27.09.2015
216.013.8010

ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к области оптических средств измерения угловой скорости и ускорения вращающихся объектов. Интерференционный измеритель угловой скорости и ускорения включает в себя источник излучения, кольцевой интерферометр, светоприемное устройство. При этом источник излучения помещен в устройство регулирования температуры. Кольцевой интерферометр выполнен из оптических зеркал и светоделительных пластин, а также оптического отражателя, устанавливаемого на исследуемом вращающемся объекте и имеющего форму цилиндра, изготовленного из однородного оптического материала с нанесенным на его поверхность зеркальным покрытием. На входе интерферометра расположен телескопический расширитель. Последовательно со светоприемным устройством установлены аналого-цифровой преобразователь и вычислительное устройство с возможностью определения величины двукратного накопления разности фаз лучами, прошедшими через оптический отражатель в прямом и обратном направлениях по отношению к направлению вращения, для последующего определения угловой скорости и ускорения соответственно по скорости и изменению скорости перемещения интерференционных полос. Технический результат - расширение рабочих диапазонов температуры и изменения давления. 1 ил.
Основные результаты: Интерференционный измеритель угловой скорости и ускорения, включающий в себя источник излучения, кольцевой интерферометр, светоприемное устройство, отличающийся тем, что источник излучения помещен в устройство регулирования температуры, кольцевой интерферометр выполнен из оптических зеркал и светоделительных пластин, а также оптического отражателя, устанавливаемого на исследуемом вращающемся объекте и имеющего форму цилиндра, изготовленного из однородного оптического материала с нанесенным на его поверхность зеркальным покрытием, на входе интерферометра расположен телескопический расширитель, последовательно со светоприемным устройством установлены аналого-цифровой преобразователь и вычислительное устройство с возможностью определения величины двукратного накопления разности фаз лучами, прошедшими через оптический отражатель в прямом и обратном направлениях по отношению к направлению вращения, для последующего определения угловой скорости и ускорения соответственно по скорости и изменению скорости перемещения интерференционных полос.
Реферат Свернуть Развернуть

Область техники

Изобретение относится к области оптических средств измерения угловой скорости и ускорения вращающихся объектов.

Уровень техники

Известен высокостабильный датчик угловой скорости, состоящий из лазерного диода, светоделителя, фазового модулятора, цифрового датчика, микроконтроллера, цифроаналогового преобразователя и малошумящего усилителя (Патент РФ №2286581, МПК: G01P 3/36, G01C 19/64, G01C 19/72, опубл. 18.11.2003).

Недостаток его состоит в том, что реализация подобного устройства сложна и требует установки системы температурной коррекции.

Наиболее близким техническим решением является устройство, реализующее способ обработки информации волоконно-оптического кольцевого гироскопа, построенного на основе эффекта Саньяка, состоящее из источника питания, кольцевого интерферометра, светоприемного устройства (Патент РФ №2160886, МПК: G01C 19/00, G01B 9/00, опубл. 02.11.1999).

Недостаток его состоит в том, что реализация подобного схемно-технического решения обеспечивает низкую точность измерений при изменении температуры за пределами диапазона ±60°С и обладает высокой чувствительностью к давлению.

Раскрытие изобретения

Технический результат заключается в расширении рабочих диапазонов температуры и изменения давления интерференционного измерителя угловой скорости и ускорения вращающихся объектов.

Технический результат достигается тем, что интерференционный измеритель угловой скорости и ускорения включает в себя источник излучения, кольцевой интерферометр, светоприемное устройство. При этом источник излучения помещен в устройство регулирования температуры. Кольцевой интерферометр выполнен из оптических зеркал и светоделительных пластин, а также оптического отражателя, устанавливаемого на исследуемом вращающемся объекте и имеющего форму цилиндра, изготовленного из однородного оптического материала с нанесенным на его поверхность зеркальным покрытием. На входе интерферометра расположен телескопический расширитель. Последовательно со светоприемным устройством установлены аналого-цифровой преобразователь и вычислительное устройство с возможностью определения величины двукратного накопления разности фаз лучами, прошедшими через оптический отражатель в прямом и обратном направлениях по отношению к направлению вращения, для последующего определения угловой скорости и ускорения соответственно по скорости и изменению скорости перемещения интерференционных полос.

