Устройство для измерения скорости вращения

 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения скорости вращения вала. Целью изобретения является снижение погрешностей измерений за счет получения аналогового выходного сигнала и уменьшения влияния вибраций. На вращающемся валу 4 закреплен источник магнитного поля 8, между полюсами установлено зеркало 7, выполненное из магнитомягкого материала. В центр зеркала 7 направляется луч света от источника 1 света через поляризатор 2. Отраженный от зеркала 7 свет регистрируется фотоприемником 5, соединенным выходом с частотомером 6. При вращении вектора намагниченности в плоскости зеркала 7 на частоте вращения вала 4 и соединенного с ним источника магнитного поля 8 наблюдается эффект Керра, приводящий к модуляции интенсивности отраженного от зеркала света. При этом частота модуляции будет пропорциональна скорости вращения вала 4. 2 ил., 5 з.п.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)4 G Oi Р 3/36

ГОСУДАРСТНЕННЬ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗСБРЕТЕКИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4241671/24 — 10 (22) 06.05.87 (46) 23.04.89. Вюл. - 15 (71) Всесоюзный научно-исслецовательский институт телевидения и радиовещания и МГУ им. М.В.Ломоносова (72) В.Л.Грибков, В.А.Лысков, А.С.Мкртумов, 10.И.Чернятин и Г,С.Кринчик (53) 531.776 (088.8) (56) Патент СИА Р 4387785, кл. 181-142, G 01 P 3/48, 1983.

Авторское свицетельство СССР

Ф 1023239, кл. G 01 P 3/36, 1980. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВРАЩЕНИЯ (57) Изобретение относится к измерительной технике и может быть исполь-. зовано для измерения скорости вращения вала, Целью изобретения является снижение погрешностей измерений за

„„SU,» 3474552 А1 счет получения аналогового выходного сигнала и уменьшения влияния вибраций. На вращающемся валу 4 закреплен источник магнитного поля 8, между полюсами установлено зеркало 7, выполненное из магнитомягкого материала. В центр зеркала 7 направляется луч света от источника 1 света через поляризатор 2. Отраженный от зеркала 7 свет регистрируется фотоприемником 5, соединенным выходом с частотомером 6. -При вращении вектора намагниченности в плоскости зеркала 7 на частоте вращения вала 4 и соединенного с ним источника магнитного поля 8 наблюдается эффект Керра, приводящий к модуляции интенсивности отраженного от зеркала света. При этом частота модуляции будет пропорциональна скорости вращения вала 4.

5 з и. ф лы, 2 ил.

1474552

Изобретение относится к измерительной технике и.может быть использовано для измерения угловой скорости вращейия вала.

Цель изобретения — снижение пог5 решности измерений за счет получения аналогового выходного сигнала и уменьшения влияния вибраций.

На фиг. i приведена схема устройства с вращающимся зеркалом; на 10 фиг. 2 — то же, с неподвижным зеркалом.

Устройство (фиг. 1) содержит оптически связанные и последовательно расположенные источник 1 света, поля- 15 ризатор 2, выполненное из ферромагнитного материала зеркало 3 и закрепленное на вращающемся валу 4, фотоприемник 5 и соединенный с ним частотомер 6. Зеркало 3 намагничено до 20 насыщения параллельно его поверхности и выполнено из магнитотвердого материала.

Устройство (фиг. 2) содержит оптически связанные и последовательно расположенные источники 1 света, по» ляризатор 2, неподвижное, выполненное из магнитномягкого материала зеркало 7, фотоприемник 5 и соединенный с ним частотомер 6, Источник 8 магнитного .поля 8 закреплен на вращающемся валу 4.

Между зеркалом 3(7) и фотоприемником 5 может сыть установлен анализатор (не приведен). Источник 8 магнитного поля может быть выполнен как источник постоянного магнитного поля или как источник вращающегося магнитного поля. Угол падения света на зеркало 3(7) не равен 0 и 90 40

При равномерном вращении вектора намагниченности в плоскости зеркала на частоте вращения наблюдаются экваториальный эффект Керра (ЭЭК), меридианальный эффект Керра (МЭК) и ме- 45 ридиональный интенсивностный эффект

{МИЭ). ЭЭК определяется проекцией намагниченности, перпендикулярной плоскости падения света, и проявляется в изменении амплитуды и фазы 50 отраженной p BQJIHbI (при р †поляризац электрический вектор параллелен, при

S-поляризации — перпендикулярен плоскости падения). МЭК пропорционален проекции намагниченности, парал- 55 лельной плоскости падения света, и приводит к повороту плоскости поляризации и появлению эллиптичности-в отраженном свете. МИЭ также опреде2 ляется компонентой намагниченности, параллельной плоскости падения, но приводит к изменению интенсивности отраженного света и наблюдается, если плоскость поляризации падающего света занимает промежуточное положение между р- и S — поляризациями.

В общем случае регистрируемый полезный gèãíàë, возникающий вследствии каждого из указанных эффектов, состоит из двух гармонических составляющих, сдвинутых по фазе на Г/2.

Поэтому необходимо использовать одну из двух схем магнитооптических измерений, реализующих либо регистрацию ЭЭК при подавлении второй группы эффектов, либо регистрацию МЭК при подавлении ЭЭК. Для измерения

ЭЭК достаточно одного входного поляризатора, установленного на р-компоненту. В этом случае МЭК и МИЭ наблюдаться не будут.

