Устройство для определения деформаций конструкции Советский патент 1986 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относится к экспериментальному измерению напряжений и дефЪрмаций в конструкциях и деталях машин оптическими методами.

Цель изобретения - повьшение точности определения деформации.

На фиг, 1 показана схема устройст на для определения деформаций конструкции на фиг.2 - модулирующая диафрагма и траектории перемещения крестообразной марки.

Устройство (фиг.1) содержит fl источников 1 света,-п последовательно расположенных датчиков 2 деформации, каждый из которьпс содержит полупрозрачное зеркало 3, приемник 4 света, регистратор 5, узел фокусировки и узел 7 развертки, расположенные последовательно вдоль оптической оси 00 между приемником 4 света и полупрозрачны™ ми зеркалами З , i крестообразных марок 8, расположенных вдоль оптической оси каждого датчика, .. перпендикулярной основной оптической оси 00 между полупрозрачным зеркалом 3 и источником 1 света, блок 9 коммутации, вход которого соединен с приемником 4 света, а выходы соединены с узлом 6 фокусировки, источниками 1 света и регистраторюм 5, в которьй входит измерительная схема и вычислительный блок. Кажд датчик 2 деформации (смещения) жестко крепят на дeфop иpyeмoй конструкции 10.

Приемник 4 света предназначен для измерения линейных смещений по двум координатам в йлоскости, перпендикулярной оптической оси 00 Он имеет модулирующую диафрагму 11 (фиг.2), представляющую собой непрозрачную дисковую пластину с отверстием 12, центр которого совмещен с центром диафрагмы 11 и оптической осью визирования узлов 6 и 7 За модулирующей диафрагмой .11 напротив отверстия 12 расположен чувствительный элемент, например фотоэлектронный умножитель (не показан)

Информация о смещениях из браже- ния крестообразной марки относительно оптической оси 00 и центра модулирующей диафрагмы 11 получается путем измерения времени между импульсами с выхода чувствительного элемента. Так, например, при совмещении оптической оси 00 (фиг.1) с

центром изображения крестообразной марки на зеркале 3 одного из датчиков 2 на модулирующей диафрагме 11 появляется изображение светящейся

крестообразной марки, сканирующей по окружности abed, центр которой совпадает с центром отверстия 12. С чувствительного элемента при этом снимаются электрические сигналы в

виде импульсов с постоянным периодом следования, поскольку скорость сканирования марки берется постоянной, а дуги аЬ, be, cd и da равны мелсду собой. При перемещении датчика 2 и смещении центра марки относительно оси 00 , а центра круговой траектории из точки А в А (фиг.2), временные интервалы между импульсами изменяются, По ним определяют дефорнации (смещения) датчиков 2. Размеры крестообразной марки выбирают в зависимости от ожидаемых деформаций конструкции 10 и перемещения датчиков 2 от исходного положения.

При любых деформациях конструкции

10сканирующая марка должна проходить всеми ветвями через отверстие 12.

Узел 7 развертки, создающий круговую развертку изображения крестообразной марки (фиг.2) на модулирующей диафрагме 11, выполнен, например , в виде вралщакщегося оптического клина.

Узел 6 фокусировки предназначен для фокусирования изображения крестообразных марок с полупрозрачных ;зеркал 3 на модулирующую диафрагму

11и представляет собой либо

узел со сменньа и линзами, либо узел с линзой, перемещающейся вдоль оптической оси. В обоих случаях смена линз или ее перемещение осуществляется электромеханическим исполнительник устройством (не показано), которое управляется сигналом с выхода блока 9 коммутации.

Блок 9 коммутации обеспечивает . циклическую последовательную комкутацию напряжений питания источников 1 света, датчиков 2, коммутацию сигнала, управлякнцего электромеха- ,ническим исполнительным устройством последовательной настройки узла 6

фокусировки, и йоследовательную

коммутацию сигналов с чувствительного элемента приемника 4 света на вход регистратора 5.

Устройство работает следукщим образом.

