряемый объект, выполненный из изотропного материала, при этом преобразователи размещают на измеряемом объекте и излучают линейно поляризованную волну, а принимают вид линейно поляризованной волны, не совпадающий с излученной, и по амплитуде принятой волны определяют угловую скорость вращения объекта. Технический результат: упрощение измерения угловой скорости. 2 ил.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к приборам ориентации, навигации и системам управления подвижными объектами и предназначено для измерения угловой скорости.

Известны способы измерения угловой скорости с помощью объемных акустических волн [патент №2392625 «Способ измерения угловой скорости», опубл. 20.06.2010] и способ [патент №2520949 «Способ измерения угловой скорости и чувствительный элемент гироскопа на его основе», опубл. 27.06.2014].

Способ [патент №2520949 «Способ измерения угловой скорости и чувствительный элемент гироскопа на его основе», опубл. 27.06.2014] отличается тем, что сигналом на входе является волна круговой поляризации, а сигналом на выходе является сдвиговая компонента каждой из волн круговой поляризации. Измерение угловой скорости основано на оценке разности фаз, возникающей из-за различия времен распространения двух объемных акустических волн круговой поляризации. Разность фаз оценивается по принимаемым фазам сдвиговых компонент волн круговой поляризации.

Чувствительный элемент содержит два идентичных твердотельных звукопровода, между которыми размещают пластинчатый пьезоэлектрический излучающий преобразователь волн круговой поляризации. На свободных торцах размещают пластинчатый приемный преобразователь линейно поляризованных сдвиговых волн. Излучающий пьезопреобразователь возбуждает в каждом звукопроводе волну круговой поляризации. Таким образом, две объемные акустические волны круговой поляризации распространяются в звукопроводах вдоль оси, вокруг которой происходит вращение, но в противоположных направлениях. Каждый приемный преобразователь принимает сдвиговую компоненту волны круговой поляризации. Разность фаз между принятыми компонентами пропорциональна скорость вращения.

Однако стоит отметить, что недостатком указанного способа является сложность конструкции преобразователя, а также необходимость наличия двух идентичных звукопроводов.

Способ измерения угловой скорости с помощью объемных акустических волн, [патент №2392625 «Способ измерения угловой скорости», опубл. 20.06.2010], который наиболее близок по реализации к предлагаемому, отличается тем, что сигналом на входе является линейно поляризованная сдвиговая волна, сигналом на выходе является также линейно поляризованная сдвиговая волна, но с вектором поляризации, повернутым на 90° относительно излученной.

Чувствительный элемент содержит твердотельный звукопровод, выполненный из материала, обладающего минимальной скоростью распространения сдвиговых волн, поскольку уровень информативного сигнала обратно пропорционален скорости распространения сдвиговых волн. На плоскопараллельных торцах звукопровода размещают пластинчатые пьезоэлектрические излучающие и приемные преобразователи. Излучающий пьезопреобразователь возбуждает в звукопроводе линейно поляризованную сдвиговую волну. Приемный преобразователь линейно поляризованной сдвиговой волны имеет угол поляризации близким к 90° относительно излучаемой сдвиговой волны. Таким образом, приемный преобразователь принимает ортогональные компоненты сдвиговой поляризации, возникающие в излученной волне по мере распространения в звукопроводе в условиях вращения. Достоинством способа является устойчивость к механическим нагрузкам.

Недостатками способа являются необходимость размещения преобразователей на звукопроводе и необходимость точной юстировки осей поляризации излучающего и приемного пьезопреобразователей.

Задачей настоящего изобретения является разработка способа измерения угловой скорости, отличающегося простой реализацией.

Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе измерения угловой скорости, так же, как и в известном излучают линейно поляризованную волну, но в отличие от известного, в предлагаемом способе принимают вид линейно поляризованной волны, не совпадающий с излученной.

Техническим результатом является упрощение способа измерения угловой скорости.

Технический результат достигается за счет того, что преобразователи размещают на объекте измерения, чья угловая скорость которого надлежит измерению, и за счет того, что не требуется юстировка осей поляризации преобразователей.

