VII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2015

Введение

Широкое внедрение волоконно-оптических технологий в ракетно-космической и авиационной технике требуют разработки конструктивно-технологических решений волоконно-оптических акселерометров (ВОА) на основе применения современных технологий, материалов, обеспечивающих высокие метрологические и эксплуатационные характеристики, низкую себестоимость, высокую технологичность акселерометров, работоспособность в жесточайших условиях эксплуатации, минимальные массо-габаритные показатели. В связи с этим, разработка чувствительного элемента новой конструкции для дифференциального волоконно-оптического акселерометра, удовлетворяющего перечисленным требованиям, является актуальной.

Описание конструктивной схемы дифференциального волоконно-оптического акселерометра.

Разрабатываемый волоконно-оптический акселерометр предназначен для измерения ускорения в двух координатах, за счет применения двух чувствительных элементов в одном корпусе. Повышена чувствительности за счет применения упругого элемента новой формы, а так же за счет уменьшения потерь света в оптических волокнах благодаря уменьшению изгибов волокон и улучшенной компоновки их в корпусе акселерометра.

Конструктивная схема нового акселерометра представлена на рисунке 1. На конструктивной схеме на виде сверху показаны только отводящие оптические волокна 6, и только один узел юстировки 4 из четырех.

Рисунок 1 - Конструктивная схема разрабатываемого дифференциального волоконно-оптического акселерометра.

Волоконно-оптический акселерометр состоит из корпуса 1, двух упругих элементов 2 в виде плоской пружиной П-образной формы, на верхних концах которых расположены четыре цилиндрические линзы 3, а нижние концы закреплены в узле юстировки 4, четырех подводящих 5 и четырех отводящих 6 оптических волокон. Узел юстировки представляет собой цилиндр, который вставляется в отверстие в корпусе. Юстировка осуществляется подкладыванием под цилиндр шайб толщиной 0,01…0,1 мм с шагом 0,01 мм. Для предотвращения случайных перемещений узла юстировки в корпусе и на цилиндре имеются пазы, в которые вставляется шпонка. После юстировки цилиндр жестко скрепляется с корпусом импульсной сваркой. Оптические волокна расположены в корпусе по кругу таким образом, чтобы избежать излишних изгибов. Причем подводящие оптические волокна расположены под отводящими волокнами и разделены прокладкой 7. Главная оптическая ось подводящих волокон совпадает с главной оптической осью линзы. Так как в данном акселерометре реализуется дифференциальная схема, то прокладка между ПОВ и ООВ подбирается таким образом, чтобы в статическом состоянии изображение, формируемое на выходе из цилиндрической линзы, наполовину перекрывало ООВ.

Описание принципа работы акселерометра

Акселерометр работает следующим образом. При воздействии ускорения, происходит перемещение цилиндрических линз, закрепленных на упругих элементах в корпусе датчика в направлениях оси Х и оси Y. Перемещение линз вызывает изменение интенсивности световых потоков. Световые потоки Ф₁(х), Ф₂(х), Ф₃(у) и Ф₄(у), прошедшие через линзы, по ООВ первого, второго, третьего и четвертого измерительных каналов поступают на приемники излучения ПИ1, ПИ2, ПИ3, ПИ4 первого, второго, третьего и четвертого измерительных каналов соответственно. Приемники излучения ПИ1, ПИ2, ПИ3, ПИ4 преобразуют оптические сигналы Ф₁(х), Ф₂(х), Ф₃(у), Ф₄(у) в электрические I₁(х), I₂(х), I₃(у) и I₄(у) соответственно.

При обработке сигнала с дифференциального волоконно-оптического акселерометра целесообразно сформировать отношение разности сигналов на выходе каналов к их сумме:

	1
	2

В этом случае снижается влияние на точность измерения неинформативных изгибов волоконно-оптического кабеля, изменения мощности излучения ИИ и чувствительности ПИ, так как данные факторы вызывают пропорциональные изменения сигналов в каналах, которые не влекут изменения отношения сигналов.

Заключение

- Даны рекомендации по конструктивному исполнению дифференциального волоконно-оптического акселерометра.

- Описаны принципы работы дифференциального волоконно-оптического акселерометра.

Использование разрабатываемой схемы позволяет измерять ускорение сразу в двух координатах, повысить чувствительность акселерометра, уменьшить массо-габаритные показатели, увеличить надежность.

Библиографический список

1 Щевелев, А. С. Конструктивно-технологическое исполнение дифференциального волоконно-оптического датчика ускорений / А. С. Щевелев, С. Н. Базыкин, Т. И. Мурашкина // Надежность и качество : тр. Междунар. симп. : в 2 т. / под ред. Н. К. Юркова. – Пенза : Изд-во ПГУ,

2010. – Т. 1. – С. 498–500. 1

Код для цитирования: Скопировать