izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2020-11-34-41izmertech-1859Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSМикрооптоэлектромеханический преобразователь ускорения на основе грубо-точного метода обработки сигналов интерферометра Фабри-ПероMicrooptoelectromechanical acceleration transducer based on a roughly-accurate method of Fabry-Perot interferometer signal processingБусуринВ. И.BusurinV. I.

Москва

Vladimir I. Busurin

Moscow

vbusurin@mai.ruКоробковВ. В.KorobkovV. V.

Москва

Vadim V. Korobkov

Moscow

vvkor@bk.ruКоробковК. А.KorobkovK. A.

Москва

Kirill A. Korobkov

Moscow

kane_and_lynch@bk.ruКошевароваН. А.KoshevarovaN. A.

Москва

Nataliya A. Koshevarova

Moscow

natashakoshevarova@mail.ruМосковский авиационный институт (национальный исследовательский университет)РоссияMoscow Aviation Institute (National Research University)Russian Federation2020200720230113441Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1859

В системах управления и навигации летательных аппаратов актуально применение микроэлектромеханических преобразователей ускорения. Рассмотрен микроэлектромеханический преобразователь ускорения с оптическим узлом считывания на основе двухканального интерферометра Фабри-Перо. Для улучшения точностных характеристик преобразователя предложено анализировать дробную часть полосы интерференционной картины. Исследованы изменения выходного сигнала оптического узла считывания под действием линейных ускорений при различных параметрах балочного чувствительного элемента, а также изменение пропускания интерферометра при разной отражательной способности зеркал. По зависимостям пропускания интерферометра от перемещения определены условия переключения между двумя каналами для обхода зон с низкой чувствительностью. Разработан метод обработки оптических сигналов, который формирует выходное значение путём конкатенации грубых результатов измерений и рассчитанной точной составляющей. Предложенный метод обработки позволяет увеличить точность результатов измерений ускорения без изменения диапазона преобразования.

The use of microelectromechanical acceleration transducers is actual in control and navigation systems of aircraft. A microelectromechanical acceleration transducer with an optical reading unit based on a two-channel Fabry-Perot interferometer is considered. Proposed to analyze fractional part of the interference pattern’s fringe to improve the accuracy of the transducer. Changes in the output signal of the optical reading unit under the action of linear accelerations at various parameters of the beamtype sensitive element and change in the interferometer’s transmission at different reflectivity of the mirrors are investigated. The conditions for switching between two channels for bypassing zones with low sensitivity are determined according to the dependences of the interferometer transmission on displacement. A method for processing optical signals has been developed, which forms the output value by concatenating rough measurement results and the calculated accurate component. The proposed processing method makes it possible to increase the accuracy of the acceleration measurements without changing the conversion range.