Перед измерениями производится начальная установка датчиков 2|;,: смещения приемника 4 света, узлов 6 и 7. В исходном состоянии при отг сутствии деформации исследуемой конструкции 10 они должны быть выставлены так, чтобы оптические оси

приемника света и узлов 6 и 7 сов- .падали, а их общая ось проходила

через зеркала 3 датчиков 2 смещения. При зтом полупрозрачные зеркала 3 устанавливаются так, чтобы центры изображения крестообразных марок каждого датчика смещения на собственном зеркале 3 совпадали с оптической осью приемника 4 света.

При включении блока 9 коммутации включается источник 1 света первого датчика 2 смещения и крестообразная марка 8f засвечивается на

зеркале 3. Одновременно сигналом с блока 9 узел 6 фокусировки устанавливается в положение, при котором на модулирующей диафрагме 11 образуется четкое и заданных размеров изображение крестообразной марки 3,. Узел 7 развертки обеспечивает сканирование светящейся марки на модулирующей диафрагме 11 (фиг.2), за счет чего образуется информация в виде временных интервалов о смещении центра марки относительно оптической оси 00 .

При деформации исследуемой конструкции 10 в точке, где расположен датчик 2, зеркало 3, с изображением крестообразной марки 8 смещается от оптической оси 00 и окружность развертки светящейся марки 8 сместится относительно центра модулирующей диафрагмы 11. Изменяются временные интервалы между импульсами на выходе чувствительного элемента приемника 4 света, по которым с помощью измерительной схеюа и вычислительного блока определяют деформации в данном месте конструкции 10. Затем блоком коммутации отключается источник 1f света датчика 2 и включается источник 1 f света второго датчика 2. Одновременно сигналом с блока коммутации изменяется фокусировка блока 6 и он воспроизводит

на диафрагме 11 марку 8(. Информация о перемещении датчика 2j через

2166424

блок 9 коммутации и измерительную схему поступает на вычислительный блок регистратора 5. Последовательно блок 9 коммутации включает источ- 5 НИКИ 1 света всех датчиков 2 смещения, обеспечивает изменение фокусировки узла 6 и передачу информации с приемника 4 света на измерительную схему и вычислительный блок 10 регистратора 5. После окончания очередного цикла работы блока 9 коммутации и всего устройства начинается следующий цикл опроса от первого до И -го датчиков смещения.

20

30

Использование в предлагаемом устройстве в качестве базы отсчета деформации исследуемой конструкции оптической оси вместо лазерного луча позволяет исключить погрешность измерений, связанную с дрейфом и флуктуациями луча лазера, и тем самым повысить точность измерений. Выполнение датчика смещения - в виде крестообразной марки, пропускающей свет на полупрозрачное зеркало в заданный промежуток времени цикла измерений, и равномерное сканирование марки по модулирующей диафрагме, также позволяет повысить точность измерений.

Формула изобретения

Устройство для определения де5 формаций конструкции, содержащее источник света, П последовательно расположенных датчиков деформации, каждый из которых содерясит полупрозрачное зеркало, приемник света и

регистратор, отличающееся тем, что, с целью повьвения точное- ;. ти определения, оно снабжено узлом фокусировки и узлом развертки в виде оптического клина расположенны5 ми последовательно вдоль оптической оси между приемником света и полупрозрачными зеркалами, дополнитель- ными и -1 источниками света и кресто- образньв4И марками, расположенными

0 вдоль оптической оси каждого датчика, перпендикулярной основной оптической оси, ыежяу полупрозрачным зеркалом и источником света, и блоком коммутации, вход которого соеди5 нен с приемник т света, а выходы

соединены с узлом фокусировки, источ - никами света и регистратором.

J/

Изобретение относится к экспериментальному определению напряжений и деформаций в конструкциях и деталях машин оптическими методами. Устройство позволяет повысить точность определения деформаций. Для этого устройство снабжено узлом фокусировки, узлом развертки в виде оптического клина, расположенными последовательно вдоль оптической оси между приемником света и полупрозрачными зеркалами, источниками света и крестообразными марками, расположенными вдоль оптической оси каждого датчика, перпендикулярной основной оптической оси, между полупрозрачньы зеркалом и источником света и блоком коъсмутации, вход которого соединен с приемником света, а выходы соединены с узлом фокусировки, источниками света и регистратором. 2 ил.

11

12

Составитель Б,Кастратов Редактор Н.Егорова Техред М.Пароцай . Корректор С.Шекмар

Заказ 993/51 Тираж 671Подписное

1 ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4