Пьезопреобразователь излучает объемную линейно поляризованную волну, которая распространяется перпендикулярно оси вращения среды распространения. В условиях вращения излученная линейно поляризованная волна, например, сдвиговая, представляет собой две волны эллиптической поляризации. Частицы в этих волнах колеблются вдоль двух осей, ортогональных оси вращения, а волны распространяются с разными скоростями. Таким образом, в условиях вращения, приемный пьезопреобразователь принимает продольную компоненту вектора поляризации.

Сущность способа измерения угловой скорости вращения объекта поясняется чертежами, где:

на фиг. 1 представлено графическое пояснение схемы реализации способа измерение

на фиг. 2 схематически изображены траектории движения частиц в распространяющихся волнах.

Рассмотрим более подробно последовательность действий предлагаемого способа. На фиг. 1 показаны излучающий пластинчатый пьезопреобразователь 1, и приемный пластинчатый пьезопреобразователь 2, которые размещают на измерительном объекте 3, вращающийся вокруг оси Y. Пьезопреобразователь 1 излучает линейно поляризованную волну, например, сдвиговую, которая в условиях вращения объекта вокруг оси Y, представляет собой совокупность двух волн эллиптической поляризации. Пьезопреобразователь продольной поляризации 2 при наличии вращения принимает продольную компоненту волн эллиптической поляризации, которая пропорциональна скорости вращения объекта 3. При отсутствии вращения принимаемый сигнал на приемном пьезопреобразователе 2 отсутствует.

Для проведения измерения угловой скорости вращения преобразователи размещают на конструктивных частях объекта. В качестве элементов конструкции могут использоваться ребра жесткости из изотропных материалов, например, металлов, имеющих доступные для размещения преобразователей плоскопараллельные торцы. Таким образом, для определения угловой скорости указанным способом не требуется размещения дополнительного звукопровода.

Фиг. 2 демонстрирует траектории движения частиц в волнах, распространяющихся вдоль оси X, в случае вращения измерительного объекта вокруг оси Y. Излученная при таких условиях линейно поляризованная сдвиговая волна с вектором смещения вдоль оси Z раскладывается на две волны эллиптической поляризации, которые распространяются с различными скоростями квазипродольной волны V1 и квазипоперечной волны V2.

где ρ - плотность материала объекта; λ и μ - постоянные Ламе, W=Ω/2πƒ относительная частота вращения объекта, Ω - скорость вращения объекта, ƒ - линейная частота ультразвуковых колебаний.

В этих волнах смещения частиц происходят не только вдоль оси Z (сдвиговая компонента), но и вдоль оси X (продольная компонента). Таким образом, излученная линейно поляризованная волна является совокупностью двух волн эллиптической поляризации, смещения в которых происходят вдоль оси Z и вдоль оси X. Отношения осей эллипсов поляризации двух этих волн (p1/p2)1 и (p12)2 пропорциональны Ω:

Отношение длин осей эллипса также однозначно зависит при заданной частоте вращения от коэффициента Пуассона v:

Величины k1=k2=-4.023 и b1=4.002, b2=2.002 позволяют определить характер движения частиц среды в зависимости от скорости вращения для любого материала по известному коэффициенту Пуассона v.

Определим амплитуду выходного напряжения Uвых1 на приемном пьезопреобразователе, которая пропорциональна скорости вращения, для излучения сдвиговой волны, а приема продольной, по формуле:

где: Uвx - напряжение, подаваемое на излучающий преобразователь; Как - коэффициент передачи акустического тракта датчика.

В таблице 1 представлены отношения осей эллипсов поляризации, приведенные к W, а также амплитуды выходного напряжения Uвых1 для различных материалов объекта, для излучения сдвиговой волны, а приема продольной, при Uвх=100 В, Ω=1 об/с, ƒ=0,5 МГц, Как=0 дБ.

