[go: up one dir, main page]

RU2236015C1 - Fluid accelerometer - Google Patents

Fluid accelerometer Download PDF

Info

Publication number
RU2236015C1
RU2236015C1 RU2003112190/28A RU2003112190A RU2236015C1 RU 2236015 C1 RU2236015 C1 RU 2236015C1 RU 2003112190/28 A RU2003112190/28 A RU 2003112190/28A RU 2003112190 A RU2003112190 A RU 2003112190A RU 2236015 C1 RU2236015 C1 RU 2236015C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
vessel
working fluid
shaped vessel
difference
liquid
Prior art date
Application number
RU2003112190/28A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2003112190A (en
Inventor
Ю.Н. Власов (RU)
Ю.Н. Власов
В.К. Маслов (RU)
В.К. Маслов
С.Г. Цыганков (RU)
С.Г. Цыганков
Original Assignee
Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений filed Critical Федеральное государственное унитарное предприятие "Всероссийский научно-исследовательский институт физико-технических и радиотехнических измерений
Priority to RU2003112190/28A priority Critical patent/RU2236015C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2236015C1 publication Critical patent/RU2236015C1/en
Publication of RU2003112190A publication Critical patent/RU2003112190A/en

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/006—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of fluid seismic masses
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
    • G01P15/00—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration
    • G01P15/02—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses
    • G01P15/08—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values
    • G01P15/093—Measuring acceleration; Measuring deceleration; Measuring shock, i.e. sudden change of acceleration by making use of inertia forces using solid seismic masses with conversion into electric or magnetic values by photoelectric pick-up

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Measurement Of Mechanical Vibrations Or Ultrasonic Waves (AREA)

Abstract

FIELD: measuring engineering.
SUBSTANCE: horizontal part of the U-shaped vessel filled with the working fluid is provided with the piston which is an inertia mass. The fiber coils of the interferometer are flush-mounted on the bottom of the vessel. An acceleration displaces the piston, which causes the fluid in the vertical parts of the vessel to be at different levels, with difference being proportional to the value of the acceleration. The fiber-optic interferometer measures the difference of hydrostatic pressures affecting the fiber coils proportional to the acceleration applied.
EFFECT: enhanced accuracy.
4 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в системах инерциальной навигации.The invention relates to measuring equipment and can be used in inertial navigation systems.

Известен жидкостной акселерометр [1] с жидкостным подвесом инерционной массы. В качестве рабочей жидкости в аналоге [1] используется магнитная жидкость, в которой находится поплавок, смещаемый действующим на акселерометр ускорением. Величина смещения поплавка измеряется с помощью электромагнитного датчика.Known liquid accelerometer [1] with a liquid suspension of inertial mass. As the working fluid in the analogue [1], a magnetic fluid is used, in which there is a float displaced by acceleration acting on the accelerometer. The displacement of the float is measured using an electromagnetic sensor.

Известен жидкостной акселерометр [2], принятый за прототип, содержащий перевернутый П-образный сосуд с рабочей жидкостью и датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда, усилитель и регистратор.Known liquid accelerometer [2], adopted for the prototype, containing an inverted U-shaped vessel with a working fluid and a sensor for the difference in levels of the working fluid in the vertical parts of the U-shaped vessel, an amplifier and a recorder.

В качестве рабочей жидкости в прототипе используется токопроводящая жидкость, например ртуть. В качестве датчика разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда используется электрический датчик, выполненный на проволочных резисторах, сопротивление которых определяется уровнем жидкости. Таким образом, разность сопротивлений резисторов определяет разность уровней жидкости в вертикальных сосудах, получаемой за счет воздействующего на акселерометр ускорения.As the working fluid in the prototype used conductive fluid, such as mercury. An electric sensor made on wire resistors whose resistance is determined by the liquid level is used as a sensor for the difference in the levels of the working fluid in the vertical parts of the U-shaped vessel. Thus, the difference in resistance of the resistors determines the difference in liquid levels in the vertical vessels obtained by acceleration acting on the accelerometer.

