Оптический измеритель давления Советский патент 1985 года по МПК G01L19/08 

00 СП

00

ел Изобретение относится к приборостроению и может быть использовано для измерения давления. Целью изобретения является повышение точности измерения и расширение диапазона измеряемых величин. На фиг.1 показана общая схема уст ройства; на фиг..2 - конструкция оптического блока и расположение его о-гносительно дополнительного зеркала; на фиг,3-схема прохождения световых лучей. Устройство содержит измерительньй узел 1, от;ическую систему 2, основную 3 и дополнительную 4 шкалы Измерительный узел содержит упругий чувствительный элемент 5, подвижную систему 6 с жестко закрепленным на ней основным зеркалом 7, оптически связанным с основной шкалой 3. Подвижная система 6 связана с центром упругого элемента 5 через иглу 8. Основное зеркало 7 жестко связано с оптическим блоком 9 и оптически разделено с ним светопогдощающей пло щадкой 10. Основное зеркало 7 и опти ческий блок 9 имеют общую ось вращения О. Оптический блок 9 состоит из совокупности зеркальных призм 11, развернутых в форме веера, расположенных ступенчато по высоте с равномерным угловым смещением относительно оси вращения О основного зеркала 7, перпендикулярно его зеркальной плоскости, причем поверхности 12 призм 11 выполнены непрозрачными, а поверхности 13 призм 11 - зеркальными. С одной стороны зеркальные повер хности 13 проходят через ось вращени О, ас другой стороны развернуты одна относительно другой каждая на угол д V, причем первая зеркальная поверхность 13 11, отдех(енная от основного зеркала 7 только светопоглощающей площадкой 10, расположена в одной плоскости с основным зерк лом 7. Оптический блок 9 оптически связан с дополнительной шкалой 4 и с дополнительным неподвижным зеркалом 14, расположенным так, что в нерабочем положении его зеркальная грань 15 находится в плоскости, параллельной основному зеркалу 7, а плоскость перпендикулярная основному зеркалу 7 и проходящая через светопоглощающую площадку 10, проходит через верхнюю грань дополнительного зеркала 14. Ос новное зеркало 7 и оптический блок 9 оптически связаны с оптической системой 2, формирующей на шкале 3 световой указатель 16, а на шкале 4 световой указатель 17,содержащий источник 18 света, конденсор 19, отражатель 20 и две диафрагмы 21 и 22. При этом диафрагма 21 установлена так. что ее оптическая ось пересекает основное зеркало 7 на оси вращения 0. Диафрагма 22 выполнена так, что отверстие в ней, через которое проходит световой луч при работе устройства, является плоской щелью, и установлена так, что плоскость, проведенная через щелевое отверстие, параллельна оси вращения О, проходит через все зеркальные грани 13 призм 11, но не пересекается с дополнительным зеркалом 14. Ус тройство работает следующим образом. Луч света от источника 18 света, пройдя через конденсатор 19, отражатель 20, попадает на диафрагмы 21 и 22, где разбивается на два луча: из диафрагмы 21 - луч А, а из диафрагмы 22 - луч В. Луч А из диафрагмы 21 попадает на основное зеркало 7 и, отразившись от него, попадает на основную шкалу 3, где образует световой указатель 16. Плоский луч В из диафрагмы 22 попадает на зеркальные поверхности призм 11, разбивается на ряд лучей , где ,2,...,N (N число призм 11), которые отражаясь под разными углами (за разворота зеркальных поверхностей 13) от зеркальных поверхностей 13 попадают на дополнительное зеркало 14, отражаются от него обратно к зеркальным поверхностям 13 и т.д. до тех пор, пока при последнем отражении от зеркальной поверхности 13 один из лучей В не попадает на дополнительную щкалу 4, где образует световой указатель 17. Для того, чтобы не было паразитных лучей при отклонении лучей В поверхности 12 призм 11 выполнены прозрачными, а для того, чтобы при разъюстировке системы луч В не давал отражения от основного зеркала 7, основное зеркало 7 отделено от оптического блока 9 светопоглощаннцей площадкой 10. Устройство отьюстировано таким .