RU2785033C1 - Pressure sensor using optical method for information conversion - Google Patents
Pressure sensor using optical method for information conversion Download PDFInfo
- Publication number
- RU2785033C1 RU2785033C1 RU2022126991A RU2022126991A RU2785033C1 RU 2785033 C1 RU2785033 C1 RU 2785033C1 RU 2022126991 A RU2022126991 A RU 2022126991A RU 2022126991 A RU2022126991 A RU 2022126991A RU 2785033 C1 RU2785033 C1 RU 2785033C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- boxes
- attached
- manometric
- holes
- bases
- Prior art date
Links
- 230000003287 optical Effects 0.000 title claims description 11
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 title claims description 4
- 230000000875 corresponding Effects 0.000 claims abstract description 4
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 abstract description 5
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 3
- 238000009530 blood pressure measurement Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000012528 membrane Substances 0.000 description 11
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 4
- 230000003068 static Effects 0.000 description 4
- 239000003990 capacitor Substances 0.000 description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 3
- 239000000463 material Substances 0.000 description 3
- 210000004544 DC2 Anatomy 0.000 description 2
- 230000002530 ischemic preconditioning Effects 0.000 description 2
- 210000001503 Joints Anatomy 0.000 description 1
- 241001442055 Vipera berus Species 0.000 description 1
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 239000002184 metal Substances 0.000 description 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 1
- 238000007789 sealing Methods 0.000 description 1
- 230000035882 stress Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и может быть применено для измерения высоты и скорости полета воздушных судов на основании использования аэрометрического метода.The invention relates to instrumentation and can be used to measure the height and speed of aircraft flight based on the use of the aerometric method.
Известен барометрический высотомер (авторское свидетельство СССР №1426187, заяв. 1987, МПК G01C 5/00; G01C 5/06, публ. 10.06.2005г.), содержащий последовательно соединенные преобразователь давления в частоту импульсов тока, формирователь интервала счета, двоичный многоразрядный счетчик с входами предварительной установки и выходной регистр, управляющий вход которого соединен с выходом формирователя интервала счета, генератор опорной частоты и схему. И, первый и второй входы которой соединены соответственно с выходами генератора опорной частоты и формирователя интервала счета.A barometric altimeter is known (USSR author's certificate No. 1426187, bid. 1987, IPC
Существенными недостатками частотных преобразователей давления являются: высокая зависимость от стабильности частоты питающего напряжения и чувствительность к механическим вибрациям; появление температурных погрешностей датчика и относительно большие энергетические затраты, вызванные наличием специального электромагнитного возбудителя колебаний; постоянный уход метрологических характеристик упругого элемента, определяемый большим числом колебаний.Significant disadvantages of frequency converters of pressure are: high dependence on the frequency stability of the supply voltage and sensitivity to mechanical vibrations; the appearance of temperature errors in the sensor and relatively large energy costs caused by the presence of a special electromagnetic oscillation exciter; constant deviation of the metrological characteristics of the elastic element, determined by a large number of oscillations.
Известно также устройство для измерения барометрических вертикальной скорости и высоты полета (Патент РФ №1292447 Кл. G01P 3/489, 10.06.2005 г.), содержащее барометрический высотомер, подключенный выходом к первому входу первого вычитателя непосредственно и ко второму входу первого вычитателя через последовательно соединенные первый, второй и третий элементы задержки, второй вычитатель, подсоединенный первым входом к выходу первого элемента задержки, вторым входом к выходу второго элемента задержки и выходом к первому входу первого сумматора, соединенного вторым входом с выходом первого вычитателя, и выходные шины.It is also known a device for measuring barometric vertical speed and flight altitude (RF Patent No. 1292447 Cl. G01P 3/489, 10.06.2005), containing a barometric altimeter, connected output to the first input of the first subtractor directly and to the second input of the first subtractor through series the connected first, second and third delay elements, the second subtractor connected by the first input to the output of the first delay element, the second input to the output of the second delay element and the output to the first input of the first adder connected by the second input to the output of the first subtractor, and output tires.
Данное устройство обладает, по сравнению с предыдущим, более высокой точностью измерений за счет уменьшения динамической и флуктуационной погрешностей, однако ему также присущи все вышеперечисленные недостатки частотных преобразователей давления.This device has, in comparison with the previous one, a higher measurement accuracy due to a decrease in dynamic and fluctuation errors, however, it also has all the above disadvantages of frequency pressure converters.