Определим амплитуду выходного напряжения Uвых2 на приемном пьезопреобразователе, которая пропорциональна скорости вращения, для излучения продольной волны, а приема сдвиговой по формуле:

где: Uвх - напряжение, подаваемое на излучающий преобразователь; Как - коэффициент передачи акустического тракта датчика.

В таблице 2 представлены отношения осей эллипсов поляризации, приведенные к W, а также амплитуды выходного напряжения Uвых2 для излучения продольной волны, а приема сдвиговой, для различных материалов объекта, при Uвх=100 В, Ω=1 об/с, ƒ ƒ=0,5 МГц, Как=0 дБ.

Как видно из таблиц 1 и 2, амплитуда выходного сигнала, при излучении сдвиговой волны, а приеме продольной, больше, чем при излучении продольной, а приеме сдвиговой.

Таким образом, угловая скорость при излучении сдвиговой волны, а приеме продольной определяется следующим соотношением:

Угловая скорость при излучении продольной волны, а приеме сдвиговой определяется аналогичным соотношением:

Техническим результатом является упрощение способа измерения угловой скорости.

Технический результат достигается за счет того, что преобразователи размещают на объекте измерения, чья угловая скорость надлежит измерению, и за счет того, что не требуется юстировка осей поляризации преобразователей.

Была экспериментально подтверждена возможность использования такого способа для измерения скорости вращения на конструкции, в которой излучают объемную акустическую линейно поляризованную сдвиговую волну, а принимают линейно поляризованную продольную волну, которая появляется при вращении перпендикулярно направлению распространения. Для изготовления макета использовались пластинчатые пьезопреобразователи из пьезокерамики ЦТС-19 и измеряемый объект, выполненный из плавленого кварца, в виде цилиндра. Были получены качественные результаты зависимости информативного параметра от скорости вращения, подтверждающие их линейную связь, как для излучения линейно поляризованной сдвиговой волны, а приема продольной, так и для излучения линейно поляризованной продольной волны, а приема сдвиговой волны.

Описание изобретения свидетельствует о том, что предложен новый способ измерения угловой скорости, основанный на особенностях распространения объемных акустических волн, когда ось вращения объекта ортогональна направлению распространения волны. Достигнут технический результат - упрощение способа измерения угловой скорости.

Ультразвуковой способ измерения угловой скорости путем возбуждения и приема объемной акустической волны, прошедшей через измеряемый объект, выполненный из изотропного материала, отличающийся тем, что преобразователи размещают на измеряемом объекте и излучают линейно поляризованную волну, а принимают вид линейно поляризованной волны, не совпадающий с излученной, и по амплитуде принятой волны определяют угловую скорость вращения объекта.
Ультразвуковой способ измерения угловой скорости
Ультразвуковой способ измерения угловой скорости
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 11 items.
25.08.2017
№217.015.c91b

Способ получения сегнетоэлектрической пленки basrtio

Способ получения сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO относится к технологиям получения тонких пленок и может быть использован при получении сегнетоэлектрических пленок BaSrTiO для сверхвысокочастотной техники. На первом этапе на сапфировой подложке формируют сплошной сегнетоэлектрический слой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002619365
Дата охранного документа: 15.05.2017
26.08.2017
№217.015.da0c

Микрополосковый свч диплексор

Изобретение может быть использовано в радиоприемных и радиопередающих устройствах систем локации и связи, в том числе в аппаратуре потребителей спутниковых радионавигационных систем Glonass, GPS для разделения сигналов поддиапазонов L1, L2, L3, в пассивных когерентных локационных системах для...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002623715
Дата охранного документа: 28.06.2017
26.08.2017
№217.015.e2bc

Способ измерения сверхмалых угловых скоростей

Изобретение может быть использовано для измерения сверхмалых угловых скоростей в космическом пространстве. Способ измерения сверхмалых угловых скоростей путем возбуждения встречно-бегущих электромагнитных волн, отражения, детектирования их параметров и расчета величины действующей угловой...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002626077
Дата охранного документа: 21.07.2017
17.08.2018
№218.016.7c64

