Оптический преобразователь Советский патент 1985 года по МПК G01L5/12 G01L3/12 G01L1/24 

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения крутящего момента, давления или силы при испытаниях машин и механизмов. . Целью изобретения является повышение точности и чувствительности. , На фиг. 1 схематически изображен преобразователь для измерения радиальных нагрузок; на фиг. 2 - преобразователь для измерения скручивающих нагрузок} на фиг. 3 - вид А на фиг. 2; на фиг. 4 - разрез Б-Б на фиг. 2. Оптический преобразователь содержит излучающее 1 и воспринимающее 2 устройства и чувствительный элемент, которьш выполнен в виде двух коаксиально расположенных наружного 3 и внутреннего 4 колец, между которыми размещен и жестко с ними связан, например приклеен, фотоупругий материал 5, изготовленный, например,из монокристаллического арсенида раллия Наружное кольцо имеет удельную жесткость в радиальном направлении, которая превьщ1ает удельнзто жесткость внутреннего кольца 4 для того, чтобы усилие, вызьшакщее деформацию внутре него кольца 4 и фотоупругого материа ла 5, не вызывало деформацию наружного кольца 3. Наружная поверхность 6 внутреннего кольца 4 выполнена зеркальной. Излучающее 1 и воспринимающее 2 устройства расположены в корпусе 7 подуглом, не превьшгающим 180° к зеркальной поверхности 6. Неподвижный корпус 8 кинематически связан через тела качения 8 с чув ствительным элементом, внутреннее .кольцо 4 которого жестко установлено на исследуемом вращаняцемся валу 9. В оптическом преобразователе для измерения скручивающих нагрузок внут реннее кольцо 4 чувствительного элемента жестко связано посредством по крайней мере двух рядов спиц 10 с двумя соосными втулками 1V. Втулки 11 жестко установлены на исследуемом вращающемся валу 9 коаксиально чувствительному элементу. Спицы 10 в каждом ряду установлены с наклоном к радиусу кольца 4, и наклон спиц 10 в одном ряду (фиг. 3) противоположен наклону спиц 10 в другом ряду (фиг.4 для усиления крутящего момента, пере даваемого от исследуемого вала 9 к фотоупругому материалу 5. Наружное кольцо 3 имеет удельную жесткость в радиальном направлении, которая превьшгает удельную жесткость кольца 4 для того, чтобы усилие, вызывающее деформацию кольца 4 и фотоупругого материала 5, не вызывало деформацию наружного кольца 3. При измерении радиальных нагрузок оптический преобразователь работает следукицим образом (фиг. 1). Под действием механических воздействий в осевом направлении, например силы или давления, прикладываемых к валу 9, его диаметр увеличивается. Это приводит в свою очё- . редь к деформации кольца 4 и жестко связанного с ним фотоупругого материала 5. Благодаря тому, что удельная жесткость наружного кольца 3 в радиальном направлении превышает удельнзпо жесткость внутреннего кольца 4, эпюра напряжений распределяется в фотоупругом материале 5 по всей толщине равномерно. Поляризованный луч .света от излучающего устройства.1 -проходит через фотоупругий материал 5, отражается от зеркальной поверхности 6 кольца 4 и попадает в воспринимающее устройство 2. Яркость отраженного луча света зависит от величины механических напряжений, передаваемых от исследуемого вала 9 через кольцо 4 к фотоупругому материалу 5, в котором они распределяются по всей его толщине, т.е. чем большее напряжение возникает, тем большее затухание луча света происходит в фотоупругом материале 5, что и регистрируется воспринимающим устройством 2. При измерении окручиваюпщх нагрузок оптический преобразЪватель работает следующим образом (фиг.2,3 . и 4). Втулки 11 жестко устанавливаются на исследуемом валу 9. Под действием прикладываемого к валу 9 крутящего момента втулки 11 смещаются однаотносительно другой на угол закручивания вала 9. Вслед за втулками 11 смещаются в противоположные стороны концы 12 спиц 10, закрепленные на втулках 11, в то время как концы 13 спиц 10, закрепленные на конце 4, остаются в прежнем положении, так

31201693. 4

как скручиванэдие силы, действующиеторое передаётся на фотоупругий мана кольцо 4, равны по величине итериал 5.

противоположны по направлению. В ре- В дальнейшем работа одтического

зультате .спицы Ю изменяют свой угол преобразователя ничем не отличается

наклона и деформируют кольцо 4, созда-jот работы при -измерении радиальных

вая в нем напряженное состояние, ко-нагрузок.

1. ОПТИЧЕСКИЙ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЬ, содержащий излучатель и приемник света, установленные под углом, не превышающим 180 к зеркальной поверхности чувствительного фотоупругого элемента, установленного на валу, отличающийся тем, что, с целью повьпиения точности и чувствительности, чувствительный элемент выполнен в виде двух коаксиальных колец, меньшее из которых механически связано с валом и между которыми расположен фотоупругий материал, зеркальная поверхность выполнена на наружной поверхности меньшего кольца, а жесткость большего кольца в радиальном направлении больше жесткости меньшего кольца. 2. Преобразователь по п. 1, о тличающийся тем, что, с целью измерения скручивающих нагрузсж механическая связь кольца с залом выполнена в виде двух рядов спиц, связанных соответственно одними конIB цами с внутренней поверхностью меньшего кольца, а другими концами - с двумя соосными втулками, установленными коаксиально валу и кольцами чувствительного злемента, при этом спицы каждого ряда установлены с наклоном в разные стороны относиЮ тельно радиуса вала. Од СО 00

11