Прототипом предлагаемого датчика может служить датчик давления, использующий оптический метод преобразования информации (Патент РФ 2653596 МПК G01L 7/00 (2006.01), 2018), содержащий корпус, который имеет два отверстия, сообщающиеся с измеряемой средой и внутри которого размещен анероидный чувствительный элемент, образованный двумя мембранами. В устройство дополнительно введены источник излучения, закрепленный на стойке, и две шторки со щелями, закрепленные на той же стойке, а также две фотоприемные линейки, причем мембраны чувствительного элемента разделены на верхнюю и нижнюю и герметично по периметру прикреплены к корпусу, образуя безвоздушный зазор, при этом отверстия корпуса расположены выше и ниже зазора, стойка размещена внутри зазора и прикреплена к корпусу, а фотоприемные линейки, также размещенные в зазоре, прикреплены соответственно к верхней и нижней мембранам и обращены к соответствующим щелям шторок.The prototype of the proposed sensor can be a pressure sensor using the optical method of information conversion (RF Patent 2653596 IPC
К недостаткам данного устройства можно отнести ряд факторов, влияющих на точность измерения. Для преобразования воздушного давления в физическое перемещение используется мембрана, жестко заделанная по контуру в корпус датчика. Ограничение величины максимального перемещения мембраны, связанное с проявлением упругих несовершенств материала этой мембраны, снижает чувствительность датчика давлений с одиночной мембраной. Кроме того, невозможность обеспечения равных напряжений в стыках, обеспечивающих герметичную заделку мембраны в корпус датчика, приводит к появлению радиального смещения и дополнительных инструментальных погрешностей. The disadvantages of this device include a number of factors that affect the measurement accuracy. To convert air pressure into physical movement, a membrane is used, which is rigidly embedded along the contour into the sensor housing. Limiting the value of the maximum displacement of the membrane, associated with the manifestation of elastic imperfections in the material of this membrane, reduces the sensitivity of the pressure sensor with a single membrane. In addition, the impossibility of providing equal stresses in the joints, which ensure hermetic sealing of the membrane into the sensor body, leads to the appearance of radial displacement and additional instrumental errors.
Задачей изобретения является разработка датчика давления, использующего оптический метод преобразования информации.The objective of the invention is to develop a pressure sensor using an optical method of information conversion.
Технический результат изобретения состоит в повышении чувствительности и точности измерения воздушных давлений.The technical result of the invention is to increase the sensitivity and accuracy of air pressure measurement.
Технический результат достигается тем, что датчик давления содержит корпус с верхним и нижним основаниями, каждое из которых имеет отверстие, сообщающееся с измеряемой средой, а также источник излучения, расположенный на стойке, прикрепленной к внутренней поверхности корпуса и две шторки с прорезями, прикрепленные к той же стойке, а также две линейки фотоэлектронных приемников. The technical result is achieved by the fact that the pressure sensor contains a housing with upper and lower bases, each of which has an opening communicating with the measured medium, as well as a radiation source located on a stand attached to the inner surface of the housing and two curtains with slots attached to that the same rack, as well as two lines of photoelectronic receivers.
Особенностью является то, что в устройство дополнительно введены две манометрические коробки, один из жестких центров каждой из которых имеет отверстие, причем жесткие центры манометрических коробок, имеющие отверстия, герметично прикреплены к верхнему и нижнему основаниям корпуса так, что отверстия оснований и коробок совпадают, а линейки фотоэлектронных приемников прикреплены к не содержащим отверстий жестким центрам манометрических коробок и обращены к соответствующим прорезям шторок.A special feature is that two manometric boxes are additionally introduced into the device, one of the rigid centers of each of which has a hole, and the rigid centers of the manometric boxes having holes are hermetically attached to the upper and lower bases of the housing so that the holes of the bases and boxes coincide, and arrays of photoelectric receivers are attached to the non-perforated rigid centers of the gauge boxes and face the corresponding shutter slots.
Сущность изобретения поясняется схемой устройства, представленного на чертеже. The essence of the invention is illustrated by a diagram of the device shown in the drawing.
