Устройство для цифрового измерения силы Советский патент 1984 года по МПК G01L1/24 

2. Устройство по л, 1, отличающееся тем, что основание рычаг и держатель отражателя изготовлены из кизельгута, а инвариантный к опрокидыванию отражатель и оптический делитель выполнены из оптического кварца.

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЦИФРОВОГ ИЗМЕРЕНИЯ СИЛЫ, состоящее из датчик деформации, интерферометра, монохро матического источника света оптичес кой системы, фотоэлектрических приемников, схемы формирования импульсов и реверсивного счетчика, отличающееся тем, что на ус тановленном в станине основании жес ко закреплен один конец цилиндрической винтовой пружины,выполненной из кристаллического кварца, второй конец которой закреплен на рычаге, // fff 9 (Раг. связанном через шарнир с основанием, в центре цилиндрической винтовой пружины установлен интерферометр, состоящий из оптического делителя и инвариантного к опрокидыванию отражателя, причем оптический делитель . состоит из прикрепленной к основанию основной плиты и двух соединенных с ней дополнительных плит, на свободные поверхности которых частично нанесен зеркальный слой, а свободная поверхность одной из дополнительных плит скошена под заданным углом, при этом на рычаге закреплен держатель отражателя с жестко установленным на нем инвариантным к опрокидыванию отражателем, а монохроматический источник света, конденсатор, отклоняющая призма, оптическая система изображения и держатель с фотоэлектрическими приемниками установлены на основании,, причем оси симметрии отклоняющей призмы, цилиндрической винтовой пружины и интерферометра совпадают.

Изобретение относится к устройст вам, предназначенным для цифровьк измерений сил.

Известны устройства для измерения силы, в„ к мвррых измеряемая сила воздействует н датчик деформации. Деформация этого датчика, измеряемая различными методами, является мерой силы. Известны среди них и устрййства, определяющие деформацию с помощью интерференциального способа измерения. В соответствии с патентом DD-P5 94905 датчик деформации выполнен таким образом, чтобы он одновременно работал в качестве интерферометра. В этом устройстве возникают интерференционные поворотные полосы, расстояние между которыми в направлении 3 изменяетс.я в зависимости от значения измеряемой величины.

Недостатком устройства является то, что невозможна фотоэлектрическая оценка при достижении расстояния ниже минимального значения.

В соответствии с патентом по заявке ГДР л/РС5 01 L/206632 известно устройство для измерения силы, у которого на вилкообразном датчике деформации установлен инвариантный к опрокидьгеанию интерферометр. Сила прикладывается к упругой пластине, на которой установлена трипельпризма. Разрешающая способность определяется максимально возможньм прогибом упругой пластины.

При жестко заданной геометрии упругой пластины разрешающая способность ограничивается допустимым напряжением изгиба материала.Кроме того интерферометр имеет сложную конструк цию, так как упругая пластина и интерферометр расположены в пространст не относительно далеко друг от друга, то по всему датчику деформации должно быть обеспечено равномерное распределение температуры.

В DE-AS 2658629 описано устройство для измерения силы или взвешивания, на подвижной части которого прикреплены не менее двух зеркальных

отражателей, каждый из которых расположен на одной ветви интерферометра таким образом, чтобы при отклонении подвижной части обе ветви интерферометра изменили длину в противоположньк направлениях.

В условиях эксплуатации применение таких устройств связано с трудностями, вызванными зависимостью от температуры окружающей среды и

влияния перемещений.

С помощью предложенного технического решения возможно значительное увеличение разрешающей способности при определенном диапазоне измерения силы без превьш1ения допустимого напряжения материала. Интерферометром, имеющим небольшие геометрические размеры и установленным в центре датчика деформации, достигается незявисимость от температуры.

Эта цель решается следующим образом.

В устройстве для цифрового измерения силы, состоящем из датчика деформации, интерферометра, монохроматического источника света оптической системы, фотоэлектрических приемников, схемы формирования импульсов и реверсивного счетчика,на установленном

в станине основании жестко закреплен один конец цилиндрической винтовой пружины, выполненный из кристаллического кварца, второй конец которой закреплен на рычаге, связанном через

