Устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала Советский патент 1990 года по МПК G01L3/08 

-4

Изобретение относится к силоизмерительной технике и может быть использовано при снятии механических характеристик приводов. Целью изобретения является повышение точности. Световой поток от источника света, пройдя через диафрагму 14 в кольце 6, после многократного отражения от зеркальных поверхностей колец 6 и 7 попадает на светоприемный торец волоконного световода 4 и, пройдя по световоду 4, поступает через его два выходных торца в оптические коллимирующие элементы. Пучок параллельных лучей из одного оптического коллимирующего элемента 9 попадает на полупрозрачное окно в отражателе 12 и частично проходит через него в виде пучка Г₁, а частично, после многократного отражения в щели из зеркальных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки 10, выходит из нее в виде пучка Г₂. Пучок параллельных лучей Г₃ из другого оптического коллимирующего элемента располагается под некоторым углом по отношению к пучку Г₁. Все три пучка расположены в одной плоскости и при вращении вала 1 поочередно возбуждают импульсы в фотоприемнике 3. Под воздействием крутящего момента происходит взаимный поворот зеркальных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки, что приводит к изменению расположения пучка Г₂ относительно пучков Г₁ и Г₂ и соответственно к изменению фазового положения импульса от пучка Г₂ в фотоприемнике 3. 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

СП 1

Ј

ных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки 10, выходит из нее в виде пучка Г4. Пучок параллельных лучей Г из другого оптического коллимирующего элемента располагается под некоторым углом по отношению к пучку Г(. Все три пучка расположены в рчмй плоскости и при вращении вала 1 пс j 1ередно возбуждают импульсы в фоИзобретение относится к силоизме- рительной технике и может быть использовано при снятии механических характеристик приводов.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 представлено устройство, общий вид; на фиг. 2 - разрез А-А на фиг Л; на фиг. 3 - разрез Б-Б на фиг.1; на фиг. 4 - оптическая схема прохождения лучей; на фиг. 5 - временная диаграмма работы устройства.

Устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала содержит упругий вал 1,источник 2 света ифотопри- емник 3, установленные на неподвижном основании, волокойный световод 4, кронштейн 5, кольцо 6, выполненное с внутренней цилиндрической зеркальной поверхностью, установленное на основании концентрично кольцу 7, закрепленному на упругом валу 1 и выполненному с внешней цилиндрической зеркальной поверхностью, заподлицо с которой установлен светоприемный то1- рец волоконного световода 4, который разделен на две ветви, концы которых снабжены оптическими коллимирующими элементами 8 и 9, плоский зеркальный отражатель,выполненный в виде кольцевой втулки 10 с плоской зеркальной гранью 11, второй плоский зеркальный отражатель 12, выполненный с полупрозрачным окном 13 и установленный напротив и параллельно зеркальной грани 11 кольцевой втулки 10, закрепленной на упругом ралу 1. Зеркальные поверхности грани 11 и отражателя 12 образуют плоскую щель, параллельную оси вала 1. Отражатель 12 закреплен на кронштейне 5, который установлен на упругом валу 1 на заданном осевом расстоянии от кольцевой втулки 10 таким образом, что учатоприемнике 3. Под воздействием крутящего момента происходит взаимный поворот зеркальных поверхностей отражателя 12 и грани кольцевой втулки, что приводит к изменению расположения пучка Г2 относительно пучков Г и Г4 и соответственно к изменению фазового положения импульса от пучка Г2 в фотоприемнике 3. 1 з,п. ф-лы, 5 ил.

0

5

0

5

0

5

0

5

сток упругого вала 1, между втулкой 10 и кронштейном 5 образует измерительный торсион.

На наружную поверхность кольцевой втулки с обеспечением возможности оптической связи с фотоприемником 3 выведен конец одной ветви свето- волоконного световода 4, снабженный оптическим коллимирующим элементом 8. Другой коне.ц световолоконного световода 4, снабженный оптическим коллимирующим элементом 9, выведен на зеркальную грань 11 кольцевой втулки 10 с обеспечением возможности оптической связи с фотоприемником 3 через полупрозрачное окно 13 в отражателе 12. В кольце 6 выполнено радиальное отверстие 14, выполняющее роль диафрагмы, напротив которого размещен источник 2 света. Фотоприемник 3 подключен к измерительной схеме 15.

Оптические коллимирующие элементы 8 и-9, выполняющие роль линз, формирующих пучок параллельных лучей, могут быть выполнены, например, из граданов, т.е. градиентных световых волокон с длиной, равной 1/4 длины волны излучения источника 2 света.

Устройство для измерения крутящего момента вращающегося вала работает следующим образом.

Световой поток от источника 2 света, пройдя через диафрагму 14 в кольце 6, образует расходящийся пучок лучей,- падающий на наружную зеркальную поверхность кольца 7, при этом освещается участок АВ поверхности кольца 7 (фиг,2). Отраженный от поверхности кольца 7 световой поток падает на внутреннюю зеркальную поверхность кольца 6 и отражается обратно к поверхности кольца 7, засвечивая на ней участки СА и ВД, т.е.

51

увеличивая засвеченную поверхность. Отраженные от засвеченных участков световые потоки при дальнейшем много кратном отражении от зеркальных поверхностей колец 6 и 7 обеспечивают полную засветку наружной поверхности кольца 7. Световое излучение попадает на светоприемный торец волоконного световода 4 и, пройдя по световоду 4, поступает через его два выходных торца в оптические кол- лимирующие элементы 8 и 9 (фиг.З).

Пучок параллельных лучей из оптического коллимирующего элемента 9 падает на полупрозрачное окно 13 в отражателе 12, которое выполняет роль светоделительного элемента. При этом часть Г исходного пучка лучей проходит через полупрозрачное окно 13, а вторая часть, претерпев многократное отражение в щели из зеркальных поверхностей отражателя 12 и грани 11 кольцевой втулки 10 выходит из нее в виде самостоятельного светового пучка Г2 (см. фиг.З).

Пучок параллельных лучей Г из оптического коллимирующего элемента 8 располагается под некоторым углом q по отношению к пучку Г . Все три пучка Г, ,Г и Г-j - расположены в одной плоскости и при вращении вала 1 поочередно возбуждают импульсы в фотоприемнике 3 (см. фиг.5). Фазовое расположение этих импульсов в отсутствии крутящего момента определяется только конструктивными параметрами устройства. Под воздействием крутящего момента участок вала 1 между кронтшейном 5 и кольцевой втулкой 10 испытывают деформацию кручения, вследствие чего произойдет взаимный поворот зеркальных плоскостей отражателя 12 и грани 11 кольцевой втулки 10, что вызовет угловое смещение пучка Г2 лучей относительно пучков Г4 и 1 .

Это смещение определит изменение фазового - положения импульса от пучка Гз. относительно импульсов от пучков Г, и FJ, которое пропорционально

5714406

величине крутящего момента и не зависит от частоты вращения вала 1.

0

5

0

5

0

5

0

5

0

Формула изобретения

2

Г4

Фиг. В

Составитель А. Амаханов Редактор А. Долинич Техред М.Дидык Корректор С.Шевкун

1505

Тираж 469

Kvn-ШИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж--35, Раушская наб., д. 4/5

б-В

фиг. 4

Подписное