Устройство содержит корпус 1 с верхним 2 и нижним 3 основаниями, которые выполнены с отверстиями, соответственно 4 - для измерения статического (Рст) и 5 - полного (Рполн) давлений. В качестве упругих чувствительных элементов использованы манометрические коробки 8, каждая из которых представляет собой замкнутую металлическую полость, образованную двумя спаянными между собой по краям круглыми гофрированными мембранами. Для увеличения прогиба мембраны гофры выполнены в виде концентрических волн. В центральной части манометрическая коробка 8 имеет жесткие центры, из которых один без отверстия - подвижный, а другой с отверстием - неподвижный. Манометрические коробки 8, содержащие жесткие центры с отверстиями 9, герметично прикреплены соответственно к верхнему 2 и нижнему 3 основаниям корпуса 1 так, что отверстия оснований и жестких центров мембран совпадают. Манометрические коробки 8 разнесены по высоте, образуя зазор, из которого выкачан воздух. Внутри датчика, к боковой стенке корпуса 1 прикреплен источник излучения 6 и две шторки 7 с прорезями. Две линейки фотоэлектронных приемников 10 крепятся соответственно к жестким центрам манометрических коробок 8, не содержащим отверстий. Оптические пятна, сформировавшиеся с помощью прорезей в шторках, попадают на светочувствительные поверхности линеек фотоэлектронных приемников.The device comprises a
Работа устройства осуществляется следующим образом.The operation of the device is carried out as follows.
В исходном состоянии манометрические коробки 8 занимают определенное положение. Оптическая энергия от источника излучения 6 через прорези шторок 7 попадает в виде оптических пятен на фотоприемные линейки 10, прикрепленные к жестким центрам манометрических коробок 8. В линейках фотоэлектронных приемников 10 отдельные фоточувствительные элементы (пиксели) расположены вдоль одной координаты. Принцип работы данных устройств заключается в формировании внутри каждого пикселя электрического сигнала, пропорционального поглощенной им оптической энергии. Достигается это благодаря фоточувствительному p-n переходу (как и в обычном фотодиоде), через который происходит разряд конденсатора фотоэлемента. Чем больше будет оптическая мощность, попадающая на пиксель, тем больше будет ток фотодиода и, следовательно, тем быстрее будет разряжаться конденсатор. В конце цикла измерения происходит считывание остаточного заряда конденсаторов пикселей. In the initial state, the
При изменении статического (Рст) и (или) полного (Рполн) давлений манометрические коробки 8 деформируются, при этом линейки фотоэлектронных приемников 10, прикрепленные к жестким центрам, не содержащим отверстий, манометрических коробок 8, смещаются, вызывая смещения на них оптических пятен от источника излучения 6 через прорези шторок 7. При последовательном опросе пикселей на выходе линеек фотоэлектронных приемников 10 будет формироваться электрический сигнал, у которого изменение амплитуды во времени отображает распределение оптической мощности в пространстве линеек фотоэлектронных приемников 10. Иными словами, на выходе линеек фотоэлектронных приемников 10 будут формироваться цифровые сигналы пропорциональные соответственно статическому (Рст) и полному (Рполн) давлениям .When the static (Рst) and (or) total (Рtot) pressures change, the
Предлагаемое устройство лишено вышеперечисленных недостатков аналогов: высокая чувствительность линейки фотоэлектронных приемников требует минимальной деформации упругого элемента, что позволит избавиться от целого ряда погрешностей: остаточной деформации, нелинейности, упругих несовершенств материала, температурных колебаний, от воздействия линейных ускорений, от воздействия вибраций, от изменения свойств материала с течением времени и т.п. Бесконтактный съем информации и работа информационной системы в условиях вакуума значительно повысят эффективность процессов измерения. Отметим также значительное уменьшение энергопотребления.The proposed device is devoid of the above disadvantages of analogues: the high sensitivity of the line of photoelectronic receivers requires a minimum deformation of the elastic element, which will allow you to get rid of a number of errors: permanent deformation, nonlinearity, elastic imperfections of the material, temperature fluctuations, from the effects of linear accelerations, from the effects of vibrations, from changes in properties material over time, etc. Non-contact information retrieval and operation of the information system in vacuum conditions will significantly increase the efficiency of measurement processes. We also note a significant reduction in power consumption.