В отличие от МЭК и МИЭ ЭЭК может . быть измерен в неполяризованном свете.

Для измерения МЭК помимо входного поляризатора необходим дополнительный анализатор, установленный на пути отраженного луча. Чтобы исключить вклад ЭЭК, достаточно ориентировать входной поляризатор на В-компоненту.

При этом регистрируемое изменение интенсивности прошедшего анализатор света будет максимальным, если анализатор под углом A=7/4 к плоскости падения света. Если азимут анализатора близок к нулю (A« 1), то это приведет к увеличению относительного изменения интенсивности света, вызванного керровским поворотом плоскости поляризации, и, следователь— но, отношения сигнал/шум. Но в этом случае возрастает погрешность изменений, обусловленная появлением квадратичного по намагниченности изменения интенсивности.

Устройство работает следующим образом.

Узкий высокопараллельный световой пучок от.источника 1 (фиг. 1) проходит через поляризатор 2, ось пропускания которого ориентирована параллельно плоскости падения света, и падант, например, под углом 10 — 80 о на центральную часть поверхности намагниченного зеркала 3, закрепленного на вращающемся валу 4. Отраженный от зеркала луч попадает на фотоприемник 5. В цепи фотоприемника вследст1474552.вие ЗЭК возникает переменная составляющая, частота которой равна искомой скорости вращения вала и измеряется частотомером 6. При этом шероховатость микротрешины, загрязнения поверхности зеркала, а также биения оси вращения вала и диафрагмирование светового пучка зеркалом приводят к паразитнай модуляции интенсивности отраженного от вращающегося зеркала света, и, следовательно, фототока °

Чтобы их исключить, в устройстве, представленном на фиг. 2, использу. ется неподвижное относительно светового пучка зеркало 7, выполненное из магнитномягкого ферромагнетика, которое намагничивается до насыщения источником 8 магнитного поля, закрепленным на вращающемся валу.

Для определения вращения в рассмотренном устройстве на валу закрепляется источник вращающегося магнитного поля, например, две взаимно перпендикулярные катушки Гельмгольца, в которых амплитудные значения напряженности синусоидального поля устанавливаются равными, а относительный сдвиг фазы — равным 7! /2. В качестве источника вращающегося магнитного поля может быть использован также, например, дополнительный электродвигатель, на валу которого установлен источник постоянного поля.

Если установить частоту Йн вращения вектора магнитного поля относительно вала больше частоты Г„ вращения вапа,то согласно правилу сложения скоростей вектор поля, а следовательно, и вектор намагниченности зеркала, будут вращаться относительно неподвижной системы координат, связанной со световым пучком с частотой

f „ + f если направления вращения вектора поля и вала совпадают, и с частотой f = 2 н — f x если они вращаются в противоположных направлениях. Регистрируют частоту f изменения интенсивности отраженного от зеркала света и, поскольку частота fq и направление вращения поля считаются известными, определяют частоту f„ и направление вращения вала по величине и знаку разности частот М = f — f „ .

В устройстве освещается центральная часть зеркала, т.е. фокусируется в точке пересечения оси вращения вала с плоскостью зеркала. Так.как световой пучок может быть сфокуси рован до размеров порядка 1 мкм, то и зеркало может иметь такие размеры.

Таким образом используеиьж для изt мерения скорости вращения датчик— ферромагнитное зеркало, например, тонкая пленка ферромагнитного металла, напыпенная на стеклянную подложку, характеризуется малыми размерами и массой. Следовательно, установка датчика не нарушает балансировку вала ° Кроме того, датчик может быть изготовлен путем напыления непосредственно на торцовую часть вала. В этом случае собственно датчик, например, размером 100i100 1 икм .1 имеет массу 10 г.

Наконец, на выходе устройства получается аналоговый выходной сигнал, что позволяет измерять скорость вращения вала внутри оборота с повышенной точностью.

25 Формула изобретения

1. Устройство для измерения скоро; сти вращения, содержащее оптически согласованные источник света, зеркало, связанное с вращаю щлмся валам, и фотоприемник,а также блок регистрации, подключенный к выходу фотоприемника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью снижения погрешности измерений за счет уменьшения

35 влияния вибраций, в него введены поляризатор, установленный на пути светового пучка между источником света и зеркалам, а зеркало выполнено

40 из ферромагнитного материала, намагниченного до насыщения его поверхности, при этом угол падения света на зеркало задается неравенством 0« 90.

2. Устройство по п. 1, о т л и45 ч а ю щ е е с я тем, чта,в него введен анализатор, установленный между зеркалом и фотоприемникам.

3. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что зеркало выполнено из магнитотвердого материала и закреплено на вращающемся валу.

4. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что в него введена намагничивающая система, 55 закрепленная на вращающеися валу, а зеркало выполнено из магнитномягкого материала и установлено между полюсами намагничивающей системы неподвижно относительно оптической оси.

1474552

Составитель Ю. Власов

Техред Л.Сердюкова

Редактор Н.Тупица

Корректор М.Пожо

Заказ 1887/42 Тираж 788 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r.ужгород, ул. Гагарина,101

5. Устройство по пп. 1 и 4, о тл и ч а в щ е е с я тем, что намагничивающая система выполнена в виде источника постоянного магнитного поля.

6. Устройство по пп. 1 и 4, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что намагничивающая система выполнена в виде источника вращающегося магнитного поля.