Перечень фигур

На фиг.1 изображена принципиальная схема интерференционного измерителя.

Осуществление изобретения

Устройство состоит из источника когерентного излучения 1, оптически соединенного с телескопическим расширителем 2, содержащим рассеивающую линзу 3, обращенную к источнику когерентного излучения 1, и собирающую линзу 4 оптического отражателя 14, двухканальной системы ввода-вывода излучения 6, содержащей плоское зеркало 11, полупрозрачное зеркало 5, оптически связанное с объективом ввода-вывода излучения 9 второго канала 10, объектив ввода-вывода излучения 7 первого канала 8, оптического отражателя 14, состоящего из диска с нанесенным на его цилиндрическую поверхность зеркальным покрытием 12, и однородного оптически прозрачного материала 13, светоприемного устройства 15, аналого-цифрового преобразователя 16, вычислительного устройства 17 и устройства регулирования температуры 18.

Предлагаемое устройство работает следующим образом.

Излучение от источника когерентного излучения 1, находящегося в устройстве регулирования температуры 18, поддерживающего рабочий диапазон температур источника, последовательно проходит через компоненты телескопического расширителя 2 - рассеивающую линзу 3 и собирающую линзу 4 - и поступает на полупрозрачное зеркало 5 двухканальной системы ввода-вывода излучения 6, которое делит излучение на два пучка, один из которых поступает на объектив ввода-вывода излучения 7 первого канала 8, затем поступает на оптический отражатель 14, где переотражается на внутреннем отражающем покрытии цилиндрического зеркала 12, проходя перед каждым отражением однородный оптически прозрачный материал 13, и через объектив ввода-вывода излучения 9 второго канала 10, плоское зеркало 11, полупрозрачное зеркало 5 поступает на светоприемное устройство 15. Другой пучок отражается от плоского зеркала 11 и проходит через объектив ввода-вывода излучения 9 второго канала 10, затем поступает в оптический отражатель 14, где переотражается от цилиндрического зеркала 12 и проходит через однородный оптически прозрачный материал 13, и после переотражений проходит через объектив ввода-вывода излучения 7 первого канала 8, отражается от полупрозрачного зеркала 5 и также поступает в светоприемное устройство 15.

Чувствительная площадка светоприемного устройства 15 является плоскостью локализации интерференционной картины первого и второго пучков света, а вычислительное устройство 17 позволяет определить величину двукратного накопления разности фаз лучами, прошедшими через оптический отражатель 14 в прямом и обратном направлениях по отношению к направлению вращения, для последующего определения угловой скорости и ускорения соответственно по скорости и изменению скорости перемещения интерференционных полос.

При вращении оптического отражателя 14 против часовой стрелки луч, поступающий в оптический отражатель 14 через объектив ввода-вывода излучения 7 первого канала 8 при переотражениях в оптическом отражателе 14, проходит однородный оптически прозрачный материал 13 в направлении, совпадающем с направлением проекции вектора движения материала в каждой точке траектории распространения и накапливает значение отрицательной величины сдвига фаз, а луч, поступающий в оптический отражатель 14 через объектив ввода-вывода излучения 9 второго канала 10, накапливает значение положительной величины сдвига фаз, разность которых позволяет определять величину угловой скорости оптического отражателя 14 в реальном масштабе времени.

При изменении скорости вращения оптического отражателя 14 соответственно изменяются разности хода, накапливаемые лучами, прошедшими через оптический отражатель 14 в прямом и обратном по отношению к направлению вращения направлении, что приводит к изменению интенсивности в плоскости локализации интерференционной картины и позволяет измерять угловое ускорение вращающегося объекта. При изменении направления вращения оптического отражателя 14 меняются знаки фаз, накапливаемых обоими лучами.

Сигнал, падающий на светочувствительную площадку приемника излучения 15, преобразуется в аналогово-цифровом преобразователе 16, после чего поступает на вход вычислительного устройства 17, где происходит нахождение необходимых кинематических характеристик движения: скорости или ускорения.

