CH671637A5

CH671637A5 -

Info

Publication number: CH671637A5
Application number: CH313286A
Authority: CH
Inventors: Gerd Prof Dr Sc Techn Jaeger; Joachim Dipl-Ing Loeffler; Roland Dipl-Ing Fuessl
Original assignee: Ilmenau Tech Hochschule
Priority date: 1985-09-06
Filing date: 1986-08-05
Publication date: 1989-09-15
Also published as: DD262981A3; DE3625903A1

Description

BESCHREIBUNG

Der Erfindungsgegenstand ist überall dort anwendbar, wo Kräfte ohne direkte mechanische Ankopplung an den Sensor gemessen werden sollen. Er eignet sich besonders für die Messung statischer und dynamischer Neigungswinkel und Beschleunigungen. Einzelne Teile des Erfindungsgegenstandes können aber auch für die Realisierung anderer Sensortypen, wie z. B. von Kraftmesswandlern für Waagen angewendet werden.

Der Erfindungsgegenstand ist besonders geeignet für die Herstellung von Präzisionsmessgeräten.

Bei einem bekannten interferenzoptischen Beschleunigungssensor nach US-PS 3 073 168 ist ein Michelson-Interfe-rometer mit einer entsprechend relativ geringen Auflösung als Wegmesssystem für den Verschiebeweg der seismischen Masse angeordnet. Die seismische Masse ist auf zwei, eine Parallelführung bildende, Biegeverformungskörpern angebracht.

Durch die Verwendung zweier ebener Spiegel im Interferometer werden bei dieser Anordnung hohe Anforderungen an die Kippinvarianz der seismischen Masse bei der Verschiebung und die Temperaturkonstenz im Sensor gestellt. Weiterhin stehen Arbeitsfrequenz und Empfindlichkeit dieses Sensors durch Verwendung der Parallelführung in einem ungünstigen Verhältnis.

Bei einem Servo-Beschleunigungssensor nach DE 2 833 915 ist eine stromdurchflossene Spule im Feld eines Permanentmagneten beweglich angeordnet.

Diese Sensoren besitzen zwar eine hohe Empfindlichkeit, stellen aber höchste Anforderungen an material- und fertigungstechnische Parameter der verwendeten Permanentmagneten und der Magnetspule. Ausserdem sind sie gegenüber äusseren elektromagnetischen Feldern störanfällig und damit für viele Einsatzfälle ungeeignet. Weiterhin sind die Messzeiten infolge des Kompensationsprinzips relativ gross.

Mit der Erfindung soll eine grosse Empfindlichkeit und Genauigkeit bei gleichzeitig grossem Arbeitsfrequenzbereich der Vorrichtung realisiert werden. Gleichzeitig soll eine grosse Störunanfälligkeit gegenüber äusseren Einflüssen erreicht und kleine Messzeiten erzielt werden. Die Vorrichtung soll sich durch einen einfachen Aufbau auszeichnen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zu schaffen, mit der Neigungswinkel und Beschleunigungen mit grosser Empfindlichkeit und Genauigkeit in einem grossen Arbeitsfrequenzbereich gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird durch die Vorrichtung gemäss Anspruch 1 gelöst.

Als Material für die Biegeverformungskörper kann synthetisches Kieselglas (synthetisches Quarzglas) oder Silizium verwendet werden. Für den Grundkörper kann Kieselgut oder Silizium eingesetzt werden. Anstelle von Biegezungen mit konstantem Querschnitt können formangepasste Biegezungen für konstante Biegespannung bzw. Biegespannungsüberhöhung angeordnet sein.

Der Grundkörper mit Interferometer und Biegeverformungskörper kann in einer optisch transparenten Flüssigkeit angeordnet sein. Der Einfluss der Erdbeschleunigung auf die ausgelenkten Biegeverformungskörper kann bei der Vorrichtung dadurch vermieden werden, dass die Vorrichtung so angeordnet wird, dass sich die Biegezungen der einzelnen Biegeverformungskörper jeweils übereinander befinden und die Biegeverformungskörper somit waagerecht nebeneinander liegen.

Der Laser, die Strahlaufweitungsoptik, die fotoelektrischen Empfänger und die Auswerteelektronik sind in bekannter Weise am Ein- bzw. Ausgang des Interferometers angeordnet.

Bei einwirkender Beschleunigung werden die Biegeverformungskörper ausgelenkt und damit die Tripelprismen zueinander optisch gegenläufig verschoben. Die Anzahl der dabei im Interferenzbild durchlaufenden Interferenzstreifen ist ein Mass für die Verschiebung der Tripelprismen und damit ein Mass für die Grösse der anliegenden Beschleunigung.