Недостатками аналога и прототипа является их подверженность влиянию электрических и магнитных помех, а также отсутствие на выходе датчика оптического выходного сигнала.The disadvantages of the analogue and the prototype are their susceptibility to the influence of electrical and magnetic interference, as well as the absence of an optical output signal at the sensor output.

Техническим результатом, получаемым от внедрения изобретения, является получение на выходе акселерометра оптического сигнала, пропорционального ускорению, что позволяет устранить влияние электрических и магнитных полей на результаты измерений ускорения, а также влияние различных амплитудных факторов.The technical result obtained from the implementation of the invention is to obtain at the accelerometer output an optical signal proportional to acceleration, which eliminates the influence of electric and magnetic fields on the results of acceleration measurements, as well as the influence of various amplitude factors.

Данный технический результат получают за счет того, что известный жидкостной акселерометр, содержащий перевернутый П-образный сосуд с рабочей жидкостью и датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда, усилитель и регистратор, дополнительно содержит инерционную массу, выполненную в виде свободно перемещающегося под действием измеряемого ускорения вдоль горизонтальной части сосуда поршня, а датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда выполнен в виде двух волоконных катушек, расположенных на дне сосуда, оптически согласованных в интерферометр с источником когерентного света и фотоприемником, выход которого подключен ко входам усилителя, соединенного выходом с регистратором.This technical result is obtained due to the fact that the known liquid accelerometer containing an inverted U-shaped vessel with a working fluid and a sensor for the difference in the levels of the working fluid in the vertical parts of the U-shaped vessel, an amplifier and a recorder, additionally contains an inertial mass made in the form of a freely moving under the action of measured acceleration along the horizontal part of the piston vessel, and the sensor of the difference in the levels of the working fluid in the vertical parts of the U-shaped vessel is made in the form of two fibers These coils are located at the bottom of the vessel, optically matched to an interferometer with a coherent light source and a photodetector, the output of which is connected to the inputs of an amplifier connected by an output to the recorder.

В поршне может быть выполнено отверстие, параллельное горизонтальной оси П-образного сосуда, регулируемого диаметра.An opening may be made in the piston parallel to the horizontal axis of the U-shaped vessel of adjustable diameter.

В одной из волоконных катушек может быть установлено фазосдвигающее устройство, при этом между усилителем и регистратором дополнительно устанавливают аналого-цифровой преобразователь (АЦП).A phase-shifting device can be installed in one of the fiber coils, while an analog-to-digital converter (ADC) is additionally installed between the amplifier and the recorder.

В качестве рабочей жидкости можно использовать дистиллированную воду.As the working fluid, distilled water can be used.

Волоконные катушки располагают заподлицо с дном перевернутого П-образного сосуда.Fiber coils are flush with the bottom of an inverted U-shaped vessel.

Изобретение поясняется чертежами, где на фиг.1 представлена конструктивная схема акселерометра; на фиг.2 - его оптико-электронная схема.The invention is illustrated by drawings, where in Fig.1 shows a structural diagram of an accelerometer; figure 2 - its optoelectronic circuit.

Жидкостной акселерометр содержит (фиг.1) П-образный перевернутый сосуд 1 с рабочей жидкостью 2, инерционную массу, выполненную в виде поршня 3 с отверстием 4, параллельным оси горизонтального канала сосуда 1. Отверстие 4 выполнено с возможностью изменения своего диаметра, например, в виде ирисовой диафрагмы.A liquid accelerometer contains (Fig. 1) a U-shaped inverted vessel 1 with a working fluid 2, an inertial mass made in the form of a piston 3 with a hole 4 parallel to the axis of the horizontal channel of the vessel 1. The hole 4 is configured to change its diameter, for example, the shape of the iris.