образом, что при отсутствии перепада давления на упругом чувствительном элементе 5 световые указатели 16 и 3 17 располагаются на нулевых отметках основной шкалы 3 и дополнительной шкалы 4. При появлении давления упругий чувствительный элемент 5 начинает перемещаться и через иглу 8 и подвиж ную систему 6 начинает поворачивать основное зеркало 7 и жестко связанный с ним оптический блок 9 относительно оси вращения О на некоторый угол в зависимости от величины перемещения упругого чувствительного эле мента 5. При этом луч А, отраженный от основного зеркала 7 по направлени к йсновной шкале 3, тоже разворачива ется на такой же угол, как и основное зеркало 7, а следовательно, световой указатель 16 перемещается по шкале 3 на определенное число делений и показывает величину изменения давления. В начале работы, когда световой указатель 16 на шкале 3 находится на нулевой отметке, световой указатель 17 на дополнительной шкале 4 образует один из лучей В, а именно тот,который отражается от зеркальной поверхности 13 призмы 11, параллельной зеркальной грани 15 дополнительного зеркала 14. При этом световые лучи В; , В,.2 , ..., BN при отражении от зеркальных поверхностей 13 других призм 11 находятся за предела ми дополнительной шкалы 4 и разверну ты один относительно другого на угол 4 Z, где Z - число отражений луча В; от зеркальных поверхностей 13 и 15. Число N призм 1 1 и угол их разворота 4 J а также размеры L дополнительного зеркала 14 и его расстояние h от основного зеркала 7, а также угол 63 (угол между основным зеркаЛо 7 и лучом В в нерабочем положении) выбираются из следующих условий (L, h, 9а однозначно определяют число от ражений Z). 354 Чтобы при последнем отражении лучи BJ были направлены в направлении дополнительной шкалы 4 необходимо, чтобы Z быпо нечетным числом. Необходимо также, чтобы за то.время, когда отраженный от основного зеркала 7 световой указатель 16 от луча А при повороте основного зеркала 7 пройдет определенный участок шкалы 3 (например, одно деление), световой указатель 17 от одного из лучей В. прошел всю дополнительную шкалу 4, и к тому моменту когда световой указатель 17 от луча Б i выйдет за пределы дополнительной шкалы 4, на нулевой отметке шкалы 4 снова появляется световой указатель 17 от следующего луча В . Это условие ньшолняется, если &Ч F/n, где F - предельный угол поворота основного зеркала 7, соответствующий перемещению светового указателя 16 из нулевого -положения на шкале 3 до максимального значения, п - число разбиений шкапы 3 на деления, а количество призм 11 при этом N (для примера на фиг.2 ). Таким образом, при такой конструкции оптического блока 9, при развороте основного зеркала 7 на л Ч от нулевого положения, та зеркальная поверхность 12 призмы 11, которая была параллельна дополнительному зеркалу 14, поворачивается тоже на угол 6 а луч В. , отражающш1ся от нее, поворачивается на угол Ч и перемещает световой указатель 17 на дополнительной шкале 4 из нулевого положения в конец дополнительной шкалы 4. Таккак следующая зеркальная поверхность 13 другой призмы 11 развернута относительно предьщущей на угол д1/, она занимает положение параллельное дополнительному зеркалу 14, а луч В-4.дает световой указатель 17 снова в нулевой отметке дополнительной шкалы 4 и т.д.

16

. ОПТИЧЕСКИЙ ИЗМЕРИТЕЛЬ ДАВЛЕНИЯ, содержащий источник света, измерительную шкалу и оптическую систег у, выполненную в виде последовательно расположенных на-оптической оси конденсора, отражателя, диафрагмы и измерительного элемента в виде упругой мембраны, соединенной с подвижной системой, на которой установлено зеркало, отличающ и и с я тем, что, с целью повьшения точности измерения и расширения диапазона измеряемых величин, он снабжен дополнительными шкалой, зеркалом и оптическим блоком, жестко соединенным с основным зеркалом и оптически связанным с дополнительным зеркалом и дополнительной шкалой, при этом оптический блок выложен в виде идентичных зеркальных призм, расположенных ступенчато по высоте с равномерным угловым смещением относительно оси вращения основного зеркала, перпендикулярно его зеркаль(Л ной плоскости, при этом поверхности призм, параллельные этой плоскости, выполнены непрозрачными.

S О 7

фиг. 2

фиг. 1

75

/

фиг. 3