Пьезооптический динамометр Советский патент 1977 года по МПК G01L1/16 

Изобретение относится к силоизмер-ительной технике и может быть использовано для измерения сил в динамике и статике. Известные пьезооптические динамометры, содержащие последовательно расположенные излучающий светодиод, подключенный к генератору переменного напряжения, поляризатор, фазосдвигающую пластинку, чувствительный элемент, апализатор и фотоприем№ш, обладают недостаточной точностью из-за изменения чувствительности рабочего фотоприемника вследствие его прогрева изменивП1ИМСЯ фототоком и из-за влияния температуры окружающей среды. Иредлагаемый динамометр позволяет повысить точность, благодаря тому, что он снабл ;ен дополнительными аветодиодом и расположенным на пути его света поляризатором, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации основного поляризатора, при этом светодиоды подключены к генератору через потенциометр во взаимно противоположной полярности. На фиг. 1 приведена схема динамометра; на фиг. 2 - временные диаграммы параметров динамометра; на фпг. 3 - зависимость от измеряемой силы амплитуды импульсов света, поступающих на фотоприемник. Пьезооптический динамометр содержит светодиоды 1 к 2, поляризаторы 3 и 4, фазедвигающую пластинку 5, чувствительный элемент 6, анализатор 7 ,и фотопрнемник 8. В состав электронной аппаратуры, соединенной с динамометром линией связи, входят генератор 9 прямоугольных импульсов, полосовой усилитель 10, фазочувствительный детектор // и потенциометр 12. Плоскости поляризации поляризаторов 3 и 4 составляют с направлением измеряемой силы Р углы +45° и -45° соответствепно. Анализатор 7 установлен скрешенно к поляризатору 4. Фазосдвигающая пластинка 5 изготовлена из материала, имеющего собственное двулучепреломление, и направление оси наибольшей скорости ее совпадает с направлением измеряемой силы, а предварительный сдвиг фаз составляет 90°. Светодноды / и 2 через потенциометр 12 подключены во взаимно противоположной полярности к генератору 9 прямоугольных импульсов. Детали 3, 4, 5, 6 и 7 расположены по ходу лучей вплотную одна к другой (на фиг. 1 эти детали условно разнесены). Работает динамометр следующим образом. Светодиоды / и 2 излучают имиульсы света Ф) и 02 поочередно в зависимости от знака импульса и,,,„ генератора 9 (см. фиг. 2а, б). СиетоБой поток светодиода 1, пройдя поляризатор 3, становится линейно-поляризованным, а фазосдвигающая пластинка 5 образует его в циркулярно поляризованный с правым вращением.

Аналогично светово й поток светодиода 2 на выходе фазосдвигающей пластинки 5 становится циркулярно поляризованным, но с левы-м вращением. Далее, пройдя чувствительный элемент 6, световые потоки поступают в анализатор 7, выделяющий из них составляющие, параллельные его плоскости поляризации, которые и засвечивают фотоприемпик 8. Потенциометр 12 установлен в такое положение, что при отсутствии нагрузки па чувствительный элемент 6 уровень светового потока Фо, поступающего на фотоприемиик 8, при свечении того или дрзтого светодиодов одинаков (точка А фиг. 3; участок I, фнг. 2 г).

Таким образом, сигнал фотоприемни/ка 8 содержит только постоянную составляющую и узкие пики, первая гармоника которых равна задвоенной частоте генератора 9. Эти сиг.лалы не лропуокаются полосовым усилителем 10 и на выходе динавдометра нет сигнала (участок I фиг. 2е). При нагружени1И чувствительного элемента 6 измеряемой силой АР в нем создается фазовый сдвиг Да, который алгебраически сумМИруется с фазовым сдвигам «0, создаваемым фазосдвигающей пластинкой 5. Вследствие этого уровень светового потока на входе фотоприемнЕка 5 возрастает на АФ во время излучения светодиода / и уменьщается на АФ во время излучения светодиода 2, и на выходе фотоприемпика появляются переменная составляющая на основной частоте, а на выходе детектора // постоянный сигнал t/вых, пропорциональный измеряемой силе АР (участок И фиг. 2 д н е). При изменении знака силы меняются на противоположные фазы переменной составляющей фотоприемника Af/ф и знак выходного сигнала

выхДинамометр не имеет погрешности, связанной с прогревом фотоприемника собственным фото-током, при ступенчатом изменении силы АР, так как эффективное значение тока фотоприемника от этой силы не зависит (см. фиг. 2 д).

Исключается также дрейф нуля, связанный с изменением темнового тока фотоприемника и изменением чувствительности фотоприемника.

Формула изобретения

Пьезоопти.ческий динамометр, содери ;ащий последовательно расположенные излучающий светодиод, подключенный к генератору переменного напряжения, поляризатор,

фазосдвигающую пластинку, чувствительный элемент, анализатор и фотоприемник, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, он снабжен дополнительными светодиодом и расположенным на пути его света поляризатором, плоскость поляризации которого перпендикулярна плоскости поляризации основного поляризатора, при этом светодиоды подключены к генератору через потенциометр во взаимно противололож.ной полярности.

ппппп

Фг

йф

АФ

N/

п

Фиг. 2

Ф1вт)

,/л

ZD ВО 90 120 150 180

Р.г

О

h

fiP Фи.Ъ