Введение телескопического расширителя 2, собирающая линза 4 которого обращена к полупрозрачному зеркалу 5, позволяет уменьшить расходимость оптического излучения от источника когерентного излучения 1, обеспечивая совместно с объективами ввода-вывода излучения 7 и 9 необходимое сечение оптического пуска на всей траектории распространения и необходимое число переотражений в оптическом отражателе 14, увеличивая величину отклика интерференционного измерителя и его чувствительность.

Введение во второй канал 10 двухканальной системы ввода-вывода излучения плоского зеркала 11, оптически сопряженного с объективом ввода-вывода излучения 9 второго канала 10, который последовательно оптически соединен с оптическим отражателем 14, объективом ввода-вывода излучения 7 первого канала 8, полупрозрачным зеркалом 5 и светоприемным устройством 15, позволяет использовать объективы ввода-вывода излучения 7 и 9 первого 8 и второго 10 каналов одновременно для ввода и вывода излучения в оптический отражатель 14 и получать двукратное увеличение разности фаз для лучей, проходящих оптический отражатель 14 в противоположных направлениях.

Выполнение оптического отражателя 14 в виде диска 12 из однородного оптически прозрачного материала 13, выполненного в виде цилиндра, ось которого совпадает с осью диска 12, позволяет осуществить многократные переотражения в оптическом отражателе 14, непрерывные измерения скорости вращения и ускорения при движении только одного оптического отражателя 14, проведение измерений при больших скоростях вращения, расширение условий эксплуатации установки относительно наиболее близкого технического решения, ввиду слабой чувствительности отражателя, выполненного из однородного оптического материала, к изменениям температуры и деформациям: например, температура плавления стекла может превышать 1000 градусов по Цельсию, таким образом, рабочий диапазон температур расширяется до интервала от минимально возможной температуры окружающей среды до температуры, близкой к температуре плавления материала. В отличие от оптического волокна, которое чувствительно к деформациям, составляющим 0,85 мкм/м, более массивный цилиндрический оптический элемент будет значительно менее чувствителен к давлению. Уменьшение чувствительности n прибора, использующего оптическое волокно, по сравнению с предлагаемым устройством, можно оценить выражением:

где l - длина оптоволоконного кабеля, a R - радиус оптического диска.

Точность прибора рассчитана на основе отношений, приведенных в статьях [1-4]:

где Δ - сдвиг интерференционной картины, R - радиус диска, r - расстояние от центра диска до плоскости распространения луча в диске, n2 - показатель преломления материала диска, ν - частота вращения диска, c - скорость света, X - длина волны лазерного излучения.

Полученное значение сопоставимо с показателями точности волоконно-оптических гироскопов и составляет порядка 0.0028 об/с для оптического отражателя, выполненного из стекла марки ТФЗ, облучаемого длиной волны, равной λ=0,632991 мкм для N=100 проходов сквозь однородный оптический материал. Параметры рассчитанного элемента: R=21,5 мм, r=20,5 мм, d=0,02 м.

Полученные результаты позволяют считать прибор промышленно применимым в расширенных диапазонах температур и давлений.

Источники информации

1. Гладышев В.О., Гладышева Т.М., Дашко М., Трофимов Н., Шарандин Е.А. Первые результаты измерения зависимости пространственного увлечения света во вращающейся среде от скорости вращения // Письма в ЖТФ, 2007. Т.33, №21, с.17-24.

2. Gladyshev V., Gladysheva Т., Zubarev V. Propagation of electromagnetic waves in complex motion media // Journal of Engineering Mathematics. 2006. V.55. №1-4, p.239-254.

3. Гладышев В.О., Тиунов П.С., Леонтьев А.Д, Гладышева Т.М., Шарандин Е.А. Исследование анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения в движущейся среде // Журнал технической физики, 2012, том 82, вып.11, с.54-63.

4. Гладышев В.О., Гладышева Т.М., Зубарев В.Е., Лельков М.В., Подгузов Г.В. Формирование устойчивых электромагнитных образований в ограниченных пространственных структурах, обладающих аксиальной симметрией // Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. «Естественные науки». 2005. №2, с.3-17.

