Фотоупругий датчик деформаций Советский патент 1989 года по МПК G01B11/16 

Изобретение относигся к измерительной технике и может быть исполь- зопано при эксперименталi HOM определи-нии де(формаций в деталях маишн и элементах конструкций,

;1елыо изобретения является увеличение диапазона измерения исследуемз1 деформаций.

;1ель достигается введением усилителя-преобразователя сигналов фотоэлектрического преобразователя, двух настроенных на максимальный и мальшлй уровни сигнала компараторов, основного и дополнительного триггеров, четырех логических схем И И дву логических схем ИЛИ, двух дифференциаторов, реверсивно1 О счетчика и ци4 Рового ин;ц1каторного элемента, соединенных между собой так, что при г озрастании нагрузки и периодическом возрастании и убывании сигнала с (}ютоэлектрического преобразователя в счетчике запоминается число максиму мов и минимумов, а при изменении направления нагружения (разгрузке) э го -исло уменьшается на соот- ветствуюцее число максимумов и минимумов сигнала, проГщенных в обратном папр авлении.

На ,1 представлена схема фото- уггругого даг -шкп деформаций; на фиг. 2 - временная диаграгма выходного сигнала с фотоэлектрического преобразователя ,

Фотоупруг ий датчик деформаций содержит источник 1 излучения, излуча- Ю1ияй и приемный волоконно-оптические световоды 2 и 3, закрепленную на конце световодов 2 и 3 обойму 4 с полят ризагором 3 и фазосдви гающими пластинами 6, фотоугфугай чувствительньи элемент 7, предназначенный для установки на участке подготовленной для него зеркапьной отражающей поверхности 8 исследуемого объекта 9, фотоэлектрический преобразователь 10, сое/ц1непный с другим концом приемного светош)да 3, усилитель-преобразователь 11 сигнапов фотоэлектрическо- го преобразователя 10, два настроен- H1.IX на млиикальрплй и максимальный уровни сиг иа;1ОБ усилителя-преобр аз1)- вателя 1I компараторов 12 и 13, вхо- . когорых сок /1ине№1 с выходом усилителя-преобразователя 11, OC:HOBHOJI и пополнительный триггеры 14 и 15, че n.ipt л и ческих cxer. И 16 - 19, ане п()Г1ГЧ(-с-1Л|«; оил Ч.: il. IIl 20 и 2 1 ,

10

15

20

25

938664

на дифференциатора 22 и 23, реверсивный счетчик 24 и цифровой индикаторный элемент 25, прямой и инверсный установочные входы основного триггера 14 соединены соответственно с выходами компараторов 12 и 13, а прямой и инверсный выходы - соответственно с входами первого дифференциатора 22 и первой логической cxeNti И 16, и второго дифференциатора 23 и второй логической И 17, выходы дифференциаторов соединены с вxoдa и первой логической ИЛИ 20, входы второй логической схекы КПИ 21 соединены соответственно с выходами первых двух логических схем И 16 и 17 а ее выход - с одним из установочных входов дополнительного триггера 15, выход первой логической схемз tinH 20 соединен с перВ1 1ми входами тре,ьей и четвертой лог ических схем И 18 и 19, вторые входы логических схем И 18 и 19 соединен соответственно с и инверсным В ходами дополнительного триггера 15, а вь ход}л - с входами сложения и вычитания реверсивного считчика 24, BTOpiiie входы первой и второй логических схем И 16 и 17 соединен. соответственно с выходами компараторов 12 и 13, а выход реверсивного счетчика 24 соединен с цифровь м индикаторным элементом 25,

Устройство работает следую 1Ц1м образом.

Свет от источника 1 излучения (фиг.1) по излучаю1 ;е гу световоду 2 проходит через юляризагор 5 и iona- дает на фотоупругий чувствительнь Й элемент 7, установленный на испытываемом объекте 9, Под действием механических напряжений, дейстБу 0 1щх на фотоупругий чувствитель 1Ь Й элемент 7, в пучке света, отраженном от ОБерхности 8, появляется составляющая излучения, вь 3ванная яалепием фотоупругости, Пройдя через фазосдви- га1а(ие пластины 6, составляющие отраженного светового потока интерферируют, поскольку между этими составляющими имеется оптическая разность хода, пропорциональная механическому на 1ряжению, действуЮ1Цему на фото- 55 упругий чувствительнь Й элемент 7, Отраженный световой поток по приемному световоду 3 поступает на фотоэлектрический преобразователь 10, В фотоэлектрическом преобразователе 10

30

35

45

50

светового потока,

1494866 выхорню до

дящего из приемного световода 3, преобразуется в электрический сигнал. В случае постепенного нагружения ис пь;тываемой детали .электрический сиг- пал на выходе фотоэлектрического преобразователя проходит последовательно ряд экстремумов (фиг.2), Дггя (Облегчения дапьнейшей обработки выходного сигне ша усилитель-преобразователь 11 переводит положительный и отрип,агел ьный экстремумы в сигналы высокого и низкого уровней, которые и поступают на входы двух компараторов 12 и 13. На выходе компаратора

12появляется импул1,с при постижепии максимума входного сигнала, а на выходе компаратора 13 - при достижении минимума. С выходов компараторов 12