преобразователь ускорениямикроэлектромеханические системыоптический съёминтерферометр Фабри-Перогрубо-точный методмикроперемещенияпогрешностьacceleration transducermicroelectromechanical systemsoptical readingFabry-Perot interferometerroughlyaccurate methodmicromovingserror.ReferencesКосцов Э. Г. Состояние и перспективы микро- и наноэлектромеханики // Автометрия. 2009. № 3. С. 3–52.Koscov E. G., Avtometriya, 2009, no. 3, pp. 3–52 (in Russian).Мастеренко Д. А., Телешевский В. И. Особенности обработки измерительной информации при высокоточных линейных и угловых измерениях // Измерительная техника. 2016. № 12. С. 11–15.Masterenko D. A., Telеshevskij V. I., Measurement Technique, 2017, vol. 59, no. 12, pp. 1254–1259. https://doi.org/10.1007/s11018-017-1125-3Krasnova S. A., Antipov A. S., Automation and Remote Control, 2018, vol. 79, no. 3, pp. 554–570. https://doi.org/10.1134/S000511791803013XKrasnova S. A., Antipov A. S, Automation and Remote Control, 2018, vol. 79, no. 3, pp. 554–570. https://doi.org/10.1134/S000511791803013XKokunko Yu., Krasnova S., Mathematics in Engineering, Science and Aerospace (MESA), 2019, vol. 10, no. 4, pp. 695–705.Kokunko Yu., Krasnova S., Mathematics in Engineering, Science and Aerospace (MESA), 2019, vol. 10, no. 4, pp. 695–705.Busurin V. I., Korobkov V. V., Naing Htoo Lwin, Phan Anh Tuan, Journal of Physics: Conference Series, 2016, vol. 737, 012045. https://doi.org/10.1088/1742-6596/737/1/012045Busurin V. I., Korobkov V. V., Naing Htoo Lwin, Phan Anh Tuan, Journal of Physics: Conference Series, 2016, vol. 737, 012045. https://doi.org/10.1088/1742-6596/737/1/012045Бусурин В. И., Йин Н. В., Жеглов М. А. Анализ влияния линейного ускорения на характеристики кольцевого оптоэлектронного преобразователя угловой скорости и его компенсация // Автометрия. 2019. № 3. С. 120–128. https://doi.org/10.15372/AUT20190314Busurin V. I., Win Y. N., Zheglov M. A., Optoelectronics, Instrumentation and Data Processing, 2019, vol. 55, pp. 309–316. https://doi.org/10.15372/AUT20190314Бусурин В. И., Коробков В. В., Горшков Б. Г., Дьячков В. В. ТВМ-преобразователь угловой скорости с интерферометрическим считыванием информации // Датчики и системы. 2017. № 5. C. 37–43.Busurin V. I., Korobkov V. V., Gorshkov B. G., D’yachkov V. V., Sensors and Systems, 2017, no. 5, pp. 37–47 (in Russian).Бусурин В. И., Коробков В. В., Нгуен Тхань Зыонг, Данг Ван Хуен. Волновой микроопто-электромеханический преобразователь угловой скорости с интерферометром Фабри-Перо // Датчики и системы. 2019. № 3. C. 27–33.Busurin V. I., Korobkov V. V., Nguen Than’ Zyong, Dang Van Huen, Sensors and Systems, 2019, no. 3, pp. 27–33 (in Russian).Осипов М. Н., Попов М. А. Измерения малых динамических смещений интерферометром Майкельсона со сферическими волновыми фронтами // Компьютерная оптика. 2007. Т. 31. № 4. C.55–57.Osipov M. N., Popov M. A., Computer Optics, 2007, vol. 31, no. 4, pp. 55–57 (in Russian).Minghui Zhao, Kangli Jiang, Hongwu Bai, Hairong Wang, Xueyong Wei, Microsystem Technologies, 2020, vol. 26, pp. 1961–1969. https://doi.org/10.1007/s00542-020-04747-3Minghui Zhao, Kangli Jiang, Hongwu Bai, Hairong Wang, Xueyong Wei, Microsystem Technologies, 2020, vol. 26, pp. 1961–1969. https://doi.org/10.1007/s00542-020-04747-3Edward Davies, David S. George, Malcolm C. Gower, Andrew S. Holmes, Sensors and Actuators A: Physical, 2014, vol. 215, pp. 22–29. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.08.002Edward Davies, David S. George, Malcolm C. Gower, Andrew S. Holmes, Sensors and Actuators A: Physical, 2014, vol. 215, pp. 22–29. https://doi.org/10.1016/j.sna.2013.08.002Волынский М. А., Гуров И. П., Скаков П. С. Рекуррентный алгоритм обработки интерферометрических сигналов на основе мультиоблачной модели предсказания // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2014 г. № 4 (92). С. 18–22.Volynskij M. A., Gurov I. P., Skakov P. S., Scientifi c and Technical Journal of Information Technologies, Mechanics and Optics, 2014, no. 4 (92), pp. 18–22 (in Russian).Junning Cui, Zhangqiang He, Yuanwei Jiu, Jiubin Tan, Tao Sun, Applied Optics, 2016, vol. 55, no. 25, pp. 7086–7092. https://doi.org/10.1364/AO.55.007086Junning Cui, Zhangqiang He, Yuanwei Jiu, Jiubin Tan, Tao Sun, Applied Optics, 2016, vol. 55, no. 25, pp. 7086–7092. https://doi.org/10.1364/AO.55.007086Ki-Nam Joo, Jonathan D. Ellis, Jo W. Spronck, Paul J. M. van Kan, Robert H. Munnig Schmidt, Optics Letters, 2009, vol. 34, no. 3, pp. 386–388. https://doi.org/10.1364/OL.34.000386Ki-Nam Joo, Jonathan D. Ellis, Jo W. Spronck, Paul J. M. van Kan, Robert H. Munnig Schmidt, Optics Letters, 2009, vol. 34, no. 3, pp. 386–388. https://doi.org/10.1364/OL.34.000386Феодосьев В. И. Сопротивление материалов: Учебник для вузов. Серия Механика в техническом университете. Т. 2. Изд. 10-е, перераб. и доп. М.: Изд-во МГТУ им. Н. Э. Баумана, 1999. 592 с.Feodos’ev V. I., Soprotivlenie materialov: Uchebnik dlya vuzov, Moscow, Bauman Moscow State Technical University Publ., 1999, 592 p. (in Russian).Борн М., Вольф Э. Основы оптики: изд. 2-е. Пер. с англ. М.: Наука, 1973. 713 с.Max Born, Emil Wolf, Principles of Optics, 4th ed., Pergamon Press, 1970.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.