Распылительный блок магнетрона для осаждения пленок твердых растворов fetio в диапазоне 0<x<0,6

Изобретение относится к распылительному блоку магнетрона для осаждения пленок твердых растворов FeTiO в диапазоне 0<х<0,6 на поверхности металлов, стекол или керамики. Упомянутый блок содержит мишень и охлаждающую пластину, причем мишень и охлаждающая пластина размещены в реактивной среде,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002664009
Дата охранного документа: 14.08.2018
04.11.2018
№218.016.9a5f

Способ получения сегнетоэлектрических пленок basr tio

Способ получения сегнетоэлектрической пленки BaSrTiO относится к технологиям получения тонких пленок и может быть использован при получении сегнетоэлектрических пленок BaSrTiO для сверхвысокочастотной техники. На первом этапе распыляют мишень состава BaSrTiO на сапфировую подложку с подслоем...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002671614
Дата охранного документа: 02.11.2018
21.03.2019
№219.016.ebc6

Лазерная очистка документов на бумажной основе

Изобретение относится к способам обработки материалов с использованием лазерной техники и может быть использовано для очистки поверхности исторических документов на бумажной основе в процессе реставрации путем воздействия лазерного излучения на его поверхность, при котором из зоны обработки...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002682423
Дата охранного документа: 19.03.2019
10.09.2019
№219.017.c982

Распыляемый блок магнетрона для осаждения пленок твердых растворов tiwo

Распыляемый блок магнетрона для осаждения пленок твердых растворов TiWO относится к устройствам, используемым в электронике, оптоэлектронике, архитектуре, автомобилестроении и др. Распыляемый блок магнетрона для осаждения пленки в виде твердого раствора TiWOсо стехиометрическим коэффициентом в...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002699702
Дата охранного документа: 09.09.2019
02.10.2019
№219.017.d054

Способ получения сегнетоэлектрических пленок βаsrtio

Изобретение относится к способу получения сегнетоэлектрической пленки Ba-SrTiO и может быть использовано для мощной сверхвысокочастотной техники. На первом этапе распыляют мишень состава BaSrTiO на подложку карбида кремния в атмосфере кислорода при давлении 2 Па и температуре подложки 700-900°С...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002700901
Дата охранного документа: 23.09.2019
09.10.2019
№219.017.d388

Способ вспучивания гидрослюды и устройство для его реализации

Изобретение относится к области производства гидропонных и строительных теплоизолирующих материалов и используется для вспучивания гидрослюд с помощью микроволновой энергии. Способ вспучивания основан на том, что на обрабатываемый материал воздействуют микроволновым излучением при его...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002702230
Дата охранного документа: 07.10.2019
05.02.2020
№220.017.fde8

Электроакустический ненаправленный преобразователь

Изобретение относится к акустике, к акустическим преобразователям. Электроакустический ненаправленный преобразователь содержит пьезостержень, две одинаковые осесимметричные накладки, выполненные в виде сплошных конусов, соединенных армирующей стяжкой, и герметизирующие прокладки, установленные...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002712924
Дата охранного документа: 03.02.2020
Showing 1-2 of 2 items.
27.06.2014
№216.012.d783

Способ измерения угловой скорости и чувствительный элемент гироскопа на его основе

Изобретение относится к области приборостроения, а именно к приборам ориентации, навигации и систем управления подвижными объектами, и предназначено для измерения угловой скорости. Способ состоит в измерении разности фаз, возникающей в результате различия времен распространения двух волн,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002520949
Дата охранного документа: 27.06.2014
27.09.2014
№216.012.f9f3

Пьезоэлектрический преобразователь

Изобретение относится к области акустической метрологии и, в частности, к пьезоэлектрическим преобразователям. Пьезоэлектрический преобразователь состоит из двух одинаковых поперечно поляризованных пьезоэлектрических пластин, направления линейных поляризаций которых взаимно ортогональны....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529824
Дата охранного документа: 27.09.2014
+ добавить свой РИД