Интерференционный измеритель угловой скорости и ускорения, включающий в себя источник излучения, кольцевой интерферометр, светоприемное устройство, отличающийся тем, что источник излучения помещен в устройство регулирования температуры, кольцевой интерферометр выполнен из оптических зеркал и светоделительных пластин, а также оптического отражателя, устанавливаемого на исследуемом вращающемся объекте и имеющего форму цилиндра, изготовленного из однородного оптического материала с нанесенным на его поверхность зеркальным покрытием, на входе интерферометра расположен телескопический расширитель, последовательно со светоприемным устройством установлены аналого-цифровой преобразователь и вычислительное устройство с возможностью определения величины двукратного накопления разности фаз лучами, прошедшими через оптический отражатель в прямом и обратном направлениях по отношению к направлению вращения, для последующего определения угловой скорости и ускорения соответственно по скорости и изменению скорости перемещения интерференционных полос.
ИНТЕРФЕРЕНЦИОННЫЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ УГЛОВОЙ СКОРОСТИ И УСКОРЕНИЯ
Источник поступления информации: Роспатент

Показаны записи 1-10 из 50.
10.09.2013
№216.012.6714

Способ многолучевой лазерной сварки

Изобретение относится к способу многолучевой лазерной сварки конструкционных сталей и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Осуществляют подачу на поверхность свариваемого изделия двух лазерных лучей под углом друг к другу в стык свариваемого соединения и создание одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492035
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.11.2013
№216.012.7f1d

Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения

Изобретение относится к устройству для ориентации объектов в пространстве на основе измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения в движущейся среде. Устройство представляет собой оптический интерферометр, выполненный по кольцевой схеме, и включает лазер, оптическую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498214
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.09.2014
№216.012.f789

Длинномерный силовой конструкционный элемент типа вертикальной колонны из полимерного композиционного материала

Изобретение относится к элементам силовых конструкций, работающих под нагрузкой, и может быть использовано в качестве элементов опор несущих высоконагруженных вертикальных строительных сооружений, опор мостов, несущих опор линий электропередач, ветровых генераторов и прочее. Длинномерный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529206
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fcd9

Установка для исследования кинетики пропитки волокнистых наполнителей полимерными связующими

Изобретение относится к области аналитики и может быть использовано для исследования и оптимизации режимов формования изделий из полимерных композиционных материалов. Установка для исследования кинетики пропитки волокнистых наполнителей полимерными связующими содержит резервуар со связующим,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530575
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fdaa

Способ оценки стойкости тонких защитных покрытий материалов при высокоэнергетическом воздействии на них

Изобретение относится к способу оценки защитных свойств тонких покрытий от поверхностной деградации (разрушения, эрозии, распыления) защищаемых материалов при воздействии на них высокоэнергетических излучений, преимущественно в вакууме. Отличительная особенность способа оценки стойкости тонких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530784
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.11.2014
№216.013.0563

Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу комбинированной химико-термической обработки деталей машин. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей включает циклическую цементацию деталей и закалку. Перед циклической цементацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532777
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.0565

Способ и устройство для ускоренного азотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу ионоазотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля. Обеспечивают подачу в камеру для азотирования реакционного газа, его нагрев с одновременным генерированием в камере переменного электромагнитного поля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532779
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.01.2015
№216.013.17c7

Многослойное покрытие тонкостенной оболочки из полимерного композиционного материала космического антенного рефлектора

Изобретение может использоваться в многослойных комбинированных покрытиях зеркальных космических антенн с рефлекторами из полимерного композиционного материала - углепластика. Многослойное покрытие содержит три последовательных слоя с равномерной толщиной: нижний зеркальный металлический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537515
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.183e

Способ извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков

Изобретение относится к способу извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков энергетических предприятий. Способ включает подготовку золошлаков, смешение их с выщелачивающим раствором, накопление биомассы микроорганизмов, бактериальное выщелачивание редкоземельных и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537634
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.2090