Имеется также датчик разности уровней (h2-h1) рабочей жидкости (дистиллированной воды) в вертикальных частях П-образного сосуда. Датчик выполнен в виде двух волоконных катушек 5, 6 из серийно выпускаемого оптического волокна, расположенных на дне перевернутого П-образного сосуда 1 заподлицо с ним (не показано). Катушки 5, 6 оптически согласованы с источником 7 когерентного света и фотоприемником 8 в интерферометр (фиг.2). Одна из волоконных катушек, например 6, включает в себя фазосдвигающее устройство 9.There is also a level difference sensor (h 2 -h 1 ) of the working fluid (distilled water) in the vertical parts of the U-shaped vessel. The sensor is made in the form of two fiber coils 5, 6 from a commercially available optical fiber located at the bottom of an inverted U-shaped vessel 1 flush with it (not shown). Coils 5, 6 are optically matched with a source of coherent light 7 and a photodetector 8 in the interferometer (figure 2). One of the fiber coils, for example 6, includes a phase shifter 9.

Выход фотоприемника 8 подключен через последовательно соединенные усилитель 10 и АЦП 11 к регистратору, выполненному в виде частотомера 12, и к соответствующим блокам исполнительного механизма (не показаны) изделия, на котором установлен акселерометр (торпеда, ракета, подводное плавсредство и т.п.).The output of the photodetector 8 is connected through a series-connected amplifier 10 and the ADC 11 to the recorder, made in the form of a frequency meter 12, and to the corresponding blocks of the actuator (not shown) of the product on which the accelerometer is installed (torpedo, rocket, underwater craft, etc.) .

В зависимости от реализуемого на практике пункта формулы изобретения жидкостной акселерометр работает в двух режимах: малых и больших величин воздействуемого ускорения W.Depending on the claim that is practiced in practice, a liquid accelerometer operates in two modes: small and large values of the applied acceleration W.

На чертежах представлен акселерометр, работающий в режиме измерения малых величин ускорения (пп.1, 3 формулы изобретения).The drawings show an accelerometer operating in the mode of measuring small values of acceleration (claims 1, 3 of the claims).

Чувствительность акселерометра можно также регулировать путем изменения диаметра отверстия 4 в поршне 3 перед началом проводимых измерений.The sensitivity of the accelerometer can also be adjusted by changing the diameter of the hole 4 in the piston 3 before starting the measurements.

Жидкостной акселерометр перед эксплуатацией проходит метрологическую аттестацию для различных величин воздействующего ускорения W и различных режимов работы прибора.Before operation, a liquid accelerometer undergoes metrological certification for various values of the effective acceleration W and various operating modes of the device.

Акселерометр работает следующим образом.The accelerometer works as follows.

Закрепляют прибор на исследуемом изделии (не показано).Fix the device on the test product (not shown).

В отсутствии ускорения (W=0) поршень 3 будет находиться в середине горизонтального участка П-образного сосуда 1 (нулевое положение). В этом случае высоты столбов жидкости в вертикальных сосудах будут одинаковыми и равны h (фиг.1, слева).In the absence of acceleration (W = 0), the piston 3 will be in the middle of the horizontal section of the U-shaped vessel 1 (zero position). In this case, the heights of the columns of liquid in the vertical vessels will be the same and equal to h (Fig. 1, left).

При появлении ускорения W поршень 3 будет смещаться в направлении его воздействия (фиг.1, справа). При этом высоты столбов жидкости в вертикальных частях сосуда 1 изменятся и будут соответственно h1 и h2.When the acceleration W appears, the piston 3 will shift in the direction of its action (Fig. 1, right). In this case, the heights of the liquid columns in the vertical parts of the vessel 1 will change and will be, respectively, h 1 and h 2 .

Выполнение волоконных катушек 5, 6 заподлицо с дном П-образного сосуда 1 избавляет катушки интерферометра от воздействия динамического давления, и они будут чувствовать только гидростатическое давление, равное высоте столбов жидкости.The implementation of the fiber coils 5, 6 flush with the bottom of the U-shaped vessel 1 relieves the interferometer coils from the effects of dynamic pressure, and they will only feel hydrostatic pressure equal to the height of the liquid columns.