Die Erfindung soll anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Oie zugehörige Zeichnung zeigt die Prinzipanordnung einer Vorrichtung zur Messung von Neigungswinkeln und Beschleunigungen.

Entsprechend der Zeichnung sind vor dem Kösters-Interfe-rometer mit Strahlumlenkung bestehend aus optischem Teiler 1, Umlenkprisma 2 und den Tripelprismen 3 und 4 ein Laser 5 mit Strahlaufwoitungsoptik 6 angeordnet. Am Ausgang des Interferometers sind zwei fotoelektrische Empfänger 7 mit Auswerteelektronik 8 vorhanden. Der optische Teiler 1 und das Umlenkprisma 2 sind mit dem Grundkörper 9 aus Kieselgut fest verbunden. Am Grundkörper 9 sind zwei Biegeverformungskörper 10 und i aus synthetischem Kieselglas angeordnet. An den Biegeverformungskörpern 10,11 sind jeweils zwei Biegezungen 12 und 13 so angeordnet, dass in der Mitte der Biegeverformungskörper IO, 11 eine rechteckige Öffnung vorhanden ist. Die Biegezungen 12,13 sind mit den Hebeln 16 und 17 verbunden. An den Hebeln 16,17 sind die seismischen Massen 18,19 und die Tripelprismen 3, 4 befestigt. Die Massenschwerpunkte der beweglichen Teile der Biegeverformungskörper 10,11, zu denen die seismi-

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sehen Massen 18,19, die Hebel 16, 17, die Tripelprismen 3,4 Mass für die Verschiebung der Tripelprismen 3,4 und damit und die Biegezungen 12,13 gehören, befinden sich jeweils in für die wirkenden Kräfte. Die Anordnung von zwei Biegever-

der achssenkrechten Mitte der Biegeverformungskörper 10, formungskörpern 10,11 sowie deren spezielle Gestaltung

11 am Ende der Biegezungen 12,13 und dem Anfang der führt zu einer grossen Empfindlichkeit und Genauigkeit und

Hebel 16,17. Im Betrieb werden durch die wirkenden Kräfte 5 zu einem grossen Arbeitsfrequenzbereich der Vorrichtung,

auf die Biegeverformungskörper 10,11 die Tripelprismen 3,4 Sie ist technologisch einfach realisierbar und weist eine zueinander optisch gegenläufig verschoben. Die Anzahl der grosse Störunanfälligkeit auf.

im Interferenzbild durchlaufenden Interferenzstreifen ist ein

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1 Blatt Zeichnungen

Claims

671637 PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zur Messung von Neigungswinkeln und Beschleunigungen bestehend aus Laser, Strahlaufweitungs-optik, Kösters-Interferometer mit Strahlumlenkung, Biege-verformungskörpern, Grundkörper, fotoelektrischen Empfängern und Auswerteelektronik, dadurch gekennzeichnet, dass am Grundkörper (9) aus Kieselgut zwei Biegeverformungskörper (10,11) aus synthetischem Kieselglas angeordnet sind, dass nach den Befestigungsstellen (14,15) der Biegeverformungskörper (10,11) am Grundkörper (9) jeweils zwei Biegezungen (12,13) am Rande der Biegeverformungskörper (10,11) angeordnet sind, dass somit jeweils eine rechteckige Öffnung in der Mitte der Biegeverformungskörper (10,11) vorhanden ist, in der sich je eine seismische Masse(18,19) befindet, die fest verbunden ist mit je einem Hebel (16,17), der am Ende der jeweils zwei Biegezungen (12,13) angeordnet ist, dass am Ende der zwei Hebel (16,17) in achssenkrechter Mitte der Biegeverformungskörper (10,

11) je ein Tripelprisma (3,4) angebracht ist, dass der jeweils gemeinsame Massenschwerpunkt der seismischen Massen (18,19), der Masse der Hebel (16,17), der Masse der Tripel-prismen (3,4), und der Masse der Biegezungen (12,13) jeweils in der achssenkrechten Mitte der Biegeverformungskörper (10,11) am Ende der Biegezungen (12,13) und Anfang der Hebel (16,17) angeordnet ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei formangepasste Biegezungen mit konstantem Biegespannungsverlauf am Rande der Biegeverformungskörper (10,11) angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass Interferometer, Grundkörper (9) und die Biegeverformungskörper (10,11) sich in einer optisch transparenten Flüssigkeit befinden.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Biegeverformungskörper (10,11) und der Grundkörper (9) aus Silizium bestehen.