13сигналгз поступают па входь, основного триггера 14 RS-типа. Выходные сигналы триггера 14 после днфферелци рования в диф11)еренциагорах 22 и 23 суммируются в первой логической схеме ИЛ1 20 и n(jступают ил один из вхо дон четт(сртой лот Ической cxeNbi И 19, к другому входу 1шторой подключен инве 5С1Ш1й выход дог1ОЛ} и тел 1-ного триггера 15. На этом выходе триггера 15 имеется высокий логический уровень, поэтому импульсы с выхода логической схемы ИЛИ 20 проходят на сумм1-1рую11р1Й вход реверслвного импульсного счетчика 24. Если с выхода одного и того же KOMnapaiopa 12 или 13 поступают подряд два импульса одной полярности, то второй импульс проходит через лог ические схемз И 16 или 17, далее череч логическую схему ШШ 21 поступает на установочный вход дополнительного триггера 15, вызывал переключение последнего, На выходе дополнительного трип ера 15 устанавливается высокий логический уровень, поэтому импульсы с выхода первой логической cxfcNbi ИЛИ 20 проходят через лог ическую схему И 18 и поступают на вычитаюи ий яход реверсивного счетчика 24. Сигнап с выхода счетчика может быть использован как в непосредственном виде для управления дифровым индикаторным элементом, так и дпя дальнейшей обработки информации на ЭВМ.

Таким образом, на выходе счетчика 24 всегда фиксируется количество импульсов, соо гнете I Byioutee количеству полу пери с .-) Т) )й характе

0

5

0

5

0

й

0

5

0

5

ристики, а в конечном счете, уровню механической нагрузки с точностью до ближайшего экcтpe yмa.

По сравнению с прс1 отипом реализация предложенного устройства позволяет значительно снизить стоимость аппратуры для статических испытаний машиностроительных конструкций.

Формула изобретения

Фотоупругий датчик деформадий, содержа1ций источник излучения, иэлу- чаюцр й и приемный волоконно-оптические световоды, закрепленную на конце световодов обойг-г/ с псшяриз атором И фазосдвигаю1(ими пластинами, фотоуп- рупш чувствительн1)П1 элемент, пред- назначенный для установки па участке подготовленной цля него зеркальной отражающей поверхности исследуемого объекта, и фотоэлектрический преобразователь, соединен1Ш1Й с другим кондом приемного световода, о т л и- чающий с я тем, ,что, с целью увеличения диапазон,) измерет1я исследуемых деформаций он снабжен усллите- .neh;-npeo a3OBa гелег с игналов (1ю го- электрического преобразователя, дву- я настроенными на миним;пыш1Й и млк- сималыП1|й уровни сигпгиюв усялителя- преобразователя компараторами, входил когорь х соединены с BLIKCVIOM усилителя-преобразователя, ocHotuibiM и дополнительным триггера, чет1.1рьмя логическими схема.з I, двумя лошчес- схемами ЯПИ, двумя дифференциаторами, реверсивюлм считчиком и цифровым индикатор;п.1М элементом, прямой и инверсный ус1ановочные входы основного триггера соединен}, соот}зетствен- но с выходами компараторов, а прямой и инверсный выходь - соответственно с входами первого дифференциатора и первой логической cxeNbi И и второго дифференциатора и второй логической схег. И, выходы ди(|)ференциаторов соедт,инены с входами первой логической cxeMj ШШ, вход1)1 второй логической , схеьы ИЛИ соединены соответственно с выходами первых двух логических схем И, а ее выход - с одним из установочных входов Д(;пол штельного триггера, выход первой логической схе- Mii ИЛИ соединен с nepabiNni входами третьей и четвертой логических схем И, вторые вход1 1 этих логических схем И соединены соответственно с

и инверсным выходами дополнительного триггера, а выходы - с входами сложения и вычитания реверсивного счетчика, вторые входа первой и второй

логических схем И соединены соответственно с выходами компараторов, а выход реверсивного счеТчика соединен с цифровым индикаторным элементом.

Устройство относится к измерительной технике. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей фотоупругого датчика деформаций за счет увеличения диапазона измерения исследуемых деформаций. Это достигается тем, что он снабжен усилителем-преобразователем 11 сигналов фотоэлектрического преобразователя 10, двумя настроенными на минимальный и максимальный уровни сигналов усилителя-преобразователя 11 компараторами 12 и 13, входы которых соединены с выходом усилителя-преобразователя 11, основным и дополнительным триггерами 14 и 15, четырьмя логическими схемами И 16, 17, 18 и 19, двумя логическими схемами ИЛИ 20 и 21, двумя дифференциаторами 22 и 23, реверсивным счетчиком 24 и цифровым индикаторным элементом 25, соединенными между собой так, что при возрастании нагрузки и периодическом возрастании и убывании сигнала с фотоэлектрического преобразователя 10 в счетчике запоминается число пройденных максимумов и минимумов, а при изменении направления нагрузки в сторону разгрузки это число уменьшается на соответствующее число максимумов и минимумов, пройденных в обратном направлении. Реализация устройства позволяет снизить стоимость аппаратуры для статических испытаний машиностроительных конструкций. 2 ил.