пьезооптический измеритель механических величин
Классы МПК: | G01L1/24 путем измерения изменения оптических свойств напряженных материалов, например путем фотоупругого анализа напряжений |
Автор(ы): | Адушкин А.В., Головкин В.Л., Гончаров А.И., Спивак А.А. |
Патентообладатель(и): | Институт динамики геосфер РАН |
Приоритеты: |
подача заявки:
1996-02-01 публикация патента:
20.04.1998 |
Пьезооптический измеритель механических величин содержит источник света, поляризатор, фотоупругий чувствительный элемент, две фазовые пластинки, анализатор, усилитель, два фотоприемника, дифференциально подключенные к усилителю, два компаратора и АЦП, ЦАП, входы которого соединены с выходами АЦП, преобразователь электрического напряжения в ток, присоединенный к выходу ЦАП, магнитоэлектрический преобразователь тока в силу, силосуммирующий рычаг с площадкой для приложения к нему измеряемой величины, шарнирно закрепленный в одной точке, в другой точке приведенный в контакт с фотоупругим элементом, а в третьей точке - скрепленный с катушкой магнитоэлектрического преобразователя, которая подключена к выходу преобразователя напряжения в ток, причем АЦП выполнен в виде реверсивного счетчика, входы которого соединены с выходами компараторов, неинвертирующий вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора подключены к выходу усилителя, а другой вход каждого компаратора соединен со своим источником опорного напряжения. 3 ил.
Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3
Формула изобретения
Пьезооптический измеритель механических величин, содержащий последовательно расположенные и оптически сопряженные источник света, поляризатор, фотоупругий чувствительный элемент, две фазовые пластинки, анализатор, усилитель, два фотоприемника, дифференциально подключенные в усилителю, а также два компаратора и аналого-цифровой преобразователь, отличающийся тем, что в него введены цифроаналоговый преобразователь, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами аналого-цифрового преобразователя, преобразователь электрического напряжения в ток, присоединенный входом к выходу цифроаналогового преобразователя, магнитоэлектрический преобразователь тока в силу, постоянный магнит которого закреплен неподвижно, силосуммирующий рычаг с площадкой, подготовленной для приложения к ней измеряемой величины, шарнирно закрепленный в одной точке, в другой точке приведенный в контакт с фотоупругим элементом, а в третьей точке скрепленный с катушкой магнитоэлектрического преобразователя, которая подключена к выходу преобразователя напряжения в ток, причем аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде реверсивного счетчика, вход прямого счета которого соединен с выходом первого компаратора, а вход обратного счета - с выходом второго компаратора, и при этом неинвертирующий вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора подключены к выходу усилителя, а инвертирующий вход первого и неинвертирующий вход второго компараторов соединены каждый со своим источником опорного напряжения.Описание изобретения к патенту
Изобретение относится к измерительной технике и может применяться для измерений силы, давления, ускорения, перемещений и т.п. Известны пьезооптические измерители механических величин, содержащие источник света, поляризатор, фотоупругий чувствительный элемент, фазовые пластинки, анализатор, фотоприемники и усилитель [1]. Недостатком этих измерителей является узость динамического диапазона измерений, так как они работают лишь на первом участке характеристики преобразования силы в электрическое напряжение, поскольку переход на второй, третий и т.д. участки сопровождается неоднозначностью отсчетом. Второй недостаток этих измерителей заключается в нестабильности (дрейфе, ползучести) показаний из-за текучести клеевого слоя крепления фотоупругого элемента. Текучесть клеевого слоя и обуславливаемая ею ползучесть показаний измерителя тем больше, чем больше измеряется сила и ее изменения [2]. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является пьезооптический измеритель механических величин, содержащий последовательно расположенные и оптически сопряженные источник света, поляризатор, фотоупругий чувствительный элемент, фазовые пластинки, анализатор, фотоприемники, усилители, компараторы, формирователь треугольного напряжения и аналого-цифровой преобразователь [3] . Этому измерителю также присущ недостаток, состоящий в нестабильности показаний типа "ползучесть" из-за текучести клеевого крепления фотоупругого чувствительного элемента. Кроме того, этот измеритель обладает недостаточно точной характеристикой преобразования из-за погрешностей формирования треугольного напряжения. Целью изобретения является повышение точности за счет снижения ползучести показаний измерителя. Сущность изобретения состоит в том, что в пьезооптический измеритель механических величин, содержащий последовательно расположенные и оптически сопряженные источник света, поляризатор, фотоупругий чувствительный элемент, две фазовые пластинки, анализатор, усилитель, два фотоприемника, дифференциально подключенные к усилителю, а также два компаратора и аналого-цифровой преобразователь, введены цифроаналоговый преобразователь, разрядные входы которого соединены с разрядными выходами аналого-цифрового преобразователя, преобразователь электрического напряжения в ток, присоединенный входом к выходу цифроаналогового преобразователя, магнитоэлектрический преобразователь тока в силу, постоянный магнит которого закреплен неподвижно, силосуммирующий рычаг с площадкой, подготовленной для приложения к ней измеряемой величины, шарнирно закрепленный в одной точке, в другой точке приведенный в контакт с фотоупругим элементом, а в третьей точке скрепленный с катушкой магнитоэлектрического преобразователя, которая подключена к выходу преобразователя напряжения в ток, причем аналого-цифровой преобразователь выполнен в виде реверсивного счетчика, вход прямого счета которого соединен с выходом первого компаратора, а вход обратного счета соединен с выходом второго компаратора и при этом неинвертирующий вход первого компаратора и инвертирующий вход второго компаратора подключены к выходу усилителя, а инвертирующий вход первого и неинвертирующий вход второго компараторов соединены каждый со своим источником опорного напряжения. Технический результат изобретения состоит в повышении точности измерителя за счет уменьшения нестабильности типа "ползучесть" его показаний, что достигается путем многократного уменьшения силы Nx, воздействующей на фотоупругий чувствительный элемент и крепящий его клеевой слой: эта сила равна в предлагаемом измерителе на всей внешней измеряемой силе N (как в прототипе), а разности Nx=N-Nос, где Nос


где









где











Uвых= KU0sin



где
K и Uо - константы системы. На линейном участке функции преобразования (1) выполняется
Uвых= KU0




где







как показано в [6], ток не зависит от величины RН и определяется величинами резисторов
I = UR0/R1R3 . Источники принятые
1. Слезингер И.И. Пьезооптические измерительные преобразователи. Измерительная техника, N11, 1985, с.46, рис.1а. 2. Серьезнов А.Н. Испытания авиационных конструкций на прочность. - М.: Машиностроение, 1976. 3. Авторское свидетельство СССР N 1446496 А1, кл. G 01 L 1/24, 1988. 4. Фрохт М.М. Фотоупругость. т.1. М.-Л., ОГИЗ, 1948. 5. Алексенко А.Г., Коломбет Е.А., Стародуб Г.И. Применение прецизионных аналоговых микросхем. -М.: Радио и связь, 1985. 6. Алексенко А. Г. Шагурин И.И. Микросхемотехника. -М.: Радио и связь. 1982.
Класс G01L1/24 путем измерения изменения оптических свойств напряженных материалов, например путем фотоупругого анализа напряжений