Способ дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений на земной поверхности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного обнаружения утечек нефтепроводов, разливов нефти и нефтепродуктов на земной поверхности. Задачей изобретения является создание способа определения загрязнений нефтепродуктами земной поверхности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539784
Дата охранного документа: 27.01.2015
Показаны записи 1-10 из 50.
10.09.2013
№216.012.6714

Способ многолучевой лазерной сварки

Изобретение относится к способу многолучевой лазерной сварки конструкционных сталей и может найти применение в различных отраслях машиностроения. Осуществляют подачу на поверхность свариваемого изделия двух лазерных лучей под углом друг к другу в стык свариваемого соединения и создание одной...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002492035
Дата охранного документа: 10.09.2013
10.11.2013
№216.012.7f1d

Устройство измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения

Изобретение относится к устройству для ориентации объектов в пространстве на основе измерения анизотропии пространства скоростей электромагнитного излучения в движущейся среде. Устройство представляет собой оптический интерферометр, выполненный по кольцевой схеме, и включает лазер, оптическую...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002498214
Дата охранного документа: 10.11.2013
27.09.2014
№216.012.f789

Длинномерный силовой конструкционный элемент типа вертикальной колонны из полимерного композиционного материала

Изобретение относится к элементам силовых конструкций, работающих под нагрузкой, и может быть использовано в качестве элементов опор несущих высоконагруженных вертикальных строительных сооружений, опор мостов, несущих опор линий электропередач, ветровых генераторов и прочее. Длинномерный...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002529206
Дата охранного документа: 27.09.2014
10.10.2014
№216.012.fcd9

Установка для исследования кинетики пропитки волокнистых наполнителей полимерными связующими

Изобретение относится к области аналитики и может быть использовано для исследования и оптимизации режимов формования изделий из полимерных композиционных материалов. Установка для исследования кинетики пропитки волокнистых наполнителей полимерными связующими содержит резервуар со связующим,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530575
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.10.2014
№216.012.fdaa

Способ оценки стойкости тонких защитных покрытий материалов при высокоэнергетическом воздействии на них

Изобретение относится к способу оценки защитных свойств тонких покрытий от поверхностной деградации (разрушения, эрозии, распыления) защищаемых материалов при воздействии на них высокоэнергетических излучений, преимущественно в вакууме. Отличительная особенность способа оценки стойкости тонких...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002530784
Дата охранного документа: 10.10.2014
10.11.2014
№216.013.0563

Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу комбинированной химико-термической обработки деталей машин. Способ комбинированной химико-термической обработки деталей машин из теплостойких сталей включает циклическую цементацию деталей и закалку. Перед циклической цементацией...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532777
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.11.2014
№216.013.0565

Способ и устройство для ускоренного азотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля

Изобретение относится к машиностроению, в частности к способу ионоазотирования деталей машин с использованием импульсов электромагнитного поля. Обеспечивают подачу в камеру для азотирования реакционного газа, его нагрев с одновременным генерированием в камере переменного электромагнитного поля...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002532779
Дата охранного документа: 10.11.2014
10.01.2015
№216.013.17c7

Многослойное покрытие тонкостенной оболочки из полимерного композиционного материала космического антенного рефлектора

Изобретение может использоваться в многослойных комбинированных покрытиях зеркальных космических антенн с рефлекторами из полимерного композиционного материала - углепластика. Многослойное покрытие содержит три последовательных слоя с равномерной толщиной: нижний зеркальный металлический...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537515
Дата охранного документа: 10.01.2015
10.01.2015
№216.013.183e

Способ извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков

Изобретение относится к способу извлечения редкоземельных и благородных металлов из золошлаков энергетических предприятий. Способ включает подготовку золошлаков, смешение их с выщелачивающим раствором, накопление биомассы микроорганизмов, бактериальное выщелачивание редкоземельных и...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002537634
Дата охранного документа: 10.01.2015
27.01.2015
№216.013.2090

Способ дистанционного обнаружения нефтяных загрязнений на земной поверхности

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для оперативного обнаружения утечек нефтепроводов, разливов нефти и нефтепродуктов на земной поверхности. Задачей изобретения является создание способа определения загрязнений нефтепродуктами земной поверхности....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002539784
Дата охранного документа: 27.01.2015

Похожие РИД в системе