Оптико-механическое устройство для измерения механических величин Советский патент 1985 года по МПК G01B11/00 

г Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано, в частности, в точном машино и приборостроении для измерения зна копеременных отклонений механических величин. Известно оптико-механическое устройство для измерения линейных перемещений, содержащее осветитель, от счетную шкалу, пружинную скрученную ленту, на которой установлены, преимущественно под прямым углом один к другому, дна зеркала lj ., Недостатком устройства является низкая производительность измерения Наиболее близким к изобретению по технической сущности является оптико-механическое устройство для измерения механических величин, содержащее последовательно расположенные осветитель, первичный преобразователь, с установленным на нем отражателем, зеркальную систему, установленную неподвижно и зьшолненную из зеркал, образующих двугранные углы, и щкалу 2 . Недостатком известных устройств является низкая производительность измерений. Целью изобретения является повышение производительности измерения. Поставленная цель достигается тем, что в оптико-механическом устройстве для измерения механических величин, содержащем последовательно расположенные осветитель, первичный преобразователь с установленным на нем отражателем, зеркальную систему установленную неподвижно и вьтолнен ную из зеркал, образующих двугранные углы, и щкалу, два зеркала составляют двугранный угол, меньший 180 , одно из этих зеркал и третье зеркало составляют, двугранный угол, больший 180 , и расположены так, что ребро этого угла проходит через оптическую ось устройства, углы леж ду оптической осью устройства и отражающими поверхностями зеркал выбраны из услбвия . . где В( - угол между оптической осью и крайним из трех зеркал, составляющим со средним зеркалом угол, больщий 180°; 2 - угол между оптической осью и средним зеркалом; 81 Лз угол между оптической осью и крайним зеркалом, составляющим со средним зеркалом угол, меньщий 180 а шкала расположена на линии, образованной точками пересечения осей световых.пучков, соответствующих одинаковым по абсолютному значению, но разным по знаку угловым отклонениям отражателя первичного преобразователя. На фиг. 1 изображена принципиальная схема оптико-механического устройства для измерения механических величин; на фиг. 2 - ход лучей и расположение отсчетной щкалы с фотоприемниками; на фиг. 3 - углы установки зеркал. Устройство содержит последовательно расположенные осветитель 1, первичный преобразователь 2 с установленным на нем отражателем 3, зеркальную систему, установленную неподвижно и выполненную из трех зеркал 4-6, образующих двугранные углы, и шкалу 7, на которой установлены фотоприемники 8, число которых i 1,2,..., П . Устройство работает следующим . При начальном (номинальном) значении входной величины параллельный световой пучок от осветителя 1 (для уменьшения угла расходимости пучка целесообразно использовать лазерный источник излучения) отражается от поворотного отражателя 3 и пoJIaдaeт на ребро двугранного угла, образованного зеркалами 4 и 5. Отразившись от неподвижной системы зеркал, световой пучок освещает один из фотоприемников 8, соответствующий начальному значению входной величины. При отклонении входной величины от начального значения первичный преобразователь 2 (это может быть торсионный вал, рычажно-пружинный механизм оптикатора и т.д.) поворачивает отражатель 3 на соответствующий угол сСд . Если отражатель 3 поворачивается против часовой стрелки, то отсчетньй индекс перемещается по зеркалу 4, удаляясь от вершины двугранного угла, и по шкале 7 с фотоприемниками 8 в направлении возрастания их индекса j . Ксли .отражатель 3 поворачивается по часо вой стрелке, то отсчетный индекс переходит на зеркало 5, отразившись от него, попадает на зеркало 6 и, снова отразившись, попадает .на фотоприемники 8. За счет двукратного отражения (фиг. 2) отсчетный индекс снова будет перемещаться по шкале 7 с фотоприемниками 8 в направлении возрастания t , т.е. независимо от знака приращения входной величины (знака угла поворота отражателя 3) при возрастании его абсолютного значения световой индекс перемещается по отсчетной шкале 7 в направлеНИИ возрастания л . Для достижения описанного эффекта необходимо, чтобы двугранный угол (f , образованный зеркалами 4 и 5 неподвижной зеркальной системы, бып больше 180 , угол у , образованньй зеркалами 5 и 6, бьш меньше 180 , причем ребро угла Ср должно находится на оЬтической оси устройства (на оси светового пучка, соответствующего нулевому положению отражатели 3 первичного преобразователя 2). Для получения одинаковых масштабов преобразования приращений входно величины разного знака отсчетная шкала 7 должна располагаться на линии, образованной точками пересечения осей световых пучков, соответствующих оди наковым по модулю, но разным по зна- ку значениям угловых отклонений отражателя 3 первичного преобразователя 2, т.е. в точках, образованны:: пересечением,лучей,,отразившись от отражателя 3 под углами + oi; и - ot;. к оптической оси. В случае, когда. ось вращения отражателя 3 находится в его отражанмцей плоскости, точки, пересечения осей св етовых пучков образуют дугу окружности. Лучи, отразившиеся от отраикателя 3 под углами + оЦ и - ос; , пересекутся, если углы установки зеркал 46 неподвижной зеркальной системы удовлетворяют условию / з i Это условие может быть также вьфажено через углы между зеркалами 4-6 неподвижной зеркальной системы С и У в одной из трех следующих форм - 1Ь, 0; 180 +. - У о f р,- Cf- 2р о, Как видно из описания работы устройства, об абсолютном значении измеряемого отклонения можно судить по положению отсчетного индекса на шкале 7 (-по номеру засвеченного фотоприемника 8), а о знаке отклонения по номеру зер1кала (4 или 5), от которого отразился световой пучок, проецирующий отсчетный индекс на шкапу 7. Для визуального определения знака отклонения по крайней мере одно из зеркал, например зеркало 4, может быть снабжено цветным свефтофильтром (не показан), что вызовет окрашивание отсчетного индекса. Таким образом, предлагаемое устройство независимо от знака отклонения входной величины показьтает абсолютное значение приращения, что в ряде случаев упрощает оценку информации, позволяет отказаться от пром жуточных вычислений, т.е. упрощается измерение знакопеременных отклонений входной величины, что, в конечном итоге, повшоает производительность измерения.

Фи1.1

t Л

Ф(/г.1

ОПТИКО-МЕХАНИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ, ИЗМЕРЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ .ВЕЛИЧИН, содержащее последовательно расположенные осветитель, первичный преобразователь с установленным на нем отражателем, зеркальную систему, установленную неподвижно и выполненную из зеркал, образующих двугранные углы, и шкалу, отличающеес я тем, что, с целью повышения производительности измерения, два зеркала составляют двугранньй угол. меньший 180°, этих зеркал и третье зеркало составляют двухгранный угол, больший 180 ,и расположены так, что ребро этого угла проходит череэ оптическую ось устройства,углы между оптической осью устройства и отражаюощми . поверхностями зеркал выбраны из условия ft ft ft где И, - уго между оптической осью и крайним из трех зеркал, составляющим со средним зеркалом угол, больший 180 ; - угол между оптической осью и средним зеркалом; j- угол между оптической осью и крайним зеркалом, состав(Л ЛЯЮ1ЦИМ со средним зеркалом угол, меньший 180 , а шкала расположёна на линии, образованной точками пересечения осей с:етовых пучков, соответствующих одинаковым по абсолютному значению, но разным по знаку угловым отклоне4 05 ниям отражателя первичного преобразователя . сл 4 00