шарнир с основанием, в центре цилиндрической винтовой пружины установлен интерферометр, состоящий из оптического делителя и инвариантного к опрокидыванию отражателя, причем оптический делитель состоит из прикрепленной к основанию основной плиты и двух соединенных к ней дополнительных плит, на свободные поверхности которых частично нанесен зеркальный слой, а свободная поверхность одной из дополнительных плит скошена под заданным углом, при этом на рычаге закреплен держатель отражателя с жестко установленным на кем инвариантным к опрокидыванию отражателем, а монохроматический источник света, конденсатор, отклоняющая призма, оптическая система изображения и держатель с фотоэлектричес кими приемниками установлены на основании, причем оси симметрии отклоняющей призмы, цилиндрической винтовой пружины и интерферометра сов.падают. Кроме того, основание, рычаг и держатель отражателя изготовлены из кизельгута, а инвариантный к опрокидыванию отражатель и оптический делитель выполнены из оптического кварца. Заданный угол oi определяет расстояние интерференционных полос. Полученный с помощью монохроматического источника света и конденсатора параллельный свет отклоняется на отклоняющей призме и переходит через одну дополнительную плиту оптического делителя. Пропущенный в соответствии со степенью нанесения зеркального слоя пучок отражается на инвариантном к опрокидыванию от(.ражателе и переходит другую дополнительную плиту оптического делителя. Часть этого пучка пропускается на этой плите делителя, а другая часть этого пучка отражается. Отраженная часть пучка переходит через инвариантный к опрокидыванию отражатель отражается на первой дополнительной плите делителя, опять переходит инвариантный к опрокидыванию отражатель и интерферирует с пропущенной частью пучка с помощью оптической изображающей системы, интерференцио ные полосы изображаются на фотоэлек рических приемниках. Измеряемая сила, прикладываемая к рычагу, вызыва ет деформацию цилиндрической винтово пружины и соответствующее перемещение инвариантного к опрокидыванию отражателя. Количество интерференционных полос, являющихся непосредственной ме рой для измеряемой силы, определяет 0 ся известным способом с помощью фотоэлектрических приемников, схем формирования импульсов и реверсивного счетчика. На фиг. 1 показано устройство, вид сбоку; на фиг. 2 - цилиндрическая винтовая пружина. Основание 1 жестко установлено в станине 15. Жестко с основанием 1 соединены один конец цилиндрической винтовой пружины 3, основная плита делителя 6с(, монохроматический источник 7 света, конденсатор 8, отклоняющая призма 9, оптическая изображающая система 10 и держатель 11 для фотоэлектрических приемников 12. Другой конец цилиндрической винтовой пружины 3 жестко закреплен с рычагом 2, который с помощью шарнира 16 связан с основанием 1. На рычаге 2укреплен держатель отражателя 4, служащий для крепления инвариантного к опрокидыванию отражателя 5. Оптический делитель состоит из основной плиты делителя 6см и двух установленных на основной плите дополнительных плит 6Ь и 6с. Поверхности плит делителя 6Ъ и бе имеют частичное нанесение зеркального слоя, а поверхность дополнительной плиты 6с скошена под заданным углом cL . Интерферометр, состоящий из оптического делителя и инвариантного к опрокидыванию отражателя 5, установлен внутри цилиндрической винтовой пружины 3 таким образом, чтобы расстояние светового луча В, попадающего в угол кубика инвариантного к опрокидыванию отражателя 5, от шарнира 16 было равно расстоянию оси симметрии А цилиндрической винтовой пружины 3 от шарнира 16. Основание 1, рычаг 2 и держатель отражателя 4 изготовлены из кизельгуГа. Инвариантньй к опрокидыванию отражатель 5 и оптический делитель состоят из оптического кварца. Цилиндрическая винтовая пружина 3 изготовлена из кристаллического кварца. Цилиндрическая винтовая пружина 3(фиг. 2) изготовлена из кварцевой трубы с фрезерованным пазом. Параллельно направленный конденсатором 8 монохроматический свет отклоняется отклоняющей призмой 9 на угол 90 и переходит дополнительную плиту делителя 6с. Пропущенный в соответствии со степенью нанесения зеркального

слоя пучок отражается на инвариантном к опрокидыванию отражателе 5 и переходит дополнительную плиту делителя 6fe. Часть этого пучка пропускается через плиту делителя 6Ь, другая часть отражается.

Отраженная часть пучка переходит через инвариантный к опрокидывателю отражатель 5, отражается от дополнительной плиты делителя 6с, еще раз переходит инвариантный к опрокидьшанию отражатель 5 и интерферирует с пропущенной частью пучка. С помощью оптической изображающей системы 10 интерференционные полосы изображаются на фотоэлектрических приемниках 12.

Измеряемая сила F , прикладываемая к рычагу 2, вызывает деформацию цилиндрической винтовой пружины 3 и перемещение инвариантного к опрокидыванию отражателя 5. Количество интерференционных полос, являющихся непосредственной мерой для измеряемой силы, определяется с помощью фотоэлектрических приемников 12, схем 13 формирования импульсов, а также реверсивного счетчика 14.

Признано изобретением по результатам экспертизы, осуществленной Ведомством по изобретательству Германской Демократической Республики.