Пьезооптический измеритель деформаций Советский патент 1985 года по МПК G01B11/16 

1 Изобретение относится к измерител ной технике и может быть использовано для измерения сейсмических и вибрационных деформаций машин и сооружений. . Известен пьезооптический измеритель деформаций, содержащий опорные платы, элемент из фотоупругого материала и поляризационно-оптический преобразователь деформации упругого элемента в электрический сигнал, вкл чающий фотоприемник ll. Недостатком известного пъезооптического измерителя деформаций являет ся то, что, вследствие разности коэф фициентов температурного расширения , фотоупругого материала и материала испытуемого объекта, он обладает большой температурной погрешностью, что не позволяет определять динамические деформации порядка 10 Цель изобретения - -повышение точности измерения динамических деформаций путем исключения температурных погрешностей. Поставленная цель достигается тем что в пьезооптический измеритель деформаций, содержащий опорные элемент из фотоупругого материала, поляризационно-оптический преобразователь, включающий фотоприемник, введены два вспомогательных стержня, установленных между элементом из фотоупругого материала и опорной платой, при этом один из стержней установлен перпендикулярно оси нагружения по диагонали ромба, стороны кото рого образованы упругими пластинами, концы упругих пластин, образующие од ну из вершин ромба, присоединены к опорной плате, а образующие противоположную вершину - к концу второго вспомогательного стержня, установленного по оси нагружения и контакти рующего с элементом из фотоупругого материала, стержни снабжены средст™ вами нагрева, подключенными дифференциально к выходу усилителя, а к входу усилителя подключен фотоприемник . На фиг. I приведен пьезоэлектри,ческий измеритель деформаций, общий вид; на фиг. 2 - поляризационнооптический преобразователь; на фиг. 3 - электрическая схема включе ния. Устройство содержит, опорные платы 1 и 2, связанные между собой 10 соединительными элементами 3, имеющими поперечные утоньшенные участки 4. Между элементом 5 из фотоупругого материала и опорной платой установлены вспомогательные стержни. 6 и 7, причем стержень 7 установлен перпендикулярно оси нагружения по диагонали ромба, образованного упругими пластинами 8 и 9, Концы упругих .пластин 9, образу ощие одну из вершин ромба, присоединены к опорной плате 1, а концы опорных пластин 8, образующие вторую вершину ромба, присоединены к концу вспомогательного стержня 6, установленного по оси нагружения и контактирующего с элементом.5. Вспомогательные стержни содержат средства 10 и 11 нагрева, подкгеоченные дифференциально к выходу усилителя 12, к входу которого подключен Фотоприемник 13 и нагрузочный резистор 14. Поляризационно-оптический преобразователь (,фиг. 2) содержит последовательно расположенные источник 15 света, например, светодиод, поляризатор 16, фазовую четвертьволновую пластинку 17, элемент 5 из фотоупругого материала, анализатор 18 и фотоприемник 13, например, фотодиод. Устройство содержит также регистратор 19 (фиг. 3), соединенный с резистором 14 через разделительный конденсатор 20. Пьезооптический измеритель деформаций работает следующим образом. Опорные платы 1 и 2 прикрепляются к испытываемому объекту, при деформировании которого будет изменяться величина деформации элемента 5, что приведет к изменению величины светового потока, падающего на фотоприемник 13, и соответственно, к изменению сигнала на выходе фотоприемника по синусои,цальному закону в зависимости от величины деформации. Передаточная характеристика усилителя 1 2 выбирается таким образом, чтобы при нахождении рабочей точки поляризационно-оптического преобразователя на середине восходящего (или ниспадающего ) участка на средствах 10 и 1 нагрева было одинаковое напряжение. Динамические деформации испытываемого объекта не приводят к изменению температуры вспомогательных стержней 6 и 7 в силу инерциальности тепловых процессов. Изменение Э температуры окружающей среды приводит к смещению рабочей точки поляризационно-оптнческого преобразователя в силу разности коэффициентов температурного расщирения материа1ЛОВ испытьшаемого объекта и конструк тивных элементов йьезооптического измерителя деформаций. При этом напряжение на средствах 10 и 11 нагрева изменится, что приведет к изменению температуры вспомогательных стержней 6 и 7 и, соответственно, их длины. Причем, изменение длины стержня 6 приводит к изменению общей длины компенсатора температурных деформаций, состоящего из стержней 6 и 7 и упругих пластин 8 и 9, с тем же знаком, а изменение длины стерж ня 7 - с противоположным знаком. Таким образом, при включении электрической цепи предлагаемого устройства 10Л рабочая точка поляризационно-хэптического преобразователя автоматически устанавливается на середине восходящего или ниспадающего участка выходной характеристики в зависимости от типа используемого усилителя 12 (инвертирующий, или неинвертирующий )- и порядка подключения .средств 10 и 11 нагрева. Переменная составляющая сигнала фотоприемника, пропорциональная величине динамической деформации испытуемого объекта через разделительный конденсатор 20 поступает на регистратор 19. Предлагаемый пьезооптический измеритель деформаций позволяет измерять динамические деформации испытываемого объекта до величин порядка исключить влияние изменения температуры окружающей среды на точность измерений.

ПЬЕЗООПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ .ДЕФОРМАЦИЙ, содержащий опорные платы, элемент из фотоупругого материала, поляризационно-оптический преобразов.атель, включающий фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения динамических деформаций путем исключения температурных погрешнос0 тай, в измеритель деформаций введены два вспомогательных стержня, установлунных между элементом из фотоупруго-; го материала и опорной платой, при этом один из стержней установлен перпендикулярно оси нагруження по диагонали ромба, стороны которого образованы упругими пластинами, концы упругих пластин, образующие одну из вершин ромба, присоединены к опорной плате, а образуюв(ие противоположную вершину, - к концу второго вспомогательного стержня, установленного по оси нагружения и контактирующего с элементом из фотоупругого MafepHana, стержни снабжены средствами нагрева, подключенными дифференциально к выходу усилителя, ,а к входузтого усилителя подключен фотоприемник. Слд О)

Фиг.З