ФОТОУПРУГИЙ ДИНАМОМЕТР Советский патент 1972 года по МПК G01L1/24 

Изобретение относится к области измерительной техники и может быть иснольадсано для измерения малых сил в микроманомст;к1х, гравиметрах, акселерометрах и других ириборах.

Известные фотоунругие динамометры, содержащие источник света, конденсор, светоделительную систему, нейтральный оптический клин, модулятор, поляризатор, чувствительный элемент, анализатор, собирающую систему, объектив и фотоприемник, обладают малой чувствительностью и нелинейностью характеристики.

Предлагаемый динамометр отличается тем, что в нем чувствительный элемент выноллен в виде консольной балки, на боковых новерхностях которой вблизи заделки закреплена непрозрачная маска с вырезами, распололчен.млмн по обе стороны от нейтральной оси балки, а на ее свободном конце закренлена катушка магнитоэлектрического преобразователя, которая соединена через усилитель, фазовый де-ектор, фильтр и измерительный прибор с сЬэгоприем ни ком.

Такое выполнение устройства повышает точность измерения, улучщает линейность характеристики и уменьшает чувствитель.;Г,сть к неизмеряемым компонентам силы.

в качестве которого быть использована, например, ламна накаливания, расположенный перед линзовым конденсоро.м 2. За последннм на путн света помещена нрнзма 3 с двумя зеркальными гранями. По обеим сторонам этой прнзмы расположены два зеркала 4 и 5. Призма 3 н два зеркала образуют светоделительную С1стему. Па пути одного из лучей света от зеркала 4 помещен нейтральный онтический клин 6. Далее по ходу света расноложен механическнй прерыватель света - модулятор 7, прорези которого расположены в два ряда в шахматном порядке, полярнзатор 8 н чувствительный элемент 9 в виде

консольной балкн, установлениой целиком или, в крайнем случае, в просвечиваемых участках из твердого прозрачного материала, обладающего значительной фотоунругостью. Па чувствительном элементе 9 вблизи заделкн закреплена ненрозрачная маска 10 с двумя выpeзa и, расположенными на нериферийных участках балки по разные стороны от ее нейтральной оси. За чувствительным элементом 9 размещен анализатор //, в качестве которого может быть использовап такой же поляроид, как н поляризатор 8. Анализатор // и поляризатор 8 установлены так, что их нлоскости поляризации взаимно перпендикулярны. Далее на пути лучей света размещена собирасположенных так, что оба луча направляются в объектив 14, в плоскости изображения которого находится фотоприемннк 15. Фотоприемник соединен через усилитель 16, фазочувствнтельный детектор 17, фильтр 18 низких частот и измерительный прибор 19 с атушкой 20 магиитоэлектрнчсского преобразователя 21. К свободпому концу элемента 9 прикреплены три винтовые пружины 22-24. Ось пружнны 22 совпадает с осью чувствительного элемента, а оси пружпн 23 и 24 параллельны направлению измеряемой силы F. Пружины снабжены натяжными устройствами 25-27. С модулятором 7 механически связан генератор 28 опорного напряжения, выход которого соединен с фазочувствительным детектором 17.

Динамометр работает следующим образом.

Свет, излучаемый источником 1, собирается конденсором 2 и нанравляется на призму 3, где разхТ,еляется на два луча Л и нримерио одинаковой интенсивности. Эти лучи после отражения от зеркал 4 и 5 нанравляются в модулятор, где поочередно прерываются враща1он1.имся диском модулятора 7 так, что в каждый момент времени дальше проходит только один из них. Проходя через поляризатор 8, свет становится плоскополяризованным. Затем луч А проходит через участок чувствительного элемента 9, располол енный выше его нейтральной оси, а луч Б - через участок, расположенный в том же поперечном сечении ниже нейтральной оси симметрично первому. В чувствительном элементе, нагруженном измеряемой силой F, каждый из лучей (например, луч А) распадается на два, имеюш,их взаимно перпендикулярные плоскости поляризапии. Эти лучи распространяются в чувствительном элементе с разной скоростью, благодаря чему на выходе из пего имеют некоторую разность хода. Разность хода в конечном счете пропорциональна измеряемой силе F. Анализатор 11 выделяет из компонент каждой пары лучей составляющие, параллельные его плоскости поляризации, которые являются когерентными лучами. В результате интерференции этих лучей после анализатора интенсивность верхнего (А и нижнего (Б) лучей зависит от силы Р. Эта зависимость имеет наибольшую крутизну при некотором начальном напряжении в фотоупругом материале, создаваемом натяжением пружины 22. После анализатора верхний и нижний лучи зеркалами 12 и 13 направляются в объектив, который фокусирует их на фотоприемник. При различной интенсивности этих лучей фотоприемник выдает переменный сигнал на частоте модуляции. При наличии некоторого начального нанряжения в чувствительном элементе приложение измеряемой силы приводит к тому, что интенсивность одного из лучей уменьшается, а другого увеличивается. На выходе фотоприемника нолвляется переменный сигнал, частота которого равна частоте модуляции. При помощи нейтрального оптического клина величины световых потоков обоих лучей предварительно ьыравниваются так, что в отсутствии измеряемой силы с фотонриемника не поступает переменной составляющей сигнала.

Выходной сигнал фотоприемника через полосовой усилитель, фазочувствительный детектор, фильтр, отсеивающий несущую частоту, и измерительный прибор подается на катушку магнитоэлектрического преобразователя. Ток в преобразователе, взаимодействуя с полем постоянного магнита, создает на катушке силу, которая оказывает на балку воздействие, уменьшающее почти до нуля изгибающий момент в просвечиваемом сечении.

Таким образом, выходной сигнал, регистрируемый амперметром, пропорционален измеряемой силе. Для выравнивания начальных напряжений в обоих просвечиваемых участках служат пружины 22 и 23.

Предмет изобретения

Фотоупругий динамометр, содержащий источник света, конденсор, светоделительную систему, нейтральный оптический клин, модулятор, поляризатор, чувствительный элемент из фотоупругого материала, анализатор, собирающую систему, объектив и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности измерения, в нем чувствительный

элемент выполнен в виде консольной балки, на .боковых новерхностях которой вблизи заделки закреплена непрозрачная маска с вырезами, расположенными по обе стороны от нейтральной оси балки, а на ее свободном

конце закреплена катушка магнитоэлектрического преобразователя, которая соединена через усилитель, фазовый детектор, фильтр и измерительный прибор с фотонриемником.