Для расчета аэрометрических параметров: относительной барометрической высоты, приборной скорости, истинной воздушной скорости, вертикальной скорости, отклонения от заданной высоты и числа Маха – в вычислитель непрерывно должна поступать следующая информация: Рст – статическое давление, Рполн – полное давление, Ро – давление, относительно которого измеряется высота (выставляется вручную), Тт – температура заторможенного набегающего воздушного потока. Очевидно, что предлагаемый датчик давления совместно с датчиком температуры, позволяет определить все перечисленные аэрометрические параметры.To calculate aerometric parameters: relative barometric altitude, indicated airspeed, true airspeed, vertical speed, deviation from a given altitude and Mach number, the following information must continuously enter the computer: Pst - static pressure, Ptot - total pressure, Po - pressure, relative which the height is measured (set manually), Tt is the temperature of the retarded incoming air flow. Obviously, the proposed pressure sensor, together with the temperature sensor, allows you to determine all of the listed aerometric parameters.
Claims (1)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2785033C1 true RU2785033C1 (en) | 2022-12-02 |
Family
ID=
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2426896A1 (en) * | 1978-05-26 | 1979-12-21 | Spengler Ets E | Aneroid manometer for determn. of artery wall elasticity - has disc membrane receiving pressure pulses which are transmitted via pivoted shaft to graduated scale |
SU1765735A1 (en) * | 1990-03-06 | 1992-09-30 | Опытное Конструкторское Бюро "Сигнал", Г.Энгельс | Pressure transducer |
RU2653596C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-05-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Pressure sensor using optical method of information transformation |
RU2702808C1 (en) * | 2018-08-30 | 2019-10-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Aerometric pressure sensor |
RU2712777C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-01-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Aerometric pressure sensor |
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2426896A1 (en) * | 1978-05-26 | 1979-12-21 | Spengler Ets E | Aneroid manometer for determn. of artery wall elasticity - has disc membrane receiving pressure pulses which are transmitted via pivoted shaft to graduated scale |
SU1765735A1 (en) * | 1990-03-06 | 1992-09-30 | Опытное Конструкторское Бюро "Сигнал", Г.Энгельс | Pressure transducer |
RU2653596C1 (en) * | 2017-04-04 | 2018-05-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Pressure sensor using optical method of information transformation |
RU2702808C1 (en) * | 2018-08-30 | 2019-10-11 | федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Ульяновский государственный технический университет" | Aerometric pressure sensor |
RU2712777C1 (en) * | 2019-05-13 | 2020-01-31 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук | Aerometric pressure sensor |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4876892A (en) | Pressure sensor | |
CA1090898A (en) | Optical position sensor | |
JPS61126414A (en) | Tilt angle measuring instrument | |
US4023413A (en) | Device for measuring accelerations, particularly accelerations due to gravity | |
RU2684683C1 (en) | Aerometric pressure sensor | |
RU2785033C1 (en) | Pressure sensor using optical method for information conversion | |
CN101995289A (en) | Ultralow frequency broadband capacitive infrasound sensor | |
RU2653596C1 (en) | Pressure sensor using optical method of information transformation | |
CN210666065U (en) | Calibration device of seismic intensity instrument | |
RU2762543C1 (en) | Static and full pressure sensor | |
RU2702808C1 (en) | Aerometric pressure sensor | |
RU2736736C1 (en) | Aerometric pressure sensor | |
WO2018049831A1 (en) | Gas bag height measurement device | |
US4122712A (en) | Fluid velocity measuring device | |
RU2712777C1 (en) | Aerometric pressure sensor | |
RU2796818C1 (en) | Measurement of the parameters of the ambient and ram air streams on aircraft | |
US3538772A (en) | Monitoring apparatus | |
CN110988401A (en) | Photoelectric accelerometer calibration method and system | |
CN104596635A (en) | Differential vibration acceleration sensor based on segmental PSD (Power Spectral Density) | |
RU162343U1 (en) | ANGULAR SPEED METER | |
CN114001661B (en) | Optical interference type integrated micro-displacement sensing structure and detection method thereof | |
CN103543294B (en) | Micron grating accelerometer testing method based on added mass | |
Bocharov et al. | Liquid crystal sensors of physical signals | |
SU481837A1 (en) | Three-component acoustic anemometer | |
SU379862A1 (en) | PRECISION LASER DILATOMETER |