На выходе интерферометра появится сигнал, пропорциональный разности высот столбов жидкости (h2-h1).At the output of the interferometer, a signal appears proportional to the difference in height of the liquid columns (h 2 -h 1 ).

Если предварительно с помощью фазосдвигающего устройства 9 начальную разность фаз интерферирующих лучей установить равной 90°, то на выходе интерферометра будет квазилинейный сигнал, когда появившаяся разность фаз не превышает 45°.If previously using the phase-shifting device 9 the initial phase difference of the interfering rays is set equal to 90 °, then at the output of the interferometer there will be a quasilinear signal when the appeared phase difference does not exceed 45 °.

Аналоговый сигнал усиливается усилителем 10 и преобразуется в цифровой - в АЦП 11, затем регистрируется частотомером 12.The analog signal is amplified by the amplifier 10 and converted into digital - in the ADC 11, then is recorded by the frequency meter 12.

Кроме того, выходной сигнал с АЦП 11 может подаваться на соответствующие блоки исполнительного механизма изделия для корректировки направления или скорости его движения (не показаны).In addition, the output signal from the ADC 11 can be applied to the corresponding blocks of the actuator of the product to adjust the direction or speed of its movement (not shown).

При отсутствии АЦП 11 и фазосдвигающего устройства 9 в составе акселерометра (основной пункт формулы изобретения) на выходе фотоприемника 8 интерферометра имеет место цифровой сигнал в виде интерференционных полос, если величина воздействующего на прибор ускорения W достаточно велика. При этом количество интерференционных полос дает информацию о величине ускорения, а частота - о скорости его изменения.In the absence of ADC 11 and phase shifting device 9 as part of the accelerometer (the main claim), at the output of the photodetector 8 of the interferometer there is a digital signal in the form of interference fringes if the magnitude of the acceleration W acting on the device is large enough. The number of interference fringes gives information about the magnitude of the acceleration, and the frequency - about the rate of change.

Поскольку выходной сигнал акселерометра - оптический, то на показания прибора не будет воздействовать электрические и магнитные помехи.Since the output signal of the accelerometer is optical, electrical and magnetic interference will not affect the readings of the device.

Поскольку информацию об измеряемом ускорении несет фаза оптического сигнала, то на показания прибора не будут оказывать влияние различные амплитудные факторы, например температура рабочей жидкости.Since information on the measured acceleration is carried by the phase of the optical signal, various amplitude factors, for example, the temperature of the working fluid, will not affect the readings of the device.

Этим достигается поставленный выше технический результат.This achieves the above technical result.

Источники информацииSources of information

1. Авторское свидетельство СССР №1508173, кл. G 01 P 15/08, 1989.1. USSR Copyright Certificate No. 1508173, class G 01 P 15/08, 1989.

2. Патент США №3969944, кл. 73-516 (G 01 P 15/12), 1976 - прототип.2. US Patent No. 3969944, cl. 73-516 (G 01 P 15/12), 1976 - prototype.

Claims (5)

1. Жидкостный акселерометр, содержащий перевернутый П-образный сосуд с рабочей жидкостью и датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда, усилитель и регистратор, отличающийся тем, что дополнительно содержит инерционную массу, выполненную в виде свободно перемещающегося вдоль горизонтальной части сосуда под действием измеряемого ускорения поршня, а датчик разности уровней рабочей жидкости в вертикальных частях П-образного сосуда выполнен в виде двух волоконных катушек, расположенных на дне сосуда, оптически согласованных в интерферометр с источником когерентного света и фотоприемником, выход которого подключен ко входу усилителя, соединенного выходом с регистратором, выполненным в виде частотомера.1. A liquid accelerometer containing an inverted U-shaped vessel with a working fluid and a sensor for the difference in the levels of the working fluid in the vertical parts of the U-shaped vessel, an amplifier and a recorder, characterized in that it further comprises an inertial mass made in the form of a vessel moving freely along the horizontal part of the vessel under the influence of the measured acceleration of the piston, and the sensor of the difference in the levels of the working fluid in the vertical parts of the U-shaped vessel is made in the form of two fiber coils located at the bottom of the vessel, pticheski agreed interferometer with a source of coherent light and a photodetector, whose output is connected to the amplifier input connected to the output recorder, designed as a frequency counter. 2. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что в поршне выполнено отверстие регулируемого диаметра, параллельное горизонтальной оси П-образного сосуда.2. The liquid accelerometer according to claim 1, characterized in that an adjustable diameter hole is made in the piston parallel to the horizontal axis of the U-shaped vessel. 3. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит фазосдвигающее устройство, расположенное в одной из волоконных катушек, а усилитель соединяется с регистратором через аналого-цифровой преобразователь.3. The liquid accelerometer according to claim 1, characterized in that it further comprises a phase-shifting device located in one of the fiber coils, and the amplifier is connected to the recorder through an analog-to-digital converter. 4. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что в качестве рабочей жидкости используется дистиллированная вода.4. The liquid accelerometer according to claim 1, characterized in that distilled water is used as the working fluid. 5. Жидкостный акселерометр по п.1, отличающийся тем, что волоконные катушки расположены заподлицо с дном перевернутого П-образного сосуда.5. The liquid accelerometer according to claim 1, characterized in that the fiber coils are flush with the bottom of the inverted U-shaped vessel.
RU2003112190/28A 2003-04-28 2003-04-28 Fluid accelerometer RU2236015C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003112190/28A RU2236015C1 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Fluid accelerometer

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2003112190/28A RU2236015C1 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Fluid accelerometer

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2236015C1 true RU2236015C1 (en) 2004-09-10
RU2003112190A RU2003112190A (en) 2004-10-27

Family

ID=33433823

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2003112190/28A RU2236015C1 (en) 2003-04-28 2003-04-28 Fluid accelerometer

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2236015C1 (en)

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Lopez-Hignera et al. Simple low-frequency optical fiber accelerometer with large rotating machine monitoring applications
NO861167L (en) WAVE LENGTH COVERED PASSIVE INTERFEROMETRIC SENSOR SYSTEM.
US4829821A (en) Optical fiber accelerometer
US7777890B2 (en) Method and power-assisted optic-fiber measuring device and gyro
RU2236015C1 (en) Fluid accelerometer
Michal et al. Derivative fiber-optic sensors based on phase-nulling optical gyro development
Li et al. Analyzing the applicability of side-polished fiber Bragg grating tilt sensor using liquid pendulum with controllable angle
RU2231088C1 (en) Hydrophone
RU2240566C1 (en) Pendulum acceleration meter
SU678723A1 (en) Device for calibrating vibration speed pick-ups
RU2253872C1 (en) Liquid accelerometer
Vallet et al. A low-frequency optical accelerometer
CN108151761B (en) A real-time closed-loop measurement device and method for the effective area of an optical fiber ring
RU2010236C1 (en) Device for graduation of means measuring angular parameters of motion
D'Emilia Evaluation of measurement characteristics of a laser Doppler vibrometer with fiber optic components
RU2178898C1 (en) Earthquake-shock detector
SU890068A1 (en) Device for measuring amplitude of interferometer beam motion periodic difference
Mo et al. Analysis of Strain Distribution and Sensitivity Improvement of Optical Fiber Coils in Disc Optical Fiber Accelerometers
SU932654A2 (en) Method of absolute graduation of hydrophones in chambers controlled by elastic mass impedance
RU2072539C1 (en) Bottom form sensor
SU603930A1 (en) Oscillation pickup
SU1004935A1 (en) Pressure geophone
RU2297007C2 (en) Device for measuring speed and direction of sea current
RU2287831C1 (en) Indicator showing deviation of running speed of surface or submersible watercraft from preset magnitude
SU1065707A1 (en) Device for pressure converter graduation

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20060429